Устройство для ограничения резонансных и феррорезонансных процессов
Изобретение относится к высоковольтным электрическим сетям, в частности к защите трансформаторов напряжения электромагнитного типа, подсоединенных непосредственно к фазам транзитной линии электропередачи 110-750 кВ со стороны потребителя электрической энергии до его ли- .нейных выключателей. Цель - повышение эффективности резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов. Устройство ограничения резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов содержит электромагнитный трансформатор напряжения, у которого обмотка высокого напряжения соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, основная вторичная обмотка низкого напряжения соединена в звезду с выведенным нулевым проводом, а дополнительная вторичная обмотка низкого напряжения соединена по схеме разомкнутого треугольника, трехфазную балластную резисторную нагрузку, подключенную к основной вторичной обмотке, однофазную балластную резисторную нагрузку , подключенную к дополнительной вторичной обмотке, высоковольтную линию электропередачи, соединяющую системы шин источника и потребителя электрической энергии с помощью линейных выключателей . Новым у защитного устройства являются управляемые вентили с встречнопараллельным соединением каждой их пары , подсоединенной между фазными выводами основной вторичной обмотки и трехфазной балластной резисторной нагрузкой , резисторы между управляющими электродами каждой фазной пары управляемых вентилей, подключаемые через низковольтный блок включения, соединенный электрической цепью с линейным выключателем , резисторы, подсоединенные наглухо между управляемым электродом и катодом каждого управляемого вентиля, резистор и трансформатор тока в нулевом проводе основной вторичной обмотки низкого напряжения , блок защиты и блок управления. подсоединенные последовательно к вторичным цепям трансформатора тока и соединенные электрической цепью с коммутационным аппаратом, причем коммутационный аппарат и резистор нулевого провода основной вторичной обмэтки соединены последовательно между выводами дополнительной вторичной обмотки. 1 ил. Ё VI О 4 ГчЭ N)
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУЬЯИК (s!)s Н 02 Н 9/04
ГОСУДЛРС! ВЕН!ЫЙ КОУИТЕТ
ПО ИЗОЬРЕ!ЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4779508 /07 (22) 21.11.89 (46) 07.01.92. Бюл. М 1 (71) Завод высоковольтной аппаратуры Производственного объединения "Запорожтрансформатор" им. 8.И.Ленина (72) А.И.Назаров и Б.С.Третьяк (53) .621.316.095 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 904096. кл. Н 02 3 3/00, 1978.
Авторское свидетельство СССР
М 907683, кл. Н 02 Н 9/04, 1978, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ И ЮЕРРОРЕЗОНАНСН6!Х
ПРОЦЕССОВ (57) Изобретение относится к высоковольтным электрическим сетям. в частности к защите трансформаторов напряжения электромагнитного типа, подсоединенных непосредственно к фазам транзитной линии электропередачи 110-750 КВ со стороны потребителя электрической энергии до его ли.нейных выключателей. Цель — повышение эффективности резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов. Устройство ограничения резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов содержит электромагнитный трансформатор напряжения, у которого обмотка высокого напряжения соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, основная вторичная обмотка низкого напряжения соединена в звезду с выведенным нулевым проводом, а дополнительная вторичная обИзобретение относится к области высо-ковольтных электрических сетей, точнее к защитз трансформаторов напряжения элек. Ж 1704221 А1 мотка низкого напряжения соединена по схеме разомкнутого треугольника, трехфазную балластную резисторную нагрузку, подключенную к основной вторичной обмотке. однофазную балластную резисторную нагрузку, подключенную к дополнительной вторичной обмотке, высоковольтную линию электропередачи. соединяющую системы шин источника и потребителя электрической энергии с помощью линейных выключателей. Новым у защитного устройства являются управляемые вентили с встречнопараллельным соединением каждой их пары, подсоединенной между фазными выводами основной вторичной обмотки и трехфазной балластной резисторной нагрузкой. резисторы между управляющими электродами каждой фазной пары управляемых вентилей, подключаемые через низковольтный блок включения, соединенный электрической цепью с линейным выключателем, резисторы, подсоединенные наглухо между управляемым электродом и катодом каждого управляемого вентиля, резистор и трансформатор тока в нулевом проводе основной вторичной обмотки низкого напряжения, блок защиты и блок управленйя, подсоединенные последовательно к вторичным цепям трансформатора тока и соединенные электрической цепью с коммутационным аппаратом, причем коммутационный аппарат и резистор нулевого провода основной вторичной обмотки соединены последовательно между выводами дополнительной вторичной обмотки. 1 ил. тромагнитного типа, подсоединенных непосредственно к фазам транзитной линии электропередачи 110-750 кВ со стороны по17(}4221 треби. н lя зпектри:IQQKO : знерг 1д(0 C () л;1}!ей;ь}х н.}<л}очэтепей.
И -гестно распр- p,>ii! ëbí „устр"йстВа, С.. :; -}ЛНЭ!Ощаo (}ад".! .а (Е-, I;. с Кт}И Най нэгру.":,и между к(})};,3<)й фаза,, оснавнаи лт(}р(!" Ilай О()(:,отки Tp: —, -.,- ор 1э-.с:рс н uiр .—
>К; ния и нулевым tip. Bо)д:-: t с цел ю ОГ(Bft>tче .ия (.. ре! а и }эяже}н" л, г30зд" Яству (а(! }(1х н а и зал::, цию .,."ги э".)B,:< . !нам Отк/iloче}1И(1
ВсВх и(А аед .}}1е}}ий от c 1cTQInLI Llitn! с помощью го "ду"}нь x гы;лю !этелей. УстрайсТВо и,. обеспечивает зф, ктин}10ГО
ОГРЭ}ltn""II(IA l)QPQHc! }РЬ::<Ев)Ий Г}РЛ ППЛ}10М
0CIQC 0 ..: II".в! CI1CTB!1 }э! L)JИ .1 (1 I " рес1ГИрув) непоср дстве. но нэ TovA феррар" зон;нсНС ГО llPO }, GCCc) С ЦЕЛ ЬЮ ЕГО а! Pc!H 1 1ЕНИ(! ДО б) )опасных дпя и (пя(}(1и I)Q.:,!1R! . I. Е:ом".t fтэ}!Иа}!}(ь:и агпэрат псд ;гюча()т актизную ндГрузк" ан1аматически с пома- (bfo бт}о!<э управления QT релейных зэ(((иг, Отклк}ча}0щи,. с,cTBI<у шин, незаа(симо оТ наличия г(сренапряжениЙ, что B сьа}а очередь может у:lio>!
ЗЭ ЗЕМЛЕf!,!Я НЕИТРдлй ТРа! !СсЬОРМЭТОРа, ПОД
КЛЮс!ЭЮ}ЦЕЕ аКтИВНУЮ I!Br!)yaKy.В Раэа(,;КНУт!}й тpoyronbник да!ioi вительно(1 втори ной обмотки чер-:3 вь}пряс1(1тельнь}Й блок. сас)ОЯщий из у(}ран(}яе!. .ь!х Вснтилсй, эффект((е }ае срабатыван:,е которых обеспечивается с помощьfo пад ч(н: их уг;равляю(ц(!а алек) роды напряже(:и:! у, рзвпания от исто }нl!KB упрзвля}ащего си(нала, свяЗс)Н}!ОГО С ТОКВМИ В фЭ ЭХ СИСТЕ"".Ь1 ШИН И
НЕЙ !РЭЛ!1 ВBICOKOBOi;ЬТНО:1 03(ИОТК 1 ТPJIIC фармэторз напряжения с Opf oA старо . .I u н ) и, : A >! B н, я," 1 .1 н а ф э зз,: о I I О в I, с 1й В1 а р (! ч
1!ай аб «T K I с ДруГой.
Нед(:cTBTKо.i устро! ства является отсутств(;е н об>(0"!" 1ои -)ч ект! "(=cT(1 компле..снага огра}(иче:-(ия ре=е:iBHcf;ftx перенапр !>KBH(né, э т;.:. . и р: напоях.:и.-;й
И ТОКОВ (." РРО!"QÇ";OÍÇHÑÍOÃO П f. О(,асса, Надежное функцио}!(1ра()э}(ие устройства усло><нено необходимостью
Обегпе : .".Ня управляю(цего сигнала от ус) ройс) в релейной защит-I, ф нкципнируюших не только при фарра-езонансных itpo! IBссах, на и при Вспух других аварийных реж()мэх.
Вазде(!ств(!я эл!. }<т pocтэти <с ких (toлей со с.-.га}!ьi лин !й Bпектро c L>адэч и
С(СT п (i}AÍ Нзпря>х(.-IHR .>30-i КБ .:рИСОД!IT К Ла К1}ОМ f СР".c;i: ! Нс.! (ИЮ $}) РЭВЛ ЯЕi1LiK Ве}! и : 1 и маг т .". . i 0ÿ пр(!чи}}а(!
5
10 }5
".)0
40 нсс(.л .-.Тиннаи р, боты ус) ройстн ре}}ей}}ой
ЗЭ,Ц IT!,I. ((l!.:o иза".} .е ия г(((ляется свасэреl .Q}if!0 ОГР }НИ !L}}ИС Да (303()ПЭС}!ЫХ НЕП,1",,;-.;„„„rIoA. к })ий lt феr;;;()г езан„)нс ч }х
3 г:,.:.;:.-., o -, L03».<К-)}о(цих при (;()I"„3" еал ;ос 1 и пар(};. етра!) Вi4KÎÑTQA фс)з l) t I I Aft Bл}(KT рп !ер "д: чи, о-,кпючиишайся ли}(ейными в},(:;.; }3;епя л(; от с(1сте(лы шин г}отребителя эпе! .трическай энергии и }!ахг)дя(}((йся в холосто;-, pежи,"1е при н лю !Онных линейf:L(". nbtк(}юателях со стороны cAQTQ!ni u! I«I
IcC):.>×ÍëKO ПИтаНИЯ, И ИНДУКтИВНОСтЕй ВЫСОv.r}noïü! ных OEi;40TOI< злектромэг}(и)ных
1pnHc (). рмзтарпо f Bïpn>KQII(A, г}ад:оедиfi Or! fit i> НЕПОСРЕ,СТВЕiiiiO V. фЭЗЭМ ПИ}1(!И
ЭЧСКГPO(IB},ЕДЭс!A ДО lltnНЕЙ}}ЫХ ВЫK(IIO !ВТЕ лсй (}отрсблтельс}<ай сисге(1 шин, т.е. искл}оче}!ие повреждэемости ) ра}!сфг}prnàòoC)à напряжения rip(1 протекании емкос) }}ых токов холостой линии через индуктивности их
Bb!covoboi}bTHbix обмоток с зэземлс.ннай ноитра,",ь}0.
По срэoitåHA.о с известным устройством су}!..;естоенными с}тпичитспьными при: наками явл«ются: использование управляемых вснт(1! Ой са встре,:чо-пар",ллельнь}м соединснием и;; в Каждой фазе для подключен".,". сог:ротивл.ний к выводам осног.ной нторичНОЙ обмо; K(n транс с(! )рмс)тара напрA>I;QH(nA пр tc;". управляющие злсктродь! каждой rapb! получают сигнал после замыкания цепи между ни }и через co()poTtlnn<3 с помащ: ю блока включения после 0}кл}()че}}(;}! л(1(}ейных BBIKilio !этелей co cTopo}ILI 00TpQбит-:льской системы шин, а }!Вличие рези.стара f.ежду катодом и управляющи 1 эле! .тродом каждою управляемого вентиля искл}очэет его срабатывание при электрос-,;,(ircvlnx наводках; наличие сапротивления в нулег)ом проводе осногной вторичной об:1отки трэ.-!сформаторэ напря>!<ения, явля а(це:ася однонре"енно Hnrðóor)níblr.t сопротивлением в разомкнутом треугольнике ега вторичной обмотки пр(; вклю }ении rnQ>t<ду = выгодами ком утацион}}с (а аппарата, СОЕД(з}}ЕННРГО ПОСЛГДОВЭТЕЛЬHO С УKOBBН-!!bit сопротивленисм; optnr tel!et! HItBK0Bo lbTHOrO pBT,I!KB H=liIll ll1A TOKd фсррорезонэнсного процесса для поспеданательна соединенных блока защиты и бгокэ упр;}опQH}!я, обеспач(1вэго}(ц!1х окл}оч=нив Kor . ут;)((ионна(о аппарата между окно-. дл.:(1 тpf угoльн! Кэ его дапол}-;ител}п)ой О) ОР(1с}НЬi1 а() nOTKI1; r )} HKI",!10ÍBËЬНЫЕ B -Л(1 к!()д йс((.c,A мз. .;ду тар;1ч}!. !.!I; цепями устРГ) й, I В РЕ",C- .(!НГ)й (П}Ц(1((! (! B Bl Or10; И К (l 1704221 щие по электрической цепи 24 работу коммутационного аппарата 25, соединенного последовательно с активным сопротивлением 12 между выводами разомкнуто.го треугольника дополнительной эторичной обмотки 26 трансформатора напряжения. Результирующую величину фактических емкостей фаз линии 3 электропередачи, возникающих при ее холостом режиме, обозначим условно конденсаторами 27 и изобразим их пунктирными линиями в виде звезды с глухозаземленной нейтралью 28. После отключения линии 3 электропередачи выключателем 5 со стороны потреби.тельской системы шин 2 при включенном выключателе 4 системы шин 1 со стороны источника электрической энергии возможно возникновение резонансного процесса в результате соизмеримости емкостей 27 между линейными фазами. оставшимися 55 линейных выключателей и элементами защитного устройства, подкл оченного к вторичным обмоткам трансформатора напряжения. На чертеже представлена электриче- 5 ская схема предлагаемого устройства. Система шин 1 источника электрической энергии и система шин 2 ее потребитеяя соединены высоковольтной линией 3 электропередачи с помощью выключателей 10 4 и 5 соотве1ственно. Непосредственно к фазам линии 3 электропередачи перед выключателями 5 подсоединена высоковольтная обмотка б электромагнитного трансформатора напряжения с глухоэа- 15 земленной нейтралью 7. К фазным выводам основной вторичной обмотки 8 трансформатора напряжения через встречно-параллельные управляемыс вентили 9 подключены активные сопротивления 10 по 20 схеме звезды с выведенным нейтральным проводом 11, который через активное сопротивление 12 и первичную обмотку транс форматора 13 тока соединен через нулевой провод 14 с нейтрапью 15 обмоток 8 основ- 25 ной вторичной обмотки. Между управляющими электродами 16 соответствующей фазной пары управляемых вентилей 9 подсоединены активные сопротивления 17 через нормально разомкнутые контакты блока 30 18 включения, соединенного электрической цепью 19 с устройствами релейной защиты выключателя 5. Между управляющими электродами 16 и катодами 20 каждого управля-! емого вентиля 9 подсоединены наглухо 35 активные сопротивления 21. К вторичным цепям трансформатора 13 тока подсоединены последовательно низковольтные блоки защиты 22 и управления 23, обеспечиваюпод напряжением, и землей 28 с индуктивностями высоковольтных обмоток 6 трансформатора напряжения, подсоединенных к фазам перед отключившимся выключателем 5 и имеющих глухозаземленную нейтраль 7, т.е. результирующее емкостное сопротивление Хс каждой фазы окажется приблизительно равным индуктивному сопротивлению Х этой же фазы (Хс = Х ), Более того, подпитка реактивной мощностью холостой линии 3 электропередачи приводит к превышению напряжения на ее холостом конце максимально допустимой величины номинального напряжения, а это в свою очередь является дополнительным фактором роста величины резонансных перенапряжений, воздействующих на выводы высоковольтных обмоток 6 трансформатора напряжения. указанные резонансные перенапряжения являются причиной повреждаемости витковой или межслоевой изоляции обмоток измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также катушечной изоляции, автотрансформаторов. Это физическое явление особенно опасно для изоляции электротехнического оборудования, подключенного к системе шин 1 источника электрической энергии при резонансных перенапряжениях, сопровождающихся колебательными процессами, при которых дополнительно повреждаются магнитно-вентильные разрядники с улучшенными защитными характеристиками, т.е. сниженными величинами пробивных напряжений искровых промежутков. Однако резонансные перенапряжения, ° воздействующие на высоковольтные обмотки 6 трансформатора напряжения, являются причиной перенасыщения его магнитной системы с существенным снижением индуктивного сопротивления указанных обмоток 6, что приводит к резкому увеличению в них токов феррорезонансного процесса, тепловые воздействия которых в комплексе с резонансными и феррорезонансными перенапряжениями повреждают трансформатор напряжения, который фактически, до его повреждения, является ограничителем перенапряжений, что практически недопустимо. В действительности, благодаря защитному устройству при возникновении мгновенных и опасных по величине резонансных перенапряжений на стороне высоковольтных Обмоток 6 трансформатора напряжения соответствующие повышенные напряжения на основной вторичной обмотке 8 низкого напряжения приводят к мгновенному сра1 104221 8 бать,ванно уп>>авляемых ентилей 9, бсз тола управления v. подключения активных сопротивлений 10 в фазах и активного сопротивления l2 в нулевом проводе -14, чем обеспсчн,":ается ограничение перенапряжений. а следовательно, и стспени перенасыщения магнитопровода трансформатора напряжения, что приводит к ограничению по величине тока в его высоковольтных обмо. ках 6. Одновременно, с весьма незначительным временем запаздывания подается им. пульс со стороны отключившегося линейного выкльэчателя 5 по электрической цепи 19, ь".;люч .::ций нормально разомкнутые контакты блока 18 включенля, и подсоединяет активные сопротивления 17 между управляюьцими электродами 15 соответствую цей фазной пары управляемых вентилей 9, а следовательно, активные сопротивлсния 10 и 12 не только более эффективно ограничивают, но и снижают уровень нзсыщсния магнитопровода трансформатора напряжения, эффективно шунтируя его тпк намагничивания 1 4, чем и обеспечивается снижение HQ только резонансных перенапряжений, но и опасных на пряжений и токов феррорезонансного и роцесса. В связи с пос r;.eëeí ной задачей обеспечения защитным устройством возможности относительно длительного на о>кдения линии 3 электропередачи в холостом режиме без повреждения высоковольтных обмоток 6 трансформатора напряжения на ее холостом конце, при наличии даже незначительного тока е нулевом проводе 14 основной вторичной обмотки 8 низкого напряжения, а следовательно, и высоковольтной обмотке 6 трзнсформатсра напряжения, срабатывают подсоединенные к вторичным цепям транформатора 13 тока последовательно соединенные блоки защиты 22 и управления 23, подающие сигнал па электрической цепи 24 на включение коммутационного аппарата 25. Включение укаэанного аппарата 25 обеспечивает подключение к выводам дополнительной вторичной об.".утки 26 низкого напряжения активного сопротивления ° 12, которое, замкнув ранее раз мкнутый треугольник указанной обмотки 26, обеспечивает дополнительное размагничивание магнитоправода трансформатора напряжения. При включении линейных выключателей 5 и постановке линии 3 электропередачи под напряжение и нагрузку защитное устройство автол1атически выходит из работы и сов -ршенно r...мшзст работе сущ ствующсй рссл .,Liîé з.=. ;,гиы и автомат);ки. Таким образом, защитное устройство вссыла эф >сктивно и до безопасных величин ограничивает резонансные и феррореэонансные процессы в течение неограничспнaäëèòåëüíîrî врсмени, т.е, до аннулирования холостого режима линии электропередачи. Фиксация и ограничение резонансных и феррорезонансных процессов осуществ10 ляется низковольтными элементами устройстра, подсоединенными к выводам основной и дополнительной вторичных низ15 5п 55 ковольтных обмоток трансформатора напряжения. Подача указанных сигналов управления на управляющие электроды управляемых вентилей осуществляется только после отключения линеиного выключателя со стороны потребительной системы шин и не зависит от действующих устройств релейной защиты и автоматики высоковольтных сетей, чем сохраняется надежность их работы, В защитном устройстве полностью исключается возможность ложного срабатывания его элементов при любых величинах элек-*ростатичсских наволок со стороны линии электропередачи и систем шин высоких нап ряжсний. Наличие функционального взаимодействия между вторичными цепями релейной защиты и автоматики выключателей и низковольтными элементами защитного устройства обеспечивает своевременное и надежное ограничение не только резонансных и феррорсзонансных процессов, а также псреходных и колебательных явлений. Принцип работы защитного устройства исключает необходимость многих расчетов, установок при определении селсктивности работы релейных защит и автоматики высоковольтных сетей при холостых режимах линий электропередач, так как устройство функцион".руст только после отключения линии со стороны потребительской системы шин. Функциональные взаимодействия лежду элементами защитного устройства обеспечиваются одновременной нагрузкой обеих низковольтных обмоток трансформатора напряжения благодаря наличию электрических связей между ними с помощью низковольтных блоков защиты, управления и включения. Защитное устройство во вторичных цепях основной и дополнительной вторичных обмоток низкого напряжсния эффективно стабилизирует регламентируемое насыще ние л агн лопровода трансформатора напряжения в режиме, исключающем 1704221 10 возникновение опасных для него по величине параметров перенапряжений и токов резонансного, феррорезонансного, переходного и колебательного процессов, а следовательно, исключает повреждаемость не только самого трансформатора напряжения, но и вышеуказанного электротехнического оборудования на системах шин источника электрической энергии. Снижение перенапряжения на линиях электропередачи при их холостых режимах исключает перекрытия искровых промежутков, установленных на изоляторах грозозащитных тросов, чем обеспечивается работа релейных защит, основанных на микроэлектронной технике, и нормальное функционирование высокочастотных каналов связи. Минимальный экономический эффект применительно K энергосистемам средних мощностей с относительно протяженными радиальными линиями составляет порядка 120 — 150 тыс. руб. в год на 1 млн. кВт установленной мощности. Благодаря предложенному защитному устройству практически полностью обеспечивается безаварийная работа силового, измерительного и защитного электрооборудования, релейной защиты, автоматики и телемеханики, микропроцессорной техники и микроЭВМ при аварийных режимах в высоковольтных сетях, что дает дополнительный экономический эффект порядка 250-300 руб. в год в каждой энергосистеме. Формула изобретения Устройство для ограничения резонансных и феррореэонэнсных процессов, содержащее электромагнитный трансформатор напряжения, подключенный к концу высоковольтной линии электропередачи, оснащенной выключателями по концам, у которого обмотка высокого напряжения соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, основная вторичная обмотка низкого напряжения соединена в звезду с 5 выведенной нейтралью, а дополнительная вторичная обмотка соединена по схеме разомкнутого треугольника, трехфазную балластную нагрузку, подключенную к основной вторичной обмотке, однофаэную 10 балластную нагрузку, подключенную к дополнительной вторичной обмотке, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности ограничения резонансных перенапряжений и феррорезонансных про15 цессов, оно дополнительно снабжено тремя парами управляемых вентилей с встречнопараллельным соединением каждой пары, подсоединенными между фазными выводами основной вторичной обмотки и трехфаз20 ной балластной нагрузкой, шестью дополнительными резисторами между уп- равляющими электродами каждой пары управляемых вентилей, подключенными через дополнительно введенный блок включения, 25 соединенный электрической связью с линейным выключателем данного конца линии, седьмым, восьмым и девятым дополнительными резисторами, включенными между управляющим электродом и ка30 тодом каждого управляемого вентиля, дополнительным трансформатором тока в нулевом проводе основной вторичной об. мотки низкого напряжения, дополнитель ными блоком защиты и блоком управления, 35 совдиненными последовательно между "обой, подключенными к вторичным цепям трансформатора тока и соединенными электрической цепью с. введенным коммутационным аппаратом, причем этот аппарат и 40 однофаэная балластная нагрузка соединены последовательно и включены между выводами дополнительной обмотки трансформатора напряжения. 1 Й3422 1 ; г,г Ссставигель Ы Енсе-св Техвед 1 1.11 ргент1л ° Корректор Л..Бсскид
