1one
Изобретение относитс к электротехнике , в частности,к устройствам, воздействующим комплексно на ограничение токов короткого замыкани и внутренних перенапр жений в мощных силовых сет х высокого напр жени , и может быть использовано в энергосистемах с сет ми сложных конфигураций небольших прот женностей при возникновени х опасных токов короткого замыкани и допустимых вёличинах внутренних перенапр жений.The invention relates to electrical engineering, in particular, to devices that act in a complex way to limit short-circuit currents and internal overvoltages in powerful high-voltage power networks, and can be used in power systems with networks of complex configurations of small lengths when dangerous currents occur. short circuits and permissible values of internal overvoltages.
Известно устройство дл защиты нейтрали трансформатора, снижающее коммутационные перенапр жени на обмотках трансформатора, содержащее насыщающийс реактор, который снабжен дополнительной обмоткой подма ничивани , подключенной к источнику питани посто нного тока через контакты реле,обмотка которого включена в цепь подмагничивани Cl.A device for protection of a transformer neutral is known, reducing switching overvoltages on the transformer windings, containing a saturating reactor, which is provided with an additional winding winding connected to a direct current power source through the relay contacts, the winding of which is included in the magnetic biasing circuit Cl.
Недостатками известного устройства вл ютс значительна инерционность срабатывани устройства, обусловленна относительно большой по величине посто нной времени при включении обмотки управлени , повышенна величина тока однофазного короткого замыкани на землю, так как в режиме насыщени реактора нейтраль трансформатора оказываетс практически глухо заземленной, и необходимость в независимом источнике по10 сто нного тока.The disadvantages of the known device are the significant inertia of the device operation due to the relatively large constant time when the control winding is turned on, the increased single-phase short-circuit current to earth, since in the reactor saturation mode the neutral of the transformer turns out to be almost deafly grounded, and the need for an independent source 10 current values.
Кроме того, в переходных режимах насыщени реактора возможно возникновение резонансных и феррорезонансных перенапр жений на лини15 х электропередач, внутренних перенапр жений на изол ции электротехнического оборудовани и коммутационных перенапр жений на линейных выключател х , а предварительное насы20 щение реакт.ора до начала возникновени перенапр жений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник питани посто н . 393 ного тока, причем необходимость интенсификации увеличени сопротивлени предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины перед отключением линейным выключателем тока короткого замыкани приводит к необходимости иметь в цепи посто нного тока специальный авто мат гашени магнитного пол . Невозможно также комплексное воздействие устройства на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов по току и напр жению до бе ;зопасных величин. Известно также устройство дл заземлени нейтрали трансформатора, которое содержит две заземленные ветви, в первую из которых включен через искровой промежуток шунтированный коммутационным аппаратом дроссель, рабоча обмотка которого включена последовательно с искровым промежутком, а обмотка управлени подключена к источнику посто нного тока через размыкающий контакт коммутационного аппарата и трансформатор тока, а во вторую ветвь включены тоже через искровой промежуток шунтированный коммутационным аппаратом , два последовательно соединенных резистора, один из которых шунтирован нелинейным ферромагнитным элементом, а к другому подключено выпр мительное устройство, обе печивающее выпр мленным током обмот ку управлени и трансформатор тока, два трансформатора напр жени , кото рые подсоединены к искровым промежу кам со стороны земли, причем точка соединени резисторов второй ветви соединена через резистор-и размыкаю щий контакт коммутационного аппарата с точкой соединени искрового промежутка и дроссел первой ветви К недостаткам этого устройства относ тс : искровые промежутки устройства , усложн ющие обеспечение необходимой координации уровней изо -л ции электротехнического оборудовани с электрическими защитными хара теристиками соответствующих разр дни ков при воздействи х внутренних перенапр жений, мала величина индук тивного сопротивлени рабочей обмотки предварительно насыщенного дроссел .не ограничивающа ток однофазного короткого замыкани и .величину динамических воздействий на электроехническое оборудование, возникаюих приэлектрических пробо х изол ции в результате воздействи внутренних перенапр жений, не исключаетс при переходных режимах веро тность возникновени феррорезонансных йлений при двухфазных коротких замыкани х , предварительное насыщение дроссел до начала возникновени перенапр жений опасной величины приводит к необходимости иметь источник посто нного тока с наличием весьма существенных электрических потерь , обеспечение работы устройства приводит к необходимости иметь определенное количество коммутационных аппаратов, что снижает надежность его работы в результате возможных отказов контактных систем, возникает определенна сложность наладок релейных защит особенно по обеспечению необходимых электрических параметров по току и напр жению в процессе переходных влений, особенно в св зи с наличием промежуточной ветви, невозможность одновременного комплексного воздействи устройства на основе функционального взаимодействи его элементов на ограничение и при необходимости снижени параметров колебательных процессов по напр жению и току до безопасных величин, большие диапазоны коэффициентов регулировани и токоограничени привод т к необходимым габаритам устройства , соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных /ющностей, при возникновении максимальных токов короткого замыкани эффективность ограничени внутренних перенапр жений снижаетс . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс устройство дл ограничени токов короткого замыкани и перенапр жений на высоковольтной подстанции, повышающее эффективность ограничени за счет наличи трехфазного трансформатора последовательного вклю- . чени , первичные обмотки, каждой фазы которого включены в цепи соответствующих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены параллельно и шунтированы последовательно соединенными конденсатором и катушкой.индуктивности , настроенными в нормальном режиме в резонанс напр жений, при этом конденсатор шунтирован парал.. лельйо соединенными нелинейным ферромагнитным элементом и выпр мительным блоком, выпр мительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденса тору, а ко второй диагонали подключена обмотка управлени насыщающегос реактораt3J. Недостатка:4и данного устройства вл ютс : электрические характеристики ограничивающегос дроссел насыщени с подмагничиванием от источника посто нного тока, наход щегос в функциональной зависимости от режима трансформатора последовательного включени , привод т к необходимости его подключени к нейтрали высоковольтных обмоток силового трансформатора через искровой промежуток , необходимость интенсификации увеличени сопротивлени пред |варительно насыщенного реактора до оптимальной величины приводит к необходимости сохранени в цепи посто нного тока специального автомата га шени магнитного пол , невозможность одновременного комплексного воздейст ви устройства на основе функциональ ного взаимодействи его элементов на ограничение и при необходимости снижени параметров колебательных процессов по напр жению и току до безопасных величин, необходимость больших диапазонов коэффициентов регулировани и токоограничени , привод щих к необходимым габаритам устройства и соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей, при возникновении максимальных токов короткого замыкани эффективность ограничени внут ренних перенапр жений снижаетс . Цель изобретени - обеспечение бо лее эффективного, комплексного и фун ционального ограничени ударных токов , параметров аварийных токов и опасных перенапр жений не только при переходных процессах, на и колебательных процессах до безопасных величин, и тем самым эффективного регулировани режима заземлени нейт рали сети. Поставленна цель достигаетс тем что устройство дл заземлени нейтрали силового трансформатора, содержащее дроссель, рабоча обмоткакото рого подсоединена между нейтралью и землей, трехфазный трансформатор, первична обмотка которого включе9 -« на последовательно с обмотками силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены между собой параллельно и шунтированы цепью из последовательно соединенных катушки индук1ТИВНОСТИ и резонансного контура, выполненного из конденсаторной батареи, параллельно которой подсоединен нелинейный ферромагнитный элемент с минимальным напр жением насыщени , при этом выводы колебательного контура подсоединены к диагонали выпр мительного моста, втора диагональ которого подсоединена к обмотке управлени лроссел , дополнительно снабжено нелинейным ферромагнитным элементом с максимальным напр жением насыщени , один вывод которого подсоединен к нейтрали силового трансформатора , а второй вывод подсоединен к точке соединени катушки индуктивности и колебательного контура. На чертеже изображена принципиаль на -электрическа схема предложенното устройства. К нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно рабоча обмотка 2 дроссел , а обмотка 3 его управлени подключена к источнику выпр мленного тока. Кроме того, к указанной нейтра/w подключены последовательно соединенные нелинейный ферромагнитный элемент f с максимальным напр жением насыщени и конденсатор 5Параллельно конденсатору подключен нелинейный ферромагнитный элемент 6 с минимальным напр жением насыщени , выпр мительный блок 7 одной диагональю подключен к конденсатору, а второй Диагональю подключен к обмотке управлени дроссел . Силовые об- мотки 8 трансформатора последовательного включени в цепи переменного тока магнитно св заны с вторичными обмотками 9, параллельно которым включен резонансный контур, состо щий из катушки индуктивности 10 и конденсатора 5« В нормальном режиме работы оптимальна величина сопротивлени нулевой последовательности обеспечиваетс величиной сопротивлени обмотки 2 переменного тока насыщающегос pejiKTopa в нейтрали 1 обмотки силового «трансформатора в результате соответствующего подбора электрических характеристик нелинейных ферромагнитных элементов и 6, а также резонансом напр жении у последовател но соединенных конденсатора 5 и катушки индуктивности 10, шунтирующих вторичные обмотки 9 силовых обмоток 8 трансформатора последовательного включени , что способствует готовности защитного устройства к работе по ограничению как перенапр жений, так и токов короткого замыкани .в зависимости от характера возникающих аварийных режимов. При возникновении перенапр жений в сети возросшие токи в обмотках 8 трансформатора последовательного включени привод т к увеличению токов в цеп х управл ющих обмоток 9 указанного трансформатора и повышению напр жени на конденсаторе 5. что в свою очередь приводит к сраба тыванию выпр мительного блока 7, по влению выпр мленного тока в обмот ке управлени дроссел 3, и как след ствие, доаварийному снижению величины сопротивлени обмотки 2 дроссел Более того, снижение противовоздействующих магнитных потоков, создаваемых вторичными обмотками 9 в результате нарушени резонанса напр жений между последовательно соединен ными катушкой индуктивности 10 и конденсатором 5, способствует увеличению сопротивлени силовых обмоток В, что в свою очередь, обеспечивает не только дополнительное снижение перенапр жений, воздействую щих на изол цию всего электротехнического оборудовани , но и одновременную предварительную подготовку защитного устройства к ограничению токов короткого замыкани в случа х их возникновени . Следовательно, при возникновении перенапр жений в сети автоматически снижаетс величина сопротивлени нулевой последовательности за счет комплексного воздействи уст ройства на основе функционального взаимодействи между обмоткой 2 дрос сел и обмоткой 8 трансформатора последовательного включени в резуль тате электрических характеристик ферромагнитных элементов k и 6, вьшр мительного блока 7 и последовательного контура, состо щего из конден сатора 5 и катушки индуктивности 10 При возникновении токов короткого замыкани в сети и их протекании через силовые обмотки 8 трансформатора последовательного включени происходит полна расстройка резонансного контура из последовательно соединенных катушки индуктивности 10 и конденсатора 5, что в свою очередь, приводит к практически полному исчезновению противодействующего магнитного потока, создаваемого обмотками 9 указанного трансформатора, и его превращени по существу в линейный реактор. Более того, снижение напр жени на выпр мительном блоке 7 по причине соответствующей шунтировки конденсатора 5 нелинейным ферромагнитным элементом 6 с минимальным напр жением насыщени приводит к снижению величины выпр мленного тока в обмотке управлени 3 и в случае необходимости его отключению, чем обеспечиваетс необходимое рассчетное увеличение сопротивлени обмотки 2 дроссел . Следовательно, при по влении токов короткого замыкани в сети автоматически повышаетс рвзульти-. рующа величина сопротивлени нулевой последовательности вновь за счет комплексного воздействи устройства на основе функционального взаимодействи между обмоткой 8 трансформатора последовательного включени и обмоткой 2 дроссел в результате изменившихс электрических параметров последовательного контура, состо щего из конденсатора 5 и катушки индуктивности 10, последовательно соединенных ферромагнитных элементов Ц 6, обеспечивающих соответствующее напр жение на выпр мительном блоке 7Кроме того, совмещенные конденсатор 5 и нелинейный ферромагнитный элемент 6 с минимальным напр жением насыщени в нейтрали 1 силового трансформатора и во вторичных об| ютках 9 трансформатора последовательного включени , а также отсутствие заземлени второй ветви обеспечивают надежность, быстроту и стабильность работы защитного устройства даже в сложных аварийных режимах и колебательных процессах за необходимый период времени. Экономический эффект предлагаемого устройства выражаетс только за счет исключени необходимости замены коммутационных аппаратов напр жением 150-330 кВ суммой в пределахIn addition, in transient conditions of saturation of the reactor, resonant and ferroresonant overvoltages on power lines, internal overvoltages on the electrical equipment insulation and switching overvoltages on line switches, and the preliminary saturation of the reactor.or before the onset of overvoltage of hazards may occur. values leads to the need to have an independent constant power source. 393, moreover, the need to intensify the increase in the resistance of the pre-saturated reactor to the optimum value before switching off the short circuit current with a linear switch results in the need to have a special automatic field quenching of the magnetic field in the DC circuit. It is also impossible for the device to have a complex effect on limiting and, if necessary, reducing the parameters of oscillatory processes in terms of current and voltage to no safe values. It is also known a device for grounding a transformer neutral, which contains two grounded branches, the first of which is connected through a spark gap by a switching device shunted by a switching device, the working winding of which is connected in series with a spark gap, and the control winding is connected to the source of a direct current through the switching contact of the switching device and a current transformer, and the second branch also includes a shunt switching device through the spark gap, two consecutive Connected resistors, one of which is shunted by a nonlinear ferromagnetic element, and the other is connected to a rectifier device, both a control current rectifier control winding and a current transformer, two voltage transformers that are connected to the ground from the spark gap, and the connection of the resistors of the second branch is connected through a resistor and the breaking contact of the switching device with the point of connection of the spark gap and the throttle of the first branch. The disadvantages of this device include ts: spark gaps of the device, making it difficult to ensure the necessary coordination of electrical equipment insulation levels with electrical protective characteristics of the corresponding discharges under the influence of internal overvoltages, the inductive resistance of the working winding of the pre-saturated throttle is small. The current of the single-phase short is not limiting closure and the magnitude of the dynamic effects on electrical equipment, arising near electrical insulation problems in the cut When exposed to internal overvoltages, the likelihood of ferroresonance occurring in two-phase short circuits is not excluded under conditions of transient conditions, the preliminary saturation of the thrusts before the onset of overvoltages of a dangerous magnitude leads to the need for a constant current source with very significant electrical losses, ensuring the operation of the device leads to the need to have a certain number of switching devices, which reduces the reliability of its work as a result At the possible failures of contact systems, a certain difficulty arises in setting up relay protections, especially in ensuring the necessary electrical parameters for current and voltage in the process of transient effects, especially in connection with the presence of an intermediate branch, the impossibility of a simultaneous complex effect of the device based on the functional interaction and, if necessary, reducing the parameters of oscillatory processes for voltage and current to safe values, large ranges The regulation and current limiting devices result in the required dimensions of the device, commensurate with the dimensions of power transformers of the same type, when the maximum short circuit currents occur, the effectiveness of limiting internal overvoltages decreases. The closest to the proposed technical entity is a device for limiting short-circuit currents and overvoltages at a high-voltage substation, which increases the effectiveness of the limitation due to the presence of a three-phase transformer with a series-on. primary windings, each phase of which is included in the circuits of the respective windings of a power transformer, and the secondary windings are connected in parallel and shunted by series-connected capacitor and coil. Inductance tuned in normal mode to voltage resonance, while the capacitor is shunted by parallel .. a ferromagnetic element and a rectifying unit, the rectifying unit is made in the form of a bridge, one diagonal of which is connected to the capacitor and to the second diagonal under lyuchena control winding saturable reaktorat3J. Disadvantage: 4 and this device are: the electrical characteristics of the limiting droplet saturation with bias from a DC source, which is functionally dependent on the mode of the series transformer, necessitate its connection to the neutral of the high voltage windings of the power transformer through the spark gap, the need for intensification increasing the resistance of a pre-saturated reactor to an optimal value leads to the need to preserve in the DC circuit of a special automatic magnetic field suppression, the impossibility of a simultaneous complex effect of the device based on the functional interaction of its elements to limit and, if necessary, reduce the parameters of oscillatory processes for voltage and current to safe values, the need for large ranges of control coefficients and current limiting, leading to the required dimensions of the device and comparable with the dimensions of power transformers of similar capacity, when At maximum short-circuit current, the effectiveness of limiting internal overvoltages is reduced. The purpose of the invention is to provide more efficient, complex and functional limitation of shock currents, parameters of emergency currents and dangerous overvoltages not only during transient processes, and oscillatory processes to safe values, and thereby efficiently regulate the grounding of the network. The goal is achieved by the fact that the device for earthing the neutral of the power transformer, containing a choke, the working winding which is connected between neutral and ground, a three-phase transformer, the primary winding of which includes 9 - "in series with the windings of the power transformer, and the secondary windings are connected to each other in parallel and shunted by a circuit of series-connected inductor and a resonant circuit made of a capacitor battery, which is connected in parallel with a ferromagnetic element with a minimum saturation voltage, while the oscillating circuit leads are connected to a rectifier bridge diagonal, the second diagonal of which is connected to the winding control winding, is additionally equipped with a nonlinear ferromagnetic member with a maximum saturation voltage, one output of which is connected to the neutral of the power transformer, and a second terminal is connected to the connection point of the inductor and the oscillating circuit. The drawing shows a circuit diagram of the proposed device. The neutral winding 1 of the power transformer is connected directly to the working winding 2 of the throttle, and the winding 3 of its control is connected to the source of rectified current. In addition, a nonlinear ferromagnetic element f with a maximum saturation voltage and a capacitor 5 are connected to the specified neutral / w and a capacitor 5 A parallel capacitor is connected to a nonlinear ferromagnetic element 6 with a minimum saturation voltage, the rectifier unit 7 is connected to the second diagonal to a capacitor Winding control throttle. The power windings 8 of the series transformer in the AC circuits are magnetically connected to the secondary windings 9, in parallel with which a resonant circuit consisting of inductance 10 and capacitor 5 "is connected. In normal operation, the optimal value of zero-sequence resistance is provided by the value of winding resistance 2 ac current saturating pejiKTopa in the neutral 1 winding of the power transformer as a result of the appropriate selection of the electrical characteristics of nonlinear ferromagnetic elements and 6, as well as voltage resonance in series-connected capacitor 5 and inductance 10, shunting the secondary windings 9 of the power windings 8 of the series transformer, which contributes to the readiness of the protective device for limiting both overvoltages and short-circuit currents ... depending on the nature of the emergency regimes that occur. When overvoltages occur in the network, the increased currents in the windings 8 of the series transformer lead to an increase in the currents in the control windings 9 of the specified transformer and to an increase in the voltage across the capacitor 5. which in turn leads to the rectifier unit 7 effect of the rectified current in the control winding of the Drossel 3, and as a result, in the pre-emergency reduction of the resistance of the winding 2 Drossel Moreover, the reduction of the anti-magnetic fluxes generated by the secondary windings coils 9 as a result of breaking the resonance of the voltages between the series-connected inductor 10 and the capacitor 5, increases the resistance of the power windings B, which, in turn, provides not only an additional reduction in the overvoltages affecting the insulation of all electrical equipment, but also simultaneous preliminary preparation of the protective device for limiting short-circuit currents in the event of their occurrence. Consequently, when overvoltages occur in the network, the zero sequence resistance value is automatically reduced due to the complex effect of the device based on the functional interaction between the winding 2 of the village wires and the winding 8 of the series transformer as a result of the electrical characteristics of the ferromagnetic elements k and 6, the vertical block 7 and a series circuit consisting of a capacitor 5 and an inductance coil 10 When a short circuit current occurs in the network and Flowing through the power windings 8 of a series-on transformer results in complete detuning of the resonant circuit from series-connected inductors 10 and capacitor 5, which in turn leads to the almost complete disappearance of the opposing magnetic flux created by the windings 9 of the specified transformer, and its transformation into essentially linear reactor. Moreover, the reduction of the voltage on the rectifying unit 7 due to the corresponding shunting of the capacitor 5 by the nonlinear ferromagnetic element 6 with the minimum saturation voltage leads to a decrease in the value of the rectified current in the control winding 3 and, if necessary, to disconnect it, winding 2 droselsel. Consequently, when short circuit currents appear in the network, the result is automatically increased. The zero value of the resistance of the zero-sequence is again due to the complex effect of the device based on the functional interaction between the winding 8 of the series transformer and the winding 2 of the chokes as a result of the changed electrical parameters of the series circuit consisting of a capacitor 5 and an inductance 10, serially connected ferromagnetic elements of C 6, providing the appropriate voltage on the rectifying unit 7Also, the combined capacitor 5 and nonlinear ferromagnetic element 6 with a minimum saturation voltage in neutral 1 of a power transformer and in secondary voltages | The yuts 9 of the series transformer, as well as the absence of grounding of the second branch, ensure the reliability, speed and stability of the operation of the protective device even in complex emergency conditions and oscillatory processes for the required period of time. The economic effect of the proposed device is expressed only by eliminating the need to replace switching devices with a voltage of 150-330 kV in the amount within