Устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ., содержащее блок сравнения с датчиками переменного и постоянного тока, выполненными на N герконах,.три из которых пред-, назначены для размещения в магнитном поле токопроводов соответствующих фаз переменного тока преобразовательной установки, а их контакты подключены к исполнительному органу через контакт контролиругацего геркона, остальные N-3 геркона предназначены для размещения в магнитном поле первого токопровода постоянного тока, а их контакты через N-3 резистора, управляющие обмотки трех вышеуказанных и контролируЮЕцего герконов и регулируемый резистор подключены к источнику оперативного тока, отлича ющееся тем что, с целью повышения надежности и быстродействия и расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты от замыкания одного из токопроводов постоянного тока на землю, в него введены пусковой блок, N repKorfoB и N-3 резисторов, при этом три из введенных герконов пред .;.- - - « г п ) .г: 6И }«лС: Л назначены для размещения в магнитном поле токопроводов соответствующих фаз переменного тока преобразо-. ватель ной установки, их контакты включены параллельно, а управляющие обмотки - встречно-параллельно, соответственно, контактамИ управляющим обмоткам упомянутых трех герконов, остальные N-3 введенных геркона предназнчены для размещения в магнитном поле второго токопровода постоянного тока, а их контакты через введенные резисторы подключены параллельно пусковому блоку и упомянутым И-3 цепям, состоящим из включенных последовательно И-3 i riepKOHOB и N-3 резисторов. 2.Устрой;стно поп.1, отли (О С чающееся тем , что в него введены на каждую из фаз по два контролирукяцих геркона, управляющие обмотки и контакты которых включены последовательно, соответственно управляющим обмоткам и контактам герконов, предназначенных для размещения . в магнитном поле токопроводов переменного .тока. 3.Устройство по п. 1,2, о т л и-со чающееся тем. что в него .введен блок регулировани-я ВЕОХОДНОГО 00 4 тока преобразовательной установки, а часть герконов, предназначенных для размещения в магнитном поле одного из токопроводов постоянного тока, снабжена дополнительныг1и контактами . Подключенными к входу блока регулирования выходного тока. 4.Устройство по пп.1-3, о т.личающееся тем, что пусковой блок выполнен в виде управляемого ключа, соединенного последовательно с резистором.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) {11) 3(51) Н 02 Н 7/12.и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ио у

1 еР

Ь)а!ае)аа: 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3514359/24-07 (22) 25.11.82 (46) 15.02.84. Бюл. ) 6 (72) В.С. Копырин (71 ) Павлодарский индустриальный институт (53) 621 ° 316,925.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР г) 915734, кл. Н 02 Н 7/12, 1982.

2..Авторское свидетельство СССР по заявке г) 3374259/24-07, кл. Н 02 Н 7/12, 1981. (54 ) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИффЕРЕНЦИАЛЬ НОЙ ЗИцИТЬ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ., содержащее блок сравнения с датчиками переменного и постоянного тока, выполненными на N герконах,.три из которых предназначены для размещения в магнитном поле токопроводов соответствующих фаз переменного тока преобразовательной установки, а их контакты подключены к исполнительному органу через контакт контролирующего ,геркона, остальные N-3 геркона предназначены для размещения в магнитНоМ поле первого токопровода постоянного тока, а их KoHTBKTbI через

N-3 резистора, управляющие обмотки трех вышеуказанных и контролирукЩего герконов и регулируемый резистор подключены к источнику оперативного тока, о т л и ч а, ю щ е е с я тем; что, с целью повышения надежности и быстродействия и расширения функциональных возможностей путегл обеспечения защиты от замыкания одного иэ токопровадов постоянного тока на землю, в него введены пусковой блок, и герког(ов и N-3 резисторов, при этом три из введенных герконов предназначены для размещения в магнитном поле токопроводов соответствующих фаэ переменного тока преобразо-. вательной установки, их- контакты включены параллельно, а управляющие обмотки — встречно-параллельно, соответственно, контактам:и управляющим обмоткам упомянутых трех герконов, остальные N-3 введенных геркона предназнчены для размещения в магнитном поле второго токопровода постоянного тока, а их контакты через введенные резисторы подключены параллельно пусковоглу блоку и упомянутым N-3 цепям, состоящим из включенных последовательно 11-3 герконов и N-3 резисторов.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что в него введены на каждую из фаэ по два контролируююих гериоиа, упраилиююие обмотки и контакты которых включены последователь но, соответственно управляющим обмоткам и контактам герконов, предназначенных для размещения.в магнитном поле токопрово- . дов переменного тока.

3. Устройство по п.1,2, о т л и"- «3 ч а ю щ е е с я тем. что в него (" ) введен блок регулирования выходного тока преобразовательной установки, а часть герконов, предназначенных для размещения в магнитном поле одного из токопроводов постоянного 4 р ). тока, снабжена дополнительныгли кон,тактами, подключенными к входу блока регулирования выходного тока.

4. Устройство по пп.1-3, о т .- ф л и ч а ю щ е е с я тем, что пус- . ковой блок ныполнен в ниде управляе мого ключа, соединенного последовательно с резистором.

1073840

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к устройствам для защиты вентильных преобразовательных установок.

Известно устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки, содержащее блок сравнения с датчиками переменного и пос.тоянного тока, источник постоянного оперативного тока, исполнительный орган, контролирующий геркон, регулируемый резистор, подключенный последовательно управляющей обмотке этого геркона Г1 1.

Однако это устройство отличается ограниченными надежностью и быстродействием, высокой стоимостью, требует вывода установки из работы при плановых проверках защиты, не исключает возможность поражения электрическим током при обслуживании из-эа использования трансформаторов пере.менного тока. Кроме того, устройство не дбеспечивает защиту преобразовательной установки.от замыкания одного из токопроводов постоянного тока на землю, что, в свою очередь, также повышает опасность обслуживания преобразовательной установки.

Наиболее близкигл по технической сущности к предлагаемому является устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки, содержащее блок сравнения с датчиками переменного и постоянного тока, выполненными íà N герконах, три из которых предназначены для размещения в магнитном поле токопроводов соответствующих фаз переменного тока преобразовательной установки, а их контакты подключены к исполнительному органу через контакт контролирующего геркона, оста>гьные NЗ геркона предназначены для размещения в магнитном поле первого токопровода постоянного тока, а их контакты через

N-3 резистора, управляющие обмотки трех и контролирующего герконов и регулируемый резистор подключены к источнику оперативного тока. Устрой. ство дешевле, безопасно в обслуживании и создает возможность плановых проверок без отключения преобразовательной установки (2 l.

Однако известное устройство не обеспечивает высокой надежности при включении преобразовательной установки и высокого быстродействия, если короткое замыкание в преобразовательной установке или на ее выходе произойдет в момент, когда потоки, действующие на три геркона, установленных в магнитном поле токопроводов фаз переменного тока, окажутся направленныгли согласно, а. также не обеспечивает защиту преобразовательной установки от замыкадля размещения в глагнитном поле

25 первого токопровода постоянного тока, а их контакты через N-3 резистора, управляющие обмотки трех и контролирующего герконов и регулируемый резистор. подключены к источ30 нику оперативного тока, введены пусковой блок, N repI

35 соответствующих фаэ переменного тока преобразовательной установки, их контакты включены параллельно, а управляющие обмотки — встречнопараллельно, соответственно контак40 там и управляющим обмоткам упомянутых трех герконов, остальные N-3 введенных геркона предназначены для размещения в магнитном поле второго токопровода постоянного тока, а их контакты через введенные резисторы

45 подключены параллельно пусковому блоку и упомянутым М-3 цепям, состоящим из включенных последовательно N-3 герконов и N-3 резисторов.

Кроме того, в устройство могут

55 быть введены на каждую из фаз по два контролирующих геркона, управляющие обмотки и контакты которых включены последовательно, соответст венно управляющим обмоткам и контактам герконов, предназначенных для размещения в магнитном поле токопроводов переменного тока.

Кроме того,в устройство может быть введен блок регулирования выходного тока преобразовательной установки, а часть герконов, предназначенных для размещения в магнитном поле одного из токопроводов постоянного тока, снабжена допол60 нителъными контактами, подключенния одного из токопроводов постоянного тока на землю, что, крогле того, приводит к снижению безопасности обслуживания.

Цель изобретения — повышение надежности и быстродействия и расширение функциональных. воэможностей путем обеспечения защиты от замыкания одного из токопроводов постоянного тока на землю.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки, содержащее блок сравне,ния с датчиками переменного и постоянного тока, выполненными на N герконах, три из которых предназначены для размещения в магнитном поле токопроводов соответствующих фаз переменного тока преобразовательной

20 установкй, а их контакты подключены к исполнительному органу через контакт контролирующего геркона, остальнце Н-3 геркона предназначены

1073840 ными к входу блока регулирования выходного тока.

Пусковой блок может быть выполнен в виде управляемого ключа, соединенного последовательно с резистором.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства защиты; на фиг. 2 — схема устройства с дополнительными контролирукщими герконами и с блоком регулирования. тоха преобразовательной установки и пусковым блоком, выполненным в виде запираемого тиристора и резисторами на фиг. 3-7 временные диаграммы магнитных потоков, воздействующих на герконы, закрепленные в магнитном поле токопроводов переменного тока для различных режимов преобразовательной установки.

Устройство содержит (см. фиг.1) герконы 1;,, 1, ... 1-,, 1, 1;, 1„ 3

° ° ° 1Н+Ь 1Н-3+. ° 1ги+ ° rpe =9

10 ... 0+2, И+3. Концы управляющих обмоток герконов 1,, 13, 1 и начала управлякицих обмото:: герконов 1, 1+, 1 ь подключены и резисторам

2g 3y)р 2И-Ь и х первому входу пускового блока 3, а начала управляющих обмоток герконов 1,«13, 1 и концы управляглцих обмоток rep3 кочов 1, 14, 1 подключены к началу обмотки управления геркона 1„, конец которой подключен через регулирукщий резистор 4 к положительному полюсу источника постоянного оперативного тока 5. Отрицательной полюс источника 5 подключен к второму входу пускового блока 3 и к неподвижным пластинам контактов герконов

Ф

18 1;, 1Н 3+;, 1 «,, подвижные пластины которых нодклпчены соответственно к резисторам 2 „, 2 .;, 2 .„„., 2 N g. Размыкаюцие контакты герконов 1,, 1 ° .< 1 6 подключены к исполнительному органу б через замыкающий контакт контролирующего геркона 1, размыкающий контакт которого. подключен к блоку сигнализации 7.

Герконы 1 1 и 12 i 13 и 14 1 у и 1Ь с управлякщийи обмотками закреплены в магнитном поле соответственно токопроводов 8-10 переменного тока пре преобразовательной установки, состоящей из трансформатора 11 и преобразователя 12, к выходу которого подключена нагрузка 13. 2 (герконов, не име яцих управляющих обмоток, расположены в магнитном поле токопроводов постоянного тока преобра- зователя 12, причем герконы 1Э, 1;, 1 4 расположены вблизи токопровода 14, а герконы 1н,, 1д >,, 1, вблизи токопровода 15.

Устройство может дополняться (см. фиг. 2 ) герконами 16, 17, 21, управляющие обмотки которых подключены последовательно с управ лякицими обмотками соответственно герконов 1„, 1 ... 1,.а их контакты подключены последовательно соответственно с контактами послед5 них.

Для управляемых преобразовательных установок (см. фиг. 2 ) часть размыкакицих "контактов И-3 герконов, расположенных в магнитном поле токо<0 провода постоянного тока 15, подключейы к входу блока регулирования тока 22, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя 12.

Пусковой блок 3 может быть вы полнен в виде (см.,фиг. 2) запирае-. мого тиристора 23 и резистора 24 °

Катод запираемого тиристора 23 подключается к отрицательному полюсу источника 5, а анод — через резистора 24 к резисторам 2„, 2 .. ° 2 Ь °

Устройство работает следунцим образом.

Чтобы исключить ложное срабатывание защиты при включении преобразовательной установки, необходимо подготовить устройства к работе.

Эта задача решается пусковым блоком 3. После его срабатывания (см. фиг. 1,2 )обеспечивается протекание начального тока 1 „„ от источника постоянного оперативного тока 5 по обмоткам управления герконов 1 „ - 1Ь . При этом в обмотках управления создаются начальные знаÇ5 чения магнитных потоков ф „(см. фиг.3,4), которые действуют на герконы 1 — 1 и размыкают их кон1 б такты. На фиг. 3,4 включение пускоВого блока показано в момент

40 времени t Причем потоки как начальные 4>Н, так и рабочие ф „в обмотках управления герконов 1 „, 1

13 и 1з 14. 1ь направлены противоположно с целью обеспечения высокого быстродействия защиты (фиг. 3,4).

Начальный поток, действующий на г рконы, равен Чн =4 сГ. г+ Фз. где ф — магнитный поток, при котосрг ром геркои срабатывает; . Ф - дополнительный магнитный

3 поток,. обеспечивающий надежную работу устройства защиты: при изменении тока

55 нагрузки преобразователя (выбирается с учетом максимальной скорости изменения тока нагрузки в нормаль ном режиме — d т И t );

60 при влиянии посторонних магнитных полей, если они имеют место.

Кроме того, подготовка устройства к работе предусматривает срабатй65 вание гериона 1, после чего можно

1073840

35 включать преобразовательную установку °

В нормальном режиме работы преобразовательной установки на герконы 1 — 1, расположенные соответст. венно попарно в магнитных полях, создаваемых токопроводами переменного тока 8-10, действуют два магнитных потока. Первый магнитный поток Ф обусловлен переменным током, протекакщим:по токопроводу переменного тока, а второй Фв — током, протекаю.. цим IJQ соответствующей обмотке управления герконом. При этом, учиты— вая однонаправленность потоков Ф, за каждый период протекания тока в 15 токопроводе переменного тока потоки оказываются направленными, то согласно, то встречно. Поток, создаваемый током в обмотке управления

; см. фиг. 3), равен 20

Ф,„=Ф,.Ф,.Ф где ф -"К Ф вЂ” амплитуда магнитного т tx потока ф ф — поток, создаваемый : 25 токопроводом постоянного тока (14 или 151;

Kñõ — коэффициент схемы преобразовательной установки; 30

Ф> = (О -. ьФ) — дополнительный поток, обусловленный дискретностью изменения потока в обмотках управления герконов 11- 16, лФ =2лф„— приращение потока в обмотке управления герконов. 1 - 16 при одновременном срабатывании двух герконов равноудаленных от токопроводов постоянного тока 14 или 15 (напри åP герконов 1 г1 г и 1 гг у 1 ц+3 H 40

1N+5 или 1 8 и 1 г + ) ° йф1 — приращение потока в обмотке управления одного из герконов 11-16 при срабатывании одного иэ герконов расположенных в магнитном 45 поле одного из токопроводов постоянного тока (14 и 15) .

Так как в нормальном режигле преобразовательной установки Ф -Ф >ф, 50 т ср.г то герконы 11 1 остаются разомк-

6 нутыми и, следовательно, сигнал на отключение преобразовательной уста-, новки (на входе исполнительного органа 6 ) отсутствует. 55

Если происходит изменение тока нагрузки, то герконы 18-1 гг+1 переключаются таким образог, чтобы всег да выполнялось условие Ф -Ф 7Ф т.е. поток, создаваемый обмоткой g0 управления, как бы следит за-изменением тока нагрузки и Ф,. На фйр. 3 показан режим изменения тока в нагрузке от нуля до установившегося значения. На фиг. 4 более детально показано изменение потоков и их составляющие в периоды подготовки защиты и начального линейного увеличения тока нагрузки от нуля. В этом режиме преобразовательной установки следующая очередность работы устройства: — срабатывает пусковой орган 3;

t — подключается преобразователь-2 ная установка, и начинается линейное возрастание тока нагрузки 1н, ток в нагрузке достигает 3 значения 1„„, при котором поток, создаваемый токопроводами 14 и 15, оказывается достаточным для срабатывания герконов 1гг+ и 1г

t — ток в нагрузке достигает

4 значения 1 н„, при котором лоток, создаваемый токопроводами 14 и 15, оказывается достаточным для срабатывагерконов 1 + И 1г1 и т.д.; переходный процесс завершил ся и ток нагрузки достиг своего установившегося значения °

Срабатывание герконов 18 и 1 г +, выбирается из условия максимально допустимого тока преобразователя и нагрузки 1„ „ =1 „

При короткой закыкании. в нагрузке или между токопроводами постоянного тока 14 и 15 или перегрузке, например, в режиме выпрямителя,. входной и выходной токи преобразователя становятся больше допустимого значения, на которое настроена защита 1р 1„ „„„ . B этом случае все герконы 1g-12(4+1 расположенные в магнитных полях токопроводов

14 и 15, срабатывают, обеспечивая максимальный ток I„,„ „ и максимальный поток Фц „в обмотках управления герконами 11- 16. Определенное число герконов на выходе преобразователя обеспечивает ограничение пото-ка Ф „ . Амплитуда же потока Ф устройством защиты не ограничивается и зависит только от и раметров преобразовательной установки и характера аварийного режима. В результате амплитуда ф потока ф вначале достигает значения Фц„ „„, а затеи превышает его. Как только 4ру

-Фщ<Ф один или несколько герконов из 1„.- 1 6 срабатывают и замыкают входную цепь исполнительного ор- . гана б, который дает команду на отключение преобразовательной установки.

Возможны два случая возникновения рассмотренных аварийных режима — в отрицательную или положительную полуволны токов в токопроводах

1073840, ходит, так как Ф@ -Фт 4 г ср.г

III u IV интервалах — устройство защиты отключает преобразозательную установку из-за замыкания одного иэ токопроводов 14 или 15 на землю или ухудшения изоляции.

Чувствительность защиТы при замыканиях на землю тем выше, чем больше число герконов и, следовательно, меньше приращение потока Яф„ .

Устройство для защиты работает аналогично и при работе преобразовательной установки в инверторном режиме во всех рассмотренных режимах,.

15 При обрыве проводников, соединяющих управляющие обмотки герконов

1.,- 1 с источником тока 5, резисто, ра щ или герконю 18- 12И.1 . Протекание тока в управлятхцей обмотке

$Q контролирующего геркона 1 прекращается и геркон 1 размыкает входную цепь исполнительного органа 6, предотвращая ложное срабатывание защиты, и замыкает цепь блока сигна25 лизации 7, сигнализируя о возникшей неисправности.

При обрыве в одной из обмоток управления герконами 1 „-16 прекращается протекание тока в соответствую3р щей обмотке управления герконамн

16 — 21, геркон размыкает свой контакт и выводит нз работы геркон с поврежденной управляющей обмоткой, а соответствунщий блок сигнализации в работу.

В управляемых преобразовательных установках, с целью обеспечения токоорганичения при коротких замыка. ниях и перегрузках, часть герконов

Ю иэ 1М+Г - 1ЛМ1 имеют дополнительные раэмыкающие контакты, подключенные к входу блока регулирования тока 22.,Чем больше перегрузка, тем больше число герконов срабатывает и тем больше ограничивается выход5 ной ток преобразовательной установки. При коротком замыкании в нагрузке или между токопроводами 14 и

15 все герконы срабатывают и блок

22 формирует на управлякший вход

50 преобразователя 12 сигнал на ограничение тока до нуля.

Пусковой блок 3 может быть выполнен в виде регулируемого резистора или унравляемого ключа и реэис5 тора. В качестве управляемого ключа может служить запираемый тиристор

23 (см. фиг. 2 I нли транзистор.

Предлагаемое устройство защиты по сравнению с аналогичными обладар ет большими надежностью и быстродействием, обеспечивает защиту преобразовательной установки от всех возможных внутренних и внешних повреждений. Оно безопасно в обслуживании и не требует вывода преоб8-10 и соответственно потоков ими создаваемых. Для обеспечения высокого быстродейс.твия защиты, т.е. вступления ее в работу независимо от того в какую полуволну потока ф произошел аварийный режим, около . каждого из токопроводов 8-10 расположены по два геркона. В любой момент времени в одном из них потоки ф ифр> оказываются направленными встреч но, что и обуславливает готовность защиты к срабатыванию. На фиг; 5 и б показаны временные диаграммы потоков для этих двух случаев аварийных режимов, где tс .э .- время начала срабатывания устройства защити.

При коротком замыкании в преобразователе 12, íà его входе или в трансформаторе 11, например, в ре- . жиме выпрямителя происходит увеличение тока в токопроводах 8-10 и уменьшение в токопроводах 14 и

15. Это вызывает увеличение потока ф и в результате выполнение усло« вия Фо — Ф ф >, что приводит к срабатыванию защиты.

При замыкании одного из токопроводов постоянного тока 14 или

15 на землю или -при ухудшении изоляции одного из этих токопроводов относительно земли токи в токопроводах 14 и 15 на выходе преобразователя 12 не равны. Больший ток в . токопроводе, у которого повреждена изоляция или он замкнул на землю, эа счет токов утечки. Этн аварийный режимы иэ-эа неравенства токов в . токопроводах 14 н 15 приводят к неравному количеству сработавших герконов, расположенных в их магнитном поле, И чем больше ток утечки, тем больше количество несработавших герконов в магнитном поле неповрежденного токопровода. В результате ток в обмотках управления герконов

1„-16 и, следовательно, поток ф з меньше требуемого при нормальном режиме преобразователя на величину аФ -альф„, где — число несработавших герконов

По числу несработавших герконов можно контролировать состояние изоляции токопровода и при ухудшении ее до критического значения отключить преобразователь. 5

На.фиг. 7 показаны диаграьвы изменения потоков при. ухудшении .изоляции одного из токопроводов 14 или 15 для четырех режимов (I-IV), при неизменной нагрузке преобраэо« вателя, На .I интервале - нормальный режим работы преобразовательной установкиу íà II - изоляция ухудшилась, но защита настроена так, что отключение установки «не проис1073840

10 ра зовательной установки из работы на время плановых проверок. Учитывая преспективу его применения для преобразовательных годстанций передач постоянного тока, тяговых подстанций, преобразовательный установок для электролиза, автоматизированного электропривода, экономический эффект при внедрении может составить значительную величину.

Так, например, использование устройства на одной преобразовательной подстанции постоянного тока напряжением 1500 кВ дает экономический эффект более 50 тыс. руб. только

5 за счет повышения надежности и исключения трансформаторов тока. Кроме того, применение устройства повысит безопасность обслуживания преобразовательной установки.

1073840

2073840

1073840

Z @OgmaX ак пах

4Ъу rriax.Закаэ 357/51 Тираж 614

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород„ ул. Проектная, 4

Составитель B. Игроков

Редактор О. Колесникова . Техред Т.Фанта Корректор Ю. Макаренко