УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ И ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК H02H7/04 H02H7/16 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к защите силовых трансформаторов и батарей статических конденсаторов в высоковольтных сетях 6÷220 кВ с изолированной нейтралью от воздействия внутренних перенапряжений, а также тепловых и динамических воздействий коммутационных ударных токов опасных величин, сопровождающихся переходными и колебательными процессами, резонансными и феррорезонансными явлениями.

Известно устройство для защиты конденсаторной батареи, соединенной по схеме "звезда", от перенапряжений (см. авторское свидетельство СССР №922946; Н 02 Н 7/16; 1980), содержащее основной коммутационный аппарат и разрядный блок, представляющий собой трехфазную обмотку с магнитопроводом, подключаемый к выводам конденсаторной батареи посредством вспомогательного коммутационного аппарата, нулевой коммутационный аппарат в нулевой шине, соединяющей нейтрали конденсаторной батареи и разрядного блока и к которой подключен дугогасительный аппарат.

Недостатками известного устройства являются возможность возникновения высокочастотных резонансных токов при включении и перенапряжений при отключении между емкостью конденсаторной батареи и индуктивностью обмотки разрядного блока, вероятность появления феррорезонансных процессов при последовательных коммутациях по причине неполнофазных режимов.

Известно устройство ограничения параметров электромагнитных процессов при аварийных режимах (см. авторское свидетельство СССР №2014706; Н 02 Н 9/00, 9/04; 1990) в сетях 6÷10 кВ с компенсированным режимом нейтрали, у которого параллельно дугогасящей катушке подсоединена высоковольтная обмотка однофазного трансформатора напряжения, между выводами низковольтной обмотки которого подсоединен резистор с помощью нормально отключенного коммутационного аппарата, включаемого цепью управления при возникновении в глухозаземленных нейтралях компенсирующего устройства и трансформатора напряжения контроля изоляции резонансного или феррорезонансного токов соответствующих величин.

Недостатками известного устройства являются: обеспечение эффективности его работы только в режимах резонанса или перекомпенсации однофазных токов замыкания на землю и отсутствие ограничения внутренних перенапряжений в режиме недокомпенсации, возможность развития аварийных режимов в циклично-каскадной последовательности в случае возникновения замыканий на землю в нескольких местах и разных фазах при наличии переходных сопротивлений между ними соответствующих величин, нарушение селективности работы устройств релейной защиты и автоматики, недостаточная надежность эксплуатации в связи с наличием индивидуальных трансформаторов - силового с дугогасительной катушкой в нейтрали высоковольтной обмотки и компенсирующего с реактором в низковольтной обмотке.

Известно устройство ограничения параметров электромагнитных процессов в высоковольтных сетях (см. патент Украины №51323 А; Н 02 Н 9/00; 2002), содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена по схеме "звезда" с выведенной нейтралью, а вторичная - по схеме разомкнутый "треугольник", реактор, подключенный к выводам вторичной обмотки и при этом высоковольтным вводом - к нейтрали, а низковольтным выводом - к заземляющему контуру, коммутационный аппарат с цепью управления и шунтирующий резистор, соединенные последовательно и шунтирующие реактор, трансформатор напряжения, трансформаторы тока, заземляющий коммутационный аппарат с цепью управления, заземляющий резистор.

Данное устройство принимаем за прототип.

Недостатки прототипа: недостаточная эффективность по ограничению ударных токов при включении и коммутационных перенапряжений при отключении конденсаторных батарей, отсутствие функциональной зависимости работы устройства от режимов заземления нейтрали конденсаторных батарей, невозможность в случае необходимости ограничения феррорезонансных процессов и устранения возможных высокочастотных колебаний напряжений на питающей системе шин после отключения поврежденного фидера из-за отсутствия функциональной взаимосвязи с трансформатором напряжения контроля изоляции.

В основу изобретения поставлена задача создания комбинированного устройства, которое базируется на функциональном взаимодействии разработанных элементов защиты, специального силового трансформатора, дугогасящего реактора, существующего трехфазного трансформатора напряжения контроля изоляции на питающей системе шин и однофазного трансформатора напряжения в нейтрали конденсаторной батареи подстанции с изменяющимися режимами заземления нейтрали.

Решение поставленной задачи обеспечивает устройство защиты электрооборудования подстанции и линий электропередачи высокого напряжения, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена по схеме "звезда" с выведенной нейтралью, а вторичная обмотка - по схеме разомкнутый "треугольник", реактор в нейтрали первичной и между выводами вторичной обмоток силового трансформатора, параллельно которому и реактору подсоединен шунтирующий резистор через шунтирующий коммутационный аппарат, заземляющий коммутационный аппарат с цепью управления и параллельно подсоединенным в заземленной нейтрали силового трансформатора заземляющим резистором, однофазный трансформатор напряжения и трансформаторы тока, за счет того, что дополнительно содержит между нейтралью первичной обмотки силового трансформатора и заземляющим контуром нулевой заземляющий коммутационный аппарат с цепью управления и последовательно подсоединенным нулевым заземляющим резистором, между нейтралью конденсаторной батареи подстанции и заземляющим контуром нулевой конденсаторный коммутационный аппарат с последовательно подсоединенным контуром, содержащим параллельно соединенные индуктивность и резистор, при этом однофазный трансформатор напряжения подсоединен между заземляющим контуром и нейтралью конденсаторной батареи подстанции, один трансформатор тока подсоединен в нейтраль конденсаторной батареи подстанции, другой - в нейтраль высоковольтной обмотки трансформатора напряжения контроля изоляции на питающей системе шин подстанции. Цепь управления шунтирующего коммутационного аппарата содержит реле напряжения, реле времени и промежуточное реле в дополнительной низковольтной обмотке, соединенной по схеме разомкнутый "треугольник", трансформатора напряжения контроля изоляции на питающей системе шин подстанции, а также реле тока и промежуточное реле во вторичной цепи трансформатора тока, подсоединенного в нейтраль высоковольтной обмотки указанного трансформатора. Цепь управления заземляющим коммутационным аппаратом содержит реле напряжения в каждой фазе основной низковольтной обмотки, соединенной по схеме "звезда", трансформатора напряжения контроля изоляции на питающей системе шин подстанции, а также реле времени и промежуточное реле. Цепь управления нулевого заземляющего коммутационного аппарата содержит реле тока и промежуточное реле во вторичной цепи трансформатора тока, подсоединенного в нейтраль конденсаторной батареи подстанции, а также реле напряжения, реле времени и промежуточное реле во вторичной цепи однофазного трансформатора напряжения.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения:

- эффективное ограничение ударных токов и перенапряжений при коммутациях конденсаторной батареи, благодаря обеспечению эффективного функционального взаимодействия между работой устройства и режимами заземления конденсаторной батареи;

- исключение вероятности возникновения феррорезонансных процессов и устранение возможных высокочастотных колебаний напряжений на питающей секции шин после отключения поврежденного участка сети, благодаря наличию функциональной взаимосвязи с трансформатором напряжения контроля изоляции;

- обеспечение возможности эффективной работы устройства при аварийно-изменяющихся режимах компенсации однофазных токов замыкания на землю и быстрых изменениях результирующей емкости электрической сети, особенно при дуговых замыканиях, приводящих к возникновению перенапряжений опасных величин;

- существенный экономический эффект при внедрении предлагаемого устройства, благодаря использованию уже существующего электрооборудования на подстанции с наличием надежных электромагнитных устройств релейной защиты с простыми цепями управления.

Заявляемое устройство поясняется нижеприведенными описанием и схемой. По изобретению устройство защиты электрооборудования подстанции и линий электропередачи высокого напряжения содержит силовой трансформатор Т с коэффициентом трансформации, равным 1, первичная обмотка которого соединена по схеме "звезда" с выведенной нейтралью и при помощи коммутационного аппарата QF1 подключена к питающей системе шин. Между нейтралью и заземляющим контуром подстанции подсоединен реактор L1 (с отводами для настройки), шунтирующий выводы разомкнутого "треугольника" вторичной обмотки силового трансформатора Т, параллельно которому и реактору L1 подсоединен шунтирующий резистор R1 через шунтирующий коммутационный аппарат 1, а заземляющий резистор R2 в заземленной нейтрали силового трансформатора Т зашунтирован заземляющим коммутационным аппаратом 2. Кроме этого, нейтраль силового трансформатора Т может заземляться при включении нулевого заземляющего коммутационного аппарата 3 через соответствующий нулевой заземляющий резистор R3.

Конденсаторная батарея С имеет эффективно заземленную нейтраль через нулевой конденсаторный коммутационный аппарат 4 и параллельно соединенные индуктивность L2 и резистор R4, при этом в цепь заземления нейтрали подсоединен трансформатор тока ТА1, к вторичной цепи которого подсоединена цепь управления по току нулевым заземляющим коммутационным аппаратом 3, состоящая из реле тока 5 и промежуточного реле 6. Непосредственно между нейтралью и заземляющим контуром подсоединен однофазный трансформатор напряжения TV1 с цепью управления по напряжению нулевым заземляющим коммутационным аппаратом 3 в его вторичной обмотке, состоящей из реле напряжения 7, реле времени 8 и промежуточного реле 9.

Работа цепей управления коммутационными аппаратами шунтирующим 1 и заземляющим 2 обеспечивается трехфазным трансформатором напряжения контроля изоляции TV2 с трансформатором тока ТА2 в глухозаземленной нейтрали высоковольтной обмотки, низковольтные обмотки которого соединены: основная - по схеме "звезда" с выведенной нейтралью и дополнительная - по схеме разомкнутый "треугольник". Цепь управления шунтирующего коммутационного аппарата 1 содержит реле напряжения 12, реле времени 13 и промежуточное реле 14 в дополнительной низковольтной обмотке трансформатора напряжения контроля изоляции TV2, а также реле тока 10 и промежуточное реле 11 во вторичной цепи трансформатора тока ТА2. Цепь управления заземляющим коммутационным аппаратом 2 содержит реле напряжения 15, 16, 17 в каждой фазе основной низковольтной обмотки трансформатора напряжения контроля изоляции TV2, реле времени 18 и промежуточное реле 19.

Устройство работает следующим образом. При нормальном режиме работы электрических сетей указанных напряжений при замкнутых коммутационных аппаратах QF1, QF2, заземляющего 2 и разомкнутых шунтирующего 1, нулевого заземляющего 3, нулевого конденсаторного 4 устройство находится в режиме ожидания.

В случае возникновения дугового замыкания фазы на землю, например фазы С, возникшие высокочастотные перенапряжения на неповрежденных фазах А и В приводят к срабатыванию реле напряжений 15, 16 в основной низковольтной обмотке трансформатора напряжения контроля изоляции TV2 с последующим срабатыванием реле времени 18 и промежуточного реле 19, приводящих к отключению заземляющего коммутационного аппарата 2, обеспечивающего автоматическое подсоединение заземляющего резистора R2, что способствует снижению указанных перенапряжений, воздействующих на изоляцию обмоток трансформатора Т и реактора L1, до безопасной величины.

Возникновение высокочастотных перенапряжений приводит к появлению феррорезонансных явлений и соответственно эффективному снижению индуктивного сопротивления вторичной обмотки силового трансформатора Т в результате естественного кратковременного повышенного насыщения магнитным потоком, превышающим расчетные величины, стержней магнитопровода неповрежденных фаз с одновременным возникновением в нейтрали трансформатора напряжения контроля изоляции TV2 тока феррорезонансного процесса, который приводит к срабатыванию реле тока 10 и промежуточного реле 11 во вторичной цепи трансформатора тока ТА2, приводящих к включению шунтирующего коммутационного аппарата 1, а следовательно, к подсоединению шунтирующего резистора R1 между выводами реактора L1 и вторичной обмотки силового трансформатора Т, чем обеспечивается снижение магнитных потоков в магнитопроводах силового трансформатора Т и реактора L1, а также трансформатора напряжения контроля изоляции TV2 до расчетных уровней с одновременным сохранением эффективности ограничения перенапряжений до величины линейных напряжений с частотами, не превышающими промышленную частоту, и устранением феррорезонансных явлений, благодаря чему обеспечивается защита изоляции электрооборудования энергосистем и промышленных предприятий.

При включенном нулевом конденсаторном коммутационном аппарате 4 обеспечивается эффективное заземление нейтрали конденсаторной батареи С посредством цепи, содержащей трансформатор тока ТА1 и параллельный контур L2R4, что в случае возникновения переходных и возрастающих колебательных процессов приводит к срабатыванию реле тока 5 и промежуточного 6 во вторичной цепи трансформатора тока ТА1 с последующим включением нулевого заземляющего коммутационного аппарата 3 и подсоединением нулевого заземляющего резистора R3 в нейтраль первичной обмотки силового трансформатора Т с целью исключения развития аварийных режимов в циклично-каскадной последовательности.

Таким образом, работа элементов трансформаторно-реакторного устройства, конденсаторной батареи подстанции и трансформатора напряжения контроля изоляции при взаимных электрических связях между цепями управления, работающими в функциональной зависимости от электрических, электромагнитных и емкостных процессов в распределительных и потребительских сетях указанных напряжений, обеспечивает ограничение до безопасных величин для изоляции конденсаторной батареи подстанции всех видов внутренних перенапряжений, включая коммутационные, переходные и колебательные процессы, а также феррорезонансные и резонансные явления при различных спектрах частот с одновременной эффективной компенсацией возникающих однофазных дуговых замыканий на землю, а следовательно, исключают развитие аварий в циклично-каскадной последовательности, чем обеспечивается:

- защита электротехнического оборудования;

- качество электрической энергии;

- снижение электрических потерь.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к защите силовых трансформаторов и батарей статических конденсаторов в высоковольтных сетях 6÷220 кВ с изолированной нейтралью от воздействия внутренних перенапряжений. Задачей изобретения является создание комбинированного устройства, которое базируется на функциональном взаимодействии разработанных элементов защиты, специального силового трансформатора, дугогасящего реактора, существующего трехфазного трансформатора напряжения контроля изоляции на питающей системе шин и однофазного трансформатора напряжения в нейтрали конденсаторной батарей с изменяющимися режимами заземления нейтрали. Для этого устройство содержит силовой трансформатор, реактор, шунтирующий резистор, шунтирующий коммутационный аппарат, заземляющий коммутационный аппарат с целью управления, заземляющий резистор, однофазный трансформатор напряжения и трансформаторы тока, также дополнительно содержит нулевой заземляющий коммутационный аппарат с целью управления, нулевой заземляющий резистор, конденсаторную батарею подстанции, нулевой конденсаторный коммутационный аппарат с последовательно подсоединенным контуром, при этом один трансформатор тока подсоединен в нейтраль конденсаторной батареи подстанции, другой - в нейтраль высоковольтной обмотки трансформатора напряжения контроля изоляции на питающей системе шин подстанции. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство защиты электрооборудования подстанции и линий электропередачи высокого напряжения, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена по схеме "звезда" с выведенной нейтралью, а вторичная обмотка - по схеме разомкнутый "треугольник", реактор в нейтрали первичной и между выводами вторичной обмоток силового трансформатора, параллельно которому и реактору подсоединен шунтирующий резистор через шунтирующий коммутационный аппарат, заземляющий коммутационный аппарат с целью управления и параллельно подсоединенным в заземленной нейтрали силового трансформатора заземляющим резистором, однофазный трансформатор напряжения и трансформаторы тока, отличающееся тем, что дополнительно содержит между нейтралью первичной обмотки силового трансформатора и заземляющим контуром нулевой заземляющий коммутационный аппарат с целью управления и последовательно подсоединенным нулевым заземляющим резистором, между нейтралью конденсаторной батареи подстанции и заземляющим контуром нулевой конденсаторный коммутационный аппарат с последовательно подсоединенным контуром, содержащим параллельно соединенные индуктивность и резистор, при этом однофазный трансформатор напряжения подсоединен между заземляющим контуром и нейтралью конденсаторной батареи подстанции, один трансформатор тока подсоединен в нейтраль конденсаторной батареи подстанции, другой - в нейтраль высоковольтной обмотки трансформатора напряжения контроля изоляции на питающей системе шин подстанции.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цепь управления шунтирующего коммутационного аппарата содержит реле напряжения, реле времени и промежуточное реле в дополнительной низковольтной обмотке, соединенной по схеме разомкнутый "треугольник", трансформатора напряжения контроля изоляции на питающей системе шин подстанции, а также реле тока и промежуточное реле во вторичной цепи трансформатора тока, подсоединенного в нейтраль высоковольтной обмотки указанного трансформатора.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цепь управления заземляющего коммутационного аппарата содержит реле напряжения в каждой фазе основной низковольтной обмотки, соединенной по схеме "звезда", трансформатора напряжения контроля изоляции на питающей системе шин подстанции, а также реле времени и промежуточное реле.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цепь управления нулевого заземляющего коммутационного аппарата содержит реле тока и промежуточное реле во вторичной цепи трансформатора тока, подсоединенного в конденсаторной батареи подстанции, а также реле напряжения, реле времени и промежуточное реле во вторичной цепи однофазного трансформатора напряжения.