Устройство непрерывного контроля состояния силовой конденсаторной батареи

 

Использование: непрерывный контроль состояния силовой конденсаторной батареи, в частности, силовых конденсаторных батарей (СКБ) в энергосистемах. Сущность: устройство непрерывного контроля СКБ, состоящей из n последовательно соединенных рядов, в каждом из которых установлено параллельно m силовых конденсаторов, к которым параллельно подключены последовательно соединенные высоковольтный и два низковольтных конденсатора, параллельно одному из которых с помощью двух диодов подключен конденсатор постоянного напряжения, который через резистор подсоединен к стабилитрону, а параллельно второму низковольтному конденсатору с помощью двух диодов подключен второй конденсатор постоянного напряжения, вывод которого соединен со стабилитроном через светодиод, оптически связанный с входом волоконнооптического кабеля, предназначенного для подключения его выхода к пульту управления дежурного персонала. Повышается эксплуатационная надежность благодаря непрерывному контролю (мониторингу) состояния СКБ. 1 ил.

Изобретение относится к области высоковольтной техники, в частности к силовым конденсаторным батареям (СКБ) в энергосистемах.

Известно, что для компенсации реактивной мощности в энергосистемах применяются СКБ, состоящие из n последовательных рядов, каждый из которых представляет собой параллельное соединение m силовых конденсаторов. Суммарное количество таких конденсаторов в СКБ достигает от нескольких сотен до нескольких тысяч.

Известно также, что повреждение конденсатора приводит к увеличению сопротивления ряда, т.е. к повышению напряжения и снижению срока службы конденсаторного ряда.

Для своевременной замены поврежденного конденсатора предлагаются устройства, позволяющие либо фиксировать повышение напряжения ряда [1], повышение сопротивления [2], либо контролировать количество пробитых секций ряда [3], что позволяет определить величину сопротивления ряда. Для конденсаторных батарей с номинальным напряжением ниже 35 кВ указанные устройства сравнительно работоспособны из-за небольшого количества рядов, малых габаритов и возможности визуального осмотра результатов работы устройств.

При повышении номинального напряжения батарей (35 кВ и выше) резко снижаются надежность и условия применения указанных устройств.

Во-первых, увеличение рядов, а следовательно и общее количество элементов устройств, в 10 раз у батарей 330 кВ по сравнению с батареей 35 кВ, приводят к резкому снижению надежности контроля состояния батареи [4]. В рассматриваемом случае интенсивность отрезка увеличивается в 10 раз, хотя срок службы батареи должен быть не менее 30 лет. Для повышения надежности устройств у батареи 110 кВ предлагается подключение устройства не к одному, а к десяти последовательно соединенных рядов [5]. В этом случае резко снижается чувствительность.

Существенное повышение числа рядов усложняет применение устройства [1], у которого подключение нелинейных элементов параллельно ряду уже в меньшей степени повлияет на измеряемые гармоники тока батареи, а следовательно, снижается чувствительность устройства.

Во-вторых, существенное увеличение рядов, а следовательно, и габаритов батареи уменьшает помехоустойчивость электрической передачи информации к пульту управления [2, 3] , из-за частых эксплуатационных переключений, внешних коротких замыканий, грозовых и коммутационных импульсов.

И, наконец, учитывая, что большие открытые батареи подвергаются сложным метеоусловиям, необходимая надежность предлагаемых устройств [1, 2, 3, 5] требует учета более жестких условий при разработке устройств контроля батарей.

Из-за указанных выше обстоятельств контроль состояния конденсаторных батарей в настоящее время осуществляется, согласно действующей инструкции [6], раз в год путем измерения сопротивления каждого конденсатора при полном отключении напряжения на батареи. Эта процедура весьма трудоемка, требующая длительного полного отключения напряжения.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является устройство [2] для защиты конденсаторной батареи от внутренних повреждений. В этом устройстве с помощью трансформатора тока, первичная обмотка которого соединяет соседние ряды, и отдельного конденсатора с последовательно соединенными выпрямителями, параллельно подключенными к ряду, определяется балансировка тока батареи и напряжение ряда при исходной величине сопротивления ряда. После превышения допустимой величины сопротивления ряда срабатывает поляризованное реле и информация передается визуально световым или звуковым сигналом.

Недостатком этого устройства является отсутствие отстройки от грозовых и коммутационных перенапряжений на батареи. При указанных метеоусловиях надежность работы поляризованного реле с механическими контактами и способ передачи информации для батарей с напряжением 35 кВ и выше довольно низкие.

Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности СКБ с помощью устройства непрерывного контроля (мониторинг) их состояния.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство непрерывного контроля состояния силовой конденсаторной батареи, состоящей из n последовательно соединенных рядов, в каждом из которых установлены параллельно включенные m силовых конденсаторов, содержащее высоковольтный конденсатор, один вывод которого подключен к первому выводу каждого ряда, содержит два последовательно включенных низковольтных конденсаторов, соединенных со вторым выводом высоковольтного конденсатора и зашунтированных первым и вторым диодами, при этом катоды первого и второго диодов соединены с общей точкой низковольтных конденсаторов, анод первого диода соединен с катодом третьего диода, анод которого подключен к одному из выводов первого конденсатора постоянного напряжения, соединенным с одним из выводов резистора, анод второго диода соединен с со вторым выводом ряда и с катодом четвертого диода, анод которого подключен к одному из выводов второго конденсатора постоянного напряжения, соединенным с катодом светодиода, вторые выводы конденсаторов постоянного напряжения соединены с катодами первого и второго диодов и анодом стабилитрона, катод которого подключен ко второму выводу резистора и аноду светодиода, оптически связанного с входом волоконнооптического кабеля, предназначенного для подключения к пульту управления дежурного персонала.

Сущность изобретения поясняется чертежом, которого на схеме изображено устройство непрерывного контроля состояния силовой конденсаторной батареи.

Силовая конденсаторная батарея, состоящая из n последовательных рядов, каждый из которых представляет параллельное соединение m силовых конденсаторов. Высоковольтный конденсатор 1 одним выводом непосредственно подсоединен к выводу ряда, а нижним - через последовательно соединенные два низковольтных конденсатора 2, 3. Низковольтный конденсатор 2 с помощью диодов 4, 5 конденсатора постоянного напряжения 6, резистора 7 и стабилитрона 8 образует базовое постоянное напряжение.

Низковольтный конденсатор 3 с помощью диодов 9, 10 и конденсатора постоянного напряжения 11 образует контролируемое постоянное напряжение.

Светодиод 12 включен на разность базового 8 и контролирующего 11 напряжения, а его излучение с помощью волоконнооптического кабеля 13 передается к дежурному персоналу.

Устройство работает следующим образом.

Соотношение емкостей у конденсаторов 2 и 3 выбирается таким образом, чтобы величина базового постоянного напряжения соответствовала амплитуде допустимого напряжения на ряду силовых конденсаторов, а контролируемое постоянное напряжение - амплитуде номинального напряжения на ряду.

Полярность светодиода 12 устанавливается так, что при величине контролируемого напряжения меньше базового напряжения излучение светодиода отсутствует. Если контролируемое напряжение превышает базовое, то излучение светодиода появляется и с помощью волоконнооптического кабеля передается на пульт дежурного.

Для надежной работы предлагаемого устройства необходимо, во-первых, чтобы величина базового напряжения более чем на порядок превышала величину напряжения появления излучения у светодиода, во-вторых, величина емкостей у конденсаторов постоянного напряжения более чем на порядок больше, чем у конденсаторов 2 и 3 для того, чтобы воздействия грозовых и коммутационных перенапряжений на СКБ не влияли на работу устройства.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет надежно выявить наличие пробоя конденсатора в заданном ряду, что позволяет своевременно заменить пробитый конденсатор, не снижая срока службы остальных конденсаторов ряда, и повысить надежность эксплуатации СКБ в энергосистеме.

Литература 1. Авт. св. СССР N 8367721, кл. H 02 H7/16 1981.

2. Авт. св. СССР N 281207, кл. H 02 H7/16 1970.

3. Авт. св. СССР N 1467661, кл. H 02 H7/16 1989.

4. Справочник по радиоэлектронике /Под ред. А.А.Куликовского т.3, М.: Энергия, 1970 с.723 - 808.

5. Авт. св. СССР кл. H 02 H7/16 N 1441487, 1985.

6. Типовая конструкция по эксплуатации крупных шунтовых батарей 6-500 кВ ИЭ ШКБ 6-500-95, 1995.

Формула изобретения

Устройство непрерывного контроля состояния силовой конденсаторной батареи, состоящей из n последовательно соединенных рядов, в каждом из которых установлено параллельно включенных m силовых конденсаторов, содержащее высоковольтный конденсатор, один вывод которого подключен к первому выводу каждого ряда, отличающееся тем, что к второму выводу каждого высоковольтного конденсатора подсоединены два последовательно соединенных низковольтных конденсатора, зашунтированных первым и вторым диодами, при этом катоды первого и второго диодов соединены с общей точкой низковольтных конденсаторов, анод первого диода соединен с катодом третьего диода, анод которого подключен к одному из выводов первого конденсатора постоянного напряжения, соединенному с одним из выводов резистора, анод второго диода соединен с вторым выводом ряда и с катодом четвертого диода, анод которого подключен к одному из выводов второго конденсатора постоянного напряжения, соединенному с катодом светодиода, вторые выводы конденсаторов постоянного напряжения соединены с катодами первого и второго диодов и анодом стабилитрона, катод которого подключен к второму выводу резистора и аноду светодиода, оптически связанного с входом волоконно-оптического кабеля, предназначенного для подключения к пульту управления дежурного персонала.

РИСУНКИ

Рисунок 1