Устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки Советский патент 1984 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к устройствам для защиты вентильных преобразовательных установок.

Известно устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки, содержащее блок сравнения с датчиками переменного и пос.тоянного тока, источник постоянного оперативного тока, исполнительный орган, контролирующий геркон, регулируемый резистор, подключенный последовательно управляющей обмотке этого геркона Cl 3.

Однако это устройстве:) отличается ограниченными надежноетью и быстродействием, высокой стоимостью, требует вывода устан овки из работы при плановых проверках защиты, не исключает возможность поражения электрическим током при обслуживании из-за использования трансформаторов пере. менного тока. Кроме того, устройство не ббеспечивает защиту преобразовательной установки.от замыкания одного из токопроводов постоянного тока на землю, что, в свою очередь, также повышает опасность обслуживания преобразовательной установки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки содержащее блок сравнения с датчиками переменного и постоянного тока, выполненными на N герконах, три из которых предназначены для размещения в магнитном поле токопроводов соответствующих фаз переменного ток преобразовательной установки, а их контакты подключены к исполнительному органу через контакт контролирующего геркона, остаЛьные N-3 геркрна предназначены для размещения в магнитном поле первого токопровода постоянного тока, а их контакты через N-3 резистора, управляющие обмотки трех и контролирующего герконов и регулируемый резистор подключены к источнику оперативного тока. Устройство дешевле, безопасно в обслуживании и создает возможность плановых проверок без отключения преобразовательной установки 2 }.

Однако известное устройство не обеспечивает высокой надежности при включении преобразовательной установки и высокого быстродействия, если короткое замыкание в преобра зовательной установке или на ее выходе произойдет в момент, когда потоки, действующие на три геркона, установленных в магнитном поле токопроводов фаз переменного тока, окажртся направленными согласно, а также не обеспечивает защиту преобразовательной установки от замыкания одного из токопроводов постоянного тока на землю, что, кроме того приводит к снижению безопасности обслуживания.

Цель изобретения - повьмение надежности и быстродействия и расширение функциональных-возможностей путем обеспечения защиты от замыкания одного из токопроводов постоянного тока на землю.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки, содержащее блок сравне,ния с датчиками переменного и пос тоянного тока, выполненными на N герконах, три из которых предназначены для размещения в магнитном пол токопроводов соответствующих фаз переменного тока преобразовательной установки, а их контакты подключены к исполнительному органу через контакт контролирующего геркона, остальнце N-3 геркона предназначены для размещения в магнитном поле первого токопровода постоянного тока, а их Контакты через N-3 резистора, управлянвдие обмотки трех и контролирующего 1 ерконов и регулируемый резистор, подключены к источнику оперативного тока, введены пусковой , N герконов и N-3 резисторов, при этом.три из введенных герконов предназначены для размещений в магнитном поле токопроводов соответствующих фаз переменного тока преобразовательной установки, их контакты включены параллельно, а управляющие обмотки - встречнопараллельно, соответственно контактам и управляющим обмоткам упомянутых трех герконов, остальные N-3 введенных геркона предназначены для размещения в магнитном поле второго токопровода постоянного тока, а их контакты через введенные резисторы подключены параллельно пусковому блоку и упомянуты W-3 цепям, состоящим из включенных последовательно N-3 герконов и N-3 резисторов.

Кроме того, в устройство могут быть введены на каждую из фаз по два контролирующих геркона, управляющие обмотки и контакты которых включены последовательно, соответст венно управляющим обмоткам и контактам герконов, предназначенных для размещения в магнитном поле токопроводов переменного тока.

Кроме того, в устройство может быть введен блок регулирования выходного тока преобразовательной установки, а часть герконов, предназначенных для размещения в магнитном поле одного из токопроводов постоянного тока, снабжена дополнительными контактами, подключенными к входу блока регулирования выходного тока.

Пусковой блок может быть выполнен в виде управляемого ключа, соединенного последовательно с резистором.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства защиты; на фиг. 2 - схема устройства с дополнительными контролирукщими герконами и с блоком регулирования трка преобразовательной установки и пусковым блоком, выполненным в виде зап.ираемого тиристора и резистора; на фиг. 3-7 временные диаграммы магнитных потоков, воздействующих на герконы, закрепленные в магнитном поле токопроводов переменного тока для различных режимов преобразовательной установки.

Устройство содержит (см. фиг.1 герконы 1, ... IT, Ig, 1, .3 ... N+6 IN-З 2N-H/ Я ,

10 ... N+2, N+3. Концы управляющих обмоток герконов I,, 1, 15 и начала управляющих обмоток герконов Ig, 4 - ь подключены к резисторам 2, 2;, 2.3 + 1, 2м-6 и первому входу пускового блока 3, а начала управляющих обмоток герконов 1,, Ij , Ij и концы управля1ощих обмоток герконов l, 14, Ig подкл13чены к нач-алу обмотки управления геркона 1, конец которой подключен через регулирукщий резистор 4 к положительному полюсу источника постоянного оперативного тока 5. Отрицательной полюс источника 5 подключен к вторюму входу пускового блока 3 и к неподвижным пластинам контактов герконов Ig, Ij , IN-S+I . подвижные пластины которых подключены соответственно к резисторам 2-,, 2-, 2|, , 2 N(,. Размыканхдие контакты герконов 1, Ij .. 1 б подключены к исполнительному органу б через замыкаьэщий контакт контролирующего геркона 1 , размыкающий контакт которого, подключен к блоку сигнализации 7.

Герконы 1., и 1 , 1з и 1д, 1 и Ijj с управляющими обмотками закреплены в магнитном поле соответственно токопроводов 8-10 переменного тока препреобразовательной установки, состоящей из трансфогилатора 11 и преобразователя 12, к выходу которого подключена нагрузка 13. (, герконов,/ не имеющих управляющих обмоток расположены в магнитном поле токопроводов постоянного тока преобразователя 12, причем герконы Ig, 1, l, расположены вблизи токопровода 14, а герконы 1ц+5 г lN-3- i 2«+iвблизи токопровода 15.

Устройство может дополняться (см. фиг. 2 ) герконами 16, 17, ... 21, управлямшие обмотки которых

подключены последовательно с управляющими обмотками соответственно герконов 1, Ig.... 1 J,, а их контакты подключены последовательно соответственно с контактами послед них.

Для управляемых преобразовательных установок (см. фиг. 2) часть размыкающих контактов N-3 герконов, расположенных в магнитном поле токопровода постоянного тока 15, подключены к входу блока регулирования тока 22, выход которого подключен к управляющему входу преобразователя 12.

Пусковой блок 3 может.быть выполнен в виде (см.,фиг. 2) запирае-мого тиристора 23 и резистора 24. Катод запираемого тиристора 23 подключается к отрицательному полюсу

источника 5, а анод - через резистора 24 к резисторам 2, 22 ... 2ц,

Устройство работает следующим образом.

Чтобы исключить ложное срабатывание защиты при включении преобразовательной установки, необходимо подготовить устройства к работе. Эта задача решается пусковым блоком 3. После его срабатывания (см. фиг. 1,2 ) обеспечивается протекание начального тока от источника постоянного оперативного тока 5 по обмоткам управления герконов 1 - 1 j . При этом в обмотках управления создаются начальные значения магнитных потоков (см. фиг.3,4), которые действуют на герконы 1 и размыкают их контакты. На фиг. 3,4 включение пускового блока показано в момент

времени t. Причем потоки как начальные ,н/ так и рабочие Ф в обмотках управления герконов 1 Ij , Ig и Ij,. 1, If направлены противоположно с целью обеспечения высокого

быстродействия защиты Сфиг. 3,4).

Начальный поток, действующий на г-эрконы, равен

.

гдеф - магнитный поток, при котором геркон срабатывает; .. З дополнительный магнитный поток,, обеспечивающий надежную работу устройства;, защиты: при изменении тока нагрузки преобразователя

(выбирается с учетом максимальной скорости изменения тока нагрузки в нормальном режиме - ); при влиянии посторонних

магнитных полей, если они имеют место.

Кроме того, подготовка устройства к работе предусматривает срабатйвание геркона IT, после ч|к можно

включать преобразовательную установку.

В нормальном режиме работы преобразовательной установки на герконы 1 расположенные, соответсвенно попарно в магнитных полях, со даваемых токопроводами переменного тока 8-10, действуют два магнитных потока. Первый магнитный поток обусловлен переменным током, протекающим :по токопроводу переменного тока, а второй Фд - током, протека1-лим по соответствующей обмотке управления герконом. При этом, учитывая однонаправленность потоков Q , за каждый период протекания тока в токопроводе переменного тока потоки оказываются -направленными, то согласно, то встречно. Поток, создавае1 Ш1й током в обмотке управления ;. см. фиг. 3), равен

. . о:/

гдеф з -питуда магнитного

потока Ф ;

ф - поток, создаваемый токопрородом постоянного тока (14 или 15 Кр - коэффициент схемы преобразовательной установки; . Фд (О т лФ) дополнитель ный поток обусловленный дискретностью изменения потока в обмотках управления герконов 15-; лФ 2дФ - приращение потока в обмотке управле 1ия одного из герконов. Ig при одновременном срабатывании двух герконов равноудаленных от токопроводов постоянного тока 14 или 15 (например, герконов lN+4 и 1-N-1-3 1р14б или 10 и Ig );

- приращение потока в обмотке управления одного из герконов (, при срабатывании одного из герконо расположенных в магнитном поле одного из токопроводов постоянного тока (14 и 15/ .

Так как в нормальном режиме преобразовательной установки fj , то терконы 1 ( остаются разомкнутыми и, следовательно, сигнал на отключение преобразовательной установки на входе исполнительного органа 6 .) отсутствует.

Если происходит изменение тока нагрузки, то герконы ll-ljN-n переключаются, таким образом, чтобы всегда выполнялось условие .е. поток, создаваемый обмоткой управления, как бы следит за изменением тока нагрузки и Ф|у . На фа;. 3 показан режим изменения тока в нагрузке от нуля до установившегося значения. На фиг. 4 более детал.ьно показано изменение потоков и их составляющие в периоды подготовки защиты и начального линейного увеличения тока нагрузки от нуля. В этом режиме преобразовательной установки следующая очередность работы устройства:

t. - срабатывает пусковой орган tj - подключается преобразователная уста«овка, и начинается линейное возрастание тока нагруз;ки

tj - ток в нагрузке достигает значения 1, при котором поток, создаваеГМй токопроводами 14 и 15, оказывается дocтaтoчны для срабатывани герконов 1 + 4 N + 5 t, - ток в нагрузке достигает значения 1, при котором поток, создаваемый токопро, водами 14 и 15, оказывается достаточным для срабатывания герконов l|vj + 3 ы+б и т.д.; ,

t, - переходный процесс завершился и ток нагрузки достиг своего установившегося значения.

Срабатывание, герконов Ig и l2M + i выбирается из условия максимально допустимого тока преобразователя

и нагрузки l.on 1н.Аоп

При короткой заьш1кании. в нагрузкеаили между токопроводами постоянного тока 14 и 15 или перегрузке, например, в режиме выпрямителя, входной и выходной токи преобразователя становятся больше допустимого значения, на которое настроена .защита .1(,7 If, .g . 3 этом случае все герконы + 1 расположенные в магнитных полях токопроводов 14 и 15, срабатывают, обеспечивая максимальный ток I(ax и максимальный поток Фо.шсях обмотках управления геркоиами 1,- 1. Определенное число герконов на выходе преобразователя обеспечивает ограничение потока Ф-0( . Амплитуда же потока Ф устройством защитыне ограничивается и зависит только от параметров преобразова.тельной установки и характера аварийного режима. IB резуль тате амплитуда ф. потока ф вначале -достигает значения затем превЕФиает его. Как только Фду х -Ф, один или несколько герконов из 1 1 (, срабатывают и замыкают входную цепь исполнительного органа б, который дает команду на отключение преобразовательной установки.

Возможны два случая возникновения рассмотренных аварийных режима - в отрицательную или положительную полуволны токов в токопроводах

8-10 и соответственно потоков ими создаваемых. Для обеспечения высокого быстродействия защиты, т.е. вступления ее в работу независимо от того в какую полуволну потока ф произошел аварийный режим, около каждого из токопроводов распрлжены по два геркона. В любой момент времени в одном из них потоки оказываются направле.нными встре но, что и обуславливает готовность защиты к срабатыванию. На фиг; 5 и б показ1г1ны временные диаграммы потоков для этих двух случаев аварийных режимов, где tcp.3 - время начала срабатывания устройства защиты.

При коротком замыкании в преобразователе 12, на его входе или в трансформаторе 11, например, в режиме выпрямителя происходит увелиЧение тока в токопроводах 8-10 и уменьшение в токопроводах 14 и 15. Это вызывает увеличение потока ф и в результате выполнение условия Фо5 т .г приводит к срабатыванию защиты.

При замыкании одного из токопроводов постоянного тока 14 или15 на землю или при ухудшении изоляции одного из этих токопровсяов относительно земли токи в токопро водах 14 и 15 на выходе преобразователя 12 не равны. Больший ток и токопроводе, у которого повреждена изоляция или он замкнул на землю, за счет токов утечки. Эти аварийный режимы из-за неравенства тбков в токопроводах 14 и 15 приводят к неравному количеству сработавших герконов, расположенных в их магнитном пале, И чем больше ток утечки, тем больше количество несработавших герконов в магнитном поле неповрежденного токопровода. в результате ток в обмотках управления герконов J и, следовательно, поток Ф,, меньше требуемого при нормальном режиме преобразователя на величину

ДФу |-дФ ,

где у - число несработавших гёрконо

По числу несработавших герконов можно контролировать состояние изоляции токопровода и при ухудшении ее до критического значения отключить преобразователь.

На.фиг. 7 показаны диаграмма изменения потоков при ухудшении .изоляции одного из токопроводов 14 или 15 для четырех режимов (I-IV), при. неизменной нагрузке, преобразователя. На I интервгте - нормальный режим работы преобразовательной установки; на и - изоляция ухудшилась, но защита настроена так, что отключение установки не происходит, так как срг III и IV интервалах - устройство защиты отключает преобразовательную установку из-за замыкания одного из токопроводов 14 или 15 на землю или ухудшения изоляции. Чувствительность защиты при замыканиях на тем выше, чем больше число герконов и, следовательно, меньше приращение потока ., .

Устройство для защиты работает аналогично и при работе преобразовательной установки в инверторном режиме во iecex рассмотренных режимах..

При обрыве проводников, соединяющих управляюоше обмотки герконов . 1 с источником тока- 5, резисторами или герконами Ig- протекание тока в управля1хцей обмотке контролирующего геркона 1 , прекращается и геркрн 1 размыка;ет входную цепь исполнительного органа 6, предотврсццая ложное срабатывание защиты, и замыкает цепь блока сигнализации 7, сигнализируя о возникшей неисправности.

При обрыве в одной из обмоток управления герконами прекращается протекание тока в соответствующей обмотке управления герконами 16 - 21, геркон размыкает свой контакт и выводит из работы геркон с поврежденной управляющей обмоткой, а соответствунадий блок сигнализации вводится в работу.

В управляемых преобразовательных установках, с целью обеспечения токоорганичения при коротких замыканиях и перегрузках, часть герконов из 1(45 N-n имеют дополнительные размыкающие контакты, подключенные к входу блока регулирования тока 22..Чем больше перегрузка, тем больше число герконов срабатывает и тем больше ограничивается выходной ток преобразовательной установки. При коротком замыкании в нагрузке или между токопроводами 14 и 15 все герконы срабатывают и блок

22формирует на управляющий вход преобразователя 12 сигнал на ограничение тока до нуля.

Пусковой блок 3 может быть выполнен в виде регулируемого резистора или управляемого ключа и резистора. В качестве управляемого клнма может служить запираемый тиристор

23(см. фиг. 2 I или транзистор. Предлагаемое устройство защиты

по сравнению с аналогичными обладает большими надежностью и быстродействием, обеспечивает защиту преобразовательной установки от всех возможных внутренних и внешних повреждений. Оно безопасно в обслуживании и не требует вывода преобразовательной установки из работы на время плановых проверок. Учитывая преспективу его применения для преобразовательных подстанций передач постоянного тока, тяговых подстанций, преобразовательный установок лля электролиза, автоматизированного электропривода, экономический эффект при внедрении может составить значительную величину.

Так, например, использование устроиства на одной преобразовательной подстанции постоянного тока напряжением 1500 кВ дает экономический эффект более 50 тыс. руб. только за счет повышения надежности и исключения трансформаторов тока. Кроме того, применение устройства повысит безопасность обслуживания преобразовательной установки.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ., содержащее блок сравнения с датчиками переменного и постоянного тока, выполненными на N герконах,.три из которых пред-, назначены для размещения в магнитном поле токопроводов соответствующих фаз переменного тока преобразовательной установки, а их контакты подключены к исполнительному органу через контакт контролиругацего геркона, остальные N-3 геркона предназначены для размещения в магнитном поле первого токопровода постоянного тока, а их контакты через N-3 резистора, управляющие обмотки трех вышеуказанных и контролируЮЕцего герконов и регулируемый резистор подключены к источнику оперативного тока, отлича ющееся тем что, с целью повышения надежности и быстродействия и расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты от замыкания одного из токопроводов постоянного тока на землю, в него введены пусковой блок, N repKorfoB и N-3 резисторов, при этом три из введенных герконов пред .;.- - - « г п ) .г: 6И }«лС: Л назначены для размещения в магнитном поле токопроводов соответствующих фаз переменного тока преобразо-. ватель ной установки, их контакты включены параллельно, а управляющие обмотки - встречно-параллельно, соответственно, контактамИ управляющим обмоткам упомянутых трех герконов, остальные N-3 введенных геркона предназнчены для размещения в магнитном поле второго токопровода постоянного тока, а их контакты через введенные резисторы подключены параллельно пусковому блоку и упомянутым И-3 цепям, состоящим из включенных последовательно И-3 i riepKOHOB и N-3 резисторов. 2.Устрой;стно поп.1, отли(О С чающееся тем , что в него введены на каждую из фаз по два контролирукяцих геркона, управляющие обмотки и контакты которых включены последовательно, соответственно управляющим обмоткам и контактам герконов, предназначенных для размещения . в магнитном поле токопроводов переменного .тока. 3.Устройство по п. 1,2, о т л и-со чающееся тем. что в него .введен блок регулировани-я ВЕОХОДНОГО 00 4 тока преобразовательной установки, а часть герконов, предназначенных для размещения в магнитном поле одного из токопроводов постоянного тока, снабжена дополнительныг1и контактами. Подключенными к входу блока регулирования выходного тока. 4.Устройство по пп.1-3, о т.личающееся тем, что пусковой блок выполнен в виде управляемого ключа, соединенного последовательно с резистором.

0 и

фие.1 0 V

у.н 0cprf 5 О y.H.fmG фие. ф{/г.З 3 9 Ро(/.г1.3.5 frr .у.Г2..6 oy,f/.s,s I2V ауг. 2.3,