Устройство для ограничения токов короткого замыкания в линии электропередачи

Использование - в электроэнергетике. Технический результат - снижение потерь в устройстве в штатном режиме работы электропередачи, снижение весогабаритных показателей и исключение ремонтных работ после каждого срабатывания. Устройство для ограничения токов короткого замыкания в линии электропередачи содержит трансформатор, первичная обмотка W1 которого включена последовательно в линию и представляет собой отрезок кабеля. В линию также включен блок логических схем, выход которого соединен с устройством управления коммутационным элементом, соединенным последовательно с вторичной обмоткой трансформатора. Коммутационный элемент выполнен в виде включенных последовательно двунаправленных тиристоров и резистора, параллельно которым включен ограничитель перенапряжения на уровень ограничения, равный классу тиристоров. Устройство управления соединено с посторонним источником питания, расположенным на потенциале линии электропередачи, который выполняется в виде третичной обмотки трансформатора, подключенной к входу неуправляемого выпрямителя, выход которого соединен с устройством управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области энергетики и электротехники и может быть использовано в энергосистемах, где возможно развитие аварий, сопровождающихся существенным ростом токов в линиях электропередач.

Уровень техники

Известно, что в крупных энергосистемах время от времени развиваются разрушительные аварии, вызванные перегрузками сверх максимально (аварийно) допустимых значений перетоков мощности (токов) по связям и линиям, приводящие в итоге к отключению целых энергорайонов (например, авария в системе Мосэнерго летом 2006 года, авария в штате New York в 90-х годах прошлого столетия и т.д.). Хорошо известно, что избежать таких аварий позволяют вставки постоянного тока [1]. Однако их строительство весьма дорогостоящее мероприятие, не всегда экономически оправданное.

Для ограничения аварийного тока известны устройства, называемые за рубежом коммутационными ограничителями тока, а в отечественной литературе ограничителями ударного тока взрывного действия [2]. Каждая фаза такого коммутационного ограничителя тока состоит из разъединительного устройства, параллельно подключенного плавкого токоограничивающего предохранителя и блока логических схем с трансформатором тока. В нормальном режиме работы ток течет по медной шине, расположенной в патроне разъединительного устройства. При возникновении короткого замыкания (КЗ) логические схемы подают сигнал на детонатор, приводя к размыканию основной шины взрывом. Пиротехнические заряды рвут шину в нескольких точках, тем самым образуя несколько промежутков. Достоинством такого устройства ограничения тока КЗ является, прежде всего, отсутствие потерь, вносимых устройством в нормальном режиме. Существенный недостаток - после устранения КЗ патроны разъединителя и предохранителя необходимо заменить, а взорванный кусок шины восстановить, на что требуется заметное время. Кроме того, данная аппаратура не является универсальной, т.к. используется для ограничений токов КЗ большой амплитуды, а для отключения сравнительно небольших токов дополнительно требуется другая аппаратура.

Известно также устройство для ограничения токов КЗ, называемое TPSC (Thyristor Protected Series Capacitor) [3], и представляющее собой конденсатор, включенный последовательно в линию электропередачи, параллельно которому включена цепь из последовательно включенных двунаправленного высоковольтного тиристорного вентиля (ВТВ) и реактора, в свою очередь параллельно ВТВ присоединен вакуумный выключатель, а к линии подключен блок логических схем с трансформатором тока, сигнал с которого подается на вход управления ВТВ. Устройство имеет достаточное быстродействие и отличается практически не ограниченным числом срабатываний без замены элементов. Недостатки данного технического решения: необходимость последовательного включения в линию высоковольтного блока конденсаторов большой емкости, который вносит в линию в нормальном режиме дополнительные потери или требует постоянной подстройки емкости в резонанс с индуктивностью линии, что делает устройство весьма дорогим и габаритным. Кроме того, и двунаправленный ВТВ - дорогое и объемное оборудование.

Сообщается [4] о токоограничивающем устройстве, содержащем трансформатор напряжения, первичная обмотка W1 которого включена по следовательно в линию электропередачи, а вторичная обмотка W2 в нормальном режиме закорочена через быстродействующий коммутационный элемент, представляющий собой металлический контакт, снабженный пиропатроном; также в линию включен блок логических схем, выход которого соединен с устройством поджига пиропатрона. Это устройство обеспечивает достаточное быстродействие и сравнительно с [2] небольшой объем восстановительных работ после окончания аварии. Эффект ограничения токов КЗ достигается за счет разрыва вторичной обмотки трансформатора, что приводит к резкому росту сопротивления в этой обмотке, которое, пересчитываясь в первичную цепь пропорционально квадрату отношения числа витков первичной и вторичной обмоток (W1/W2)2, приводит к резкому росту сопротивления и в первичной обмотке, то есть к росту сопротивления в линии и, соответственно, к ограничению тока в ней.

Обращаем внимание, что во всех случаях ограничение токов КЗ должно осуществляться до уровня срабатывания выключателей класса напряжения конкретной ВЛ (например, для напряжения 330 кВ значение срабатывания выключателей, равное 63 кА, является предельным [5]). Соответственно, если ток КЗ достиг, например, значения 70 кА, устройство ограничения КЗ должно уменьшить ток в ВЛ на 7 кА, то есть внести в ВЛ дополнительно сопротивление, составляющее 10% от сопротивления ВЛ.

Существенным недостатком устройства по [4] являются дополнительные активные потери, которые в нормальном режиме вносит включенная последовательно в линию обмотка W1, и весьма большие вес и габариты устройства (в [4] сообщается о весе устройства для линии 110 кВ - 100 т.). Необходимость замены пиропатрона после каждой аварии снижает готовность устройства и также является его недостатком. Есть еще один существенный, хотя и менее очевидный, недостаток: из-за того, что изоляция трансформатора должна быть выполнена на полное напряжение защищаемой линии, толщина этой изоляции велика, что приводит к большому сопротивлению рассеяния в трансформаторе и, соответственно, даже в режиме короткого замыкания вторичной обмотки в первичную цепь вносится некоторое сопротивление, также увеличивающее потери в линии в нормальном (постоянном) режиме работы.

Сущность изобретения

Задача изобретения - снижение потерь в устройстве в штатном режиме работы электропередачи, снижение весогабаритных показателей и исключение ремонтных работ после каждого срабатывания.

Поставленная задача решается следующим образом. Устройство для ограничения токов короткого замыкания в линии электропередачи представляет собой п включенных последовательно ограничительных модулей, каждый из которых содержит трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно в линию электропередачи, в которую также включен блок логических схем, выход которого соединен с устройством управления коммутационным элементом, включенным последовательно с вторичной обмоткой трансформатора; первичная обмотка трансформатора выполнена в виде отрезка кабеля, так что число витков первичной обмотки равно единице, причем пропускная способность кабеля по току равна пропускной способности провода данной линии, а магнитопровод трансформатора выполнен из материала с максимальной рабочей индукцией, причем устройство управления соединено с источником питания, расположенным на потенциале провода линии электропередачи. В свою очередь, коммутационный элемент выполнен в виде включенных последовательно двунаправленных тиристоров и резистора, параллельно которым включен ограничитель перенапряжения на уровень ограничения, равный классу тиристоров. Источник питания устройства управления коммутационным элементом выполнен в виде третичной обмотки трансформатора, подключенной к входу неуправляемого выпрямителя, выход которого соединен с устройством управления.

Осуществление изобретения

Осуществление изобретения поясняет схема устройства для ограничения токов короткого замыкания в линии электропередачи, изображенная на фиг.1.

Устройство содержит трансформатор 1, первичная обмотка W1 которого включена последовательно в линию электропередачи, в которую также включен блок логических схем 2, выход которого соединен с устройством управления 3 коммутационным элементом 4, включенным последовательно с вторичной обмоткой W2; первичная обмотка выполнена в виде отрезка кабеля 5, так что W1=1, причем кабель выбран таким образом, чтобы его пропускная способность по току была равна пропускной способности провода данной линии, а магнитопровод 6 трансформатора 1 выполнен из материала с максимальной рабочей индукцией. Устройство управления 3 соединено с источником питания 7, расположенным на потенциале провода линии электропередачи.

Обращаем внимание, что между первичной W1 и вторичной W2 обмотками трансформатора 1 напряжение практически отсутствует, поскольку ни один из элементов устройства не «привязан» к потенциалу «земли», а все находятся на потенциале фазного провода линии. Соответственно габариты трансформатора 1 зависят только от размеров магнитопровода, независимо от того, для ВЛ какого класса напряжения применяется ограничитель токов.

Устройство для ограничения токов короткого замыкания в линии электропередачи работает следующим образом.

В нормальном режиме работы линии электропередачи, когда ток в линии равен номинальному (I1=Iн), коммутационный элемент 4 разомкнут, и ток I2 во вторичной обмотке W2 трансформатора 1 равен нулю. Соответственно, магнитодвижущая сила во вторичной обмотке I2*W2 также равна нулю. Магнитодвижущая сила первичной обмотки W1*I1 ничем не скомпенсирована, что приводит к насыщению сердечника 6 трансформатора 1. В таком состоянии трансформатор 1 можно считать практически отсутствующим, поскольку никакого влияния на работу электропередачи он не оказывает.

При значительном росте тока в линии (возникновении режима КЗ) блок логических схем 2 формирует сигнал для устройства управления 3 коммутационным элементом 4, который замыкается. Ток во вторичной обмотке W2 трансформатора 1 I2=I1/W2 растет пропорционально росту тока в линии. Возникшая магнитодвижущая сила I2*W2=I1 уравновешивает магнитодвижущую силу первичной обмотки W1*I1. Сердечник 6 выходит из насыщения, и внутреннее сопротивление Rн коммутационного элемента 4 трансформируется в соотношении (1/W2)2 в первичную обмотку W1 трансформатора 1, тем самым увеличивая общее сопротивление линии Z на величину Rн/(W2)2 и соответственно снижая ток в ней.

Оценить эффект ограничения тока можно следующим ориентировочным расчетом. Положим необходимо снизить аварийный ток 70 кА на 10% в сети 330 кВ при том, что Rн=1 Ом, W2=10, а магнитопровод ненасыщающийся. Тогда в фазный провод в случае КЗ трансформируется дополнительное сопротивление Rл=Rн/(W2)2=1/(10)2=0,01 Ом, соответственно на внесенном сопротивлении упадет напряжение 0,01*70000=700 В. Это составляет 0,7/330~0.21%. Для получения 10% ограничения необходимо установить 10/0,21~48 ограничительных модулей. Если требуется ограничить ток в сети меньшего напряжения, потребуется меньшее количество модулей.

Таким образом, поставленная цель - снижение потерь в устройстве в штатном режиме работы электропередачи, снижение весогабаритных показателей и исключение ремонтных работ после каждого срабатывания, - достигнута.

Коммутационный элемент может быть выполнен, например, как показано на фиг.2, в виде последовательно включенных двунаправленных тиристоров 8, 9 и резистора 10 (сопротивление Rн) параллельно которым включен ограничитель перенапряжения 11 на уровень ограничения, равный классу тиристоров. Ограничитель 11 необходим для защиты тиристоров в переходных режимах включения от вероятных кратковременных перенапряжений

Возможный вариант реализации источника питания 7 показан на фиг.3. Источник состоит из третичной обмотки W3 трансформатора 1, подключенной к входу неуправляемого выпрямителя 12, выход которого соединен с устройством управления 3.

Источники информации

1. Поссе А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока: Энергия, Л-д, 1973.

2. Елагин Павел, Малышев Александр, Дементьев Юрий. Коммутационные ограничители тока. Новости электротехники, №1, 2009, с.40-42.

3. Use of High-Power Thyristor Technology for Short-Circuit Current Limitation in High Voltage Systems // Power Transmission and Distribution, May 2004, Vol.8.

4. Альтов B.A., Иванов C.C., Желтов B.B. и др. Токоограничивающие устройства трансформаторного типа. Электро, №5, 2010, стр.46-54.

5. Брилинский А.С., Плохих М.И., Смоловик СВ. Координация токов КЗ в сетях высокого напряжения мегаполиса (на примере энергосистемы Санкт-Петербурга и Ленинградской области). Электро, №1, 2012, стр.11-16.

1. Устройство для ограничения токов короткого замыкания в линии электропередачи, содержащее n последовательно включенных ограничительных модулей, каждый из которых представляет собой трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно в линию электропередачи, в которую также включен блок логических схем, выход которого соединен с устройством управления коммутационным элементом, включенным последовательно с вторичной обмоткой трансформатора, причем первичная обмотка трансформатора выполнена в виде отрезка кабеля, так что число витков первичной обмотки равно единице, пропускная способность кабеля по току равна пропускной способности провода данной линии, а магнитопровод трансформатора выполнен из материала с максимальной рабочей индукцией, причем устройство управления соединено с источником питания, расположенным на потенциале провода линии электропередачи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутационный элемент выполнен в виде включенных последовательно двунаправленных тиристоров и резистора, параллельно которым включен ограничитель перенапряжения на уровень ограничения, равный классу тиристоров.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания устройства управления коммутационным элементом выполнен в виде третичной обмотки трансформатора, подключенной к входу неуправляемого выпрямителя, выход которого соединен с устройством управления коммутационным элементом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах, системах электроснабжения, электрических сетях при управлении режимами работы синхронных электрических машин (генераторов, двигателей), включенных в электрическую сеть, для контроля запасов и предотвращения нарушений устойчивости параллельной работы.

Изобретение относится к области промышленной автоматики и может быть использовано в системах автоматизации взрывоопасных производственных объектов. .

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к интерфейсным устройствам радиоэлектронной аппаратуры, реализующей функции управления исполнительными элементами.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для резистивного заземления нейтрали трехфазных электрических сетей. .

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в увеличении реактивного импеданса устройства защиты на высоких частотах. Устройство защиты выводов микросхемы от электростатических разрядов, включающее ключевые n-канальный и р-канальный транзисторы, управляющие n-канальный и р-канальный транзисторы, два нагрузочных резистора, входную шину, шину питания и шину земли, причем в него введены первый и второй дополнительные индукторы, причем сток р-канального ключевого транзистора и исток р-канального управляющего транзистора соединены с первым выводом первого индуктора, второй вывод которого соединен с входной шиной, а также сток n-канального ключевого транзистора и исток n-канального управляющего транзистора соединены с первым выводом второго индуктора, второй вывод которого также соединен с входной шиной. 3 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности и чувствительности защиты. Способ включает: выявление замыкания в трехфазной электрической сети; определение значения величины направленного фазора в точке измерения в трехфазной электрической сети и сравнение определенного значения величины направленного фазора с заранее заданными границами на комплексной плоскости. Согласно изобретению определяют, на основе вышеуказанного сравнения, нейтральное состояние заземления электрической сети и применяют одну или более настроек системы защиты от замыкания на землю на основе вышеуказанного определенного нейтрального состояния заземления электрической сети. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение предназначено для использования на линейных выключателях скомпенсированных ЛЭП. Устройство состоит из пускового органа, содержащего, по меньшей мере, одно реле напряжения, избирательного органа, фиксирующего возникновение неполнофазного режима, органа выдержки времени, а также выходных реле, обеспечивающих действие на отключение выключателей, смежных с неполнофазно включенным линейным выключателем, с малой выдержкой времени при значительном повышении напряжения на ЛЭП. Технический результат - ограничение развития резонансных повышений напряжения на отключенных фазах ЛЭП, оснащенной шунтирующими реакторами, в различных неполнофазных режимах питания при одностороннем примыкании такой линии к распределительному устройству, в свою очередь, имеющему связь с энергосистемой. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в улучшении показателей заявленного устройства за счет снижения массы, мощности и шумности блока управления, повышении его быстродействия и коэффициента полезного действия, а также повышении шумности и добротности силового элемента по сравнению с показателями, которые присущи силовым элементам, выполненным в виде реакторов с плавно регулируемым воздушным зазором. Для этого заявленное устройство содержит командный блок и индуктивный компонент, состоящий из силового элемента и блока управления этим элементом, и дополнительно введен интегрирующий фильтр, в качестве силового элемента использован управляемый источник тока, управляющий вход, а также первый и второй силовые зажимы которого являются соответственно управляющим входом, а также первым и вторым силовыми зажимами упомянутого силового элемента, а в качестве блока управления применен умножитель, два входных зажима и выход которого являются соответственно первым и вторым входными зажимами и выходом блока управления, при этом первый и второй входные зажимы указанного интегрирующего фильтра подключены соответственно к нейтральному узлу электрической сети и к заземлению, а первый и второй выходные зажимы этого фильтра подключены соответственно ко второму входу блока управления силовым элементом и к заземлению. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к способу, устройству и системе для защиты источников подачи электропитания от электростатического разряда. Техническим результатом является повышение эффективности управления электропитанием. Устройство содержит блок таймера, имеющий точку подключения с первым сигналом подачи электропитания и выполненный с возможностью генерирования первого сигнала таймера, основываясь на первом сигнале подачи электропитания; и блок фиксации, соединенный с блоком таймера и имеющий точку подключения со вторым сигналом подачи электропитания, выполненный с возможностью ограничения второго сигнала подачи электропитания в ответ на электростатический разряд (ESD) в точке подключения со вторым сигналом подачи электропитания, на время, продолжительность которого основана на уровне сигнала первого сигнала таймера. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 12 ил.

Система искробезопасного питания измерительных датчиков предназначена для подключения датчиков с большой собственной емкостью, расположенных во взрывоопасной зоне. Система содержит искробезопасные источники постоянного тока с различными выходными напряжениями и барьерами искрозащиты, зажимы одной полярности источников питания соединены в общую точку, цепи питания датчиков, выполненные на стабилизаторах напряжения, зашунтированы супрессорами, для связи с информационными магистральными выходами датчиков используется приемопередающее устройство, отделенное от регистрирующей аппаратуры оптоэлектронной развязкой. Технический результат - возможность параллельного подключения нескольких датчиков - получен благодаря тому, что в цепь питания каждого из параллельно включенных датчиков введены последовательные цепочки диодов от одного до трех, количество которых определяется уровнем взрывозащиты, каждый из двух информационных выходов датчиков зашунтирован на общую шину источников питания одним, двумя или тремя супрессорами, количество которых определяется уровнем взрывозащиты, а приемопередающее устройство с оптоэлектронной развязкой запитывается от искробеопасной цепи соответствующего источника питания с барьером искрозащиты. 1 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для защиты силовых трансформаторов электрических станций и подстанций от воздействия геоиндуцированных токов в периоды геомагнитных бурь. Технический результат состоит в упрощении силовой схемы и повышении степени использования оборудования активного заземления нейтрали. Способ активного заземления нейтрали силового трансформатора через защитный модуль заключается в том, что при отсутствии геомагнитной активности создают режим глухозаземленной нейтрали. В периоды геомагнитных бурь создают режим изолированной нейтрали и контролируют напряжение нейтрали, включая защитный модуль, если напряжение достигает предельно допустимого значения. Защитный модуль выполняют в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров, на управляющие электроды которых подают управляющие импульсы при отсутствии геомагнитной активности и прекращают подачу управляющих импульсов в периоды геомагнитных бурь. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в технике релейной защиты и автоматики. Технический результат - повышение устойчивости технологических систем за счет ускорения действия защиты и снижения времени простоя технологических агрегатов. Устройство содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, реле сопротивления, первый логический блок, первый таймер, первый блок контроля минимального напряжения, второй логический блок, второй таймер, третий логический блок, первый исполнительный блок, второй блок контроля минимального напряжения, третий таймер и второй исполнительный блок. Первый таймер является выходом защиты минимальной частоты с контролем направления мощности. Второй таймер является выходом первой ступени защиты минимального напряжения с контролем направления мощности. Третий таймер является выходом второй ступени защиты минимального напряжения. Первый исполнительный блок действует на отключение ввода секции шин, потерявшей питание, и на гашение поля синхронных электродвигателей на секции шин, потерявшей питание. Второй исполнительный блок действует на отключение электродвигателей. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты силовых трансформаторов электрических станций и подстанций, работающих в электрических сетях с номинальным напряжением 110 кВ и выше, от воздействия геоиндуцированных токов в периоды геомагнитной активности при возмущениях космической погоды. Технический результат состоит в уменьшении потерь активной мощности в токоограничивающем резисторе и реактивной мощности в силовом трансформаторе. Способ эффективного заземления нейтрали силового трансформатора через токоограничивающий резистор и тиристорный ключ заключается в том, что при возникновении аномальных и аварийных ситуаций осуществляют коммутацию тиристорного ключа, который соединяют параллельно с токоограничивающим резистором и подают управляющие импульсы, обеспечивая непрерывную проводимость тиристорного ключа. Фиксируют появление постоянной составляющей тока нейтрали и второй гармоники фазного тока обмотки высокого напряжения силового трансформатора. В случае превышения указанными токами допустимых значений блокируют подачу управляющих импульсов на тиристорный ключ. Возобновляют подачу управляющих импульсов только после прекращения постоянной составляющей тока нейтрали. 1 ил.
Наверх