Устройство для ограничения феррорезонансных и резонансных процессов

 

Сущность изобретения: электромагнитный трансформатор напряжения, у которого первичная обмотка высокого напряжения соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, вторичная обмотка низкого напряжения соединена в звезду с выведенным нулевым проводом, дополнительная вторичная обмотка низкого напряжения соединена по схеме разомкнутого треугольника, токовый блок управления подсоединен ко вторичным цепям трансформатора тока в глухозаземленной нейтрали с помощью входных цепей фильтра токов, к выходным цепям которого выпрямительный блок, подсоединены реле тока и реле времени напряженческим.,блок управления подсоединен между линейным выводом и нулевым проводом средней фазы вторичной обмотки низкого напряжения с помощью входных цепей фильтра напряжения, к выводам вторичной обмотки которого через сглаживающий конденсатор и выпрямительный блок подсоединены реле токаи реле времени. 1 ил. СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС ГИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э()5 Н 02 Н 9/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4764327/07 (22) 04,12.89 (46) 30.11.92. Бюл. № 44 (71) Завод высоковольтной аппаратуры Производственного объединения "Запорожтрансформатор" им, В,И.Ленина (72) А.И.Назаров и Б.С.Третьяк (56) Авторское свидетельство СССР

¹1147219,,кл. Н 02 Н 9/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1048545, кл. Н 02 Н 9/04, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ

ФЕРРОРЕЗОНАНСНЪ|Х И РЕЗОНАНСНЪ|Х ПРОЦЕССОВ (57) Сущность изобретения: электромагнитный трансформатор напряжения, у которого первичная обмотка высокого напряжения соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, вторичная обмотка низкого наИзобретение относится к высоковольтным электрическим сетям, в частности к защите измерительных трансформаторов напряжения и тока, высоковольтных воздушных выключателей, вентильных разрядников с магнитным гашением дуги и обеспечению успешной работы релейной защиты, автоматики и телемеханики при полном обесточении систем шин 110 — 500 кВ и возникновении холостых режимов линий электропередач напряжением 110 — 750 кВ.

Известно распределительное устройство, обеспечивающее подключение активной нагрузки к первой вторичной обмотке электромагнитного трансформатора напряжения, например, типа НКФ.

Недостатками указанного устройства являются; недостаточная эффективность or... SU „„1778857 А1 пряжения соединена в звезду с выведенным нулевым проводом, дополнительная вторичная обмотка низкого напряжения соединена по схеме разомкнутого-треугольника, токовый блок управления подсоединен ко вторичным цепям трансформатора тока в глухозаэемленной нейтрали с помощью входных цепей фильтра токов, к выходным цепям которого выпрямительный блок, подсоединены реле тока и реле времени напряженческим,блок управления подсоединен между линейным выводом и нулевым проводом средней фазы вторичной обмотки низкого напряжения с помощью входных цепей фильтра напряжения, к выводам вторичной обмотки которого через сглаживающий конденсатор и выпрямительный блок подсоединены реле тока и реле времени, 1 ил. раничения феррорезонансных и невозможность ограничения резонансных п роцессов; реагирование составляющих элементов только на токи пятой гармоники в высоковольтной первичной обмотке трансформатора напряжения; громоздкость конструкции по причине наличие по два комплекта нагрузочных сопротивлений, коммутационных аппаратов и автоматических расцепителей, снижающих быстродействие и надежность работы; необходимость выполнения уровня изоляции, рассчитанной на высокое напряжение, что усложняет монтаж и наладку; соизмеримость стоимости со стоимостью трансформатора напряжения, Известно устройство для ограничения феррорезонансных перенапряжений в элек1778857

20

50 трических сетях, обеспечивающее подключение активной нагрузки к первой вторичной обмотке электромагнитного трансформатора, например, типа НКФ со .ступенчато изменяющимся сопротивлени,ем в сторону его увеличения.

Недостатками указанного устройства являются: невозможность эффективного гашения феррорезонансных и ограничения резонансных процессов; реагирование составляющих элементов только на напряжение третьей гармоники в первой вторичной обмотке трансформатора напряжения; недостаточная надежность и быстродействие работы коммутационных элементов; сложность монтажа и наладки; сохранившаяся соизмеримость стоимости со стоимостью трансформатора напряжения.

Относительно близким по технической сущности является устройство для ограничения феррорезонансных перенапряжений в электрических сетях, принятое нами за аналог и обеспечивающее допустимое крат. ковременное перенасыщение магнитной системы электромагнитного трансформатора напряжения благодаря созданию выпрямленного тока в его второй вторичной обмотке при помощи трехфазной мостовой схемы с неуправляемыми вентилями, подсоединенной к фазным проводам первой вторичной обмотки указанного измерительного трансформатора с целью вывода индуктивного сопротивления его первичной высоковольтной обмотки из режима последовательного резонанса с результирующим емкостным сопротивлением сети в режим индуктивной перекомпенсации, исключающей феррорезонансный процесс, Недостатками указанного устройства являются; невозможность длительного нахождения в недопустимом режиме перенасыщения магнитной системы трансформатора напряжения, приводящем к тепловым и электрическим повреждениям его первичной высоковольтной обмотки и последующему углублению аварийной ситуации; недопустимость создания даже кратковременного режима глубокого перенасыщения магнитной системы трансформатора напряжения, создающего опасные по величине токи и напряжения феррорвзонансного процесса; снижение эффективности использования режима перенасыщения магнитной системы трансформатора напряжения с учетом перспективы развития подстанций, т.е. увеличения количества присоединений к системам шин с помощью воздушных выключателей, т,к, результирующее емкостное сопротивление снижается практически пропорционально снижению индуктивного сопротивления; недостаточная эффективность ограничения феррорезонансното и невозможность ограничения резонансного процессов; наличие неуправляемых вентилей в трехфазной мостовой схеме исключает возможность эффективного функционирования элементов в зависимости от параметров токов и перенапряжений феррорезонансного и резонансного процессов; подключение нагрузочного сопротивления трехфазной мостовой схемы между выводами второй вторичной обмотки трансформатора напряжения затрудняет селективную настройку уставок устройств релейной защиты, автоматики и телемеханики.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для ограничения феррорезонансных процессов, принятое за прототип и содержащее трехфазную резисторную нагрузку, подключенную к первой вторичной обмотке трансформатора напряжения с помощью неуправляемых вентилей встречно-параллельного подсоединения в каждой фазе, причем, концы разомкнутого треугольника

его второй вторичной обмотки подсоединены между нейтралью соединенной в звезду нагрузки и нейтралью звезды вышеуказанной первой вторичной обмотки. С целью упрощения электрической схемы, повышения надежности и быстродействия работы за-. щитного устройства, а также повышения его эффективности обмотки низкого напряжения выполнены с встречной намоткой, затрудняющей режим перенасыщения магнитной системы, а, следовательно, возникновения опасных феррорезонансных процессов, Недостатками указанного устройства являются: недостаточная эффективность orраничения ферроразонансного и резонансного процессов по причине срабатывания неуправляемых вентилей трехфазной мостовой схемы и подключения трехфазной резисторной нагрузки только при воздействии фазных перенапряжений между линейными выводами и нейтралью первой вторичной обмотки трансформатора напряжения; неэффективное ограничение режима перенасыщения магнитной системы трансформатора напряжения при встречной намотке его вторичных обмоток при воздействии только переменного тока, исключающего возможность локализации аварийных процессов; наличие трехфазной

1778857

10

25

35

50

55 резисторной нагрузки со стабильной величиной сопротивления, исключающей эффективную работу элементов в функциональной зависимости от изменяющихся величин токов и напряжений соответствующих частот, свойственных феррорезонансным и резонансным процессам, Целью изобретения является повышение эффективности гашения феррорезонансных и резонансных процессов, возникающих как после полного обесточения систем шин воздушными выключателями, тэк и при холостом режиме линий электропередач с подсоединенными к фазам электромагнитными трансформаторами напряжения, на основе регистрации, свойственных указанным аварийным процессам, феррорезонансного тока и перенапряжений; обеспечение эффективности функционирования защитного устройства с помощью конструктивных решений, обеспечивающих дополнительное ограничение возможности перенасыщения магнитной системы трансформатора напряжения при аварийных процессах в электрических сетях; повышение чувствительности работы элементов на основе обеспечения функционального взаимодействия между датчиками токов и напряжений феррорезонансных и резонансных процессов с одной стороны и срабатыванием трехфазной мостовой схемы с другой, обеспечивающей в свою очередь наличие выпрямленного тока во, второй вторичной обмотке трансформатора напряжения; использование комплексного . сочетания переменного и выпрямленного токов во вторичных низковольтных обмотках трансформатора напряжения и их воздействия на процесс снижения или стабилизации насыщения магнитных систем; компактность конструкции устройства, обеспечивающей одновременно быстродействие и надежность работы; простота монтажа и наладки при выполнении уровня изоляции, рассчитанного на низкое напряжение вторичных цепей; снижение стоимости защитного устройства по сравнению со стоимостью трансформатора напряжения; отказ от нагрузочных сопротивлений во вторичныхх обмотках трансформатора напряжения, снижение металлоемкости и повышение класса точности измерений компактных конструкций измерительных трансформаторов напряжения.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема конкретного выполнения предлагаемого устройства.

Трансформатор напряжения 1 линейными выводами высоковольтной обмотки 2, соединенной по схеме звезды и имеющей глухозаземленную нейтрэль 3, через разъединитель 4 подсоединен непосредственно к системе шин или линии электропередачи

5. Его первая вторичная обмотка 6 соединена по схеме звезды с выведенным нулевым проводом 7, а вторая вторичная обмотка 8 соединена по схеме разомкнутого треугольника.

Первый блок управления 9 подсоединен ко вторичным цепям трансформатора тока

10, первичная обмотка которого включена s заземляющий провод глухозэземленной нейтрали первичной высоковольтной обмотки трансформатора напряжения, c noмощью входных цепей фильтра токов 11 заданной гармоники, состоящего из последовательно соединенных емкости 12 и активного сопротивления 13, к выходным цепям которого подсоединены входные цепи первого выпрямительного блока 14, к выходным цепям которого подсоединены последовательно первые реле тока 15 и реле времени 16 с выходом цепи управления 17.

Второй блок управления 18 подсоединен между линейным выводом и нулевым проводом средней фазы первой вторичной обмотки низкого напряжения с помощью входных цепей фильтра напряжения 19, состоящего из последовательно соединенных емкости 20 и индуктивности первичной обмотки 21 нагрузочного трансформатора 22, к выводам вторичной обмотки 23 которого через сглаживающий конденсатор 24 подсоединены входные цепи второго выпрямительного блока 25, к выходным цепям которого подсоединены последовательно вторые реле тока 26 и реле времени 27 с выходом цепи управления 28.

Трехфазная мостовая схема 29 с управляемыми вентилями 30 подсоединена к линейным выводам первой вторичной обмотки, а выходными цепями 31, 32 к выводам второй вторичной обмотки. Блоки управления 33, 34 трехфаэной мостовой схемы соединены входами цепей управления 35, 36 соответственно с выходами цепей первого и второго блоков управления с помощью электрических связей 37, 38, 39 и 40, а выходами цепей управления соединены с каждым управляющим электродом 41 управляемого вентиля, катодами 42 одной группы и анодами 43 другой группы управляемых вентилей.

Согласованная намотка 44 и 45 первой и второй вторичных обмоток противоположна намотке 46 первичной обмотки.

В нормальном режиме работы сетей трансформатор напряжения 1 подсоединен выводами первичной высоковольтной обмотки 2 к системе шин или линии электропередачи 5 разъединителями 4, Ток в глухозаземленной нейтрали 3 не протекает через первичную обмотку трансформатора тока

10 и первый блок управления 9 не функционирует. Напряжение между линейнь,м выводом средней фазы первой вторичной обмотки 6 и ее нейтральным выводом 7 не превышает номинальных величин напряжений промышленной частоты и второй блок управления 18 тоже не функционирует, Следовательно, трехфазная мостовая схема 29 не работает и выпрямительный ток во второй вторичной обмотке 8 отсутствует. На основании вышеизложенного видно, что предлагаемое защитное устройство работает только при аварийных режимах в электрических сетях.

При аварийном обесточении системы шин 5 с помощью воздушных выключателей возникают феррорезонансные процессы с недопустимыми, а во многих случаях опасными для изоляции электрооборудования величинами феррорезонансных токов в нейтрали 3 первичных высоковольтных обмоток

2 и перенапряжений между выводами фаз первой вторичной обмотки 6 и ее нулевым проводом 7.

Согласно проведенных экспериментальных исследований в действующих электрических сетях 110 — 330 кВ наибольшей по амплитуде высокочастотной соСтавляющей в феррорезонансном токе является пятая гармоника при его протекании в первичной высоковольтной обмотке 2. а, следовательно, в н йтральном проводе между нейтралью 3 и землей через первичную обмотку трансформатора тока 10, . а в феррореэонансном напряжении — третья гармоника, вОзникающая между выводами первой вторичной обмотки 6 и ее нулевым проводом 7. Например, при нормальном режиме работы указанные гармоники составляет не более 0,7 от общей величины амплитуды синусоидального гока или напряжения, э при полном обесточзнии систе мы шин с электрома нитными трансформаторами напряжения они возрастают до величин порядка (28 — 30) .

Поэтому, применительно к указанному аварийному режиму, конденсатор 12 и активное сопротивление 13 настроены на фильтрацию токов пятой гармоники токовым фильтром 11, которые выпрямляются в первом выпрямительном блоке 14 и приводят к срабатыванию первых токового реле

15 и реле времени 16 с выдачей токового сигнала на выход цепи управления 17, а конденсатор 20 и индуктивность первичной обмотки 21 нагрузочного трансформатора

10 управляемых вентилей 30. Срабатывание

20 трехфазной мостовой схемы 29 обеспечива30

22 настроены нэ фильтрацию напряжений третьей гармоники фильтром напряжения

19, которые через вторичную обмотку 23 нагрузочного трансформатора 22, сглаживающий конденсатор 24 и второй выпрямительный блок 25 приводят к срабатыванию вторых токового реле 26 и реле времени 27 с выходом токового сигнала на выход цепи управления 28.

Цепи управления 17 и 28 обеспечивают подачу токов управления через обьединяюьцие 37, 38 и распределительные 39, 40 электрические связи к входным цепям 35, 36 блоков управления 33, 34 трехфазной мостовой схемы 29, а следовательно в индивидуальные электрические цепи между управляющими электродами 41 каждого управляемого вентиля 30, а также катодами 42 одной группы и анодами 43 другой группы ет появление выпрямленного тока в электрических цепях 31 и 32, а следовательно во второй вторичной обмотке 8, Согласованность направлений намотки первой 6 и второй 8 вторичных обмоток, указательные позиции 44, 45, и противоположная им намотка первичной обмотки высокого напряжения 2, указательная позиция

46, трансформатора напряжения 1 обеспечивают размагничивание выпрямленным током во второй вторичной обмотке 8, чем исключается возможность возникновения феррорезонэнсного процесса при полном обесточении систем шин с любым количеством присоединений к ним с помощью воздушных выключателей, Более того, исключение перенасыщения магнитопроводов, выпускаемых в настоящее время однофазных трансформаторов напряжения 1, например, типа НКФ при возникновении феррореэонансных процессов, позволяет ставить вопрос о возможности и технической целесообразности снижения металлоемкости конструкции измерительного трансформатора в части уменьшения сечения магнитопровода и диаметра обмоток, а следовательно сокращения расхода электротехнической стали и медного обмоточного провода.

При возникновении холостого режима линии электропередачи 5 с наличием присоединенных первичных высоковольтных обмоток 2 трансформатора напряжения 1 на ее холостом конце возможно возникновение феррорезонансных и резонансных процессов. Что касается ферорезонансных процессов, то работа защитного устройства по их выявлению и гашению аналогична вышеуказанной работе при полном обесточе1778857

5

15

35

45 нии системы шин. Опасные перенапряжения промышленной частоты при резонансных процессах на фазах- первичной высоковольтной обмотки 2, а следовательно между выводами первой вторичной обмотки

6 и ее нулевым проводом 7, приводят к срабатыванию управляемых вентилей 30 трехфазной мостовой схемы 29 без наличия тока управления в управляющих электродах 41, чем вновь обеспечивается процесс размагничивания магнитопровода трансформатора напряжения 1 и получение вышеуказанной технико-экономической эффективности, Дополнительно целесообразно отметить, что электромагнитные и электростатические влияния крайних фаз на среднюю фазу при нормальных, а особенно при аварийных режимах обеспечивают во многих случаях при развитиях аварийных ситуаций успешное срабатывание второго блока управления 18, подсоединенного к средней фазе и приводящего к срабатыванию трехфазной мостовой схемы 29 с возникновением уже укаэанной успешной работы всего защитного устройства.

Минимальный экономический эффект применительно к существующим конструкциям трансформаторов напряжения и энергосистемам средних мощностей с относительно развитыми электрическими сетями и протяженными линиями межсистемных связей составляет в сумме порядка 850 — 950 тысяч рублей в год на один миллион кВт установленной мощности, т.к. 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 электрических сетях, что является обоснованием дополнительного экономического эффекта в каждой энергосистеме.

Формула изобретения

Устройство для ограничения феррорезонансных и резонансных процессов, содержащее электромагнитный трансформатор напряжения, у которого первичная обмотка соединена в "звезду" с глухозаземленной нейтралью и предназначена для подключения к сети, первая вторичная обмотка соединена в "звезду-" с выведенным нулевым проводом, а вторая вторичная обмотка соединена по схеме разомкнутого треугольника, фильтр тока и фильтр напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности гашения феррорезонансных и резонансных процессов, оно дополнительно содержит первый блок управления, соединенный своим входом с вторичными цепями трансформатора тока в цепи глухозаземленной нейтрали и содержащий фильтр тока заданной гармоники, который соединен с первым выпрямительным блоком, к выходу постоянного тока которого подл кюче н ы последовательно соединенные первые реле тока и времени, подключенные к выходу первого блока управления, который соединен с выходом второго блока управления, включенного между одним иэ линейных и нулевым проводом первой вторичной обмотки и состоящего из фильтра напряжения заданной частоты, который соединен с вторым выпрямительным блоком, к выходу постоянного тока которого подключены последовательно соединенные вторые реле тока и времени, подключенные к выходу второго блока управления, выходы обоих блоков управления соединены с входом блока управления вентилями трехфазной мостовой схемы, которая входами переменного тока пофвзно подключена к линейным выводам первой вторичной обмотки, а выходами постоянного тока — к выводам второй вторичной обмотки, при этом направления намоток первой и второй вторичных обмоток выполнены согласно между собой и противоположно намотке первичной обмотки трансформатора.

1778857

Составитель А,Назаров

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор П.Гереши

Редактор Т.Егорова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4199 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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