Устройство для защиты фильтров высших гармоник

 

(ti>892571

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (6I ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 04.04. 80 (2! ) 2905681/24-07 с присоединением заявки,%— (23) ПриоритетОпубликовано 23.12. 81 ° Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 23 . 12 .81 (51)М. К,я.

Н 02 Н 7/16

3Ъеударстееиный кокитет

СССР ао делен изебретеиий и открытий (53) УДК621.316, .925(088.8) (72) Автор изобретения

К.М.Добродеев

Горьковское отделение Ордена Октябрьско всесоюзного государственного проектно-и и научно-исследовательского института эн систем и электрических сетей "Энергосетьпроект" (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ФИЛЬТРОВ

ВЫСШИХ ГАРМОНИК

Изобретение относится к технике релейной защиты энергосистем, а именно, к релеййой защите шунтовых конденсаторных батарей фильтров высших гармоник преобразовательных подстан5 ций, Фильтры высших гармоник (ФВГ) состоят иэ последовательно включенных шунтовых батарей конденсаторов (БК) и фильтровых реакторов (ФР) и включато ются между фазой и землей.

Эксплуатация БК в составе фильтров высших гармоник выявила возможность перекрытия изоляторов в кассете, в результате которого возникает длительное короткое замыкание ряда, Это. замыкание, как правило, сопровождается дугой, а поскольку оно не отключается предохранителями, то возможно возникновения аварии с повреждением оборудования. Поэтому защита БК должна отличать длительное короткое замыкание. ряда конденсаторов от пробоя конденсатора и действовать на отключение батареи. Аналогичное требование к действию защиты ФВГ предъявляется и в случае повреждения реактора, например виткового замыкания обмотки.

Известно устройство для защиты фильтров высших гармоник, которое установлено на потенциале земли и реагирует на заданные параметры переходного процесса, сопровождающегося пробой конденсатора. 8 этом устройстве производится сравнение сигнала, пропорционального току фильтра, и сигнала, полученного от физической модели фильтра, которая включена на трансформатор напряжения фильтра оригинала. В выходном напряжении схемы сравнения подавляется с помощью заграждающих фильтров гармоника 50 Гц и гармоника с частотой настройки фильтра оригинала, а затем производится дифференцирование сигнала 31).

Однако рабочий сигнал на выходе реагирующего органа устройства защиты имеет импульсный характер, поэтому

892571

Однако в этом устройстве фильтры высших гармоник и резисторы имеют разные амплитудофазочастотные характеристики, поэтому в дифференциальном реле неизбежно возникает небаланс по высшим гармоникам, причем величина его существенно зависит от частоты питающсй сети. Отстройка

От напряжения небаланса приводит к снижению чувствительности защиты, причем отстройка должна осуществляться от максимально возможного небаланса как по высшим гармоникам, так и по основной гармонике.

Целью изобретения является повышение чувствительности защиты к длительному короткому замыканию ря50

55 оно не мО>кет отличить длительное короткое замыкание ряда БК или повреждение обмотки ФР от пробоя конденсатора по длительности аварийного процесса.

Ф

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для защиты шунтовых конденсаторных батарей, которое реагирует на величину напряжения нейтрали БК, для чего между нейтралью БК и землей включен трансформатор напряжения. На вторичную обмотку этого трансформатора включено дифференциальное реле. !15

Напряжение небаланса на нейтрали, >обусловленное несимметрией емкостей фаз БК и неуравновешенностью напряжений фаз питающей сети, компенсируется специальным блоком, Зтот блок содер>кит трансформатор напряжения, подключенный к питающей сети, причем вторичные обмотки его соединены в звезду и на них включены регулируемые резисторы, также соединенные в звезду. Между нейтралью резисторов и землей включен промежуточный трансформатор напряжения, причем напряжение вторичной обмотки его используется для компенсации напряжения небаланса в реле.

Устройство может быть применено для БК с заземленной нейтралью, причем в заземленную нейтраль включается трансформатор тока (ТТ), а для согласования с реле между вторичной обмоткой ТТ и входом реле включаетcR преобразующее звено TGK íàïðÿæåние. Аналогичным образом устройство может бь<ть применено для защиты фВГ (2), да батарей конденсаторов и повреждению обмотки фильтроногo реактора.

Гоставленная цель достигается тем, что устройство для защиты фильтрОн высших гармоник, содержащее входные блоки -ока и напряжения, вклкченные соответственно на трансФорматоры тока и трансформаторы напряжения фильтра, сумматор, формирсватель модуля, выходы которого соедиHBHbl с индика ором настройки защи Tbl и двумя реагирующими блоками, причем на выход первого реагирующего блока включен fiQpBI-. é элемент выдерн<ки времени, выход второго реагирующего блока вкл>очен на первый вход элемента И., последонатBJlbHo соединенные элемент И.ПИ, расширитель импульсов, второй вход указанного элемента

И и второй элемент выдержки нремени, блок регулирования защиты на минимум небаланса, исполнительный блок, дополнительно снабжено пофазными пусковыми блоками, фильтром нижних частот и элементом "Запрет", причем первые и вторые входы пофазных пусковых блоков подключены к выходам соответственно входных блоков тока и напря>кения. аналоговые дифференциальные нь хоцы пофазных пусковых блоков соединены через блок регулирования защить. нн минимум небаланса с входами указанного сумматора,. к выходу которого подключен фильтр нижних частот, выход последнего включен на вход формирователя модуля, логические нь<ходы пофазных пусковых блоков подключены к входам элемента ИЛИ, прямой вход элемента Запрети соединен с выходом второго элемента выдержки времени, запрещающлй вход с выходом первого элемента выдер>кки времени, нь>ход с входом и=полнительного блока.

Блок ре>-"улирования защиты на минимум небгланса выполнен в виде четырехпозиционного переключателя.

На черте>ке приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит фильтр 1 высшлх гармоник, входные блоки тока 2 и напряжения 3, включенные на трансформаторы 4 тока и трансформаторы 5 напряжения, пофазные пусковые блоки

6, выполне> ные в виде последовательно соединенных физической модели 7 фильтров высших гармоник, датчика тока 8 физической модели 7, первого нхода сумматора 9, блока 10 рс>кекторных фильтров и ди<>>ференциаторов, 892571 реагирующего блока 11. Первые входы пофазных пусковых блоков 6 (входы физических моделей 7 фильтров высших гармоник 1) подключены к выходам входных блока тока 2, вторые входы пофазных пусковых блоков б (вторые входы сумматоров 9) подключены к выходам входных блрков 3 напряжения( аналоговые дифференциальные выходы пофазных пусковых блоков (вторые выходы сумматоров 9) соединены через блок 12 регулирования защиты на минимум небаланса, выполненного в виде четырехпозиционного переключателя с входами сумматора 13, выход которого соединен с последовательно включенными фильтром 14 нижних частот и формирователем 15 модуля, первый выход последнего соединен с индикатором 16 настройки, второй выход - с последовательно включенными первым реагирующим блоком 17 и первым элементом 18 выдержки времени, третий выход — с вторым реагирующим блоком

19, Логические выходы пофазных пусковых блоков б (выходы реагирующих блоков 11) подключены к последовательно включенным элементу ИЛИ 20, расширителю 21 импульсов, первого входа элемента И 22, на второй вход которого включен выход второго реагирующего блока 19, второго элемента

23 выдержки времени, прямого входа элемента "Запрет" 24, на запрещающий вход которого включен выход первого элемента 18 выдержки времени, исполнительного блока 25.

Принцип действия устройства защиты заключается в сравнении токов, пропорциональных токам нулевой последовательности ФВГ 1 и его физической модели 7.

Если разность сравниваемых токов . превышает заданную величину и зафиксировано срабатывание пофазного пускового органа 6, реагирующего на переходный процесс при коротком замыкании ряда БК и при повреждении обмотки ФР, то устройство защиты срабатывает.

Входные блоки тока 2 и напряжения

3 предназначены для гальванического разделения и согласования уровней сигналов ТН и ТТ и полупроводниковой функциональной и логической частей защиты. Входные устройства 2 тока преобразуют ток и пропорциональное ему напряжение, 1добротности и частоты настройки осу45 ществляется при наладке и профилактических испытаниях защиты ФВГ

5о б на резонансной частоте ФВГ 1 и в гораздо меньшей степени на баланси55 жении небаланса.

25 зо

3S

4О

Физическая модель 7 фильтра выс" шей гармоники имеет такие же обобщенные параметры (добротность и частоту настройки), что и ФВГ, причем эти параметры могут регулироваться. С учетом регулирования коэффициента передачи модуля тока датчиками тока моделей 8 это обеспечивает настройку пофазных пусковых блоков и защиты в целом на минимум небаланса.

Сумматоры 9 осуществляют сравнение сигналов, пропорциональных фазным токам ФВГ 1 и их физических моделей 7. Напряжение небаланса на выходе сумматоров 9 содержит,как правило, ярко выраженную первую гармонику и гармонику с частотой настройки фильтра, Блок 10 содержит режекторные фильтры для подавления указанных гармоник и дифференциатор, подчеркивающий передний фронт импульса при коротком замыкании ряда. Режекторные фильтры целесообразно выполнять на компенсационном принципе, при этом, отсутствует задержка сигнала при коротком замыкании ряда БК.

Реагирующие блоки 11 предназначены для выполнения заданной уставки пофазных пусковых блоков 6 с учетом отстройки от напряжения небаланса.

Переключатель 12 осуществляет коммутацию выходных цепей сумматоров 9 пофазных пусковых блоков 6. В нормальном режиме выходы всех трех сумматоров 9 соединены с сумматором 13, на выходе которого имеется напряжение небаланса. В режиме настройки переключатель 12 соединяет поочередно с сумматором 13 выход сумматора 9 каждой фазы, при этом регулируется модуль коэффициента передачи датчика тока 8 физической модели фильтра с целью получения минимума небаланса по первой гармонике. Регулировка причем регулировка этих параметров оказывает существенное влияние на балансировку пофазных пусковых блоков ровку защиты на частоте сети. Пофазная настройка пусковых блоков 6 и защиты упрощает эту операцию по сравнению с устройствами, в которых индикатор 16 контролирует сигнал нулевой последовательности в напря50

Наличие пофазных пусковых блоков

6 позволяет уменьшить до минимальной величины коэффициент согласования

7 8925

Фильтр 14 нижних частот подавляет высшие гармоники, при этом сигнал на выходе схемы формирования модуля 15 пропорционален модулю разности первых гармоник токов ФВГ 1 и его физической модели 7.

Реагирующие блоки 17 и 19 позволяют выполнять заданные уставки срабатывания защиты с действием на сигнал и отключение. Первый элемент 18 времени предназначен для согласования действия защиты на сигнал с действием на отключение при коротком замыкании ряда БК.

Элемент ИЛИ 20 осуществляет логическое суммирование сигналов пофазных пусковых блоков 6. Расширитель

21 импульсов осуществляет расширение импульса, поступающего от пофазных пусковых блоков 6, причем длительность импульса на выходе расширителя превышает с необходимым запасом время срабатывания защиты на отключение.

Элемент И 22 осуществляет логическое перемножение сигнала от пофазного пускового блока 6 и сигнала от реагирующего блока 19, действующего на отключение. Второй элемент времени 23 предназначен для согласования времени действия защиты на отключение с временем действия индивидуального предохранителя при пробое конденсатора.

Элемент "Запрет" 24 обеспечивает блокировку действия защиты на отключе35 ние в условиях наложения пробоя конденсатора на режим разбалансировки защиты. Исполнительный блок 25 осуществляет управление выключателем, через который ФВГ 1 присоединен к питающей сети.

В нормальном режиме защита сбалансирована и сигналы на ее выходах отсутствуют. При разбалансировке защиты в нормальном режиме по той или

45 иной причине и срабатывании первого реагирующего блока 17 действие защиты на отключение не происходит, поскольку пофазные пусковые блоки 6 в этом режиме не срабатывают. После срабатывания первого реагирующего блока 17 срабатывает через заданную выдержку первый элемент 18 времени и действует на сигнал и на запрет действия защиты на отключение.

71 8 уставок срабатывания реагирующих блоков Ej и 19 и тем самым повысить чувствительность защиты к короткому замыканию ряда БК. При отсутствии пофазных пусковых блоков 6 указанный коэффициент согласования пришлось бы увеличить по крайней мере в 1,5 раза, т.е ° пришлось бы загрубить защиту.

Получив сигнал "Разбалансировка защиты", оперативный персонал осуществляет пофазную регулировку выходных сигналов физических моделей 7, изменяя модуль коэффициента передачи датчиков 8 тока.

При пробое конденсатора несрабатывание защиты обеспечивается с помощью второго элемента 23 времени уставка которого превышает максимальное время отключения индивидуального предохранителя. Это время зависит от начальной фазы напряжения на БК в момент пробоя и не превышает 0,5 с при коротком замыкании конденсатора в момент перехода напряжения через нуль.

При коротком замыкании ряда БК, например вследствие перекрытия изоляции или при повреждении обмотки ФР, длительность аварийного процесса превышает выдержку времени элемента 23 .и защита срабатывает на отключение.

Длительность импульса на выходе расширителя 21 импульсов и выдержка времени элемента 18, действующего на сигнал с запрещающего действие защиты на отключение, превышает выдержку времени элемента 23 и равна 3-4 с.

У

При резких коммутациях напряжения на ФВГ t имеет место интенсивный переходный процесс как в фильтре оригинала, так и в модели, при этом возможно ложное срабатывание реагирующего органа 19. Ложное срабатывание защиты в целом не происходит, поскольку пофазные пусковые бпоки-6, осуществляющие функции защиты при пробое конденсаторов, в этом режиме блокируются специальным устройством (не показано), Устройство позволяет повысить чувствительность защиты к длительному короткому замыканию ряда батареи конденсаторов и повреждению обмотки фильтрового реактора.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты фильтров высших гармоник, содержащее входные

8925 блоки тока и напряжения, включенные соответственно на трансформаторы тока и трансформаторы напряжения фильтра, сумматор, формирователь модуля, выходы которого соединены с индикатором настройки защиты и двумя реагирующими блоками, причем на выход первого реагирующего блока включен первый элемент выдержки времени, выход вто рогоо реагирующего блока включен на 10 первый вход элемента И, последовательно соединенные элемент ИЛИ, расширитель импульсов, второй вход указанного элемента И и второй элемент выдержки времени, блок регули- is рования защиты на минимум небаланса, исполнительный блок, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с. целью повышения чувствительности к длительному короткому замыканию ряда батареи конденсаторов и повреждению обмотки фильтрового реактора, оно дополнительно снабжено пофазными пусковыми блоками, фильтром нижних частот и элементом "Запрет", причем первые и вторые входы пофазных пусковых блоков подключены к выходам соответственно входных блоков тока и напряжения, 71

10 аналоговые дифференциальные выходы пофазных пусковых блоков соединены через блок регулирования защиты на минимум небаланса с входами указанного сумматора, к выходу которого подключен фильтр нижних частот, выход последнего включен на вход формирователя модуля, логические выходы пофазных пусковых блоков подключены к входам элемента ИЛИ, прямой вход элемента "Запрет" соединен с выходом второго элемента выдержки времени, запрещающий вход с выходом первого элемента выдержки времени, выход с входом исполнительного блока.

2 ° Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок регу-. лирования защиты на минимум небаланса выполнен в виде четырехпозиционного переключателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР по по 3BRBKe N 2447165/24-07.кл.Н 02 Н 7/16, 1977.

О

2. Патент ClllA N 3909672, кл. H 02 Н 7/16, 1975 (прототип) .