Устройство ограничения внутренних перенапряжений и феррорезонансных процессов в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю

 

Использование: техника высоких напряжений . Сущность изобретения: в случае возникновения режима резонансной настройки дугогасящей катушки, а следовательно, недостаточной величины тока для срабатывания блока включения последний срабатывает благодаря токовому сигналу, полученному от вторичных цепьй трансформатора тока, находящегося в глухозаземленной нейтрали высоковольтной обмотки дугогасящего аппарата, подсоединенного к питающей секции через включенный трехфазный разъединитель. Благодаря указанному токовому сигналу срабатывают последовательно соединенные блок релейной защиты, реле времени и блок включения , обеспечивающий подключение трехфазного низковольтного реактора низковольтной обмотке с некоторой задержкой по времени, исключающей срабатывание коммутационного аппарата при кратковременных и самоустраняющихся однофазных замыканиях. 1 ил. у Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)с Н 02 Н 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4801317/07 (22) 12.03.90 (46) 23,08.93. Бюл. N. 31 (71) Завод высоковольтной аппаратуры Производственного объединения "Запорожтрансформатор" (72) А.И.Назаров и Б.С.Третьяк(73) Б.С.Третьяк (56) Авторское свидетельство СССР

N 554477990066, кл. Н 02 Н 9/00, 1975.

Инструкция по выбору, установке и эксплуатации дугогасящих катушек. Ф.А.Лихачев, — М.: Энергия,1971 г. (54) УСТРОЙСТВО ОГРАНИЧЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫХ ПРОЦЕССОВ В СЕТЯХ С .

КОМПЕНСАЦИЕЙ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ

ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ (57) Использование: техника высоких напряжений. Сущность изобретения: в случае возИзобретение относится к высоковольтным электрическим сетям напряжением 610 кВ с компенсированным режимом нейтрали. Компенсация емкостных однофазных токов замыкания на землю осуществляется индуктивными токами реакторов, находящихся в нейтралях высоковольтных обмоток силовых трансформаторов.

Цель изобретения — ограничение параметров внутренних перенапряжений и феррорезонансных процессов до безопасных величин для изоляции электрического оборудования на основе комплексной компенсации емкостных токов однофазных

„„SU „„18367?4 А3 никновения режима резонансной настройки дугогасящей катушки, а следовательно, недостаточной величины тока для срабатывания блока включения последний срабатывает благодаря токовому сигналу. полученному от вторичных цепей трансформатора тока, находящегося в глухоэаземленной нейтрали высоковольтной обмотки дугогасящего аппарата, подсоединенного к питающей секции через включенный трехфазный разъединитель. Благодаря указанному токовому сигналу срабатывают последовательно соединенные блок релейной защиты, реле времени и блок включения, обеспечивающий подключение трехфазного низковольтного реактора к низковольтной обмотке с некоторой задержкой по времени, исключающей срабатыва- ние коммутационного аппарата при кратковременных и самоустраняющихся однофазных замыканиях. 1 ил. аае ав замыканий на землю и емкостных зарядных токов на неповрежденных фазах.

Поставленная цель достигается тем, что О устройство ограничения внутренних пере-, 4 напряжений и феррорезонансных процессов в сетях с компенсацией емкостных токов .фь замыкания на землю содержит силовой траисформатор, амсокоаояьтная обмотка ) а которого соединена в звезду с изолирован-. ной нейтралью и подключена к питающей секции через первый включенный высоковольтный трехфазный коммутационный аппарат, а низковольтная обмотка соединена по схеме треугольника; дугогасящую катушку, подсоединенную высоковольтным выво1836774

40

50 дом через первый замкнутый однофазный разъединитель к нейтрали высоковольтной обмотки силового трансформатора, а нулевым выводом соединенную через первичную обмотку трансформатора тока с землей; дугогасящий агрегат, высоковольтная обмотка которого соединена в звезду с нейтралью, глухозаэемленной через первичную обмотку трансформатора тока, и подключена к пита>ощей секции через замкнутый трехфазный разьединитель, а низковольтная обмотка соединена в разомкнутый треугольник, к выводам которой подсоединен через второй замкнутый двухпоэиционный раэьединитель высоковольтный реактор, причем один из выводов низковольтной обмотки заземлен; трехфазный низковольтный реактор, соединенный по схеме треугольника и подсоединенный к линейным выводам низковольтной обмотки силового трансформатора через второй отключенный низковольтный трехфазный коммутационный аппарат; цепь управле-, ния, состоящую из вторичной цепи первого трансформатора тока в нулевом выводе дугогасящей катушки, которая подсаединена к входным цепям блока включения непосредственна; цепь управления, состоящую иэ вторичной цепи второго трансформатора тока в глухозаземленнай нейтрали высоковольтной и реле напряжения с вторичной цепью между выводами разомкнутого треугольника низковольтной обмоток дугогасящего трансформатора, причем вторичные цепи подсоединены непосредственно к выводу блока релейной защиты, к выводам которого подсоединены последовательно реле времени и блок включения низковольтного трехфазного коммутационного. аппарата.

По сравнению с прототипом существенными отличительными признаками являются; ограничение параметров внутренних перенапряжений и феррорезанансных процессов до безопасных величин для изоляции электротехнического оборудования на основе комплексной компенсации емкостных токов однофазных замыканий на землю и емкостных зарядных токов на неповрежденных фазах; комплексное взаимодействие между устройствами релейной защиты и автоматики с обеспечением селективности их работы в функциональной зависимости от аварийных режимов в сетях; использование результирующего тока аварийного и переходных процессов 1т в нейтрапи высоковольтных обмоток и напря>кений нулевой последовательности

30р в разомкнутом треугольнике вторичной обмотки дугогасящего трансформатора соответственно с воздействием тока управления I> на блок репейных защит, который в свою очередь воздействует, на последовательно соединенные реле времени и блок вкп>очения второго низковольтного трехфазного коммутационного аппарата; использование остаточных емкостного тока недокомпенсации или индуктивного тока перекампенсации в сумме с активной составляющей тока замыкания на землю 4рт, в нулевом выводе дугогасящей катушки с воздействием на блок включения второго низковольтного трехфазного коммутационого аппарата непосредственно; применение трехфазного низковольтного реактора, соединенного по схеме треугольника и подсоединенногоо к линейным выводам низковольтной обмотки силового трансформатора через второй отключенный низковольтный. трехфазный коммутационный аппарат.

Фиксация воз>>икновения и ограничения да безопасных величин внутренних перенапря>кений и феррорезонансных процессов в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю; комплексная компенсация малых и больших по величине емкостных однафаэных токов замыкания на землю„исключающая повреждаемость,иэаляции электрооборудования от электрических и теплавь>х воздействий соответственно; эффективное снижение вдроятности возникновения двухфазных коротких замыканий, приводящих к аварийным отключениям потребителей электрической энергии.

На чертеже >>»едставлена электрическая схема предлагаемого устройства, Силовой трансформатор 1 подключен высоковольтной трехфазной обмоткой 2 через первый коммутационный аппарат 3 к питающей секции 4. К нейтрали,5 высоковальтнай обмотки подсоединена через первый разьединитель 6 дуг>;>гасящая катушка

7, нулевой вывод которой эаэемлен. через первичную обмотку первого трансформатора тока 8.

К низковольтной обмотке 9 силового трансформатора подключен через второй низковольтный трехфазный коммутационный аппарат 10 трехфазный низковольтный реактор 11.

Дугогасящий а регат 12 подсоединен к питающей секции высоковольтной трехфаэной обмоткой 13 через трехфазный разьединитель 14. Нейтраль 15 высоковольтной обмотки глухо заземлена через первичную обмотку второго трансформатора тока 16. К низковольтной обмотке 17 дугогася щего реактора подсоединены через второй. однофаэный разьединитель 18 низковольтный

1836774

40

50 реактор 19 и непосредственно реле напряжения 20.

Вторичные цепи второго трансформатора тока в нейтрали высоковольтной и реле напряжения в разомкнутом треугольнике низковольтной обмотке дугагасящего реактора подсоединены непосредственно к вводу блока релейной защиты 21, к выводам которого подсоединены последовательно реле времени 22 и блок включения 23, второго низковольтного трехфазного коммутационного аппарата, причем вторичная цепь первого трансформатора тока 8 в нулевом глухоэаэемленном выводе дугогасящей катушки подсоединена к входным цепям блока включения 23 непосредственно.

При возникновении однофазных токов замыкания на землю, особенно малых величин порядка до 5 A. в кабельных сетях с изолированной нейтралью 5 перенапря>кения при переме>кающихся дугах достигают величин не менее: на поврежденной фазе—

1,7 0,р, на неповрежденных фазах -3,1 0ф и на нейтрали 5 высоковольтных обмоток 2 силового трансформатора 1 — 2,5 Оф.

Величины указанных перенапря>кений практически сохраняются и при наличии компенсации емкостных токов замыкания на землю с помощью дугогасящей катушки

7, подсоединяемой в нейтраль 5 высоковольтной обмотки 2 силового трансформатора 1 с помощью первого разъединителя 6, когда силовой трансформатор 1 подключен с помощью первого коммутационного аппарата 3 к питающей сети 4.

Указанные перенапряжения являются причиной дальнейшего развития аварийного режима с возникновением феррореэонансного процесса по причине перенасыщения магнитных систем трансформаторов на и ря жения типа ЗНОМ и НТМИ и др. с.тепловым повреждением высоковольтных обмоток увеличенными токами, возникающими по причине резкого снижения их индуктивного сопротивления, 4

Аналогичные феррорезонансные процессы возникают и при неполнофазных режимах в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, появляющихся при обрыве фаз в результате ее перегорания от воздействия больших величин токов однофаэных замыканий на землю порядка (20-30)A и более, т.е. превышающих минимально регламентируемые величины директивными материалами. Причиной воз- 5 никновения повышенных напряжений в данном случае,,предшествующих феррорезонансам, являются и резонансные перенапряжения, возникающие в результате соизмеримости емкостей оставшихся под напряжением неповрежденных фа» и фазí -Ix индуK1 èt èocòåé Gf>l оток силовых трансформаторов, Возникновению феррорезонансных процессов при неполнофаэных режимах способствует и наличие емкостных зарядных токов на неповрежденных фазах и учасТКВх поврежденных фаз, оставшихся под напряжением со стороны питающего трансформатора.

В предлагаемом защитном устройстве при возникновении однофазных замыканий на землю, благодаря наличию остаточного тока компенсации — Ipp, протекающего по обмотке дугогасящей катушки 7 и первичной обмотке первого трансформатора тока

8, во вторичных цепях последнего возникает токовый сигнал, обеспечивающий практически мгновенно срабатывание блока включения 23 и включение второго низковольтного трехфазного коммутационного аппарата 10, обеспечивающего в свою очередь подключение трехфазного низковольтного реактора 11 к выводам низковольтной обмотки 9 силового трансформатора 1.

В случае возникновения режима резонансной настройки дугогасящей катушки 7, а следовательно, недостаточной величины тока Ipry для срабатывания блока включения

23 последний срабатывает благодаря сигналу тока 4, полученному от вторичных цепей второго трансформатора тока 16, находящегося в глухозаэемленной нейтрали 15 высоковольтной обмотки 13 дугогасящего аппарата 12, подсоединенного к питающей секции 4 через включенный трехфазный раэьединител ь 14.

Благодаря указанному токовому сигналу IT срабатывают последовательно соединенные блок релейной защиты 21, реле времени 22 и соответственно вышеуказанный блок включения 23, обеспечивающий подключение трехфазного низковольтного реактора 11 с помощью второго коммутационного аппарата 10 к низковольтной обмотке 9 с некоторой задержкой по времени, исключающей срабатывание второго коммутационного аппарата 10 при кратковременных и самоустраняющихся однофазных замыканиях, так называемых "клевков" при малых токах замыкания на землю.

Таким образом, благодаря комплексному взаимодействию между названными элементами защитного устройства в их функциональной взаимосвязи от остаточного тока замыкания на землю Ipc и результирующего тока аварийного и переходных процессов I исключаются возникновения феррорезонансных и резонансных явлений с опасными для изоляции электрооборудо- .

1836774 вания параметрами перенапряжений и токов,:т.е. исключается развитие аварийного режима в цепочечно-каскадной последовательности при эффективно ограниченных по величине перенапряжений перемежающихся дуг однофазных замыканий на землю.

Важно еще отметить и то, что в реальных условиях эксплуатации кабельных электрических сетей промышленных предприятий в результате появления местных дефектов в кабельных воронках или соединительных муфтах при однофазных оках замыкания на землю возникают неполнофазные режимы в связи с перегоранием фаз на питаемых фидерах, а следовательно, и на питающих секциях, которые могут привести к колебательным процессам с повышенными напряжениями, воздействующими на всю сеть при соответствующих пониженных или повышенных частотах по сравнению с промышленной частотой.

Длительность воздействия повышенных напряжений при наличии местных дефектов изоляции. и кумулятивного эффекта приводит к возникновениям коротких замыканий с последующим отключением поврежденного участка коммутацйонным аппаратом и появлением нежелательных коммутационных процессов.

Более того, колебательные процессы могут сохраняться на питающих секциях даже после успешного отключения поврежденного участка сети, которые приводят к необходимости хотя и кратковременного, но незамедлительного и полного обесточивания питающей секции с последующим ее включением, что существенно усложняет обеспечение требуемой селективности работы существующей типовой релейной защиты при сложных комбинациях аварийных режимов и переходных процессов, воздействующих одновременно.

В предлагаемом защитном устройстве при однофазных замыканиях на землю с возникновением неполнофазных режимов появляется напряжение — 3U<, срабатывает реле напряжения 20, подсоединенное непосредственно между выводами низковольтной обмотки 17 дугогасящего агрегата 12 параллельно низковольтному реактору 19 с включенным вторым однофаэным разъединителем 18 в его цепи. Ток управления 4, возникший в цепи управления после срабатывания реле напряжения 20, приводит к срабатыванию последовательно соединенных блока релейной защиты 21, реле времени 22 и блока включения 23 второго коммутационного аппарата 10.

Компенсация емкостных зарядных токов при несимметричных и неполнофазных

45 трехфазной обмотки 13 дугогасящего агрегата 12, подсоединенной линейными выводами к фазам питающей секции 4 с помощью разъединителя 14, а нейтралью— непосредственно к земле, чем исключается возможность возникновения колебательных процессов на питающей секции после отключения поврежденного участка сети, являющегося источником колебательных процессов всей сети.

Комбинированные функциональные взаимодействия между.трехфаэным низковольтным реактором 11 силовоготрансформатора 1 и высоковольтной трехфазной обмотки 13 дугогасящего агрегата 12 на основе функционирования предложенных це10

40 режимах с помощью низковольтного реактора l1 снижает параметры перенапряжения до безопасных величин для нормальной изоляции электрооборудования. Что касается ослабленной изоляции, то более глубокое ограничение перенапряжений осуществляется комбинированным режимом состояния индуктивной нагрузки, осуществляемой низковольтным реактором 19 между выводами низковольтной обмотки 17 дугогасящего агрегата 12 в зависимости от частоты воздействующих внутренних перенапряжений в герцах.

При воздействии внутренних перенапряжений с частотой ниже промышленной снижается величина индуктивного сопротивления — Х низковольтного реактора 19. что автоматически обеспечивает повышение эффективности "закорачивания" выводов разомкнутого треугольника низковольтной обмотки 17, т.е. снижения напряжения нулевой последовательности—

3Uo, а реле напряжения 20 выполняет в данном режиме резервирующее действие на случай последующих возможных возникновений переходных процессов с возросшими частотами, При воздействии внутренних перенапряжений с частотами, превышающими промышленную частоту, эффективность ограничения напряжения нулевой последовательности с помощью низковольтного реактора 19 снижается,, но возрастает эффективность срабатывания реле напряжения 20 с вытекающими отсюда положительными техническими факторами, которые указаны ранее.

Более того, при отключениях все-таки возникающих коротких замыканий фидерными и во многих случаях однофазными коммутационными аппаратами весьма эффективно снижаются фазные коммутационные перенапряжения и токи благодаря шунтирующему действию высоковольтной

1836774 пей управления защитного устройства исключает появление опасных величин перенапря>кений, возникающих. при перегорании замкнувшейся на землю фазы с сохранением перемежающейся дуги на 5 ней со стороны источника питания с одной стороны, а следовательно, и смещений нейтрали сети са свойственными им увеличениями не только фазных, но и линейных напряжений до опасных величин; вплоть до 10 явлений "опрокидывания," фаз, с другой стороны.

Таким образам, комплексное и функциональное взаимодействие элементов предложенного. защитного устройства по 15 реализации технических воэможностей ограничения внутренних перенапряжений и феррорезонансных процессов в сетях с компенсацией емкостных таков замыкания на землю, функциональные воздействия токов 20

tÎñò !т., H на работу релейной защиты и автоматики всей электрической сети обеспечивают результирующий и весьма существенный экономический эффект.

В связи с подробно изложенным и тех- 25 нически обоснованным описанием на основании поясняющей схемы приведенных источников информации видно, чта предложенное устройство для защиты изоляции электрооборудования на секциях 6-10 кВ 30 представляет собой техническое решение новых задач, осуществленное неизвестными ранее сочетаниями средств и путями.

Формула изобретения отображает техническое решение указанного перечня но- 35 вых задач, которые в прототипе и аналоге являются недостатками. Более того, в признаках отличительной части формулы выражена совершенно новая, по сравнению с прототипом, причинно-следственная связь. 40

Формула изобретения

Устройство ограничения внутренних,перенапряжений. и феррорезонансных процессав B сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю, содержащее силовой трансфарматоа, высоковольтная обмотка которого соединена в звезду с изолированной нейтралью и подключена к питающей секции через первый трехфазный коммутационный аппарат, а низковольтная обмотка соединена па схеме треугольника, дугагасящую катушку, включенную между нейтралью высоковольтной обмотки силовага трансформатора и землей через первый однофазный разъединитель, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью ограничения внутренних перенапряжений и феррорезонансных процессов до безопасных для изоляции величин, оно дополнительно снабжено трехфазными реакторами, соединенными по схеме треугольника и подключенными к выводам низковольтной обмотки силового трансформатора через второй трехфазный коммутационный аппарат. дугогасящим агрегатом, высоковольтная обмотка которого соединена в звезду с глухазаземленной нейтралью и подключена к сети через трехфазный разъединитель, низковольтная обмотка соединена в разомкнутый треугольник с подключенными к его выводам через второй однофазный разьединитель реактором со ступенчатой регулировкой, двумя трансформаторами тока, первый из которых включен в цепь заземления дугогасящей катушки, второй — в нейтраль высоковольтной обмотки дугогасящего агрегата, при этом вторичные цепи второго трансформатора тока и реле напряжения, включенного к разомкнутому треугольнику обмотки дугагасящего агрегата, подключены к первому входу блока релейной защиты, выход которого через реле времени подключен к блоку включения второго трехфазного коммутационного аппарата, а вторичная цепь первого трансформатора тока подключена к второму входу блока включения., 1836774

Составитель А.Назаров

Техред M,Moðãåíòàë Корректор M.Ñàìáîðñê8ß

Редактор М.Кузнецова

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

Заказ 3025 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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