СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ТРАНСФОРМАТОРОМ С 2n ВТОРИЧНЫМИ ОБМОТКАМИ И 2n ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ Российский патент 2019 года по МПК H02H7/10 G01R33/02 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями от коротких замыканий.

Ближайшим из аналогов является способ защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями, при котором измеряют ток со стороны высшего напряжения трансформатора и сравнивают его с эталонной величиной тока, и, если он превосходит эталонную величину тока, через выдержку времени отключают преобразовательную установку от питающей сети [Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения - М.: Высш. Шк., 2008. - 639 с.: ил.].

Этот способ не позволяет обеспечить высокую чувствительность защиты, так как необходима отстройка от максимальных токов нагрузки и бросков тока намагничивания трансформатора.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и быстродействия защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями.

Согласно изобретению, измеряют индукции магнитных потоков вблизи шин, соединяющих с 2n выпрямителями выводы 2n вторичных обмоток трансформатора со стороны его низшего напряжения, преобразуя их в напряжения. Сдвигают по фазе напряжения, полученные при преобразовании индукций магнитных потоков, измеренных вблизи шин, соединяющих с n выпрямителями выводы n вторичных обмоток трансформатора, соединенных в звезду. Вычитают из напряжения, полученного при преобразовании индукции магнитного потока, измеренного вблизи шины, подключенной к вторичной обмотке трансформатора, соединенной в звезду, напряжение, полученное при преобразовании индукции магнитного потока, измеренного вблизи шины той же фазы, подключенной к вторичной обмотке трансформатора, соединенной в треугольник. Сравнивают эту разность напряжений с эталонной величиной напряжения, и, если эта разность напряжений превышает эталонную величину напряжения, подают сигнал на отключение преобразовательной установки от сети.

Повышение чувствительности достигается за счет измерения индукций магнитных потоков вблизи шин, соединяющих выводы вторичных обмоток трансформатора со стороны его низшего напряжения с выпрямителями, преобразования этих индукций в напряжение и вычитания соответствующих напряжений.

На чертеже представлено устройство, реализующее способ защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями.

Способ защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями может быть реализован в преобразовательной установке с трансформатором 1 типа TWEPc 2500/6d мощностью 2500 кВА с двумя вторичными обмотками, двумя выпрямителями и выпрямленным напряжением 220 В, с соединением обмоток: со стороны высшего напряжения треугольник; со стороны низшего напряжения трансформатора одна обмотка - звезда, другая - треугольник. Вторичные обмотки трансформатора подключены к выпрямителям 2, соединенным по мостовой схеме, выходы которых подключены к нагрузке 3 мощностью 1650 кВт. При этой нагрузке токи нагрузки в шинах, соединяющих выводы обмоток трансформатора со стороны его низшего напряжения с выпрямителями, со стороны низшего напряжения составляют: со стороны вторичной обмотки, соединенной в звезду I_1A=11100e^-j53 А, I_1B=11100e^j187 A, I_1C=11100e^j67 А, со стороны вторичной обмотки, соединенной в треугольник, I_2A=11070e^-j23 А, I_2B=11070e^j217 А, I_1C=11070e^j97 А. Для измерения и преобразования в напряжение индукции магнитного поля, созданного токами в шинах, соединяющих вторичные обмотки трансформатора с выпрямителями, могут быть использованы катушки индуктивности 4, 5, 6, 7, 8, 9 с количеством витков W=8000, площадью поперечного сечения S=0,000669 м² и длиной Катушки индуктивности устанавливают под шинами, соединяющими выводы обмоток трансформатора 1 со стороны его низшего напряжения с выпрямителями 2, например на безопасном по технике безопасности расстоянии h=0,12 м. В режиме нагрузки при протекании указанных токов в шинах, соединяющих выводы обмоток трансформатора 1 со стороны его низшего напряжения с выпрямителями 2, на выводах катушек индуктивности 4, 5, 6, 7, 8, 9 наводятся ЭДС:

где μ₀ - магнитная постоянная, μ₀=4π⋅10^-7 Гн/м.

ЭДС E₁, Е₂, Е₃ подают на входы блоков уравнивания напряжений 10, которые сдвигают их на 30°. В результате на выходах блоков уравнивания напряжений 10 появляются ЭДС E₁₁=31,1e^-j113, E₂₁=31,1e^j127, E₃₁=31,1e^j7. ЭДС Е₁₁, Е₂₁, Е₃₁, Е₄, Е₅, Е₆ подают на входы схем сравнения 11, где вычисляют абсолютное значение разностей ЭДС |E₁₁-E₄|, |E₂₁-E₅|, |Е₃₁-Е₆|, и сравнивают их с эталонным значением ЭДС Е_эт, равным, например, 3 В, учитывая погрешности установки катушек индуктивности 4, 5, 6, 7, 8, 9 и погрешности устройства, реализующего способ. Так как в режиме нагрузки указанные разности не превышают эталонное значение ЭДС Е_эт=3 В, то защита не срабатывает.

При двухфазном коротком замыкании, например, со стороны низшего напряжения трансформатора между фазами В и С на выводах обмотки трансформатора, соединенной в звезду, токи I_1A=11000e^j134 А, I_1B=11900e^j238 A, I_1C=6500e^j149 А, а I_2A=11000e^j149 А, I_2B=10000e^j14 A, I_2C=11900e^-j77 А. При этом на выводах катушек индуктивности 4, 5, 6,7, 8, 9 получим:

Тогда на выходах блоков уравнивания напряжений 10 получим E₁₁=30,8e^j74, E₂₁=33,33e^-j86, E₃₁=18,2e^j178. В результате абсолютное значение разностей ЭДС

Так как полученные разности превышают эталонное значение ЭДС Е_эт=3 В, то на выходах схем сравнения 11 появляются сигналы, которые поступают на входы исполнительного органа 12. Исполнительный орган 12 срабатывает и подает сигнал на отключение выключателя 13.

Аналогично анализируется работа защиты в других режимах.

Использование: в области электротехники для защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями от коротких замыканий. Технический результат - повышение чувствительности защиты преобразовательной установки. Способ защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями заключается в том, что измеряют индукции магнитных потоков вблизи шин, соединяющих с 2n выпрямителями выводы 2n вторичных обмоток трансформатора со стороны его низшего напряжения, преобразуя их в напряжения, сдвигают по фазе напряжения, полученные при преобразовании индукций магнитных потоков, измеренных вблизи шин, соединяющих с n выпрямителями выводы n вторичных обмоток трансформатора, соединенных в звезду, вычитают из напряжения, полученного при преобразовании индукции магнитного потока, измеренного вблизи шины, подключенной к вторичной обмотке трансформатора, соединенной в звезду, напряжение, полученное при преобразовании индукции магнитного потока, измеренного вблизи шины той же фазы, подключенной ко вторичной обмотке трансформатора, соединенной в треугольник, сравнивают эту разность напряжений с эталонной величиной напряжения и, если эта разность напряжений превышает эталонную величину напряжения, подают сигнал на отключение преобразовательной установки от сети. 1 ил.

Способ защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями, отличающийся тем, что измеряют индукции магнитных потоков вблизи шин, соединяющих с 2n выпрямителями выводы 2n вторичных обмоток трансформатора со стороны его низшего напряжения, преобразуя их в напряжения, сдвигают по фазе напряжения, полученные при преобразовании индукций магнитных потоков, измеренных вблизи шин, соединяющих с n выпрямителями выводы n вторичных обмоток трансформатора, соединенных в звезду, вычитают из напряжения, полученного при преобразовании индукции магнитного потока, измеренного вблизи шины, подключенной к вторичной обмотке трансформатора, соединенной в звезду, напряжение, полученное при преобразовании индукции магнитного потока, измеренного вблизи шины той же фазы, подключенной ко вторичной обмотке трансформатора, соединенной в треугольник, сравнивают эту разность напряжений с эталонной величиной напряжения и, если эта разность напряжений превышает эталонную величину напряжения, подают сигнал на отключение преобразовательной установки от сети.