Устройство для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций от несимметричных внешних и внутренних коротких замыканий



Устройство для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций от несимметричных внешних и внутренних коротких замыканий
Устройство для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций от несимметричных внешних и внутренних коротких замыканий
Устройство для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций от несимметричных внешних и внутренних коротких замыканий
Устройство для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций от несимметричных внешних и внутренних коротких замыканий
Устройство для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций от несимметричных внешних и внутренних коротких замыканий

 


Владельцы патента RU 2451378:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и надежности. Устройство содержит фильтр обратной последовательности, выполненный на двух промежуточных трансформаторах тока (ТТ). Первичные обмотки первого промежуточного ТТ включены на разность токов двух фаз, а первичная обмотка второго включена в третью фазу, вторичная обмотка первого промежуточного ТТ подключена к первому нагрузочному резистору и резистору, последовательно соединенному с конденсатором с образованием фазосдвигающей схемы, а средняя точка соединена с одним из выводов вторичной обмотки второго промежуточного ТТ, нагруженного на второй нагрузочный резистор, второй вывод вторичной обмотки и точка соединения резистора и конденсатора, являющиеся выходом фильтра, соединены с входом элемента сравнения, подключенного к первому пороговому элементу, к выходу которого через элемент «И» подключен исполнительный элемент защиты, причем вход исполнительного элемента защиты через элемент «И» подключен ко второму пороговому элементу, вход которого через фильтр первой гармоники подключен к датчику тока обратной цепи выпрямителя. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций от малых токов внешних и внутренних коротких замыканий и от появления недопустимых гармоник тягового тока, опасных для рельсовых цепей устройств сигнализации, централизации, блокировки.

Известно устройство для защиты от несимметричных режимов коротких замыканий [Н.В.Чернобровов. Релейная защита. М.: Энергия, 1971 г.], содержащее трансформатор тока, включенный в одну из фаз, и трансформатор, включенный первичными обмотками на разность токов двух других фаз, образующие фильтр токов обратной последовательности, к выходу которого подключено исполнительное реле (аналог).

Известное устройство обладает следующими недостатками:

1. Устройство не применимо для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций, первичные токи трансформаторов которых имеют несинусоидальную ступенчатую форму, содержат большой процент высших гармоник, приводящих к расстройству фильтра и появлению на выходе напряжения помехи в нормальном режиме, что снижает чувствительность защиты.

2. Устройство обладает низкой надежностью и помехоустойчивостью из-за ложного срабатывания при переходных процессах включения трансформатора выпрямительного агрегата на холостой ход из-за апериодической составляющей в токе включения.

3. Устройство имеет недостаточную чувствительность к внешним однофазным коротким замыканиям вентильных обмоток преобразовательного трансформатора.

Известно устройство для отключения токов несимметричных коротких замыканий [Соколов С.Д. и др. Монтаж, наладка и эксплуатация полупроводниковых преобразователей тяговых подстанций. М.: Транспорт, 1972 г.], содержащее два промежуточных трансформатора тока, включенных своими первичными обмотками на разность токов двух фаз, а вторичными на две R-C цепи, с образованием фильтра обратной последовательности. Между точками соединения R и С этих цепей включено исполнительное реле (прототип).

Устройству, выбранному за прототип, присущи все недостатки устройства, принятого за аналог, кроме того, оно сложно в настройке, требует точного подбора соотношения R и С в каждой из параллельно включенных цепей.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности при работе устройства в выпрямительных агрегатах тяговых подстанций путем устранения ложного срабатывания, повышение чувствительности к несимметричным режимам короткого замыкания, снижение уровня помех в нормальном режиме работы и переходных режимах включения.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты выпрямительных агрегатов тяговых подстанций от несимметричных внешних и внутренних коротких замыканий, содержащем фильтр обратной последовательности, последний выполнен на двух промежуточных трансформаторах тока, причем первичные обмотки первого промежуточного трансформатора тока включены на разность токов двух фаз, первичная обмотка второго промежуточного трансформатора тока включена в третью фазу, вторичная обмотка первого промежуточного трансформатора тока подключена к первому нагрузочному резистору и резистору, последовательно соединенному с конденсатором с образованием фазосдвигающей схемы, а средняя точка соединена с одним из выводов вторичной обмотки второго промежуточного трансформатора тока, нагруженного на второй нагрузочный резистор, второй вывод вторичной обмотки и точка соединения резистора и конденсатора, являющиеся выходом фильтра, соединены с входом элемента сравнения, подключенного к первому пороговому элементу, к выходу которого через элемент «И» подключен исполнительный элемент защиты, причем вход исполнительного элемента защиты через элемент «И» подключен ко второму пороговому элементу, вход которого через фильтр первой гармоники подключен к датчику тока обратной цепи выпрямителя.

Устройство характеризуется тем, что во вторичные обмотки промежуточных трансформаторов тока могут быть параллельно включены конденсаторы, образующие фильтры высших гармоник.

Устройство характеризуется тем, что первый пороговый элемент может быть снабжен блокировкой, причем на вход порогового элемента подключен элемент отстройки от бросков токов намагничивания.

Заявляемое устройство конкретизировано на фиг.1-5, где на фиг.1 приведена блок-схема устройства защиты, на фиг.2 - векторная диаграмма токов при обратной последовательности вращения векторов, на фиг.3 - векторная диаграмма токов при прямой последовательности вращения векторов, на фиг.4 - векторная диаграмма напряжений при обратной последовательности вращения векторов, на фиг.5 - векторная диаграмма напряжений при прямой последовательности вращения векторов. Выпрямительный агрегат (далее по тексту - выпрямитель) тяговых подстанций, как правило, содержит трехфазный трансформатор выпрямителя, трехфазный выпрямитель и трансформаторы тока фаз.

Заявляемое устройство защиты выпрямителей тяговых подстанций от несимметричных внешних и внутренних коротких замыканий содержит промежуточный трансформатор тока 1 с первичными обмотками, включенными на разность токов двух фаз А и В от трехфазного трансформатора выпрямителя, промежуточный трансформатор тока 2, первичная обмотка которого включена в третью фазу С трехфазного трансформатора выпрямителя, фазосдвигающую схему 3 с резистором 16 и конденсатором 17, образующими R-C цепь, фильтры высших гармоник 4 и 5, первый нагрузочный резистор 6 и второй нагрузочный резистор 7, элемент сравнения 8, первый пороговый элемент 9, датчик тока 10 обратной цепи трехфазного выпрямителя 20, фильтр гармоники 50 Гц 11, второй пороговый элемент 12, логический элемент «И» 13, исполнительный элемент защиты 14, элемент фиксации броска тока намагничивания 15, R-C цепь 16, 17. Фазы А и В промежуточного трансформатора тока 1 связаны с двумя фазами трехфазного трансформатора выпрямителя 18 выпрямительного агрегата 19, а промежуточный трансформатор тока 2 первичной обмоткой включен в третью фазу С трехфазного трансформатора выпрямителя 18.

Схема защиты в соответствии с заявляемым устройством работает следующим образом.

При симметричных внешних коротких замыканиях, например, одного из вентильных выводов вторичной обмотки трехфазного трансформатора выпрямителя в обратной цепи трехфазного выпрямителя кроме постоянной составляющей в токе появляется переменная составляющая с частотой 50 Гц. Одновременно в первичных токах фаз трехфазного трансформатора выпрямителя появляются неодинаковые по величине и фазе токи, которые условно можно разложить на две трехфазные симметричные системы. Одна система токов прямой последовательности и другая - обратной последовательности. Появление обратной последовательности в системе токов приводит к появлению напряжения на выходе фильтра обратной последовательности и срабатыванию первого порогового элемента 9. Появление тока с частотой 50 Гц в обратной цепи трехфазного выпрямителя приводит к срабатыванию второго порогового элемента 12. Одновременное срабатывание пороговых элементов 9 и 12 через логический элемент «И» 13 приводит к срабатыванию исполнительного элемента защиты 14.

Фильтр выделения сигнала обратной последовательности построен на двух промежуточных трансформаторах тока. Первичные обмотки первого из них 1 включены встречно на разность токов фаз А и В трехфазного трансформатора выпрямителя 18, вторичная обмотка выполнена со средней точкой «а» и соединена с первым нагрузочным резистором 6 и фазосдвигающей схемой 3 с R-C цепью 16 и 17, параметры которой выбраны из условия R=XC при частоте 50 Гц. Между средней точкой этой обмотки и точкой «b» соединения R и С фазосдвигающей схемы 3 получается сигнал напряжения uab, сдвинутый относительно сигнала umn (где m и n - выводы вторичной обмотки промежуточного трансформатора тока 1), пропорционального разности токов фаз А и В на 90°.

Первичная обмотка второго промежуточного трансформатора тока 2 включена в фазу С трехфазного трансформатора выпрямителя 18. Напряжение u7 его вторичной обмотки, соединенной со вторым нагрузочным резистором 7, пропорционально току фазы С.

При обратной последовательности чередования фаз токов напряжение uab фазосдвигающей схемы совпадает с напряжением u7, пропорциональным току фазы С. На вход элемента сравнения 8 поступает суммарный сигнал, равный сумме напряжений uab+u7 (фиг.2).

При прямой последовательности чередования токов фаз (фиг.3) напряжение uab фазосдвигающей схемы направлено противоположно напряжению u7, пропорциональному току фазы С. Напряжение, поступающее на вход элемента сравнения, равно разности напряжений uab-u7=0 При идеально симметричной системе векторов и при синусоидальных токах с частотой 50 Гц это напряжение равно 0.

Однако первичные токи трехфазных мостовых выпрямителей имеют несинусоидальную ступенчатую форму с большим содержанием высших гармоник, что приводит к расстройству фильтра и появлению на выходе напряжения помехи.

В конечном итоге это приводит к снижению чувствительности защиты, т.к. ее приходится загрублять. Для дополнительного повышения чувствительности и снижения помехи из напряжений, пропорциональных токам фаз, в нормальном режиме работы и переходных режимах включения нужно выделить первую гармонику 50 Гц, для чего во вторичные обмотки промежуточных трансформаторов тока включены фильтры высших гармоник 4 и 5.

При однофазных коротких замыканиях выводов вентильных обмоток в токе обратного провода выпрямителя кроме постоянной составляющей тока появляется гармоника 50 Гц, фиксация которой с помощью датчика тока обратной цепи 10 и фильтра гармоники 50 Гц 11 дополнительно повышает достоверность срабатывания защиты.

При включениях трехфазного трансформатора выпрямителя на холостой ход на выходе фильтра обратной последовательности может появляться напряжение помехи из-за резкой несинусоидальности и неравномерности токов фаз. Для исключения ложных срабатываний защиты вход первого порогового элемента 9 подсоединен к элементу фиксации броска тока намагничивания 15, работающего, например, при неравенстве амплитуд прямой и обратной полуволн тока фаз или по содержанию второй гармоники.

Нагрузочный резистор 7 служит для балансировки элемента защиты обратной последовательности.

Таким образом, заявляемый технический результат достигается следующей совокупностью:

- одновременно срабатывают элементы фиксации появления гармоники 50 Гц в обратной цепи трехфазного выпрямителя и элемент появления напряжения обратной последовательности в цепях питания трехфазного трансформатора выпрямителя;

- фильтр обратной последовательности выполнен на двух промежуточных трансформаторах тока, во вторичные обмотки которых включены параллельно фильтры высших гармоник и фазосдвигающий элемент;

- для исключения ложных срабатываний от бросков тока намагничивания при включениях на холостой ход элемент фиксации токов обратной последовательности снабжен входом блокировки защиты при появлении бросков тока намагничивания.

При использовании заявляемого устройства повышается чувствительность, помехоустойчивость и надежность защиты в условиях работы выпрямителей тяговых подстанций при возникновении внешних и внутренних коротких замыканий.

1. Устройство для защиты выпрямителей тяговых подстанции от несимметричных внешних и внутренних коротких замыканий, содержащее фильтр обратной последовательности, отличающееся тем, что фильтр обратной последовательности выполнен на двух промежуточных трансформаторах тока, причем первичные обмотки первого промежуточного трансформатора тока включены на разность токов двух фаз, первичная обмотка второго промежуточного трансформатора тока включена в третью фазу, вторичная обмотка первого промежуточного трансформатора тока подключена к первому нагрузочному резистору и резистору, последовательно соединенному с конденсатором с образованием фазосдвигающей схемы, а средняя точка соединена с одним из выводов вторичной обмотки второго промежуточного трансформатора тока, нагруженного на второй нагрузочный резистор, второй вывод вторичной обмотки и точка соединения резистора и конденсатора, являющиеся выходом фильтра, соединены с входом элемента сравнения, подключенного к первому пороговому элементу, к выходу которого через элемент «И» подключен исполнительный элемент защиты, причем вход исполнительного элемента защиты через элемент «И» подключен ко второму пороговому элементу, вход которого через фильтр первой гармоники подключен к датчику тока обратной цепи выпрямителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что во вторичные обмотки промежуточных трансформаторов тока параллельно включены конденсаторы, образующие фильтры высших гармоник.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый пороговый элемент снабжен блокировкой, причем на вход порогового элемента подключен элемент отстройки от бросков токов намагничивания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам контроля и защиты преобразователей, и может быть использовано для контроля состояния силовых ключей в высоковольтных преобразователях с напряжением 3-15 кВ, предназначенных, например, для запуска электродвигателей.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электронных схемах регулирования мощности со схемами теплоотвода от силовых полупроводниковых элементов, таких как, например тиристоры, биполярные транзисторы с изолированными затворами и силовые полевые транзисторы.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к схемам контроля и защиты преобразователей, и может быть использовано для контроля состояния полупроводниковых ключей в высоковольтных преобразователях с напряжением 3-15 кВ.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к защите сильноточных тиристорных преобразователей. .

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к защите сильноточных тиристорных преобразователей в аварийном режиме. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для бесперебойного электропитания ответственных потребителей с динамически изменяемой нагрузкой различных объектов промышленного и военного назначения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазными асинхронными электродвигателями погружных насосов, применяемых преимущественно для нефтедобычи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано а автономных системах электроснабжения космических аппаратов для питания потребителей от источника ограниченной мощности, например солнечной батареи.

Изобретение относится к области электрической очистки газов от пыли и тумана в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве и может быть использовано в системах автоматического регулирования высоковольтных преобразовательных агрегатов питания электрофильтров и других регулируемых выпрямителей для защиты при пробое тиристоров.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты высоковольтных преобразователей различного назначения, в частности для защиты управляемых (тиристорных) и неуправляемых (диодных) выпрямителей и инверторов, ведомых сетью.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам управления импульсными преобразователями постоянного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии с тремя фазными модулями, которые имеют соответственно одну верхнюю и одну нижнюю ветвь вентилей, которые снабжены соответственно по меньшей мере тремя электрически последовательно включенными двухполюсными подсистемами (10). Техническим результатом является формирование симметричной системы напряжений при выходе из строя по меньшей мере одного накопителя. В соответствии с изобретением вышедшие из строя подсистемы (10) неисправной ветви (Т2) вентилей и подсистемы (10) исправной ветви (Т1) вентилей неисправного фазного модуля (100) соответственно количеству вышедших из строя подсистем замыкаются накоротко, конденсаторные напряжения (UC) оставшихся подсистем (10) неисправного фазного модуля (100), повышаются таким образом, что их сумма равна сумме конденсаторных напряжений (UC) подсистем (10) исправного фазного модуля (100), и подсистемы (10) исправных фазных модулей (100) управляются так, как перед выходом из строя, по меньшей мере, одной подсистемы (10). Тем самым на выходах (L1, L2, L3) выпрямителя (102) переменного тока с распределенными накопителями (9) энергии при неисправности получают симметричную систему напряжений с максимальной амплитудой. 5 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к способам управления импульсными преобразователями постоянного напряжения. Технический результат повышение степени алгоритмизации процесса прогнозирования аварийных режимов широтно-импульсных преобразователей энергии. Способ заключается в том, что путем предварительных исследований с использованием нелинейной модели широтно-импульсного преобразователя энергии определяются: аварийное значение амплитуды пульсаций напряжения на выходе преобразователя; время в периодах широтно-импульсной модуляции между последовательными измерениями амплитуды пульсаций напряжения на выходе преобразователя, которое минимально требуется для распознания изменения результатов этих измерений; коэффициент, учитывающий наихудший вариант совместного влияния индуктивности в силовой цепи преобразователя и силовых конденсаторов на амплитуду пульсаций на выходе преобразователя. При функционировании преобразователя измеряется текущая амплитуда пульсаций напряжения на его выходе, результат запоминается. После каждого очередного измерения амплитуды пульсаций напряжения на выходе определяется изменение этой амплитуды по отношению к значению, находящемуся в памяти. Полученный результат корректируется с использованием ранее упомянутого коэффициента. Откорректированное изменение сопоставляется с аварийным значением, на основании этого сопоставления прогнозируется момент достижения аварийного значения амплитуды пульсаций, приводящий к аварийному режиму. Прогнозирование повторяется после выполнения каждого нового измерения амплитуды пульсаций напряжения на выходе преобразователя. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты тиристорного преобразователя. Техническим результатом является улучшение защитных функций и обеспечение диагностики трехфазного выпрямителя с последовательным включением тиристоров. Способ защиты и диагностики последовательно соединенных тиристоров заключается в том, что в качестве защитного воздействия прекращают подачу управляющих импульсов, осуществляют контроль за состоянием тиристоров по обратному напряжению и рабочей температуре охладителей вентилей. В способе контролируют исправность линий связи с системой импульсно-фазового управления по обратному отклику, производят измерение распределения обратного напряжения в каждом такте работы вентильных групп. При превышении предельно допустимой температуры вентилей или снижении номинального значения распределения обратного напряжения, или обрыве связи с системой импульсно-фазового управления производят защитное воздействие путем снятия импульсов со всех тиристорных групп и отключением преобразователя от сети или только снятием управляющих импульсов. С помощью анализа измеренных распределений обратного напряжения и рабочей температуре на тиристоре предупреждают об аварийном отказе тиристора из-за деградации его характеристик. Также описано устройство защиты и диагностики последовательно соединенных тиристоров. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Относится к области электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности. При возникновении сквозного тока срабатывает устройство защитного отключения (3) или устройство защитного отключения (7) и отключает нагрузку (6) и источники постоянного тока (1 и 2). 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и касается регуляторов напряжения для автомобилей. Для достижения технического результата повышения надежности и срока службы регулятора напряжения автомобильного генератора в выходном каскаде регулятора напряжения, выполненном на двух и более параллельно включенных транзисторах, выравнивающие сопротивления, включенные в эмиттеры каждого выходного транзистора, выполнены в виде плавких предохранителей из алюминиевой проволоки одинакового диаметра и одинаковой длины, в форме дуг или петель, направленных в разные стороны. Ток срабатывания (перегорания) сопротивлений-предохранителей не менее максимального тока нагрузки - тока обмотки возбуждения генератора, но не более 1,3 этого же максимального тока нагрузки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования электрической мощности. Технический результат - предотвращение нарушения коммутации. Устройство преобразования электрической мощности содержит схему преобразования с несколькими парами двунаправленных переключающих элементов в соответствующих фазах. Вычисляется первое время переключения, в течение которого один из переключающих элементов схемы верхнего плеча одной фазы включен, другие переключающие элементы схемы верхнего плеча в других фазах выключены. По меньшей мере один переключающий элемент схемы нижнего плеча в других фазах включен, а другие переключающие элементы схемы нижнего плеча в одной фазе выключены с использованием напряжений, определенных посредством средства определения напряжения, и выходного значения команды управления. Вычисляется второе время переключения, в течение которого несколько пар переключающих элементов одной фазы включены, а несколько пар переключающих элементов в других фазах выключены. При переходе от первого времени переключения ко второму времени переключения переключающих элементов, каждый из которых находится во включенном состоянии, один из переключающих элементов одной из схемы верхнего плеча или схемы нижнего плеча выключают, и другой из переключающих элементов другой схемы плеча поддерживается во включенном состоянии. 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к средствам контроля устройств автоматики и телемеханики и может быть использовано, в частности, для контроля исправности силовых управляемых ключей преимущественно блоков безопасности. Ключевой элемент выполнен в виде последовательной цепи из не менее двух контролируемых ключей в виде полевых транзисторов, источника питания. Устройство содержит блок попарного сравнения напряжений на контролируемых ключах, выполненный с возможностью контроля и сравнения падения напряжений на открытых последовательно включенных контролируемых ключах. Повышается достоверность контроля ключей, обеспечивается непрерывность контроля. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к средствам автоматики и телемеханики и может быть использовано, в частности, для контроля исправности силовых управляемых ключей преимущественно блоков безопасности. Устройство выполнено в виде последовательной цепи из не менее двух контролируемых ключей и источника питания и содержит блок попарного сравнения напряжений на контролируемых ключах. Оно снабжено также биполярным транзистором, включенным последовательно в цепь указанных ключей, при этом контролируемые ключи выполнены в виде полевых транзисторов. В цепь базы биполярного транзистора согласно включен высоковольтный диод. Повышается достоверность контроля ключей, обеспечивается возможность применения для одиночных ключей. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение быстрых и надежных процессов переключения в комбинации с хорошим демпфированием перенапряжений. Устройство содержит два противоположно последовательно включенных гибридных переключателя (100), содержащих параллельное соединение неуправляемого зависимого от направления тока переключателя (12) и управляемого переключателя (18), причем внутренняя точка соединения между гибридными переключателями образует третий вывод. Два переключателя (100) с одним первым и одним вторым выводом могут вводиться в первый провод сети постоянного напряжения. Устройство содержит два поляризованных демпфирующих звена (200), которые выполнены с возможностью приема энергии только в одной полярности приложенного клеммного напряжения, причем первое подключено к первому выводу последовательно включенных гибридных переключателей и может соединяться с вторым проводом сети постоянного напряжения и/или потенциалом земли, а второе - ко второму выводу последовательно включенных переключателей (100) и может соединяться с вторым проводом сети постоянного напряжения и/или потенциалом земли. Устройство содержит также генератор (300) импульсов тока, который в ответ на команду управления формирует однополярный импульс тока, направляемый через третий вывод и поляризованные демпфирующие звенья (200), так что направление тока в одном из гибридных переключателей (100) может кратковременно реверсироваться. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 21 ил.
Наверх