Устройство для защиты конденсаторных батарей с внешними предохранителями

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ С ВНЕиНИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ и реакторе, содержащее трансфор латор напряжения, выклю чатель, блок управления и сигнализа ции выключателя , конденсатор, один из вьюодов которого заземлен, после довательно соединенные вьтрямитель элемент выдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы. отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены сигнальный элемент, резистор , одновибратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий и исполнительный элементы, при этом начало первичной обмотки трансформатора напряжения подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, конец обмотки объединен с входом выпрямителя и вторым выводом упомянутого конденсатора, вторичная обмотка трансформатора подсоединена к резистору, а к выводу выпрямителя подключё ны две параллельные цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные реагирующий элемент, элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выход исполнительного элемента первой цепочки подключен к цепи отключения выключателя, выход испол нитального элемента второй цепочки - к сигнальному элементу, вход одновибратора соединен с блоком управления и сигнализации выключателя, а его выход - с элементами выдержки времени .

СОЮЗ СОВЕТ(НИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИК (19I (ill

3(5g Н 02 Н 7/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbtTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 34207 70/24-07 (22) 09.04.82 (46) 30.07.83. Бюл. В 28 (72) Ю.И. Кедяров и А.С. Таршис (71) Горьковское отделение Ордена

Октябрьской Революции всесоюзного государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института энергетических систем и электрических сетей Энергосеть-. проект (53) 621.316 ° 925(088.8) (56) 1. Марченко Е.A. Перенапряжение в установках продольной.компенсации. Электричество . 1953, 9 19, с. 10-13.

2. Авторское свидетельство СССР

В 902147, кл. Н 02 Н 7/16, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТИ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ С ВНЕШНИИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ и реактором, содержащее трансформатор напряжения, выключатель, блок управления и сигнализации выключателя, конденсатор, один из выводов которого заземлен, последовательно соединенные .выпрямитель, элемент выдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него дополнительно введены сигнальный элемент, резистор, одновибратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий и исполнительный элементы, при этом начало первичной обмотки трансформатора напряжения подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, конец обмотки объединен с входом выпрямителя и вторым выводом упомянутого конденсатора, вторичная обмотка трансформатора подсоедкнена к резистору, а к выводу выпрямителя подключены две.параллельные цепочки, каждая из которых со- Q держит последовательно соединенные реагирующий элемент, элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выход исполнительного элемента первой цепочки подключен к цепи отключения выключателя, выход испол- Я нительного элемента второй цепочки -)к сигнальному элементу, вход одновибратора соединен с блоком управления и сигнализации выключателя, а его выход - с элементами выдержки времени.

1032520

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релейной защиты конденсаторных батарей.

Конденсаторные батареи являются составной частью фильтров высших гармоник (фВГ), устанавлинаемых для повышения качества электроэнергии.

Конденсаторная батарея подразделяется на последовательные ряды, а каждый ряд, н свою очередь, содержит по несколько параллельно соединенных 10 конденааторон. Общее количество конденсаторон н батарее может достигать несколько сотен и зависит от напряже-:. ния сети. Каждый конденсатор защищается индивидуальным внешним предохра- 15 нителем, имеющим механический указа-. тель срабатывания (.1 ).

Характерным повреждением конденсаторной батарейки является пробой конденсатора, сопровождающийся корот- о ким замыканием (к.з) ряда и последующим перегоранием предохранителя. После сгорания предохранителя поврежденный конденсатор выделяется из ряда и устанавливается новый режим работы батареи. Параметры этого режима.отличаются от исходного н заметной степени только для ряда с анарийно-отключенным конденсатором и выражаются в повышении напряжения на оставшихся исправных конденсаторах ряда. Если длительная перегрузка конденсаторов в новом режиме батареи не превышает допустимую по ГОСТ 1282-79 Е величину (1,1 О„ м ), то батарея может оставаться н работе как угодно долго до момента повреждения на аварийном ряду второго конденсатора, приводящего к дальнейшему увеличению напряжения на исправных конденсаторах.

При этом время, н течение которого 49 батарея может оставаться н работе, ограничено. Повреждение следующего, например третьего конденсатора ряда приведет к недопустимым перенапряжениям на ряду, при которых эксплуата- 4 ция батареи недопустима. В этом случае фВГ должны отключаться от сети. Отключение поврежденного конденсатора предохранителем происходит вблизи перехода сопровождающего тока через нуль. Это вызывает появление на каждом ряду конденсаторной батареи апериодических составляющих напряже»: ний.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, обнаруживающий повреждение конденсатора н батарее по возникновению апериодической составляющей напряжения и реализующее его устройство, содержащее конденсаторную бО батарею с реактором, трансформатор .напряжения, выключатель, блок управления и сигнализации выключателя, конденсатор, один из выводов которого заземлен, выпрямитель, элемент 65 выдержки времени реагирующий и исполнительный элементы (2 1, Недостатками указанного устройства, являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся н том, что устройство не определяет количество вышедших из строя конденсаторон н.одном ряду батареи и не отключает ее, когда напряжение на ряду становится выше допустимого, что в свою очередь приводит к лавинообразному; процессу выхода из строя конденсаторон, а также сложность ныполнения, обусловленная необходимостью установки двух высоковольтных аппаратов; трансформатора напряжения и активного делителя. Причем активный делитель наружной установки- на номинальное напряжение 220 кВ электротехнической йромышленностью не выпускается.

" Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем определения предельного числа вышедших из строя конденсаторов.

Указанная цель достигается тем, что устройство для защиты конденсаторных батарей с внешними предохранителями и реактором, содержащее трансформатор напряжения, выключатель, блок управления и сигнализации выключателя, конденсатор, один из выводов которого заземлен, последовательно соединенные выпрямитель, элемент выдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы, дополнительно введены сигнальный элемент, резистор, одновибратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий и исполнительный элементы, при этом начало первичной обмотки трансформатора подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, конец обмотки обьединен с входом выпрямителя и вторым нйводом упомянутого конденсатора, вторичная обмотка трансформатора подсоединена к резистору, а к выходу выпрямителя подключены дне параллельные цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные реагирующий элемент, элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выход исполнительного элемента первой це-. почки подключен к цепи отключения выключателя, выход исполнительного элемента второй цепочки — к сигнальному элементу, вход одновибратора соединен с блоком управления и сигнализации выключателя, а его выход с элементами вйдержки времени.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4 графики поведения устройства защиты.

Устройство содержит конденсаторную батарею 1, реактор 2, выключатель 3, блок 4 упранления и сигнализации вык,лючателя, трансформатор 5 напряжения, конденсатор б, выпрямитель 7, реаги1032520 рующие элементы 8 и 9, элементы 10 и 11 выдержки времени, исполнительные элементы 12 и 13, сигнальный элемент 14, одновибратор 15, резистор

16. Кроме того, на чертежах обозначены: сигнал 17 на входе выпрямителя 7, пороги 18 и 19 срабатывания (уставки) соответственно реагирующих элементов

8 и 9, сигнал 20 на выходе реагирующих элементов 8 и 9, выходные сигналы 21 и 22 соответственно реагирую- ).О щих элементов 8 и 9, сигналы 23 и

24 на выходе элементов 10 и 11 выдержки времени, сигналы 25 и 26 на выходе исполнительных элементон 12 и

13. )5

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на конденсаторе 6 имеется переменное напряжение с частотой сети 50 Гц. Амплитуда этого напряжения зависит от выбранно".. го соотношения полного сопротивления нервичной обмотки трансформатора 5 напряжения и сопротивления конденсатора 6 и составляет десятые доли вольта. По отношению к апериодической составляющей, появляющейся на конденсаторе 6 при повреждении конденсатора батареи, амплитуда переменного напряжения не превышает 5-8%. Чтобы полярность сигнала на входе реагирующих элементов 8 и 9 не зависела от полярности апериодической составляющей напряжения на конденсаторе 6, в схеме предусмотрен выпрямитель 7.

В нормальном режиме работы батареи на выходе выпрямителя 7 всегда имеется сигнал, обусловленный переменной составляющей напряжения на конденса» торе 6. Обозначим этот сигнал напряжением режима нагрузки. К выходу 40 выпрямителя 7 подключены реагирующие элементы 8 и 9, выполненные, например, по схеме компаратора. Этими элементами осуществляется сравнение с уставками 18 и 19 сигналан, посту пающих с выпрямителя 7.

Численное значение уставок 18 и

19 зависит от напряжения батареи 1 и количества рядон конденсаторов в ней.

Уставка 19 элемента 9 выполняется равной двум амплитудам напряжения режима нагрузки. Напряжение уставки

18 элемента 8 в несколько раз превы мает уставку 19 и выбирается исходя из условия, что сигнал на его выходе появится после очередного пробоя конденсатора, когда напряжение на ряду с поврежденными конденсаторами возрастет до предельно допустимого, т. е. когда требуется немедленное отключение батареи. 60

В установившихся режимах высоко вольтной сети напряжения уставок прЕвышают уровень сигналов с выхода нып" рямителя 7 и элементы 8 и 9 не работают. .65

Элемент 11 выдержки времени предназначен для отстройки исполнительноL го органа 13 от режима включения батареи и режимов внешних коротких замыканий. Исполнительный орган 12 от указанных режимов отстроен по напряжению устанки 18, поэтому элемент 10 выдержки времени необходим только для повышения помехоустойчивости.

Исполнение элементов 10 и 11 времени должно допускать их блокирование путем подачи положительного или от рицательного импульса. Для формиронания такого импульса времени применен однонибратор 15, запускаемый контактами блока управления и сигнализации.

На фиг. 2 показан график поведения устройства защиты в режиме включения конденсаторной батареи. В момент включения на конденсаторе 6 возникают свободные затухающие. колебания напряжения сигнала 17, определяемые параметрами трансформатора 5.

Период этих колебаний может составлять несколько секунд. Поскольку выдержка времени элемента 11 берется большей полупериода укаэанных колебаний, то срабатывания. Устройства защиты не произойдет.

В режиме пробоя (фиг. 3) одного из конденсаторов любого ряда батареи, в момент перегорания предохранителя на средней точке батареи имеет место апериодическая слагающая напряжения.

Через сопротивление перничной обмотки трансформатора 5 напряжения эта апвриодическая заряжает конденсатор 6 практически до амплитуды, поскольку постоянная времени затухания апериодической составляет около 20 с для конденсаторов типа КСША- 6 3-50).

Максимальное значение апериодической может быть подсчитано по формуле

Ynrl 4&Op

2 с) 2 (m-<)(n-1) где Vg,й> - мгновенное значение принужденной составляющей напряжения на батарее в момент отключения предохра нителем поврежденного конденсатора щ — число параллельно включенных конденсаторов в ряду;

Ь вЂ . число последовательных рядов в батарее.

Сигнал 20 .на выходе выпрямителя 7 в этом случае превышает напряжение Уставки 19 и длительность за держки элемента 11 времени.

Происходит срабатывание исполнительного 13 и сигнального 14 элементов °

При этом обслуживающим персоналом должно быть зафиксировано, что в оп. ределенной фазе батареи произошел пробой конденсатора, а сигнальный элемент возвращен в исходное состо1032520 яние. Аналогично цепочка иэ реагирующего элемента 9, элементов 11 — 14 буцет фиксировать и все последующие пробои конденсаторов батареи.

Если пробои конденсатора происходят на ряду, на котором имеются

5 отключенные предохранителями поврежденные конденсаторы, то амплитуда апериодической составляющей возрастет по сравнению с той, что имеет место при пробое первого конденсато- 10 ра. Численное значение амплитуды апериодической составляющей при про бое К конденсаторов в одном ряду определяется по выражению

IY4Yl V .пр

15 (m-Ô) 2 (n - 1) 2В случаях, когда пробой конденсатора приводит к росту напряжения на аварийном ряду до предельного допустимого, амплитуда сигнала.20 с выхода выпрямителя 7 превышает напряжение

1уставки 18 и вызывает срабатывание реагирующего элемента 10 и исполнительного элемента 12. При этом длительность импульса с выхода элемента 12 достаточна для отключения выклю-. чателя 3.

В режиме отключения батареи оТ сети на ее конденсаторах возможно появление апериодических составляющих, подобных тем, что имеют место при пробое. Однако в этом случае импульсоМ с одновибратора 35 блокируются элементы 10 и 11 времени и срабатыва-! ние исполнительных элементов 12 и 13 не произойдет.

Таким образом, путем исключения ..л высоковольтного делителя и одновременно подключением трансформатора напряжения к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, что снижает класс изоляции последнего, достигнуто упрощение устройства для защиты кон-денсаторной батареи; введением дополз нительных реал.ирующего, исполнительного и сигнального элементов, а также элемента выдержки времени .достигну .. то расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в фиксировании предельно допустимого количества поврежденных конденсаторов в одном ряду батареи.

1032520

21

Составитель В. Эимаков

Редактор Ю. Середа Техред N.KîøTÓÐà - Корректор В. Гирняк

Заказ 5414/56 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4