Способ подавления феррорезонанса на ошиновке распределительного устройства с электромагнитным трансформатором напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02H9/04 

1

(21)4156786/07 (22)08.12.86 (46)30.07.91. Бюл. Nf 28

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики и Специальное конструкторско-технологическое бюро по высоковольтной и криогенной технике Мосэнерго

(72)Л.Д.Зилес. Б.А Сурвилло и Ю С Абакумов

(53)621.316.925(0888) (56) Назаров А.И, Ограничение феррорезо- нэнсных перенапряжений в сетях 110-330 кВ. - Энергетика и электрификация. Авторское свидетельство СССР Nfc 1288815, кл. Н 02 Н 9/04. 1984.

(54) СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ФЕРРОРЕЗО- НАНСА НА ОШИНОВКЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ

(57) Изобретение относится к электротехнике Целью изобретения является увеличение эффективности подавления феррорезонанса и уменьшение токовых воздействий на трансформатор напряжения. Эффект достигается кратковременным включением дополнительной нагрузки во вторичную обмотку трансформатора напряжения, причем моменты включения и отключения этой нагрузки выбираются в соответствии с мгновенными значениями напряжений на отключаемой ошиновке л остающимися в работе шинами подстанции Специальный выбор моментов включения и отключения нагрузок является новым и обеспечивает постепен ный разряд емкости схемы замещения цепи. Кроме того, предлагаются различные виды нагрузок и определены возможности и целесообразность их применения 2з.п.ф-лы.5ил. Н

сл

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является увеличение эффективности подавления феррорезонанса и уменьшение токовых воздействий на трансформатор напряжения. Эффект достигается кратковременным включением дополнительной нагрузки во вторичную обмотку трансформатора напряжения, причем моменты включения и отключения этой нагрузки выбираются в соответствии с мгновенными значениями напряжений на отключаемой ошиновке и остающимися в работе шинами подстанции. Специальный выбор моментов включения и отключения нагрузок является новым и обеспечивает постепенный разряд емкости схемы замещения цепи. Кроме того, предлагаются различные виды нагрузок и определены возможности и целесообразность их применения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для борьбы с ф-еррорезонансом электромагнитных трансформаторов напряжения систем шин 110-500 кВ, отключаемых выключателями с мощной емкостной шунтировкой контактов.

Цель изобретения - повышение эффективности подавления феррорезонанса и уменьшение токовых воздействий на трансформатор напряжения.

На фиг. 1-4 приведены вспомогательные схемы и кривые, поясняющие физическую сущность феррорезонанса; на фиг.5 - схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Рассмотрим физические процессы, протекающие в контуре фиг. 1 с нелинейной индуктивностью. Как известно, именно в такой схеме приводится рассматриваемое отключение системы шин с электромагнитным трансформатором напряжения. На фиг.1 приняты следующие обозначения: иист - напряжение на оставшихся в работе частях электроустановки; Се - суммарная емкость между контактами выключателей, отключивших рассматриваемую ошиновку; Сш емкость на землю отключенной ошиновки; L - нелинейная индуктивность трансформатора напряжения; R - активное сопротивление его обмотки. Схема по фиг.1 элементарным

о о

X

Ю О

преобразованием приводится к последовательному контуру RLC с нелинейной индуктивностью (фиг.2). В этом контуре

р

эквивалентная ЭДС e(t) --rV ист (t) .

La т

Она равна напряжению на отключенной системе шин, рассчитанному без учета трансформатора напряжения.

Во время ненасыщенногосостояния индуктивности ее ток очень мал и не влияет существенно на напряжение емкости, которое, следовательно, остается почти постоянным. На этой стадии потокосцепление индуктивности изменяется и в конце концов достигает порога насыщения - колена кривой намагничивания. После этого индуктивность скачком уменьшается до значения, соответствующего насыщенному состоянию магнитопровода, и в контуре начинается переходный процесс относительно высокой частоты, приводящий к быстрому изменению напряжения на емкости. Эти стадии названы соответственно низкочастотной и высокочастотной. Если они чередуются через 0.01 с, то в контуре имеет место феррорезонанс на основной частоте.

На фиг.З показана форма напряжения на емкости (пунктирная линия) и на индуктивности (сплошная линия) контура (фиг.2) в процессе установившихся феррорезонанс- ных колебаний на основной частоте. При построениях приближенно принято, что в течение низкочастотной стадии Uc является неизменным, а высокочастотная стадия происходит мгновенно. Напряжение на индуктивности UL соответствует реально наблюдаемому в экспериментах. Из описанного следует, что подавить феррорезонанс означает разрядить емкость С. Действительно, в нерезонансном режиме индуктивное сопротивление в схеме фиг.З много больше емкостного, поэтому напряжение на емкости должно быть близко к нулю.

Сущность предлагаемого способа состоит в управлении моментами включения и отключения нагрузки на вторичной обмотке трансформатора напряжения с целью постепенного снижения заряда емкости. При включении нагрузки начинается переходный процесс в схеме по фиг.4, где Lp - индуктивность рассеяния трансформатора напряжения; ZH - сопротивление нагрузки. Нелинейная индуктивность намагничивания не показана, так как включение нагрузки предполагается во время ненасыщенного ее состояния. В этом состоянии, занимающем подавляющую часть периода, ток намагничивания пренебрежимо мал и не оказывает заметного влияния на процесс.

Переходный процесс при включении нагрузки наминается с того, что напряжение на емкости изменяется, стремясь к вынужденному значению этого напряжения в данный момент. Из фиг.З следует, что напряжение на емкости уменьшается по абсолютной величине в том случае, если знак разности между ним и вынужденным напряжением в данный момент совпадает со знаком напряжения на емкости. Таким образом, обеспечивается снижение напряжения в первые моменты после включения на- 5 грузки (фиг.З, момент ц). Нужно только иметь в виду, что опорное напряжение

Uon JV

в sin (ry t + ) и есть ЭДС е

истт С на фиг.2 и 4, а разность между опорным

напряжением и напряжением UL на отключенной ошиновке (Uon-UO равно напряжению на емкости. Такое определение этого напряжения связано с тем, что емкость С является расчетной величиной, состоящей

из соединенных определенным образом емкостей, выключателей и ошиновки. Поэтому непосредственный контроль этого напряжения невозможен, а указанное условие включения нагрузки имеет вид: (iJon-UL-UBbiHXUon-Ui)

0. Вынужденное напряжение на емкости задано в соответствии со схемой на фиг.4, по которой оно легко вычисляется и для случая активно-индуктивной нагрузки равно

где иИстт. рист амплитуда и фазный угол напряжения фазы источника питания; ш- рабочая частота;

И Т;

w С в С Ш,

Lp - индуктивность рассеяния обмоток трансформатора напряжения;

2Н - комплексное сопротивление нагрузки, приведенное к стороне высокого на- пряжения трансформатора напряжения.

При этом для активно-индуктивной нагрузки ее аргумент

О агд (2н) |

Так как напряжение на емкости снижается хотя бы в первые моменты после включения нагрузки, то, если в один из этих моментов отключить ее. напряжение на емкости оказывается сниженным по сравнению с моментом включения нагрузки, т.е. условием отключения нагрузки должно быть уменьшение текущего значения величины IUCI lUon-Uil по сравнению со значением той же величины в момент включения нагрузки. Для реализации этого условия необходимо запомнить последнюю.

После определенного количества таких включений напряжение, на емкости может быть снижено в необходимой степени. Предлагаемый способ обеспечивает достижение поставленной цели независимо от параметров схемы (от них зависят только моменты времени включения и отключения нагрузок). Способ обеспечивает минимальные токовые нагрузки на трансформатор напряжения, поскольку импульсы тока при включении нагрузки определяются величиной заряда емкости и снижаются вместе с уменьшением последнего.

Возможно дополнительное увеличение эффективности выявления и подавления феррорезонанса в различных частных случаях, например, путем обеспечения колебательного характера разряда емкости в контуре по фиг.2. Ситуация в этих случаях соответствует моменту ti на фиг.З. Снижение напряжения в результате включения нагрузки будет наибольшим, если обеспечены условия колебательного разряда в контуре,

т.е. R 2 - , где R, L, С - параметры

последовательного контура. Применительно к резистору в качестве нагрузки это соотношение принимает вид RH 2

уз

1,

случае индуктивной нагрузки LH -CR .

4

где R - активное сопротивление высоковольтной обмотки трансформатора напряжения.

В обоих случаях отключение нагрузки производят при первом прохождении ее тока через нуль. Это целесообразно и с точки зрения работы соответствующих коммутаторов, и с точки зрения нагрузки на трансформатор напряжения, и с точки зрения эффективности снижения напряжения на емкости, так как момент нуля тока близок к экстремуму высокочастотной составляющей напряжения на емкости (фиг.З).

На фиг,5 приведена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа подавления феррорезонанса на одной фазе. Входы 1 и 2 представляют собой 5 источники напряжения, пропорционального напряжениям на отключенной ошиновке UL (вход 1) и ошиновке, оставшейся под рабочим напряжением (вход 2), это могут быть, например, вторичные обмотки трансформа10 торов напряжения, подключенных к соответствующим системам шин.

Блок 3 фиксации феррорезонанса может представлять собой, например, трехоб- моточный трансформатор, две обмотки

15 которого включены встречно и подсоединены к входам 1 и 2 соответственно, а к третьей обмотке подключена обмотка реле. Контакты реле мог/т быть включены в рассечку цепи управления исполнительного

20 блока. Возможны и другие варианты.

Блок 4 опорного напряжения представляет собой в простейшем случае делитель напряжения, коэффициент деления которого устанавливают заранее в соответствии с

25 отношением Св/Сш+Св (фиг. 1).

Блок 5 вынужденного напряжения может представлять собой схему на фиг,4, параметры которой устанавливают заранее при вводе устройства в работу соотвепд30 венно параметрам подстанции, на которой устанавливают устройство. В качеств ЭДС контура на фиг.4 должно быть включено опорное напряжение. Выходом блока является напряжение на емкости контура.

35Блоки 6 (Uon-Ut-ивын) и 7 (UorrUtj представляют собой суммирующие устройства, выполненные по любой из известных схем, например на операционных усилителях. Блок 8 (запоминающее устройство) Л О40 жет быть выполнен в виде емкости с постоянной времени саморазряда порядка десятых долей секунды. Блок 9 сравнения сравнивает абсолютные величины двух сигналов и содержит, например, два двухполу45 периодных выпрямителя и компаратор. Поступившие в блок сравнения входные сигналы выпрямляются и подаются на компаратор, который сравнивает их величины.

50 Блок 10 совпадения знаков может быть выполнен на двух схемах совпадения, одна из которых срабатывает в случае, если обе входных сигнала положительные, а другая - если оба сигнала отрицательные. Таким об55 разом определяется момент совпадения сигналов по знаку.

На выходах двух последних блоков могут быть включены, например, реле, при ера- бэтывании которых исполнительный блок включает или отключает нагрузку.

Исполнительный блок 11 может быть выполнен в виде контактора или тиристора, коммутирующего нагрузку. В случае использования тиристора его отключения происходят при переходе его тока через нуль. В этом случае всегда I Don-till в момент запирания тиристора меньше, чем в момент его открытия. Поэтому функции блоков 8 и 9 выполняются автоматически и эти блоки как самостоятельные элементы устройства могут быть исключены.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме, когда включены в работу оба трансформатора напряжения, напряжения на входах 1 и 2 равны и синфаз- ны При отключении ошиновки эти напряжения становятся различными, причем в случае феррорезонэнса напряжение на отключенной ошиновке превышает номинальное и находится в противофазе с ним. Соответственно настроенный блок 3 фиксации феррорезонанса срабатывает, подключая всю схему к источникам напряжения. Таким образом происходит фиксация феррорезонанса. После срабатывания блока фиксации подается напряжение на схему и блоки 4 и 5 формируют напряжения рабочей частоты -опорное Don и вынужденное Увын. Этйунапряжения, а также напряжение с входа 1 поступают в суммары 6 и 7, на выходах которых образуются напряжения (U0rrU - -ивым) и (UorrUO- При совпадении знаков этих двух сигналов блок 10 совпадения знаков срабатывает, включая нагрузку и реализуя условие включения нагрузки

(Uon-UL-UBbiH)(Uon-UL) 0

Исполнительный блок 11, включая нагрузку, подает в запоминающее устройство 8 команду на фиксацию величины (Del HUon-UU . В дальнейшем блок 9 сравнения, сопоставляя текущее значение этой величины с фиксированной, подает команду на отключение нагрузки при условии, что напряжение на емкости уменьшилось по сравнению с первоначальным. При этом запоминающее устройство возвращается в исходное положение. При включенной нагрузке (фиг.4) величина UorrUi. не совсем точно равна напряжению на емкости Именно UL в этом случае равно напряжению на нагрузке ZH, а величина UorrUi равна сумме напряжений на емкости С и индуктивности рассеяния . Однако в силу малости можно пренебречь напряжением на ней и считать, что. как и до включения нагрузки, величина UorrUt. равна напряжению на емкости С. После отключения нагрузки все по- вторяютсначала до тех пор, пока емкость не разрядится. Окончание процесса подавле

ния феррорезонанса может задаваться либо соответствующей настройкой блока фиксации, либо определенной выдержкой времени.

Формула изобретения

трансформатором напряжения от источника питания выключателями с шунтировкой его разрывов конденсаторами, согласно которому контролируют напряжение UL на каждой фазе отключенной ошиновки.

определяют возникновение феррорезонанса и при его фиксации по крайней мере на одной фазе отключенного участка ошиновки кратковременно включают дополнительную нагрузку в цепь вторичной обмотки трансформатора напряжения этой фазы и повторяют эти операции до исчезновения феррорезонанса, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности подавления феррорезонанса и уменьшения

токовых воздействий на трансформатор напряжения, на каждой фазе определяют

опорное напряжение Р

Don - Кистт -рг Sin (Ol t -I- уэист)

и вынужденное напряжение

-4

)ист

и

ИСГт

35

ZH+JO LP-J

sin -farg

J щ. IUMCTT

ZH + j (0 Lp - j ±

где UMCTT. yiici амплитуда и фазный угол напряжения фазы источника питания:

со рабочая частота,

J-

С СВ + Сш;

Св - суммарная емкость конденсаторов между разрывами выключателей, отделяю- щих эту фазу источника питания от отключаемой ошиновки;

Сш - емкость на землю фазы отключаемой ошиновки;

Lp - индуктивность рассеяния обмоток трансформатора напряжения;

ZH - комплексное сопротивление нагрузки, приведенное к стороне высокого напряжения трансформатора напряжения, указанное включение дополнительной активно-индуктивной нагрузки производят в

момент, когда (Uon-UL-UBbin)(Uon-UL) 0, запоминают величину l(Uon-UOI в момент включения нагрузки и отключают нагрузку, когда текущее значение этой величины становится меньше ее запомненного значения 2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности подавления феррорезонанса, в качестве дополнительной нагрузки используют резистор, величина сопротивления которого, приведенная к стороне высокого напряжения трансформатора напряжения, выбрана

в соответствии с выражением RH

CB

HFi Is-

У ист ш

U

Цс

фиаЗ

причем отключают нагрузку в момент первого прохождения ее тока через нуль.

R - активное сопротивление

1CR2,

где

высоковольтной обмотки трансформатора напряжения, причем отключают нагрузку в момент первого прохождения ее тока через нуль.

С Сш+Св

1Г

Фие2

J

tt

фиг Ц