Устройство для защиты электроустановок с трансформаторами напряжения от феррорезонанса

 

Использование: для защиты электромагнитных трансформаторов напряжения от феррорезонанса. Сущность: устройство содержит блок основной гармоники, блок субгармоники, входы которых подсоединены к вторичной обмотке трансформатора, а выходы через элемент ИЛИ и элемент выдержки времени - к блоку управления, выход которого подключен к блоку резисторов, подключенному между нейтралью трансформатора напряжения и его вторичной обмоткой. При возникновении феррорезонанса основной гармонике или субгармонике срабатывает блок основной гармоники или блок субгармоники и через логический элемент ИЛИ сигнал подается на вход элемента выдержки времени. После срабатывания последнего появляется сигнал "Фиксация феррорезонанса", который также через блок управления подается на блок резисторов. В результате последний подключается к вторичной обмотке трансформатора напряжения. Добротность контура резко снижается и происходит срыв феррорезонанса. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защитам электромагнитных трансформаторов напряжения (ТН) от феррорезонанса.

Как известно, феррорезонансный режим возникает при отключении всех выключателей, присоединенных к системе шин с ТН, если их схема остается неразобранной разъединителями. Такой режим чаще всего имеет место при действии дифзащиты шин, а также при переводе присоединений с одной системы шин на другую. Повреждение ТН при феррорезонансе связано с протеканием по первичной обмотке трансформатора повышенных токов по сравнению с нормальным режимом. В режиме феррорезонанса, если он существует достаточно длительно, повышенный ток приводит к обугливанию изоляции первичной обмотки и возникновению многочисленных витковых замыканий. После этого индуктивность ТН резко снижается и феррорезонансный процесс может прекратиться. Повреждение ТН никак себя не проявляет до момента включения системы шин под номинальное напряжение. После включения внутри ТН возникает короткое замыкание с током в несколько килоампер и более, что приводит к взрыву трансформатора напряжения и пожару. Известно устройство для защиты электроустановки от феррорезонанса [1] содержащее герконы, одни обмотки которых включаются последовательно с удельными выводами первичной обмотки ТН, а другие подключаются к вторичной обмотке, включенной в разомкнутый треугольник. Это устройство не действует при отключении системы шин, если феррорезонанс возник на субгармониках.

Наиболее совершенным и близким по технической сущности к изобретению является устройство для фиксации и подавления феррорезонанса [2] выполняемое на электромеханических реле или современной электронной базе. Это устройство содержит защитный автомат, вход которого подключен к зажиму для подключения к вторичной обмотке ТН, а выход к входу первого компаратора, к основному входу блока резисторов и через полосовой фильтр третьей гармоники к входу второго компаратора, при этом выходы компараторов соответственно подсоединены к первому и второму входам логического элемента И, выход которого через блок управления соединен с входом управления блока резисторов.

Это устройство фиксирует только феррорезонанс на основной гармонике и не фиксирует его на субгармониках, так как величина напряжения субгармоник меньше, чем номинальное напряжение первой гармоники, а величина третьей гармоники в этом режиме незначительна.

Цель изобретения повышение надежности выявления феррорезонанса на субгармониках.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее защитный автомат, вход которого подсоединен к зажиму подключения к вторичной обмотке ТН, а выход к основному входу блока резисторов, вход управления которого соединен с выходом блока управления, причем входы первого компаратора и первого фильтра объединены, выход фильтра подключен к входу второго компаратора, а выходы первого и второго компараторов подсоединены к первому и второму входам первого логического элемента И соответственно, введены второй фильтр и элемент с частотно-зависимой характеристикой, третий и четвертый компараторы, второй логический элемент И, логические элементы ИЛИ и НЕ и элемент выдержки времени, при этом входы первого, второй фильтров и элемента с частотно-зависимой характеристикой объединены и подсоединены к зажиму для подключения к вторичной обмотке ТН, выход элемента с частотно-зависимой характеристикой через третий компаратор соединен с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого через логический элемент НЕ и четвертый компаратор подключен к выходу второго фильтра, выходы первого и второго логических элементов И подключены к первому и второму соответственно входам логического элемента ИЛИ, выход которого через элемент выдержки времени соединен с входом блока управления, выход логического элемента ИЛИ также соединен с цепью сигнализации "Фиксация феppорезонанса", в качестве первого фильтра применен фильтр верхних частот, второго полосовой фильтр, а в качестве элемента с частотно-зависимой характеристикой интегратор с заданной постоянной времени или фильтр низкой частоты.

Совокупность отличительных признаков, обеспечивающих выявление феррорезонанса на субгармониках, не обнаружена в патентной и научно-технической литературе, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

На чертеже приведена структурная схема заявляемого устройства.

Устройство имеет защитный автомат 1, вход которого подсоединен к зажиму 2 для подключения к вторичной обмотке ТН, а выход основному входу блока 3 резисторов с тиристорными ключами, вход управления которыми осуществляется сигналом от блока 4 управления. Входы первого компаратора 5 и первого фильтра 6 объединены, при этом выход фильтра 6 подключен к входу второго компаратора 7, а выходы компараторов 5 и 7 подсоединены к первому и второму входам первого логического элемента И 8 соответственно. В устройство также входят второй фильтр 9, элемент 10 с частотно-зависимой характеристикой, третий 11 и четвертый 12 компараторы, второй логический элемент И 13, логические элементы ИЛИ 14 и НЕ 15, элемент 16 выдержки времени. Входы первого 6, второго 9 фильтров и элемента 10 с частотно-зависимой характеристикой объединены и подсоединены к зажиму для подключения к вторичной обмотке ТН. Выход элемента с частотно-зависимой характеристикой через третий компаратор 11 соединен с первым входом второго логического элемента И 13, второй вход которого через логический элемент НЕ 15 и четвертый компенсатор 12 подключен к выходу второго фильтра 9. Выходы первого 8 и второго 13 логических элементов И подключены к первому и второму соответственно входам логического элемента ИЛИ 14, выход которого через злемент 16 выдержки времени соединен с входом блока 4 управления. Выдержка времени элемента 16 выбрана из условия отстройки от переходного процесса и составляет 0,1-0,5 с. Выход логического элемента ИЛИ 14 соединен с целью сигнализации "Фиксация феррорезонанса", а в качестве первого фильтра применен фильтр верхних частот с частотой среза 1,5 Fосн, второго полосовой фильтр, настроенный на основную гармонику, а элемент с частотно-зависимой характеристикой реализуется при помощи интегратора с заданной постоянной времени или фильтра низкой частоты с частотой среза 0,75 F_осн. В качестве блока резисторов применен набор резисторов, а блок управления выполнен на логических микросхемах и усилителях, на выходе которых включены мощные тиристоры. Остальные элементы являются стандартными и не имеют каких-либо особенностей.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме, когда к шинам подключены источники напряжения, к зажиму 2 подводится номинальное напряжение основной гармоники от ТН, а гармонические составляющие незначительным и на работу устройства не влияют. Это напряжение поступает на вход первого, 6 и второго 9 фильтров, на вход элемента 10 с частотно-зависимой характеристикой и на первый компаратор 5. Напряжение на выходе фильтра 6 и элемента 10 с частотно-зависимой характеристикой незначительно, и компараторы 7 и 11 находятся в несработанном состоянии. Напряжение на выходе фильтра 9 соответствует номинальной величине, компаратор 12 находится в сработанном состоянии, так как напряжение на его входе превышает 0,5 U_н, но сигнал на выходе элемента НЕ 15 отсутствует. Первый компаратор 5 находится в несработанном состоянии, так как напряжение его срабатывания равно 1,3 U_н. Следовательно, напряжение на входах логических элементов И 8 и 13 соответствует логическому "0" и устройство в целом находится в несработанном состоянии, сигнал "Фиксация феррорезонанса" отсутствует и блок 3 резисторов не подключен к вторичной обмотке ТН.

Если по какой-либо причине система шин оказалась отключенной от источников (осталась подключенной к источникам через проходные емкости выключателей), то ТН, емкость системы шин относительно земли и проходная емкость выключателей образует цепь, в которой может возникнуть феррорезонанс на основной гармонике или нa субгармониках в зависимости от параметров этой цепи. При возникновении феррорезонанса на основной гармонике величина напряжения первой и третьей гармоник достаточная для срабатывания компараторов 5 и 7 и на выходе логического элемента И 8 появляется сигнал, который через логический элемент ИЛИ 14 попадает на элемент 16 выдержки времени. После срабатывания последнего с заданной выдержкой времени, приходит в действие блок 4 управления, который подключает через защитный автомат 1 блок 3 резисторов к вторичной обмотке ТН. В результате этого добротность цепи, в которую входит ТН, резко падает и происходит срыв феррорезонанса. При возникновении феррорезонанса на субгармониках напряжение на вторичной обмотке ТН характеризуется большой величиной субгармонической составляющей и малой величиной основной гармоники. Происходит срабатывание третьего 11 и возврат четвертого 12 компараторов и выходной сигнал с выхода логического элемента И 13 через логический элемент ИЛИ 14 подается на вход элемента 16 выдержки времени. Далее устройство работает как и в предыдущем случае.

Применение данного устройства позволяет исключить повреждение ТН, приводящее к взрыву и пожару на энергооборудовании, что в целом позволяет повысить надежность энергоснабжения потребителей и исключает затраты на замену и ремонт энергооборудования. При подключении системы шин к источнику питания напряжение на шинах восстанавливается и блок резисторов отключается от ТН.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК С ТРАНСФОРМАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ФЕРРОРЕЗОНАНСА, содержащее защитный автомат, один вывод которого подключен к входу устройства, предназначенному для подключения к вторичной обмотке трансформатора напряжения, другой вывод к одному из силовых выводов блока резистора, другой силовой вывод которого подключен к нейтрали трансформатора напряжения, вход управления блока резисторов соединен с выходом блока управления, первый компаратор и первый фильтр, входы которых объединены и подключены к входу устройства, выход фильтра подключен к входу второго компаратора, выходы компараторов подключены к входам первого логического элемента И, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй фильтр, элемент с частотно-зависимой характеристикой, третий и четвертый компараторы, второй логический элемент И, логические элементы ИЛИ и НЕ и элемент выдержки времени, при этом входы второго фильтра и элемента с частотно-зависимой характеристикой объединены и подсоединены к входу устройства, выход элемента с частотно-зависимой характеристикой через третий компаратор соединен с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого через логический элемент НЕ и четвертый компаратор подключен к выходу второго фильтра, выходы первого и второго логических элементов И подключены к первому и второму соответственно входам логического элемента ИЛИ, выход которого через элемент выдержки времени соединен с входом блока управления, выход логического элемента ИЛИ также соединен с цепью сигнализации "Фиксация феррорезонанса", причем в качестве первого фильтра применен фильтр верхних частот, второго фильтра полосовой фильтр.

РИСУНКИ

Рисунок 1