Устройство для защиты фильтра высших гармоник

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к релейной защите фильтров высших гармоник (ФВГ) преобразовательных подстанций, передач постоянного тока, вставок постоянного тока, приводов крупных прокатных станов и дуговых сталеплавиль- - ных печей. Целью изобретения является повышение надежности защиты и упроще7 I . / ние обслуживания ФВГ. Указанная цель достигается введением в устройство защиты датч1 пса тока фильтра 7, трех по ло с но-про пус кающих филь тров 9,12, 15, настроенных на резонансную частот ту ФВГ, двух выпрямителей 13 и 16, двух формирователей прямоугольного напряжения 18,19, трех блоков выборки и хранения 11,14,17, двух блоков деления 20,21, первого логического элемента И 24, блока задержки 25 и блока сигнализации 27. Блок сигнализации 27 содержит первый и второй компараторы , три логических элемента И, два логических элемента НЕ, три индикатора и измерительный прибор. Устройство реагирует на изменение разности сопротивлений конденсаторной батареи и реактора с действием на отключение ФВГ от сети с одновременной индикацией , указывающей на поврежденный элемент , или с действием на сигнал требования коррекции элементов ФВГ (подстройки в резонанс). Предусмотрен контроль значения емкости (сопротивления ) конденсаторной батареи. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. (/) ksD ) а j: (pusf

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (п 4 н 02 H 7/12; 7/16

М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

И ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3975814/24-07 (22) 18. 11. 85 (46) 15. 03. 87. Бюл. Ф 10 (71) Горьковское отделение Всесоюзного государственного проектно-изыска— тельского и научно-исследовательского института энергетических систем и электрических сетей Энергосетьпроект" (72) E.Ï. Королев, С.M. Куцовский и Э.M. Либерзон (53) 621.316.925(088.8) (5e) Авторское свидетельство СССР

Р 752606, кл. Н 02 Н 7/17, 1978.

Авторское свидетельство СССР

В 1003234, кл. Н 02 Н 7/12, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ФИЛЬТРА

ВЫСШИХ ГАРМОНИК (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите фильтров высших гармоник (ФВГ) преобразовательных подстанций, передач постоянного тока, вставок постоянного тока, приводов крупных прокатных станов и дуговых сталеплавиль-, ных печей. Целью изобретения является повышение надежности защиты и упроще1

„„Я0„„1297164 А1 ние обслуживания ФВГ. Указанная цель достигается введением в устройство защиты датчика тока фильтра 7, трех полосно-пропускающих фильтров 9,12, 15, настроенных на резонансную частоту ФВГ, двух выпрямителей 13 и 16, двух формирователей прямоугольного напряжения 18, 19, трех блоков выборки и хранения 11,14,17, двух блоков деления 20,21, первого логического элемента И 24, блока задержки 25 и блока сигнализации 27. Блок сигнализации

27 содержит первый и второй компараторы, три логических элемента И, два логических элемента НЕ, три индикатора и измерительный прибор. Устройство реагирует на изменение разности сопротивлений конденсаторной батареи и реактора с действием на отключение

ФВГ от сети с одновременной индикацией, указывающей на поврежденный элемент, или с действием на сигнал требования коррекции элементов ФВГ (подстройки в резонанс). Предусмотрен контроль значения емкости (сопротивления) конденсаторной батареи.

1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1 -1297164

Изобретение относится к электротех- 1 нике, в частности к релейной защите т фильтров высших гармоник (ФВГ) преобразовательных подстанций передач постоянного тока, вставок постоянного тока, приводов крупных прокатных станов и дуговых сталеплавильных печей.

Цель изобретения — повьппение нав дежности защиты и расширение функциональных возможностей устройства. f0

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства защиты фильтра высших гармоник, на фиг.2— блок-схема блока сигнализации, на фиг.3 — - эпюры, поясняющие принцип

15 действия устройства в нормальном режиме и в режиме повреждения ФВГ.

К питающей сети 1 подключается фильтр 2 высших гармоник, состоящий из последовательно соединенных конденсаторной батареи 3 и силового реактора 4.

Устройство защиты содержит первый трансформатор 5 напряжения, подключенный к сети 1, второй трансформатор

6 напряжения, подключенный к реактору

4 и конденсаторной батарее 3, датчик

7 тока, включенный последовательно с фильтром 2 высших гармоник, первый сумматор .8, первый вход которого подключен к выходу первого трансформатора

5 напряжения., а второй — к выходу второго трансформатора 6 напряжения, цепочку из последовательно соединен1 35 ных первого полоска — пропускающего фильтра 9, подключенного входом к выходу первого сумматора 8, первого выпрямителя 10 и первого блока 11 выборки и хранения, цепочку из последо-40 вательно соединенных второго полоснопропускающего фильтра 12, подключен— ного входом к выходу второго трансформатора 6 напряжения, второго выпрямителя 13 и второго блока 14 вы- 45 борки и хранения, цепочку из последовательно соединенных третьего полоснопропускающего фильтра 15, подключенного входом к выходу датчика 7 тока, третьего выпрямителя 16 и третьего блока 17 выборки и хранения, первый формирователь 18 прямоугольного напряжения, подключенный входом к выходу третьего выпрямителя 16, а выходом — к управляющим входам первого

11 и второго 14 блоков выборки и хранения, второй формирователь 19 прямоугольного напряжения, подключенный входом к выходу второго выпрямителя

3, а выходом — к управляющему входу ретьего блока 17 выборки и хранения, первый блок ?О деления, первый вход оторого соединен с выходом первого лока 11 выборки и хранения, второй лок 21 деления, первый вход которого соединен с выходом второго блока 14

ыборки и хранения, а вторые входы обоих блоков деления присоединены к выходу третьего блока 17 выборки и хранения, второй сумматор 22, первый вход которого подключен к выходу первого блока 20 деления, а второй входк выходу второго блока 21 деления, реагирующий орган 23, вход которого соединен с выходом второго сумматора

22, первую логическую схему И 24, первый, второй и третий входы которой подключены соответственно к выходам реагирующего органа 23, второго блока

14 выборки и хранения и третьего блока 17 выборки и хранения, блок 25 задержки, подключенный входом к выходу первого логического элемента

И 24, а выходом — к входу исполнительного органа 26, и блок 27 сигна— лизации, первый вход 28 которого соединен с.выходом блока 25 задержки, второй вход 29 — с выходом второго блока выборки и хранения, третий вход 30 — с выходом второго суммато— ра 22, четвертый вход 31 — с выходом первого блока 20 деления, а пятый àõoð, 32 — с выходом третьего блока

:17 выборки и хранения.

Блок 27 сигнализации содержит второй логический элемент И 33, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым 29 и пятым

32 входами блока 27 сигнализации, первый компаратор 34, вход которого соединен с третьим входом 30 блока

27 сигнализации, а выход — с третьим входом второго логического элемента

И 33, первый логический элемент

НЕ 35, вход которого подключен к первому входу 28 блока 27 сигнализации, а выход — к четвертому входу второго логического элемента И 33, второй компаратор 36, вход которого соединен с четвертым входом 31 блока 27 сигнализации, второй логический элемент

НЕ 37, третий логический элемент

И 38, первьп вход которого подключен к выходу BToporo компаратора 36 и к входу второго логического элемента

И 37, четвертый логический элемент

И 39, первый вход которого подключен

3 1297164 4 к выходу второго логического элемен— та HF. 37, а второй вход — к второму входу третьего логического элемента

И 38 и к входу первого логического элемента HF. 35, первый 40, второй 41 и третий 42 индикаторы, подключенные соответственно к выходам второго 33, третьего 38 и четвертого 39 логичес— ких элементов И, и измерительный прибор 43, подключенный к,четвертому 10 входу 31 блока 27 сигнализации.

В первом сумматоре 8 осуществляется формирование сигнала, пропорционального напряжению на конденсаторной батарее 3 и получаемого путем вычита-15 ния напряжения на реакторе 4 (от вто— рого трансформатора 6 напряжения) из напряжения сети 1 (от первого трансформатора 5 напряжения).

Полосно-пропускающие фильтры 9, 20

12 и 15 настроены на частоту резонанса фильтра 2 высших гармоник и выделяют напряжения этой частоты.

Формирователи 18 и 19 прямоуголь25 ного напряжения выполнены безгистерезисными и с небольшим порогом сра6атывания.

Напряжения на выходах формирователей 18 и 19 соответствуют высокому логическому уровню в интервалах прево шения входными напряжениями установленного порога и низкому логическому уровню вблизи нуля входных напряжении.

Блоки 11,14 и 17 выборки и хране- 35 ния выполнены такими, что при наличии логической единицы на их управляющем входе они работают в режиме хранения предшествующей информации, а при появлении на управляющем входе логичес«40 кого нуля переходят в режим слежения и работают как повторители напряжения на рабочем входе.

Практическая реализация блока вы- 45 борки и хранения может быть выполнена по стандартной схеме на операционном усилителе с запоминающим конденсатором в цепи отрицательной обратной свясвязи и с полевым транзистором в качестве коммутирующего элемента на входе.

Блоки 20 и 21 деления формируют выходной сигнал, пропорциональный отношению выходных напряжений.

Блок 25 осуществляет задержку срабатывания исполнительного органа.

26 на время,= 10 мс с целью исключения ложных срабатываний от импульсных помех и переходных процессов в элементах схемы.

Исполнительный орган 26 обеспечивает в течение заданного времени подачу команды на отключение фильтра высших гармоник от сети.

Блок 27 сигнализации выполняет функции световой индикации расстройки фильтра, не приводящей к срабатыванию защиты (индикатор 40), световой индикации поврежденного элемента фильтра 2 при срабатывании защиты (индикатор 41 при повреждении батареи конденсаторов 3 и индикатор 42 при повреждении реактора 4) и количественной оценки значения емкости конденсаторной батареи 3 по измерительному прибору 43 с той целью, чтобы при снижении емкости до заданного значения отключить фильтр 2 для замены вышедших из строя конденсаторов независимо от состояния индикатора

40, что преддтвратит возможность лавинообразного повреждения всей конденсаторной батареи иэ-за недопустимого повышения напряжения на ее элементах.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме при исправных элементах фильтра 2, настроенного в резонанс на заданкую частоту, на выходе первого сумматора 8 формируется напряжение, пропорциональное полному напряжению на конденсаторной батарее

3, получаемое как разность напряжения с выхода первого трансформатора 5 напряжения и напряжения с выхода второго трансформатора 6 напряжения.

Из напряжений с выхода первого сумматора 8, с выхода второго трансформатора 6 напряжения и с выхода датчика 7 тока выделяются составляющие части настройки фильтра 2 высших гармоник соответственно в первом 9 (V ), втором 12 (U ) и третьем 15 (U„ ) полосно-пропускающих фильтрах (дзиг. 3) .

После двухполупериодного выпрямления этих напряжений в блоках 10,13 и 16 напряжения с их выходов. 0„ и U, ïîñòóïàþò на рабочие входы блоков 11 14 и 17 выборки и хранения. Кроме того, напряжекия О, и

U, поступают на входы формирователей 18 и 19 прямоугольного напряжения.

5 129716

Напряжение с выхода первого формирователя 18 (U ) поступает на управляющие входы первого 11 и второго

14 блоков выборки и хранения, а с выхода второго формирователя 19 (U, ) — на управляющий вход третьего блока 17 выборки и хранения.

Вблизи переходов тока резонансной частоты ФВГ через нуль на выходе первого формирователя 18 прямоугольного 10 напряжения формируются короткие сигналы низкого уровня, при наличии которых производится выборка напряжений, присутствующих на рабочих входах первого 11 и второго 14 блоков выборки и хранения.

Таю как напряжения резонансной частоты на конденсаторной батарее

3 и на реакторе 4 сдвинуты относительно тока ФВГ 2 на углы, близкие о к +90, то моменты выборки практически совпадают с максимумами напряжений

Поэтому на выходах блоков

11 и 14 выборки и хранения формируются напряжения, пропорциональные модулям амплитудных значений входных сигналов или напряжений резонансной частоты на конденсаторной батарее

3 и реакторе 4 соответственно.

Аналогично третий блок 17 выборки 30 и хранения, управляемый формирователем

19 прямоугольного напряжения, производит в каждом полупериоде выборку и хранение модуля амплитудных значений тока резонансной частоть1 в ФВГ 2. 35

В блоках 20 и 21 осуществляется деление сигналов, пропорциональных модулям амплитудных значений напряжений соответственно на конденсаторной батарее 3 и на реакторе 4, на модуль щ амплитудного значения тока. В результате этого на выходе блока 20 формируется напряжение U, пропорциональное емкостному сопротивлению конденсаторной батареи 3 (Z ), т.е. Uä

/Ц„, а на выходе блока 21 деления — пропорциональное сопротивлению реактора 4 (2,), т.е. U« = Ц4 /Ц„, В нормальном режиме на резонансной частоте ФВГ сопротивления 2 и 2 50 имеют близкие значения.

Поэтому формируемая сумматором 22 разность напряжений U = П вЂ” U пропорциональная разности / — Z ниже уставки реагирующего органа 23 и 55 первого компаратора 34. В результате не происходит срабатывания защиты и индикаторов 40,41 и 42 в блоке 27 сигнализации.

° (При пробое единичного конденсатора в конденсаторной батарее 3 или уменьшения ее, емкости в процес се эксплуатации сопротивление батареи на частоте настройки фильтра 2 возрастает. В результате на выходе второго сумматора

22 напряжение возрастает пропорционально изменению разности сопротивлений элементов ФВГ (2 з — 2 ), характе— ризуя степень его расстройки.

Если этот сигнал П недостаточен для срабатывания реагирующего органа

23 (ниже уставки защиты), но вызывает срабатывание первого компаратора 34 в блоке 27 сигнализации (выше устав— ки коррекции), имеющего более высокую чувствительность, то срабатывания защиты не произойдет, а в блоке 27 сигнализации срабатывает индикатор

40 требования коррекции ФВГ (подстройки в резонанс), так как на всех входах второго логического элемента И 33 имеются сигналы высокого уровня.

Аналогично эксплуатационное изменение индуктивности реактора 3 приводит к возрастанию сигнала расстройки Uq в результате чего также срабатывает первый индикатор 40.

В этих режимах индикаторы 41 и 42 работать не будут, так как на вторые входы третьего 38 и четвертого 39 ло— гических элементов И поступает сигнал низкого уровня (логический нуль) от блока 25 задержки через первый вход

28 блока 27 индикации. После выполнения подстройки фильтра 2 схема придет в исходное состояние, .Если в результате повреждения конденсаторной батареи 3 ее сопротивление Z на резонансной частоте, а следовательно, и напряжение U, возросло настолько, что напряжение U пропорциональное разности сопротивлений элементов ФВГ, превысило уставку срабатывания реагирующего органа 23 (фиг.3 после момента повреждения ФВГ), то .сигнал высокого уровня с era выхода поступит на первый вход первого логического элемента И 24. Так как на двух других входах блока 24 уже присутствуют сигналы высокого уровня от блоков 14 и 17 выборки и хранения, то произойдет запуск блока ?5 задержки. Через заданное время, 10 мс сигнал высокого уровня с выхода блока 25 задержки (U 5) приведет к срабатыванию исполнительного îpra— на 26 защиты, отключающего ФВГ 2 от сети 1.

Полное RppMR срабатывания зашиты от момента повреждения ФВГ может превысить значение, на длительность одного полупериода частоты настройки фильтра, если повреждение произошло сразу же после предшествующей выборки в блоках 11 и 14. Так как минимальная частота ФВГ составляет ?50 Гц (5-я гармоника), то увеличение вре— мени срабатывания по сравнению с 10 составит не более 2 мс.

Одновременно сигнал с выхода блока 25 задержки поступает через первый вход 28 блока сигнализации на вторые входы третьего 38 и четвертого 39 15 логических элементов И непосредствен— но и на четвертый вход второго логического элемента И 33 через первый логический элемент НЕ 35, наличие, сигнала низкого уровня на четвертом 20 входе 31 обеспечивает сохранение нуля на его выходе и индикатор 40 не срабатывает.

С выхода первого блока 20 деления через четвертый вход 31 блока 27 сиг- 25 нализации поступает напряжение U, пропорциональное возросшему значению приводящее к срабатыванию второго компаратора 36, уставка срабатывания которого выбирается как сумма Z, 30

3 нормального режима и уставки срабатывания защиты (реагирующий орган 23).

При этом сигнал-высокого уровня с выхода компаратора 36 поступает на первый вход третьего логического 35 элемента И 38, что приводит к появлению сигнала высокого уровня на его

1 выходе, и индикатор 41 фиксирует неисправность конденсаторной батареи.

На первый вход четвертого логичес- кого элемента И 39 через второй логический элемент НЕ 37 приходит сигнал низкого уровня, поэтому на выходе элемента И 39 сохраняется сигнал низ45 кого уровня и индикации о неисправности реактора 4 не происходит.

При возникновении виткового замыкания в реакторе 4 устройство работает аналогично режиму повреждения конденсаторной батареи 3. Отличие состо

50 ит лишь в работе блока сигнализации

27. Так как при данном повреждении напряжение на выходе первого блока

20 деления не изменяется, то второй компаратор 36 в блоке 27 сигнализации не срабатывает„ что обеспечивает низкий уровень сигнала на первом входе третьего логического элемента И 38 и снгпап высокого уровня на первом входе четвертого логического элемента И 39. При этом индикатор 41 не воэбудится, индикатор 42 зафиксирует неисправность реактора 4.

При неисправности в цепях второго трансформатора 6 напряжения или в цепях датчика 7 тока сигнал низкого уровня с выхода соответствующего блока 14 или 17 выборки и хранения поступает соответственно на второй или третий вход первого логического элемента И 24, запрещая срабатывание защиты; и соответственно на второй 29 или пятый 32 вход блока 27 сигнализации, запрещая работу индикатора 40.

Если отсутствует напряжение с выхода первого трансформатора 5 напряжения, то сигналы на выходах первого

20 и второго 21 блоков деления будут равны и также не произойдет изменений в поведении защиты и блока 27 сигна-. лизации.

Предлагаемое устройство предназначено для защиты ФВГ, включаемых на напряжения 10-220 кВ, и позволяет повысить надежность защиты в различных режимах работы, а также оперативно производить подстройку фильтра на резонансную частоту, быстро выявлять поврежденный элемент фильтра и контролировать состояние конденсаторной батареи с целью своевременного. выполнения замены вышедших из строя конденсаторов в батарее. Это позволяет повысить эффективность работы фильтров высших гармоник, улучшая качество напряжения основной частоты в сети, а также снизить запас по конденсаторам, вводимый для уменьшения влияния повреждения одного конденсатора на общую емкость батареи.

Формула и з обре т е н и я

1. Устройство для защиты фильтра высших гармоник, состоящего из последовательно соединенных конденсаторной батареи и силового реактора, содержащее первый трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключается к сети, в которую включен фильтр высших гармоник, второй трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключается к точке соединения конденсаторной батареи и силового реактора, первый сумматор, первый вход которого подключен к вторичной обмот1297164 ке второго трансформатора напряжения, первый выпрямитель, второй сумматор, реагирующий орган, исполнительный рган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежнос- 5 ти защиты и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены датчик тока фильтра, включаемый между силовым реактором и зем, лей, три полосно-пропускающих фильт- 10 ра, настроенных на резонансную частоту фильтра высших гармоник, два выпрямителя, два формирователя импульсов прямоугольного напряжения, три блока выборки и хранения, два блока деления, первый логический элемент И, блок задержки и блок сигнализации, при этом второй вход первого сумматора подсоединен к вторичной обмотке первого трансформатора напряжения, 20 а выход через последовательно соединенные первый полосно-.пропускающий

AHJIbTp и первый выпрямитель — к рабочему входу первого блока выборки и хранения, выход второго трансформато- 25 ра напряжения через последовательно соединенные второй полосно-пропускающий фильтр и второй выпрямитель подключен к входу второго формирователя импульсов прямоугольного напряжения и к рабочему входу второго блока выA борки и хранения, выход датчика тока через последовательно соединенные третий полосно-пропускающий фильтр и третий выпрямитель подключен к вхо- 35 ду первого формирователя прямоугольного напряжения и к рабочему входу третьего блока выборки и хранения, управляющие входы первого и второго блоков выборки и хранения подключены к выходу первого формирователя импульсов прямоугольного напряжения, управляющий вход третьего блока выборки и хранения подключен к выходу второго формирователя прямоугольного напряжения, выход первого блока выборки и хранения подключен к первому входу первого блока деления, второй вход которого подключен к второму входу второго блока деления, к выходу тре" тьего блока выборки и хранения, к третьему входу первого логического элемента И и к пятому входу блока сигнализ ации, первый вход которого соединен с выходом блока задержки и с входом исполнительного органа, третий вход — с выходом второго сумматора и с входом реагирующего органа, четвертый вход — с выходом первого блока деления и с первым входом второго сумматора,, второй вход — с выходом второго блока выборки и,хранения, с первым входом второго блока деления и с вторым входом первого логического элемента И, первый вход которого подключен к выходу реагирующего органа, а выход — к входу блока задержки, а выход второго блока деления соеди— нен с вторым входом второго сумматора, 2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок сигнализации содержит первый и второй компараторы, второй, третий и четвертый логические эцементы И, первый и второй логические элементы HF.,первый, второй и третий, индикаторы и измерительный прибор, при этом первый вход блока сигнализации является входом первого логического элемента НЕ и соединен с вторыми входами третьего и четвертого логических элементов И, второй и пятый входы блока сигнализации являются соответственно первым и вторым входами второго логического элемента И, третий вход которого подключен к выходу первого компаратора, четвертый к выходу первого логического элемента НЕ, а выходы — к входу первого индикатора, третий вход блока сигнализации является входом первого компаратора, четвертый вход— входом второго компаратора и входом измерительного прибора, при этом вход второго логического элемента НЕ подключен к выходу второго компаратора и к первому входу третьего логического элемента И, выход которого соединен с входом второго индикатора, а выход второго логического элемента НЕ под ключен к первому входу четвертого логического элемента И, к выходу кото- . рого подсоединен третий индикатор.

1 ? 97164

2.Д I

Фиг.2

Фие.Х

Составитель К. Шилан

Редактор А. Лежнина Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Заказ 790/58 Тираж. Ü19 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор д, у . р о л. П оектная, 4