SU892571A1

SU892571A1 - Device for protecting higher harmonics filter

Info

Publication number: SU892571A1
Application number: SU802905681A
Authority: SU
Inventors: Ким Михайлович Добродеев
Priority date: 1980-04-04
Filing date: 1980-04-04
Publication date: 1981-12-23

Description

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ФИЛЬТРОВ Изобретение относитс к технике релейной защиты энергосистем, а именно , к релейной защите шунтовых конденсаторных батарей фильтров высших гармоник преобразовательных подстанций . Фильтры высших гармоник (ФВГ) состо т из последовательно включенных шунтовых батарей конденсаторов (БК) и фильтровых реакторов (ФР) и включаютс между фазой и землей. Эксплуатаци БК в составе фильтров высших гармоник вы вила возможность перекрыти изол торов в кассете, в результате которого возникает длитель ное короткое замыкание р да. Это замыкание , как правило, сопровождаетс дугой, а поскольку оно не отключаетс предохранител ми, то возможно возникновени аварии с повреждением оборудовани . Поэтому защита БК должна отличать длительное короткое замыкание , р да конденсаторов от пробо конденсатора и действовать на отключение ВЫСШИХ ГАРМОНИК батареи. Аналогичное требование к действию защиты ФВГ предъ вл етс и в случае повреждени реактора, например виткового замыкани обмотки. Известно устройство дл защиты фильтров высших гармоник, которое установлено на потенциале земли и реагирует на заданные параметры переходного процесса, сопровождающегос пробой конденсатора. В этом устройстве производитс сравнение сигнала , пропорционального току фильтра, и сигнала, полученнЬго от физической модели фильтра, котора включена на трансформатор напр жени фильтра оригинала . В выходном напр жении схемы сравнени подавл етс с помощью заграждающих фильтров гармоника 50 Гц и гармоника с частотой настройки фильтра оригинала, а затем производитс дифференцирование сигнала D. Однако рабочий сигнал на выходе реагирующего органа устройства защиты имеет импульсный характер, поэтому оно не может отличить длительное короткое замыкание р да БК или повре дение обмотки ФР -от пробо конденсатора по длительности аварийного процесса . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению вл етс устройство дл защиты шунто вых конденсаторных батарей, которое реагирует на величину напр жени ней трали БК, дл чего между нейтралью Б и землей включен трансформатор напр жени . На вторичную обмотку этого трансформатора включено дифференциал ное реле. Напр жение небаланса на нейтрали обусловленное несимметрией емкостей фаз БК и неуравновешенностью напр жений фаз питающей сети, компенсиру етс специальным блоком. Этот блок содержит трансформатор напр жени , подключенный к питающей сети, приче вторичные обмотки его соединены в звезду и на них включены регулируемые резисторы, также соединенные в звезду. Между нейтралью резисторов и землей включен промежуточный тран сформатор напр жени , причем напр жение вторичной обмотки его используетс дл компенсации напр жени небаланса в реле. Устройство может быть применено дл БК с заземленной нейтралью, причем в заземленную нейтраль включ етс трансформатор тока (ТТ), а дл согласовани с реле между вторичной обмоткой ТТ и входом реле включаетс преобразующее звено ток-напр жение . Аналогичным образом устройство может применено дл заи;иты ФВГ 2. Однако в этом устройстве фильтры высших гармоник и резисторы имеют разные амплитудофазочастотные харак теристики, поэтому в дифференциальном реле неизбежно возникает небаланс по высшим гармоникам, причем величина его существенно зависит от частоты питающей сети. Отстройка от напр жени небаланса приводит к снижению чувствительности защиты, причем отстройка должна осуществл тьс от максимально возможного не баланса как по высшим гармоникам, так и по основной гармонике. Целью изобретени вл етс повышение чувствительности защиты к длительному короткому замыканию р 1 ,; да батарей конденсаторов и повреждению обмотки фильтрового реактора. Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл защиты фильтров высших гармоник, содержащее входные блоки ока и напр жени , включенные соответственно на трансформаторы тока и трансформаторы напр жени о)ильтра, сумматор, формирооатель модул , выходы которого соединены с индикатором настройки защиты и двум реагируюи|ими блоками, причем на первого реагируюи.(его блока включен первый элемент выдержки времени, выход второго реагируюи .(его блока включен на первый вход элемента И, последовательно соединенные элемент ИЛИ, расширитель импульсов , второй вход указанного элемента И и второй элемент выдержки времени, блок регулировани защиты на минимум небаланса, исполнительный блок, дополнительно снабжено пофазными пусковыми блоками, фильтром нижних частот и элементом- Запрет, причем первые и вторые входы пофазных пусковых блокоа подключены к выходам соответственно входных блоков тока и напр жени , аналоговые дифференциальные выходы пофазных пусковых блоков соединены через блок регулировани защиты на минимум небаланса с входами указгчнгюго сумматора, к выходу которого подключен фильтр нижних частот, выход последнего включен на вход формировател модул , логические выходы пофазных пусковых блоков подключены к входам элемента ИЛИ, пр мой вход элемента Запрет соединен с зыходом второго элемента выдержки времени, запрещающий вход с выходом первого элемента выдержки времени, выход с входом исполнительного блока, БЛОК регулировани защиты на минимум небаланса выполнен в виде четырехпозиционного переключател . На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит фильтр 1 высших гармоник, входные блоки тока 2 и напр жени 3, включенные на трансформаторы ) тока и трансформаторы 5 напр жени , пофазные пусковые блоки 6, выполненные в виде последовательно соединенных физической модели 7 фильтров высших гармоник, датчика тока 8 физической модели 7 первого входа сумматора 9, блока 10 режекторных фильтров и дифференциаторов.(5) DEVICE FOR FILTER PROTECTION The invention relates to the technique of relay protection of power systems, namely, to relay protection of shunt capacitor banks of high-harmonic filters of converter stations. Higher-harmonic filters (PVG) consist of a series-connected shunt capacitor bank (BC) and filter reactor (FR) and are connected between phase and ground. The operation of the BC as part of high-harmonic filters revealed the possibility of isolating the insulators in the cassette, as a result of which a long short circuit of the row appears. This circuit is usually accompanied by an arc, and since it is not disconnected by fuses, it is possible that an accident has occurred with equipment damage. Therefore, the BC protection should distinguish between long-term short-circuits, a number of capacitors and a capacitor breakdown and act to disconnect the HIGHER HARMONIC of the battery. A similar requirement for the protection of PHG is made in the event of damage to the reactor, such as winding closure. A device for protection of higher harmonic filters is known, which is installed on the ground potential and responds to the preset parameters of the transient process that accompanies the breakdown of a capacitor. This device compares the signal proportional to the filter current and the signal obtained from the physical model of the filter, which is connected to the voltage transformer of the original filter. In the output voltage of the comparison circuit, the 50 Hz harmonic and harmonic are suppressed with the filter setting frequency of the original, and then the signal D is differentiated. However, the working signal at the output of the reacting element of the protection device is pulsed, therefore it cannot distinguish long-term short circuit BC or damage to the winding FR - from the breakdown of the capacitor for the duration of the emergency process. The closest to the technical essence of the present invention is a device for protection of shunt capacitor batteries, which responds to the value of the voltage of the Neutral voltage of the AC, for which a voltage transformer is connected between the neutral B and the ground. A differential relay is connected to the secondary winding of this transformer. The unbalance voltage on the neutral due to the asymmetry of the capacitances of the phases of the AC and the imbalance of the voltages of the phases of the supply network is compensated by a special unit. This unit contains a voltage transformer connected to the mains, and its secondary windings are connected to a star and adjustable resistors are connected to them, also connected to a star. An intermediate voltage transformer is connected between the neutral of the resistors and ground, the secondary winding being used to compensate for the unbalance voltage in the relay. The device can be used for ACs with a grounded neutral, a current transformer (CT) is connected to a grounded neutral, and a current-to-voltage converter is included to match the relay between the secondary winding of the CT and the relay input. Similarly, the device can be used for the FSG design 2. However, in this device, higher harmonic filters and resistors have different amplitude-frequency characteristics, therefore unbalance due to higher harmonics inevitably occurs in the differential relay, and its magnitude significantly depends on the frequency of the supply network. The detuning from the unbalance voltage leads to a decrease in the sensitivity of the protection, and the detuning should be carried out from the maximum possible imbalance both on the highest harmonics and on the main harmonic. The aim of the invention is to increase the sensitivity of the protection to a long-circuit short circuit p 1,; yes capacitor banks and damage to the winding of the filter reactor. The goal is achieved by the device for protection of high harmonic filters containing input blocks of the eye and voltage, connected respectively to current transformers and voltage transformers o) Iltra, an adder, a module driver, the outputs of which are connected to a protection setting indicator and two reactive | with their blocks, and at the first react. (its block includes the first time delay element, the output of the second react. (its block is turned on at the first input of the AND element, connected in series OR, expand the pulses, the second input of the specified element And the second element of the time delay, the protection regulation control unit at minimum unbalance, the executive unit, are additionally equipped with phase-in start-up blocks, low-pass filter and the Restraint element, with the first and second inputs of the single-phase start-up block blocks connected to the outputs, respectively input current and voltage blocks, analog differential outputs of single-phase starting blocks are connected through a protection control block to the minimum unbalance with the inputs of a single adder, to the output whose low-pass filter is connected, the output of the latter is connected to the input of the module former, the logic outputs of the phase-in starting blocks are connected to the inputs of the OR element, the direct input of the Prohibition element is connected to the output of the second time-delay element, prohibiting the input from the output of the first time-delay element, output c the input of the execution unit, the protection control unit at the minimum of the unbalance is made in the form of a four-position switch. The drawing shows a block diagram of the device. The device contains a high harmonic filter 1, input current blocks 2 and voltage 3 connected to current transformers and voltage transformers 5, single-phase starting blocks 6 made in series of high-harmonic filters connected in series 7 physical model 7, physical model 7 current sensor 8 the first input of the adder 9, block 10 notch filters and differentiators.

реагирующего блока 11. Первые входы пофазных пусковых блоков 6 (входы физических моделей 7 фильтров высших гармоник 1) подключены к выходам входных блока тока 2, вторые входы пофазных пусковых блоков б (вторые входы сумматоров 9) подключены к выходам входных блрков 3 напр жени / аналоговые дифференциальные выходы пофазных пусковых блоков (вторые выходы сумматоров 9) соединены через блок 12 регулировани защиты на минимум небаланса, выполненного в виде четырехпозиционного переключател с входами сумматора 3, выход которого соединен с последовательно включенными фильтром 14 нижних частот и формирователем 15 модул , первый выход последнего соединен с индикатором 16 настройки, второй выход - с последовательно включенными первым реагирующим блоком 17 и первым элементом 18 выдержки времени, третий выход - с вторым реагирующим блоком 19. Логические выходы пофазных пусковых б (выходы реагирующих блоков 11) подключены к последовательно включенным элементу ИЛИ 20, расширителю 21 импульсов, первого входа элемента И 22, на второй вход которого включен выход второго реагирующего блока 19, второго элемента 23 выдержки времени, пр мого входа элемента Запрет 2k, на запрещающий вход которого включен выход первого элемента 18 выдержки времени, исполнительного блока 25.reacting unit 11. The first inputs of phase-wise starting blocks 6 (inputs of physical models 7 high harmonic filters 1) are connected to the outputs of the input current block 2, the second inputs of phase-wise starting blocks b (second inputs of adders 9) are connected to the outputs of the input voltage 3 / analog Differential outputs of single-phase starting blocks (second outputs of adders 9) are connected via a protection control unit 12 to a minimum unbalance, made in the form of a four-position switch with the inputs of adder 3, the output of which is connected to 14 low-pass filters and a module shaper 15, the first output of the latter is connected to the setting indicator 16, the second output is connected to the first responsive unit 17 and the first time delay element 18, the third output is connected to the second reacting unit 19. Logical outputs of phase-wise starting b (the outputs of the reacting units 11) are connected to the series-connected element OR 20, the expander 21 pulses, the first input of the element 22, the second input of which includes the output of the second reacting unit 19, the second of element 23, the holding time, the forward input member prohibition 2k, for prohibiting the input of which the output is turned on first member 18, the holding time, the execution unit 25.

Принцип действи устройства защит заключаетс в сравнении токов, пропорциональных токам нулевой последовательности ФВГ 1 и его физической модели 7.The principle of operation of the protection device is to compare currents proportional to the zero sequence currents of the FGM 1 and its physical model 7.

Если разность сравниваемых токов превышает заданную величину и зафиксировано срабатывание пофазного пускового органа б, реагирующего на переходный процесс -при коротком замыкании р да БК и при повреждении обмотки ФР, то устройство защиты срабатывает .If the difference between the compared currents exceeds a predetermined value and the response of the phase-wound start-up device b, which reacts to the transient process, is recorded when the short circuit of the DCB is short-circuited and the FR winding is damaged, the protection device is triggered.

Входные блоки тока 2 и напр жени 3 предназначены дл гальванического разделени и согласовани уровней сигналов ТН и ТТ и полупроводниковой функциональной и логической частей защиты. Входные устройства 2 тока преобразуют ток и пропорциональное ему напр жение.The input blocks of current 2 and voltage 3 are intended for the galvanic separation and matching of the levels of the TH and TT signals and the semiconductor functional and logical parts of the protection. Current input devices 2 convert current and voltage proportional to it.

Физическа модель 7 фильтра высшей гармоники имеет такие же обобщенные параметры (добротность и частоту настройки), что и ФВГ, причем эти The physical model 7 of the higher harmonic filter has the same generalized parameters (Q-factor and tuning frequency) as the HFG, and these

параметры могут регулироватьс . С учетом регулировани коэффициента передачи модул тока датчиками тока моделей 8 это обеспечивает настройку пофазных пусковых блоков и защитыParameters can be adjusted. Taking into account the regulation of the current module’s transmission coefficient by current models of models 8, this provides for setting-up of single-phase starting blocks and protection

3 целом на минимум небаланса.3 generally at least unbalance.

Сумматоры 9 осуществл ют сравнение сигналов, пропорциональных фазным токам ФВГ 1 и их физических моделей 7. Напр жение небаланса на выходе сумматоров 9 содержит,как правило,., рко выраженную первую гармонику и гармонику с частотой настройки фильтра . Блок 10 содержит режекторные фильтры дл подавлени указанных гарМОНИК и дифференциатор, подчеркивающий передний фронт импульса при ко- ротком замыкании р да. Режекторные фильтры целесообразно выполн ть на компенсационном принципе, при этом.The adders 9 compare the signals proportional to the phase currents of the FHG 1 and their physical models 7. The unbalance voltage at the output of the adders 9 contains, as a rule, a pronounced first harmonic and harmonic with the filter tuning frequency. Block 10 contains notch filters to suppress the specified HARMONIC and a differentiator that emphasizes the leading edge of the pulse when the row is short-circuited. It is advisable to perform notch filters on the basis of the compensation principle.

отсутствует задержка сигнала при коротком замыкании р да БК.there is no signal delay in case of short circuit p and BC.

Реагирующие блоки 11 предназначены дл выполнени заданной уставки пофазных пусковых блоков 6 с учетом отстройки от напр жени небаланса. Переключатель 12 осуществл ет коммутацию выходных цепей сумматоров 9 пофазных пусковых блоков 6. В нормальном режиме выходы всех трех сумматоров 9 соединены с сумматором 13, на выходе которого имеетс напр жение небаланса. В режиме настройки переключатель 12 соедин ет поочередно с сумматором 13 выход сумматора 9 каждой фазы, при этом регулируетс модуль коэффициента передачи датчика тока 8 физической модели фильтра с целью получени минимума небаланса по первой гармонике. Регулировка добротности и частоты настройки осуществл етс при наладке и профилактических испытани х защиты ФВГ 1, причем регулировка этих параметров оказывает существенное вли ние на балансировку пофазных пусковых блоковResponsive units 11 are designed to perform a predetermined setpoint of the phase-wise starting blocks 6, taking into account the detuning from the unbalance voltage. The switch 12 performs the switching of the output circuits of the adders 9 of the phase-wise starting blocks 6. In the normal mode, the outputs of all three adders 9 are connected to the adder 13, the output of which has an unbalance voltage. In the setting mode, the switch 12 connects alternately with the adder 13 the output of the adder 9 of each phase, while controlling the current sensor 8 transmission coefficient of the physical model of the filter in order to obtain a minimum unbalance in the first harmonic. The adjustment of the quality factor and the frequency of adjustment is carried out during adjustment and preventive tests of the protection of the FGM 1, and the adjustment of these parameters has a significant effect on the balancing of the single-phase starting blocks.

Claims

6 on the resonant frequency of FVG 1 and to a much lesser extent on the balancing of protection at the frequency of the network. Phase tuning of the starting blocks 6 and protection simplifies this operation as compared with devices in which the indicator 1b controls the zero sequence signal in the unbalance voltage. Lowpass filter 1 suppresses higher harmonics, and the signal at the output of the formation circuit of module 15 is proportional to the modulus of the difference between the first harmonics of the PVG 1 current and its physical model 7-. The reactive units 17 and 19 allow the predetermined setpoints of the protection actuation to act on the signal and turn off. The first time element 18 is designed to match the effect of the protection on the signal to the action of tripping in case of a short circuit of the PCB. The OR 20 element performs a logical summation of the signals of the phase starting blocks 6. The pulse spreader 21 expands the pulse from the phase start blocks 6, and the pulse duration at the output of the spreader exceeds the trip time required for the protection element. Element 22 performs a logical multiplying the signal from phase start-up unit 6 and the signal from the responding unit 19 acting on the trip. The second time element 23 is designed to match the time of the trip protection with the time of the individual fuse during the breakdown of the capacitor. The Prohibit 2k element provides a blocking action on the disconnection of a capacitor breakdown on the protection unbalance mode. The control unit 25 controls the switch through which the FGH 1 is connected to the mains supply. In normal mode, the protection is balanced and there are no signals at its outputs. When the protection is unbalanced in the normal mode for one reason or another and the response of the first reactive unit 17 is triggered, the protection action does not occur on the disconnection, since the single-phase starting blocks 6 do not work in this mode. After the response of the first responding unit 17, the first time element 18 is triggered after a given shutter speed and acts on the signal and on the prohibition of the trip protection action. The presence of single-phase starting blocks 6 allows reducing the matching factor 18 of the response settings of the reacting blocks 17 and 19 to a minimum value and thereby increasing the sensitivity of the protection to short circuits of the BC array. In the absence of single-phase launch blocks 6, the indicated matching coefficient would have to be increased at least 1.5 times, i.e. would have had to deaden the defense. Having received the Unbalance Protection signal, the operating personnel performs phase-by-phase adjustment of the output signals of the physical models 7, changing the module of the transmission coefficient of the current sensors 8. In the event of a breakdown of the capacitor, the failure of protection is ensured by means of a second time element 23 whose setpoint exceeds the maximum tripping time of the individual fuse. This time depends on the initial phase of the voltage on the BC at the time of the breakdown and does not exceed 0.5 s for a short capacitance at the time of the voltage crossing through zero. In the event of a short circuit of a series of ACs, for example, due to the isolation blocking or if the FR winding is damaged, the duration of the emergency process exceeds the time delay of the element 23 and the protection triggers a trip. The pulse duration at the output of the pulse expander 21 and the time delay of the element 18 acting on the signal from prohibiting the protection to trip action exceeds the time delay of the element 23 and after 3 sec. With sudden switching voltage on the FGM 1, there is an intensive transient process both in the original filter and in the model, and a false response of the reacting body 19 is possible. False operation of the protection as a whole does not occur, because the single-phase starting blocks 6 that perform the functions protection During the breakdown of capacitors, in this mode are blocked by a special device (not shown). The device makes it possible to increase the sensitivity of the protection to the long-term short-circuit of a row of a capacitor bank and damage to the winding of the filter reactor. Claim 1. Device for protection of high harmonic filters, containing input current and voltage blocks, connected respectively to current transformers and filter voltage transformers totalizer, module driver, the outputs of which are connected to the protection setting indicator and two reactive blocks, and the output of the first the first element of the time delay is turned on for the reactive unit, the output of the second reactive unit is included at the first input of the element AND, the element OR, the pulse expander, and The input of the specified element And the second element of the time delay, the protection control unit at the minimum unbalance the execution unit, characterized in that, in order to increase the sensitivity to a long short circuit of a row of capacitor batteries and damage to the winding of the filter reactor, it is additionally equipped with single-phase starting blocks , a low-pass filter and a Ban element, with the first and second inputs of the phase-in-phase starting blocks connected to the outputs of the current and voltage input blocks, respectively. The analog differential outputs of phase-in starting blocks are connected through a protection control block to the minimum unbalance with the inputs of the specified adder, the output of which is connected to a low-pass filter, the output of the latter is connected to the input of the imaging unit, logical outputs of the phase-starting blocks are connected to the inputs of the element OR, the direct input of the element The ban is connected to the output of the second time-delay element, prohibiting the input from the output of the first time-delay element, the output from the input of the execution unit. 2. The device according to claim 1, 1 and 2 tons, which is that the protection control unit at the minimum unbalance is designed as a four-position switch. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate in accordance with the application number 2 171b5 / 2 07.kl.N02 H7 / 16, 1977.

2. US patent No. 3909672, cl. H 02 H 7/16, 1975 {prototype),