Устройство для заземления нейтрали силового трансформатора

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск их

Социалистических республик (и)936202 (61) Дополнительное к авт. спид-ву— (22)Заявлено 07.08.80 (21) 2970381/24-07 (Sl )M. Кл.

Н 02 Н 9/00 с присоединением заявки М—

3ЬеудерстесииыВ кемитет

СССР

Ilo делам иэебретеиий н открытий (23) Приоритет (53) ДК 621. 316

° 937(088.8) Опубликовано 15. 06. 82. Ькмлетень М 22

Дата опубликования описания15.06.82 (72) Автор изобретения

А.И.Назаров с

Произ водст венное энергетическое объединение

"Днепроэнерго" I (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ

СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам, воздействующим комплексно на ограничение токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений в мощных силовых сетях высокого напряжения, и может быть использовано в энергосистемах с сетями сложных конфигураций небольших протяженностей при возникновениях опасных токов короткого замыкания и допустимых величи» нах внутренних перенапряжений.

Известно устройство для защиты нейтрали трансформатора, снижающее коммутационные перенапряжения на обмотках трансформатора, содержащее насыщающийся реактор, который снабжен дополнительной обмоткой подмагничивания, подключенной к источнику питания постоянного тока через контакты реле, обмотка которого включена в цепь подмагничивания(1).

Недостатками известного устройства являются значительная инерцион2 ность "срабатывания" устройства, обусловленная от нос итель но большой по ве- личине постоянной времени при включении обмотки управления, повышенная величина тока однофаэного короткого замыкания на землю, так как в режиме насыщения реактора нейтраль трансформатора оказывается практически глухо заземленной, и необхо" димость в независимом источнике постоянного тока.

Кроме того, в переходных режимах насыщения реактора возможно возникновение резонансных H феррорезонансных перенапряжений на линиях электропередач, внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования и коммутационных перенапряжений на линейных выключа телях, а предварительное насы20 щение реактора до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходиыости иметь независимый источник питания постоян936202

3 ного тока, причем необходимость интенсйфикации увеличения сопротивления предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины перед отключением линейным выклюS чателем тока короткого замыкания приводит к необходимости иметь в цепи постоянного тока специальный автомат гашения магнитного поля.

Невозможно также комплексное

1О воздействие устройства на ограничение и прй необходимости снижение параметров колебательных процессов по току и напряжению до бе:., зопасных величин. !

Известно также устройство для заземления нейтрали трансформатора, которое содержит две заземленные ветви, в первую из которых включен через искровой промежуток шунтированный коммутационным аппаратом дроссель, рабочая обмотка которого включена последовательно с искровым промежутком, а обмотка управления подключена к источнику постоянного тока через размыкающий контакт коммутационного аппарата и трансформатор тока, а во вторую ветвь включены тоже через искровой промежуток, шунтированный коммутационным аппаратом, два последовательно соединенных резистора, один иэ которых шунтирован нелинейным ферромагнитным элементом, а к другому подклю-. чено выпрямительное устройство, обесss печивающее выпрямленным током обмотку управления и трансформатор тока, два трансформатора напряжения, которые подсоединены к искровым промежуткам со стороны земли, причем точка

40 соединения резисторов второй ветви соединена через резистор и размыкающий контакт коммутационного аппарата с точкой соединения искрового промежутка и дросселя первой ветви (2).

К недостаткам этого устройства относятся: искровые промежутки устройства, усложняющие обеспечение необходимой координации уровней изо.ляции электротехнического оборудования с электрическими защитными характеристиками соответствующих разрядников при воздействиях внутренних перенапряжений, малая величина индуктивного сопротивления рабочей обмотки предварительно насыщенного дросселя не ограничивающая ток однофазу ного короткого замыкания и,величину динамических воздействий на электро4 техническое оборудование, возникающих при электрических пробоях изоляции в результате воздействия внутренних перенапряжений, не исключается при переходных режимах вероятность возникновения феррорезонансных явлений при двухфазных коротких замыканиях, предварительное насыщение дросселя до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь источник постоянного тока с наличием весьма существенных электрических потерь, обеспечение работы устройства приводит к необходимости иметь определенное количество коммутационных аппаратов, что снижает надежность

его работы в результате возможных отказов контактных систем, возникает определенная сложность наладок релейных защит особенно по обеспечению необходимых электрических параметров по току и напряжению в процессе переходных явлений, особенно в связи с наличием промежуточной ветви, невозможность одновременного комплексного воздействия устройства на основе функционального взаимодействия его элементов на ограничение и при необходимости снижения параметров колебательных процессов по напряжению и току до безопасных величин, большие диапазоны коэффициентов регулирования и токоограничения приводят к необходимым габаритам устройства, соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных

r îùHoñTåé. при возникновении максимальных токов короткого замыкания эффективность ограничения внутренних перенапряжений снижается.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции, повышающее эффективность ограничения за счет наличия трехфазного трансформатора последовательного включения, первичные обмотки; каждой фазы которого включены в цепи соответствующих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены параллельно и шунтированы последовательно соединенными конденсатором и катушкой. индуктивности, настроенными в нормальном режиме в резонанс напряжений, при этом конденсатор шунтирован парал9362

5 лельйо соединенными нелинейным ферромагнитным элементом и выпрямительным блоком, выпрямительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденсатору, а ко второй диагонали .гюдключена обмотка управления насыщающегося реаКТора f3).

Недостатка:ли данного устройства являются: электрические характе- . !ф ристики ограничивающегося дросселя насыщения с подмагничиванием от источника постоянного тока, находящегося в функциональной зависимости от режима трансформатора последова- 1» тельного включения, приводят к необходимости его подключения к нейт, рали высоковольтных обмоток силового трансформатора через искровой промежуток, необходимость интенсификации увеличения сопротивления пред варительно насыщенного реактора до оптимальной величины приводит к необходимости сохранения в цепи постоянного тока специального автомата га-д шения магнитного поля, невозможность одновременного комплексного воздействия устройства на основе функционального взаимодействия его элементов на ограничение и при необходимости снижения параметров колебательных процессов по напряжению и току до безопасных величин, необходимость больших диапазонов коэффициентов регулирования и токоограничения, з» приводящих к необходимым габаритам устройства и соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей, при возникновении максимальных токов короткого замыкания эффективность ограничения внутренних перенапряжений снижается.

Цель изобретения - обеспечение более эффективного, комплексного и функционального ограничения ударных токов, параметров аварийных токов и опасных перенапряжений не только при переходных процессах, но и колебательных процессах до безопасных величин, и тем самым эффективного регулирования режима заземления нейтрали сети.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для заземления нейтрали силового трансформатора, содержащее дроссель, рабочая обмотка кото- » рого подсоединена между нейтралью и землей, трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого включе02 d на последовательно с обмотками силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены между собой параллельно и шунтированы цепью из после-. довательно соединенных катушки индукI

;тивности и резонансного контура, выйолненного из конденсаторной батареи, параллельно которой подсоединен нелинейный ферромагнитный элемент с минимальным напряжением насыщения, при этом выводы колебательного контура подсоединены к диагонали выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к обмотке управления дросселя, дополнительно снабжено нелинейным ферромагнитным элементом с максимальным напряжением насыщения, один вывод которого подсоединен к нейтрали силового трансформатора, а второй вывод подсоединен к точке соединения катушки индуктивности и. колебательного контура.

На чертеже изображена принципиаль" ная электрическая схема предложенного устройства.

К нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно рабочая обмотка 2 дросселя, а обмотка 3 его управления подключена к источнику выпрямленного тока. Кроме того, к указанной нейтрали подключены последовательно соединенные нелинейный ферромагнитный элемент 4 с максимальным напряжением насыщения и конденсатор 5.

Параллельно конденсатору подключен нелинейный ферромагнитный элемент 6 с минимальным напряжением насыщения, выпрямительный блок 7 одной диагональю подключен к конденсатору, а второй диагональю подключен к обмот« ке управления дросселя. Силовые об" мотки 8 трансформатора последователь"

Ф« ного включения в цепи переменного тока магнитно связаны с вторичными обмотками 9, параллельно которым включен резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности 10 и конденсатора 5.

В нормальном режиме работы оптимальная величина сопротивления нулевой последовательности обеспечивается величиной сопротивления обмотки 2 переменного тока насыщающегося реактора в нейтрали 1 обмотки сило" вого «трансформатора в результате соответствующего подбора электрических характеристик нелянейных ферромагнитных элементов 4 и 6, а также

936202 8 резонансом напряжений у последовательно соединенных конденсатора 5 и катушки индуктивности 10, шунтирующих вторичные обмотки 9 силовых обмоток

8 трансформатора последовательного включения, что способствует готовности защитного устройства к работе по ограничению как перенапряжений, так и токов короткого замыкания. в зависимости от характера возникающих аварийных режимов.

При возникновении перенапряжений в сети возросшие токи в обмотках 8 трансформатора последовательного

l включения приводят к увеличению токов в цепях управляющих обмоток 9 указанного трансформатора и повышению напряжения на конденсаторе 5, что в свою очередь приводит к срабатыванию выпрямительного блока 7, появлению выпрямленного тока в обмотке управления дросселя 3, и как следствие, доаварийному снижению величины сопротивления обмотки 2 дросселя.

Более того, снижение противовоздействующих магнитных потоков, создаваемых вторичными обмотками 9 в результате нарушения резонанса напряжений между последовательно соединенными катушкой индуктивности 10 и конденсатором 5, способствует увеличению сопротивления силовых обмоток 8, что в свою очередь, обеспечивает не только дополнительное снижение перенапряжений, воздействую35 щих на изоляцию всего электротехнического оборудования, но и одновременную предварительную подготовку защитного устройства к ограничению токов короткого замыкания в случаях их возникновения.

Следовательно, при возникновении перенапряжений в сети автоматически снижается величина сопротивления нулевой последовательности 4$ за счет комплексного воздействия устройства на основе функционального взаимодействия между обмоткой 2 дросселя и обмоткой 8 трансформатора последовательного включения в результате электрических характеристик ферромагнитных элементов 4 и 6, выпрямительного блока 7 и последова-. тельного контура, состоящего из конденсатора 5 и катушки индуктивности 10.

При возникновении токов короткого замыкания в сети и их протекании через силовые обмотки 8 трансформатора последовательного включения происходит полная расстройка резонансного контура иэ последовательно соединенных катушки индуктивности 10 и конденсатора 5, что в свою очередь, приводит к практически полному исчезновению противодействующего магнитного потока, создаваемого обмотками 9 указанного трансформатора, и его rðåBðàùåíèÿ по существу в линейный реактор, Более того, снижение напряжения на выпрямительном блоке 7 по причине соответствующей шунтировки конденсатора 5 нелинейным ферромагнитным элементом 6 с минимальным напряжением насыщения приводит к снижению величины выпрямленного тока в обмотке управления 3 и в случае необходимости его отключению, чем обеспечивается необходимое рассчетное увеличение сопротивления обмотки 2 дросселя.

Следовательно, при появлении токов короткого замыкания в сети автоматически повышается рвзульти-. рующая величина сопротивления нулевой последовательности вновь за счет комплексного воздействия устройства на основе функционального взаимодействия между обмоткой 8 трансформатора последовательного включения и обмоткой 2 дросселя в результате изменившихся электрических параметров последовательного контура, состоящего иэ конденсатора 5 и катушки индуктивности 10, последовательно соединенных ферромагнитных элементов 4 и 6, обеспечивающих соответствующее напряжение на выпрямительном блоке 7.

Кроме того, совмещенные конденсатор 5 и нелинейный ферромагнитный элемент 6 с минимальным напряжением насьпцения в нейтрали 1 силового трансформатора и ео вторичных обмотках 9 трансформатора последовательного включения, а также отсутствие заземления второй ветви обеспечивают надежность, быстроту и стабильность работы защитного устройства даже в сложных аварийных режимах и колебательных процессах эа необходимый период времени.

Зкономический эффект предлагаемого устройства выражается только за счет исключения необходимости замены коммутационных аппаратов напряжением 150-330 кВ суммой в пределах

9 9362

1, 4 млн. руб и силовых трансформаторов указанного напряжения суммой в пределах 2,2 млн. руб. по системе нднепроэнерго". формула изобретения

Устройство для заземления нейтрали силового трансформатора, содержащее дроссель, рабочая обмотка которого подсоединена между нейтралью и землей, трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с обмотками силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены между собой параллельно и шунтированы цепью из последовательно соединенных катушки индуктивности и резонансного контура, выполненного из конденсаторной 20 батареи, параллельно которой подсоединен нелинейный ферромагнитный элемент с минимальным напряжением насыщения, при этом выводы колеба02 1О тельного контура подсоединены к диагонали выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к обмотке управления дросселя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью эффективного регулирования режима заземления нейтрали, оно ополнительно снабжено нелинейным рромагнитным элементом с максимальным напряжением насыщения, один вывод которого подсоединен к нейтрали силового трансформатора, а второй вывод подсоединен к точке соединения катушки индуктивности и колебательного контура.

Источники информации, принятые во внимание лри экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 478387, кл. H 02 H 1/04, l973.

2. Авторское свидетельство СССР

N 661679, кл. H 02 H 9/00, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке и 2742053/24-07, кл. Н 02 Н 9/00, 1979.

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, М