СПОСОБ ЗАЩИТЫ УПРАВЛЯЕМОГО ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ РЕАКТОРА ОТ ВНУТРЕННИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК H02H7/04 H01F38/02 

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для защиты от витковых замыканий и замыканий на корпус обмоток управляемых подмагничиванием реакторов.

Известны традиционные способы для защиты от коротких замыканий реакторов и трансформаторов, применяющие максимальные токовые, газовые или дифференциальные защиты.

Максимальные защиты имеют недостаточную чувствительность, газовые защиты обладают низким быстродействием, поэтому те и другие не могут служить в качестве основной быстродействующей защиты от внутренних повреждений при коротком замыкании обмоток.

В мощных трансформаторах и реакторах широко применяются в качестве основных дифференциальные продольные и поперечные защиты, имеющие высокое быстродействие и повышенную чувствительность. Однако они требуют для своей реализации двустороннего охвата всех ветвей обмоток трансформаторами тока, а также отстройки от токов небаланса и переходных процессов, что существенно усложняет защиту и приводит к ее недостаточной чувствительности при витковых замыканиях менее 10% обмотки.

Целью предлагаемого способа является повышение чувствительности основной защиты реактора от внутренних коротких замыканий и ее упрощение.

Указанная цель достигается тем, что в качестве основного параметра, позволяющего выявить любое внутреннее замыкание обмоток реактора, применяется напряжение между двумя электрически уравновешенными по переменному току точками обмоток управления, соединенных в треугольник, на которые подается постоянное напряжение от источника подмагничивания реактора.

На чертеже приведена электрическая схема обмоток реактора, управляемого подмагничиванием. Сетевые обмотки полуфаз реактора соединены в двойную звезду, обмотка управления соединена в треугольник и подключена к источнику подмагничивания реактора. При этом соответствующие сетевые обмотки и обмотки управления полуфаз расположены соосно на каждом из шести стержней магнитной системы реактора.

В нормальных режимах работы реактора и при внешних коротких замыканиях в сети сумма векторов напряжений в обмотках управления, соединенных в треугольник, равна нулю, и на электрически уравновешенных по переменному току точках подключения источника подмагничивания реактора присутствует только постоянное напряжение. В случае применения в качестве источника подмагничивания реактора шестиполупериодного выпрямителя это напряжение содержит также шестую гармонику. Напряжение промышленной частоты 50 Гц в этих режимах на выводах источника подмагничивания реактора и в точках его подключения к обмоткам управления отсутствует.

При возникновении внутренних коротких замыканий, как витковых, так и на корпус или магнитопровод любой обмотки реактора на выводах источника подмагничивания реактора появляется напряжение промышленной частоты 50 Гц, соответствующее числу замкнутых витков обмотки. Это обусловлено тем, что обмотки управления, соединенные в треугольник, выявляют любую несимметрию в магнитосвязанных обмотках реактора.

Благодаря этому свойству эффективно и просто реализуется быстродействующая защита реактора от всех видов внутренних коротких замыканий. Для этого достаточно подключить к выводам источника подмагничивания реактора два встречно-параллельновключенных неуправляемых тиристора 1...2 класса (в зависимости от номинального напряжения подмагничивания) или стабилитрона, пропустив их ошиновку через типовой трансформатор тока с коэффициентом трансформации, например, 100/5 и подключив к трансформатору тока токовое реле с действием на отключение выключателя и снятие импульсов системы управления.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит из двух встречно-параллельновключенных неуправляемых тиристоров или стабилитронов на выводах источника подмагничивания реактора, трансформатора тока, охватывающего ошиновку этих тиристоров или стабилитронов, и максимального токового реле, подключенного на вторичную обмотку трансформатора тока с действием своими выходными контактами на отключение сетевого выключателя и системы управления реактора.

Устройство работает следующим образом. При появлении внутреннего замыкания в любой обмотке с числом замкнувшихся витков свыше 5% на встречновключенных неуправляемых тиристорах появляется напряжение, достаточное для их самопроизвольного открытия либо пробоя, что сопровождается броском тока короткого замыкания через тиристор одного из направлений и, соответственно, через первичную обмотку трансформатора тока. Появившийся на выходе трансформатора тока вторичный ток приводит без выдержки времени к срабатыванию максимального токового реле и к отключению системы управления и сетевого выключателя. При значительном напряжении несимметрии и, соответственно, большом токе короткого замыкания, практически одновременно с действием реле происходит полный пробой или перекрытие встречновключенных тиристоров низкого класса напряжения. Это позволяет, во-первых, предотвратить прохождение высоких аварийных перенапряжений в источник подмагничивания реактора, во-вторых, приводит в действие максимальную токовую защиту самого источника подмагничивания реактора за счет закорачивания его выводов и, в-третьих, резервирует и ускоряет действие основных защит реактора, в том числе токового реле в описанном устройстве, за счет увеличения их тока срабатывания.

Исследования макета устройства, реализующего описанный способ, показали, что чувствительность защиты достаточна для надежного выявления замыкания более 5% витков любой из обмоток реактора. При числе витков в обмотках управляемых реакторов классов напряжений 110...500 кВ порядка одной-двух тысяч защита охватывает более 95% витков как сетевой обмотки, так и обмотки управления, что значительно превышает показатели традиционно применяемых защит трансформаторов и реакторов. При этом надежно выявляются наиболее вероятные замыкания катушек и слоев любой обмотки, поскольку число витков в них превышает указанные 5% чувствительности защиты.

При этом схемотехника реализации предлагаемого способа защиты проста, надежна и может быть выполнена на любой элементной базе - электромеханической, полупроводниковой или цифровой. При выходе из строя встречновключенных тиристоров они легко поддаются замене в силу своей дешевизны и расположения вне бака реактора. Их роль могут играть также стабилитроны или другие аналогичные приборы соответствующего класса по напряжению и току.

Источник информации
Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. - М.: Энергия, 1976.

Использование: в электротехнике. Технический результат заключается в повышении чувствительности и упрощении защиты управляемого реактора от внутренних коротких замыканий. Для этого в предлагаемом способе и устройстве для его осуществления используется факт появления при любом внутреннем замыкании переменного напряжения в электрически уравновешенных по переменному току точках обмоток управления реактора, к которым подключается источник подмагничивания реактора. При этом в дополнительно подключенных к этим точкам на выходе источника подмагничивания реактора встречно-параллельновключенных тиристорах и в трансформаторе тока, охватывающем их ошиновку, появляется аварийный ток, приводящий к срабатыванию максимального токового реле и подаче сигнала на отключение реактора. 2 c.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ защиты управляемого подмагничиванием реактора от внутренних коротких замыканий, заключающийся в том, что при появлении переменного напряжения между электрически уравновешенными по переменному току точками обмоток управления реактора, соединенных в треугольник, к которым подключается источник подмагничивания реактора, в дополнительно подключенных тиристорах на выводах источника подмагничивания реактора и в трансформаторе тока, охватывающем их ошиновку, появляется ток, приводящий к срабатыванию максимального токового реле и подаче сигнала на отключение реактора и его системы управления. 2. Устройство защиты управляемого подмагничиванием реактора от внутренних коротких замыканий для осуществления способа по п.1, содержащее два встречно-параллельновключенных неуправляемых тиристора или стабилитрона на выводах источника подмагничивания реактора, трансформатор тока, охватывающий ошиновку этих тиристоров или стабилитронов, и максимальное токовое реле, подключенное на вторичную обмотку трансформатора тока и действующее своими выходными контактами на отключение сетевого выключателя и системы управления реактора.