УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОТКАЗОВ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ОТ ПОСТУПЛЕНИЯ В ИХ ОБМОТКИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ ИЗ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ В НИХ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ Российский патент 2020 года по МПК H02H7/04 

Изобретение относится к области электроэнергетики для предотвращения отказов силовых трансформаторов, подключенных к воздушным распределительным электрическим сетям с изолированной нейтралью, при возникновении высокочастотных сигналов, связанных с ненормальным режимом в сетях (обрыв провода, падение провода на землю, пробой и перекрытие линейной изоляции, металлическое замыкание, перемежающееся замыкание на землю, атмосферные перенапряжения).

Известны устройства, которые могли быть использованы для решения поставленной задачи [1, 2].

Первое из известных устройств содержит гаситель скачков напряжения, преобразователь частоты и варистор.

Недостаток данного устройства заключается в ограниченности его применения только для распределительной сети и защиты от скачков напряжения и невозможности его использования для защиты от резонанса частоты силового трансформатора.

Известно и другое устройство, содержащее отпайки, обмотки трансформатора, ограничитель перенапряжения, контактный разъем, первую часть разъема, монтажный узел, вторую часть выводы трансформатора и подключенные к ним ограничители перенапряжения.

Последнее из перечисленных технических решений наиболее близкое к описываемому.

Его недостаток заключается в необеспечении надежности из-за отсутствия гашения высоких частот в диапазоне собственных резонансных частот силового трансформатора, а установленный ограничитель перенапряжений нелинейный в нейтраль силового трансформатора не полностью обеспечивает защиту обмоток трансформатора.

Целью изобретения является повышение надежности работы силового трансформатора за счет исключения возникновения резонанса в обмотках при поступлении высокочастотных сигналов от питающей сети, равной собственной резонансной частоте силового трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты изоляции обмоток силовых трансформаторов, содержащее измерительные устройства 1, 2 и 3, входы 10, 11 и 12 которых подключены к фазам высоковольтной сети соответственно, а выходы 20, 21, 22 соединены с входами устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот 4, отличающееся тем, что содержит фильтро-компенсирующее устройство 5, управляющие входы 23, 24 и 25 которого подключены к выходам устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот 4, а входы 13, 14 и 15 фильтро-компенсирующего устройства соединены с фазами высоковольтной сети соответственно, выходы 16, 17 и 18 фильтро-компенсирующего устройства соединены с фазами высоковольтной обмотки трансформатора соответственно, выход 19 фильтро-компенсирующего устройства заземлен, а в нейтраль обмоток высокого напряжения силового трансформатора дополнительно установлен нелинейный ограничитель перенапряжений 26.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена структурная схема устройства для предотвращения отказов силовых трансформаторов от поступления в их обмотки высокочастотных сигналов из распределительных сетей с изолированной нейтралью при возникновении в них аварийных режимов, на Фиг. 2 представлена поясняющая схема фильтро-компенсирующего устройства

Устройство для предотвращения отказов силовых трансформаторов от поступления в их обмотки высокочастотных сигналов из распределительных сетей с изолированной нейтралью при возникновении в них аварийных режимов (Фиг. 1) содержит 1,2 и 3 -измерительные устройства - однофазные трансформаторы напряжения для выявления появления резонансных частот; 4 - устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот; 5 - фильтро-компенсирующее устройство; 6 -защищаемый силовой трансформатор.

Фильтро-компенсирующее устройство представляет собой устройство, рассчитанное на номинальное напряжение рассматриваемой сети с изолированной нейтралью. Оно состоит из подключаемых по фазно переключающим устройством поперечно подключенных на каждой фазе перестраиваемых емкостей, индуктивностей и активного сопротивления. Полное сопротивление фаз фильтро-компенсирующего устройства на резонансной частоте меньше резонансной частоты защищаемого электрооборудования.

При изменении параметров схемы системы «распределительная сеть - трансформатор» производится перерасчет и изменение уставок значения комплексного сопротивления элементов фильтро-компенсирующего устройства, которое позволит предотвратить возникновение перенапряжения при изменившихся параметрах системы. Переключения в ФКУ выполняются при помощи переключающих по фазных устройств, управляемых с устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот, задающими параметрами для которого являются данные о собственных частотах силовых трансформаторов и распределительной сети, взятых с баз данных для каждого сетевого предприятия и данных по результатам определения комплексных сопротивлений и частоты в системе «распределительная сеть-трансформатор» при пуско-наладочных испытаниях и измерениях специализированной лабораторией (службой).

Измерительные устройства 1, 2 и 3 представляют собой однофазные трансформаторы напряжения и служат для контроля высокочастотных сигналов, генерируемых дефектами в распределительной сети.

Параметры элементов фильтро-компенсирующего устройства подбираются и подключаются переключающими устройствами 27, 28 и 29, получающими сигнал от программируемого устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот 4, величина перестройки которого рассчитываются на основе базы данных резонансных частот силового трансформатора и подключенной к ней распределительной сети «Сеть», исходя из условий недопущения возникновения резонансных явлений защищаемой высоковольтной обмотки трансформатора 6, путем отвода высокочастотного напряжения через подключаемую фазу фильтро-компенсирующего устройства поврежденной фазы на землю за счет подбора полного сопротивления фаз фильтро-компенсирующего устройства на резонансной частоте меньше резонансной частоты защищаемого электрооборудования, что способствует недопущению возникновения резонанса в обмотке силового трансформатора и сохранению работоспособности обмотки.

Данные для программирования устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот 4 управления и составления базы данных собственных резонансных частот подбираются следующим образом:

1) Производятся экспериментальные исследования по установлению диапазона частотных характеристик силовых трансформаторов I и II габаритов, как наиболее распространенных в сельских распределительных электрических сетях.

2) Составляется программа расчета резонансных частот для вышеуказанных типов силовых трансформаторов. Используя результаты экспериментальных исследований и теоретических расчетов формируется банк данных резонансных частот для трансформаторов I и II габаритов.

3) Производятся экспериментальные исследования по выявлению характерных частот в распределительной сети с изолированной нейтралью, близких к резонансной частоте силового трансформатора, при ненормальных режимах работы. Разрабатывается программа расчета характерных частот в распределительной сети с изолированной нейтралью, близких к резонансной частоте силового трансформатора при различных режимах работы. Результаты расчета сравниваются с полученными экспериментальными данными, составляется банк данных частот, близких к резонансной частоте силовых трансформаторов I и II габаритов.

4) Производится анализ полученных значений спектров резонансных частот силовых трансформаторов I и II габаритов и генерируемых частот в распределительной электрической сети с изолированной нейтралью и определяется диапазоны совпадения с резонансными частотами силовых трансформаторов.

Ограничитель напряжения нелинейный 26, установленный в нейтрали обмоток высокого напряжения (фиг. 1) защищают обмотки высокого напряжения от амплитудных значений импульсных перенапряжений, поступающих с воздушных линий при атмосферных перенапряжениях.

Сущность заявляемого изобретения поясняется:

Фиг. 1 - Функциональная схема защиты от перенапряжения устройства для предотвращения отказов силовых трансформаторов от поступления в их обмотки высокочастотных сигналов из распределительных сетей с изолированной нейтралью при возникновении в них аварийных режимов;

Фиг. 2 - Поясняющая схема фильтро-компенсирующего устройства.

Где: 6 - защищаемый силовой трансформатор; 5 - фильтро-компенсирующее устройство; 1, 2 и 3 - измерительные устройства для выявления появления резонансных частот; 4 - устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот; 26 - ограничитель перенапряжения нелинейный; 27, 28 и 29 - переключающие устройства; L - индуктивность, С - емкость, R - резистор.

Таким образом, введение новых модулей и связей позволило существенно повысить надежность работы силового трансформатора путем устранения резонансных частот защищаемого электрооборудования.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки:

1. Патент РФ №2 505 901, М. кл. Н02Н 7/04, 2014.

2. Патент РФ №2 508 589, М. кл. H02J 3/01, М. кл. Н02Н 9/04, 2014.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности работы силового трансформатора за счет исключения возникновения резонансных явлений в обмотке при поступлении высокочастотных сигналов от питающей сети, равной собственной резонансной частоте силового трансформатора. Устройство для защиты изоляции обмоток силовых трансформаторов, содержащее измерительные устройства (1), (2) и (3), входы (10), (11) и (12) которых подключены к фазам высоковольтной сети соответственно, а выходы (20), (21), (22) соединены с входами устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот (4), отличающееся тем, что содержит фильтро-компенсирующее устройство (5), управляющие входы (23), (24) и (25) которого подключены к выходам устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот (4), а входы (13), (14) и (15) фильтро-компенсирующего устройства соединены с фазами высоковольтной сети соответственно, выходы (16), (17) и (18) фильтро-компенсирующего устройства соединены с фазами высоковольтной обмотки трансформатора соответственно, выход (19) фильтро-компенсирующего устройства заземлен, а в нейтраль обмоток высокого напряжения силового трансформатора дополнительно установлен нелинейный ограничитель перенапряжений (26). 2 ил.

Устройство для защиты изоляции обмоток силовых трансформаторов, содержащее измерительные устройства (1), (2) и (3), входы (10), (11) и (12) которых подключены к фазам высоковольтной сети соответственно, а выходы (20), (21), (22) соединены с входами устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот (4), отличающееся тем, что содержит фильтро-компенсирующее устройство (5), управляющие входы (23), (24) и (25) которого подключены к выходам устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот (4), а входы (13), (14) и (15) фильтро-компенсирующего устройства соединены с фазами высоковольтной сети соответственно, выходы (16), (17) и (18) фильтро-компенсирующего устройства соединены с фазами высоковольтной обмотки трансформатора соответственно, выход (19) фильтро-компенсирующего устройства заземлен, а в нейтраль обмоток высокого напряжения силового трансформатора дополнительно установлен нелинейный ограничитель перенапряжений (26).