Устройство для защиты, разряда и сигнализации повреждения шунтовой конденсаторной батареи Советский патент 1983 года по МПК H02H7/16 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике защит,ы шунтовых конденсаторных батарей (ШКБ) от внутренних повреждений, и может быть использовано для защи-ты от внутрифазных. и междуфазных замыканий ШКБ, србранных в звезду с изолированной или глухоз земленной нейтралью, каждая фаза которой разделена на продольные секции.

Кроме того, устройство обеспечивает быстрый и надежный разряд ШКБ при отключении ее от сети, а также позволяет определить поврежденную секцию.

Известно устройство защиты и сигнализации внутренних повреждений ШКБ, основанное, на контроле величины напряжения на последовательных рядах конденсаторов и шунтировании пocJГIeдниx при повышении напряжения на конденсаторах выше.допустимого посредством полупроводниковых ключей, снабженных элементами сигнализации повреждений.

Однако данное устройство требует . использования большого количества нестандартных полупроводниковых ключей, предназначенных для наружной устанрвки, что затрудняет его практическое, применение.

Известно также устройство продольной дифференциальной защиты ШКБ, ос-, нованное на сргшнении полных фазных напряжений снапряжением на нескольких последовательных рядах конденсаторов . Указанное устройство защиты устанавливается в каждой фазе батареи и позволяет по знаку разбаланса определить поврежденную секцию батареи(;2.

Однако данное устройство требует использования трех комплектов чувствительных дифференциальных реле, каждое из которых со;с1ержит балансирующее устройство. Кроме того, в качестве источника опорного напряжения используется шинный Трансформатор напряжения, вторичные обмоткк которого, как правило, сильно загружены различными устройствами вторичной коммутации и имеют разветвленную цепь, что снижает надежность работы устройства защиты.

i

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому двляется устройство для ШКБ, собранных в звезду с. глухозаземленной нейтралью, принцип действия которого основан на перераспределении напряжения между нижней и верхней секциями фазы батареи при повреждении конденсатора в отдельной секции, в результате чего на выходе ра зомкнутого треугольника появляется напряжение небаланса. Устройство со держит измерительные трансформаторы напряжения, первичные обмотки которых присоединены к секциям батареи конденсаторов, а вторичные соед нены в разомкнутый треугольник и подключены к реагирующему органу и исполнительный элемент 3 . Однако в указанном устройстве не решен вопрос о сигнализации места по вреждения, что затрудняет нахождение поврежденного ряда конденсаторов после отключения батареи от сет Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройс ва путем выявления поврежденной сек ции батареи. Указанная цель достигается тем, что в устройство защиты шунтовой конденсаторной батареи, соединенной в Звезду, каждая фаза которой ра делана на продольные секции, содерж щее измерительные преобразователи напряжения, выполненные в виде тран форматоров напряжения, первичные об мотки которых подключены параллельн секциям батареи, вторичные обмотки соединены в разомкнутый треугольник и подключены к измерительному органу защиты, на выход которого включен исполнительный элемент, дополнительно введен фазочувствительный блo выполненный в виде полупроводникового ключа, фазового дискриминатора, амплитудного селектора, блока питания и указателей повреждений по коли честву секций, причем силовые входы полупроводникового ключа связаны с основными вторичнЕлми обмотками измерительных преобразователей напря жения, собранными в разомкнутый треугольник, а.его выходы подключены к фазовому дискриминатору, цепи управления полупроводникового ключа соединены с выходом измерительного органа защиты, входы фазового дискриминатора связаны с выходом полупроводникового ключа и допоянительными вторичными обмотками измеритель ных преобразователей напряжения, соб ранными в Звезду, вход амплитудног селектора соединен с выходом фазового дискриминатора, а к его выходам подключены указатели повреждений, блок питания соединен с амплитудным селектором и указателями повреждений На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства защиты, разряда и сигнализации повре дений ШКБс глухозаземленной нейтралью; на фиг.2 - то же, с изолированной нейтралью; на фиг.З и 4 функциональная и принципиальная схемы фазочувствительного блока; на фиг.5 и б - векторная и временные диаграммы работы устройства. Устройство защиты ШКБ содержит три разрядных элемента 1-3, подключенных к верхним продольным секциям батареи, три измерительных преобразователя 4-6 напряжения, с обмотками 4-1, 4-2, 5-1, 5-2, 6-1, 6-2 (служащих одновременно и разрядными элементами), подключенных к нижним продольным секциям батареи, измерительный орган 7 защиты, исполнительный элемент 8 защиты и фазочувствительный блок 9, состоящий из полупроводникового ключа 10, фазового дискриминатора 11, амплитудного селектора 12, трех указателей 13-15 поврежденной фазы и блока 16 питания. Основные вторичные обмотки 4-2, 5-2, 6-2 соответствующих измерительных преобразователей 4-6 напряжения собраны в разомкнутый треугольник и подключены к измерительному органу 7 защиты и к силовым входам полупроводникового ключа 10. Выходные цепи измерительного органа 7 защиты соединены с входом исполнительного элемента 8 и цепями управления полупроводникового ключа 10. Фазовый дискриминатор 11 подключен к силовым выходам полупровод-. никового ключа 10 и дополнительным вторичным обмоткам измерительных преобразователей 4-1, 5-1, 6-1, собранным в звезду. Вход амплитудного селектора 12 соединен с выходом фазового дискриминатора 11 и блоком 16 питания, а к его выходам подключены указатели 1315 повреждений, связанные с блоком 16 питания. Для батарей с изолированной нейтралью установка разрядных элементов 1-3 не требуется, так как в этом случае деление батареи на продольные секции, как правило, не выполняется. При этом фазовый дискриминатор 11 содержит три фазочувствительных усилителя собранных по схеме Звезда в трехфаз.ную группу (фиг.4). Принцип работы, устройства основан на измерении фазы напряжения, возникающего на измерительном органе защиты при повреждении конденсаторов в одной из секций относительно Звезды фазных напряжений сети. Векторная диаграмма напряжений для случая повреждений конденсаторов в фазе А применительно к ШКБ с изолированной нейтралью приведена на фиг.5. При повреждении конденсатора в одном из рядов, изменяется проводимость фазы, содержащей этот конденсатор, что приводит к появлению-напряжения ЗУо смещения нейтрали. Причем величина этого напряжения зависит от степени несимметрии фазных проводимостей, т.е. от размера повреждения,

а фаза определяется фазным напряжением Уд, Ug, U(, поврежденной фазы. Если угол сдвига между опорным и контролируемым напряжением равен нулю (фиг.6), то ток в цепи усилителя протекает в течение всего отри цательного полупериода, а при угле сдвига УО ток-1ц ,в нагрузке будет протекать в течение половины положительного и половины отрицательного полупериода опорного напряжения.

Таким образом, при изменении угла сдвига между контролируемым и опорным напряжением в пределах О + 90° постоянная составляющая напряжения на нагрузке фазочувствительного усилителя изменяется пропорционально указанному углу сдвига в пределах от максимального значения до нуля. Амплитудный селектор 12, состоящий из трех эммитерных повторителей с интегральным звеном и пороговым элементом в цепи нагрузки, контролирует величину напряжения на нагрузке трезфазного фазочувствительного усилителя 11 и при превышении последним уставки срабатывания соответствующего порогового элемента переключает один из указателей 13-15 повреждений, в качестве которых используются транзисторные ключи с электромагнитным реле в коллектор, ной цепи.

Аналогично работает устройство на батареях с глухозаземленной цеьугралью. Однако в данном случае для определения поврежденной секции (половины соответствующей фазы; оно должно содержать два одинаковых блока фазовых дискриминаторов и шесть указателей поврежденной секции. Введение в устройство фазочувствительного блока позволяет расширить, функциональные возможности, т.е. решить важную техническую задачу по нахождению поврежденного элемента в мощной ШКБ, что значительно упрощает обслуживание батареи и снижает затраты на ее эксплуатацию.

Формула изобретения Устройство для защиты, разряда и сигнализации повреждения шунтовой конденсаторной батареи, соединенной в Звезду, каждая фаза которой разделена на продольные секции, содержащее измерительные преобразователи напряжения, выполненные в виде трансформаторов напряжения, первичные обмотки которых подключены параллельно секциямбатареи, вторичные обмотки соединены в разомкнутый треугольник и подключены к измерительному органу защиты, на выход которого включен исполнительный элемент, о т л и5 чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем выявления поврежденной секции, дополнительно введен фазочувствительный блок, выполненный 0 te виде полупроводникового ключа, фазового дискриминатора, амплитудного селектора, блока питания и указателей повреждений по количеству секций, причем силовые входы полупровод5 никового ключа связаны с основными вторичными обмотками измерительных преобразователей напряжения, собранными в разомкнутый треугольник, а его выходы подключены к фазовому дисQ криминатору, цепи управления полупроводникового ключа соединены с выходом измерительного органа защиты, входы фазового дискриминатоЕ5а связаны с выходом полупроводникового ключа и дополнительными вторичными обмотками измерительных преобразователей напряжения, собранными в Звезду , вход амплитудного селектора соединен с выходом фазового дискриминатора, а к его выходам подключены 0 указатели повреждений, блок питания соединен с амплитудным селектором и указателями повреждений. .Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 5 1 Авторское свидетельство СССР О 813584, кл. Н 02 Н 7/16, 1978.

2.Нол/ег Apparatus and SNstems. 1962, № 58, p. 217-219.

3. Авторское свидетельство СССР g № 750643, кл. Н 02 Н 7/16, 1978. 1., гп, гН

Hfffg.f

&м

Л КЛ

-ч L.