Устройство для ограничения резонансных и феррорезонансных процессов Советский патент 1992 года по МПК H02H9/04 

Изобретение относится к области высоковольтных электрических сетей, точнее к защита трансформаторов напряжения электромагнитного типа, подсоединенных непосредственно к фазам транзитной линии электропередачи 110-750 кВ со стороны потребип- ля электрической знергчм до с; о ли- мейиых j,.i i- .лючателей.

Изпестно распредели iельн . устройство, оборачивающее пг;д -.гочем-. о активной нагрузки мзжду каждой фа зол основной г.торичнсй обмотки трансформаторе напряжения и нулевым с целью ограничения .ч;:.репапряжемн й, воздействующих на изоляцию грм аварийном отключении всех присоединений от системы шин с помощью оозду - ных выключателей. Устройство н: обеспечивает эффективного ограничения перенамр$,:хо;-1ий при полном обесточь :пи системы шин и не реагирует непосредственно на токи феррорезононс- ного процесса с целью его ограничения до безопасных для изоляции г;о.г;:г-п н. Комму- . тэционный аппарат подключает зктизную нагрузку автоматически с помощью блока управления от релейных защит, отключающих систему шин, независимо от наличия перенапряжений, что п свою очередь может усложнить успешное срабатывание- уст-, роЯотв релейной защиты по подключению системы шин под напряжение, т.е.- АПВ шин.

Наиболее близким по технической суш/ нести и достигаемому аффекту к предлагаемому решению является устройство для заземления нейтрали трансформатора, подключающее активную нагрузку .в разомкнутый треугольник дополнительной вторичной обмотки через выпрямительный блек, состоящий из управляемых вентилей, эффективнее срабатывание которых обеспечивается с помощью подач; на их управляющие электроды напряжения управления от источника управляющего сшнзла. связанного с токами в фазах системы шин и нейтрали высоковольтной о5.мотк.и трансформатора напряжения с одной стороны и Нсзпрях-рннямч на фаззх осноемей вторичной обг:от;;и с другой.

Недостатком устройства ЯБ.ГГЭТСЯ отсутствие необходимой зффечт: гносп | комплексного сграниченик рззеизнснмх перенапр- ленг.й, а также перенапряжений и токов й-РР0Гсзонзнсного процесса.

Надежное функционирование устройства усложнено необходимостью обегпс1:- управляющего сигнала от устройств релейной защиты, функционирующих не только при феррорезонзнс- ных промессах, но и при всех других аварийных режимах.

Воздействия электростатических полей со глороны линий алектрог-еродач п систгм LiiHH нлпряжемнч 330-750 кВ г;ри- содят к ложному срГ-Озп.ии пню управляемых ПОПтлСЙ И МОГ.-Т S i;l ,ibC4 РОИЧИНОО

несел | .ти(ной рг.Тюты устройств релейной защиты.

Ц :пь;о изобретения лпляется своспре- t CiiHou ограничение до Оезопасных сзе.чич: н пг.рсьплряжений и фяррорезонанс .-гх ri ;-::i;occou, возникающих при соизмеримости по; чмотров емкостей фаз линии зликт- ро-теред чи, отключиииюйся линейными выключателями от систег ы шин потреОите0 лк электрической энергии и находящейся в холостом режиме при включенных линейных выключателях со стороны системы шин источника питания, и индуктисностей высо- когольтных оОмоток электромагнитных

5 трлнсформэторпв напряжения, подсоединенных непосредственно к фазам линии электропередачи до линейных выключателей потребительской системы шин, т.е. исключение повреждаемости трансформатора

0 напряжения при протекании емкостных то- коз холостой лини/, через индуктивности их высоковольтных обмоток с заземленной нейтралью.

Но сравнению с известным устройством

5 существенными отличительными признаками являются: использование управляемых вентилей со встречно-параллельным соединением их в Каждой фазе для подключения сопротивлений к выводам основной вторич0 ной обмотки трансформатора напряжения, причем управляющие электроды каждой пари получают сигнал после замыкания цепи между ними через сопротивления- с по- мощмо блока включения после ожлючения

5 линейных выключателей со стороны потребительской системы шин, а наличие рези- .стора между катодом и управляющим электродом каждого управляемого вентиля исключает его срабатывание при электро0 статических наводках; наличие сопротивления в нулевом проводе основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, являющегося одновременно нагрузочным сопротивлением в разомкнутом треугольнике

5 его вторичной обмотки при включении между се сысодоми коммутационного аппарата, соединенного последовательно с указанным сопротивлением; применение трансформатора тока в нулевом проводе

0 основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, используемого в качестве низковольтного датчика наличия тока фер- рорезонансного процесса для последовательно соединенных блока защиты и блока

5 управления, обеспечивающих включение коммутационного аппарата между выво-- дгн.-.и треугольника его дополнительной оюричной обмотки; функциональные взаи- модлйстп .я мэ;:. ду вторичными целями уст- р о и ; т е р е л е и н о и :. а щ и т ы и а в т о м а т и к и

линейных выключателей и элементами защитного устройства, подключенного к вторичным обмоткам трансформатора напряжения.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства.

Система шин 1 источника электрической энергии и система шин 2 ее потребителя соединены высоковольтной линией 3 электропередачи с помощью выключателей 4 и 5 соответственно.хНелосредственно к фазам линии 3 электропередачи перед выключателями 5 подсоединена высоковольтная обмотка 6 электромагнитного трансформатора напряжения с глухозз- земленной нейтралью 7. К фазным выводам основной вторичной обмотки 8 трансформатора напряжения через встречно-параллельные управляемые вентили 9 подключены активные сопротивления 10 по схеме звезды с выведенным нейтральным проводом 11, который через активное сопротивление 12 и первичную обмотку транс- форматора 13 тока соединен через нулевой провод 14 с нейтралью 15 обмоток 8 основной вторичной обмотки. Между управляющими электродами 16 соответствующей фазной пары управляемых вентилей 9 подсоединены активные сопротивления 17 через нормально разомкнутые контакты блока 18 включения, соединенного электрической цепью 19 с устройствами релейной защиты выключателя 5. Между управляющими электродами 16 и катодами 20 каждого управляемого вентиля 9 подсоединены наглухо активные сопротивления 21. К вторичным цепям трансформатора 13 тока подсоединены последовательно низковольтные блоки защиты 22 и управления 23, обеспечивающие по электрической цепи 24 работу коммутационного аппарата 25, соединенного последовательно с активным сопротивлением 12 между выводами разомкнуто- .го треугольника дополнительной оторичной обмотки 26 трансформатора напряжения. Результирующую величину фактических емкостей фаз линии 3 электропередачи, возникающих при ее холостом режиме, обозначим условно конденсаторами 27 и изобразим их пунктирными линиями в виде звезды с глухо- заземленной нейтралью 28.

После отключения линии 3 электропередачи выключателем 5 со стороны потребительской системы шин 2 при включенном выключателе 4 системы шин 1 со стороны источника электрической энергии возможно возникновение резонансного процесса в результате соизмеримости емкостей 27 между линейными фазами, оставшимися

под напряжением, и землей 28 с индук- тивностями высоковольтных обмоток б трансформатора напряжения, подсоединенных к фазам перед отключившимся

выключателем 5 и имеющих глухозазем- ленную нейтраль 7. т.е. результирующее емкостное сопротивление Хс каждой фазы окажется приблизительно равным индуктивному сопротивлению XL этой же

0 фазы(Хс Хи).

Более того, подпитка реактивной мощностью холостой линии 3 электропередачи приводит к превышению напряжения на ее холостом конце максимально допустимой

5 величины номинального напряжения, а это в свою очередь является дополнительным фактором роста величины резонансных перенапряжений, воздействующих на выводы высоковольтных обмоток 6 трансформатора

0 напряжения.

Указанные резонансные перенапряжения являются причиной повреждаемости витковой или межслоевой изоляции обмоток измерительных трансформаторов тока и

5 напряжения, а также катушечной изоляции , автотрансформаторов.

Это физическое явление особенно опасно для изоляции электротехнического оборудования, подключенного к системе шин 1

0 источника электрической энергии при резонансных перенапряжениях, сопровождающихся колебательными процессами, при которых дополнительно повреждаются магнитно-вентильные разрядники с улучшен5 ными защитными характеристиками, т.е. сниженными величинами пробивных напряжений искровых промежутков.

Однако резонансные перенапряжения, воздействующие на высоковольтные обмот0 ки 6 трансформатора напряжения, являются причиной перенасыщения его магнитной системы с существенным снижением индуктивного сопротивления указанных обмоток 6, что приводит к резкому увеличению в них

5 токов феррорезонансного процесса, тепловые воздействия которых в комплексе с резонансными и ферро.резонансными перенапряжениями повреждают трансформатор напряжения, который фактически, до

0 его повреждения, является ограничителем перенапряжений, что практически недопустимо.

В действительности, благодаря защитному устройству при возникновении мгно5 венных и опасныхпо величине резонансных перенапряжений на стороне высоковольтных обмоток 6 трансформатора напряжения соответствующие повышенные напряжения на основной вторичной обмотке 8 низкого напряжения приводят к мгновенному срабать паии о управляемых оентилейЭ, бсзто- t.a управления и подключения активных сопротивлений 10 в фазах и активного сопротивления 12 в нулевом проводе-14, чем обеспечивается ограничение перенапряжений, а следовательно, и степени перенасыщения мзгнитопрооода трансформатора напряжения, что приводит к ограничению по величине тока в его высо- ко.вольтных обмотках 6.

Одновременно, с весьма незначительным временем запэздыванияхподается импульс со стороны отключившегося линейного выключателя 5 по электрической цепи 19, с:.люч ;о:дий нормально разомкнутые контакты блока 18 включения, и подсоединяет активные сопротивления 17 между управляющими электродами 15 соответствующей фазной пары управляемых вентилей 9, а следовательно, активные сопротивления 10 и 12 не только более эффективно ограничивают, но и снижают уровень насыщения магнитопровода трансформатора напряжения, эффективно шунтируя его ток намагничивания 1м.-чем и обеспечивается снижение не только резонансных перенапряжений, но и опасных напряжений и токов феррорезонансного процесса.

В связи с посювленной задачей обеспечения защитным устройством возможности относительно длительного нахождения линии 3 электропередачи в холостом режиме без повреждения высоковольтных обмоток 6 трансформатора напряжения на ее холостом конце, при наличии даже незначительного тока в нулевом проводе 14 основной вторичной обмотки 8 низкого напряжения, а следовательно, и высоковольтной обмотке 6 трансформатора напряжения, срабатывают подсоединенные к вторичным цепям транформатора 13 тока последовательно соединенные блоки защиты 22 и управления 23, подающие сигнал по электрической цепи 24 на включение коммутзционного аппарата 25. Включение указанного аппарата 25 обеспечивает подключение к выводам дополнительной вторичной обмотки 26 низкого напряжения активного сопротивления 12. которое, замкнув рэнее разомкнутый треугольник указанной обмотки 26. обеспечивает дополнительное размагничивание магнитопроводэ трансформатора напряжения.

При включении линейных оыключате- лей 5 и постановке линии 3 электропередачи под напряжение и нагрузку защитное устройство автоматически выходит из работы и совершенно но мошзот работе существующей релейной защипы и автоматики.

Таким образом, защитное устройство весьма эффективно и до безопасных величин ограничивает резонансные и ферроре- эонансные процессы в течение

неогрэниченкодлительного времени, т.е. до аннулирования холостого режима линии электропередачи.

Фиксация и ограничение резонансных и феррорезонансных процессов осуществ0 ляегся низковольтными элементами устройства, подсоединенными к выводам основной и дополнительной вторичных низковольтных обмоток трансформатора напряжения.

5 Подача указанных сигналов управления на управляющие электроды управляемых вентилей осуществляется только после отключения линейного выключателя со стороны потребительной системы шин и не

0 зависит от действующих устройств релейной защиты и автоматики высоковольтных сетей, чем сохраняется надежность их работы.

В защитном устройстве полностью иск5 лючается возможность ложного срабатывания его элементов при любых величинах электростатических наводок со стороны линии электропередачи и систем шин высоких напряжений.

0 Наличие функционального взаимодействия между вторичными цепями релейной защиты и автоматики выключателей и низковольтными элементами защитного устройства обеспечивает своевременное и

5 надежное ограничение не только резонансных и феррорезонаисных процессов, а также переходных и колебательных явлений.

Принцип работы защитного устройства исключает необходимость многих расчетов,

0 установок при определении селективности работы релейных защит и автоматики высоковольтных сетей при холостых режимах линий электропередач, так как устройство функционирует только после отключения

5 линии со стороны потребительской системы шин.

Функциональные взаимодействия между элементами защитного устройства обеспечиваются одновременной нагрузкой

0 обеих низковольтных обмоток трансформатора напряжения благодаря наличию электрических связей между ними с помощью низковольтных блоков защиты, упрапления и включения.

5 Защитное устройство во вторичных цепях основной и дополнительной вторичных обмоток низкого напряжения эффективно стабилизирует регламентируемое насыщение магнитопроводз трансформатора напряжения о режиме, исключающем

возникновение опасных для него по величине параметров перенапряжений и токов резонансного, феррорезонансного, переходного и колебательного процессов, а следовательно, исключает повреждаемость не только самого трансформатора напряжения, но и вышеуказанного электротехнического оборудования на системах шин источника электрической энергии. Снижение перенапряжения на линиях электропередачи при их холостых режимах исключает перекрытия искровых промежутков, установленных на изоляторах грозозащит- ных тросов, чем обеспечивается работа релейных защит, основанных на микроэлектронной технике, и нормальное функционирование высокочастотных каналов связи.

Минимальный экономический эффект применительно к энергосистемам средних мощностей с относительно протяженными радиальными линиями составляет порядка 120 - 150 тыс. руб. в год на 1 млн; кВт установленной мощности.

Благодаря предложенному защитному устройству практически полностью обеспечивается безаварийная работа силового, измерительного и защитного элект- рооборудования, релейной защиты, автоматики и телемеханики, микропроцессорной техники и микроЭВМ при аварийных режимах в высоковольтных сетях, что дает дополнительный экономический эффект порядка 250-300 руб. в год в каждой энергосистеме.

Формула изобретения Устройство для ограничения резонансных и феррорезонэнсных процессов, содержащее электромагнитный трансформатор напряжения, подключенный к концу высоковольтной линии электропередачи, оснащенной выключателями по концам, у

которого обмотка высокого напряжения соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, основная вторичная обмотка

низкого напряжения соединена в звезду с

выведенной нейтралью, а дополнительная вторичная обмотка соединена по схеме разомкнутого треугольника, трехфазную балластную нагрузку, подключенную к основной вторичной обмотке, однофазную

балластную нагрузку, подключенную к до- , полнительной вторичной обмотке, отличающееся тем, что. с целью повышения эффективности ограничения резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов, оно дополнительно снабжено тремя парами управляемых вентилей с встречно- параллельным соединением каждой пары, подсоединенными между фазными выводами основной вторичной обмотки и трехфазной балластной нагрузкой, шестью дополнительными резисторами между уп- равляющими электродами каждой пары управляемых вентилей, подключенными через дополнительно введенный блок включения.

соединенный электрической связью с ли- нейным выключателем данного конца линии, седьмым, восьмым и девятым дополнительными резисторами, включенными между управляющим электродом и катодом каждого управляемого вентиля, дополнительным трансформатором тока в нулевом проводе основной вторичной об- , мотки низкого напряжения, дополнительными блоком защиты и блоком управления,

соединенными последовательно между собой, подключенными к вторичным цепям трансформатора тока и соединенными электрической цепью с введенным коммутационным аппаратом, причем этот аппарат и

однофазная балластная нагрузка соединены последовательно и включены между выводами дополнительной обмотки трансформатора напряжения.

Изобретение относится к высоковольтным электрическим сетям, в частности к защите трансформаторов напряжения электромагнитного типа, подсоединенных непосредственно к фазам транзитной линии электропередачи 110-750 кВ со стороны потребителя электрической энергии до его ли- .нейных выключателей. Цель - повышение эффективности резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов. Устройство ограничения резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов содержит электромагнитный трансформатор напряжения, у которого обмотка высокого напряжения соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, основная вторичная обмотка низкого напряжения соединена в звезду с выведенным нулевым проводом, а дополнительная вторичная обмотка низкого напряжения соединена по схеме разомкнутого треугольника, трехфазную балластную резисторную нагрузку, подключенную к основной вторичной обмотке, однофазную балластную резисторную нагрузку, подключенную к дополнительной вторичной обмотке, высоковольтную линию электропередачи, соединяющую системы шин источника и потребителя электрической энергии с помощью линейных выключателей. Новым у защитного устройства являются управляемые вентили с встречно- параллельным соединением каждой их пары, подсоединенной между фазными выводами основной вторичной обмотки и трехфазной балластной резисторной нагрузкой, резисторы между управляющими электродами каждой фазной пары управляемых вентилей, подключаемые через низковольтный блок включения, соединенный электрической цепью с линейным выключателем, резисторы, подсоединенные наглухо между управляемым электродом и катодом каждого управляемого вентиля, резистор и трансформатор тока в нулевом проводе основной вторичной обмотки низкого напряжения, блок защиты и блок управления. подсоединенные последовательно к вторичным цепям трансформатора тока и соединенные электрической цепью с коммутационным аппаратом, причем коммутационный аппарат и резистор нулевого провода основной вторичной обмэтки соединены последовательно между выводами дополнительной вторичной обмотки. 1 ил. Ё VI О 4 ГчЭ N)