Устройство ограничения внутренних перенапряжений и феррорезонансных процессов в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю Советский патент 1993 года по МПК H02H9/00 

Изобретение относится к высоковольтным электрическим сетям напряжением 6- 10 кВ с компенсированным режимом нейтрали. Компенсация емкостных однофазных токов замыкания на землю осуществляется индуктивными токами реакторов, находящихся в нейтралях высоковольтных обмоток силовых трансформаторов.

Цель изобретения - ограничение параметров внутренних перенапряжений и фер- рорезонансных процессов до безопасных величин для изоляции электрического оборудования на основе комплексной компенсации емкостных токов однофазных

замыканий на землю и емкостных зарядных токов на неповрежденных фазах.

Поставленная цель достигается тем, что устройство ограничения внутренних перенапряжений и феррорезонэнсных процессов в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю содержит силовой трансформатор, высоковольтная обмотка которого соединена в звезду с изолирован ной нейтралью и подключена к питающей секции через первый включенный высоковольтный трехфазный коммутационный аппарат, а низковольтная обмотка соединена по схеме треугольника; дугогасящую катушку, подсоединенную высоковольтным вывооо ы о

х|

2

со

дом через первый замкнутый однофазный разъединитель к нейтрали высоковольтной обмотки силового трансформатора, а нулевым выводом соединенную через первичную обмотку трансформатора тока с землей; дугогасящий агрегат, высоковольтная обмотка которого соединена в звезду с нейтралью, глухозаземленной через первичную обмотку трансформатора тока, и подключена к питающей секции через замкнутый трехфазный разъединитель, а низковольтная обмотка соединена в разомкнутый треугольник, к выводам которой подсоединен через второй замкнутый двухпозиционный разъединитель высоковольтный реактор, причем один из выводов низковольтной обмотки заземлен; трехфазный низковольтный реактор, соединенный по схеме треугольника и подсоединенный к линейным выводам низковольтной обмотки силового трансформатора через второй отключенный низковольтный трехфазный коммутационный аппарат; цепь управления, состоящую из вторичной цепи первого трансформатора тока в нулевом выводе ду- гогасящей катушки, которая подсоединена к входным цепям блока включения непосредственно; цепь управления, состоящую из вторичной цепи второго трансформатора тока в глухозаземленной нейтрали высоковольтной и реле напряжения с вторичной цепью между выводами разомкнутого треугольника низковольтной обмоток дугогасящего трансформатора, причем вторичные цепи подсоединены непосредственно к выводу блока релейной защиты, к выводам которого подсоединены последовательно реле времени и блок включения низковольтного трехфазного коммутационного, аппарата.

По сравнению с прототипом существенными отличительными признаками являются; ограничение параметров внутренних перенапряжений иферрорезонансных процессов до безопасных величин для изоляции электротехнического оборудования на основе комплексной компенсации емкостных токов однофазных замыканий на землю и емкостных зарядных токов на неповрежденных фазах; комплексное взаимодействие между устройствами релейной защиты и автоматики с обеспечением селективности их работы в функциональной зависимости от аварийных режимов в сетях; использование результирующего тока аварийного и переходных процессов т в нейтрали высоковольтных обмоток и напряжений нулевой последовательности 3U0 в разомкнутом треугольнике вторичной обмотки дугогасящего трансформатора соответственно с воздействием тока управления 1Н на блок релейных защит, который в свою очередь воздействует на последовательно соединенные реле времени и блок

включения второго низковольтного трехфазного коммутационного аппарата; использование остаточных емкостного тока недокомпенсации или индуктивного тока перекомпенсации в сумме с активной со0 ставляющей тока замыкания на землю IOCT. в нулевом выводе дугогасящей катушки с воздействием на блок включения второго низковольтного трехфазного коммутацио- ного аппарата непосредственно; примене5 ние трехфазного низковольтного реактора, соединенного по схеме треугольника и подсоединенного к линейным выводам низковольтной обмотки силового трансформатора через второй отключенный низковольтный.

0 трехфазный коммутационный аппарат.

Фиксация возникновения и ограничения до безопасных величин внутренних перенапряжений и феррорезонансных процессов в сетях с компенсацией емкост5 ных токов замыкания на землю; комплексная компенсация малых и больших по величине емкостных однофазных токов замыкания на землю, исключающая повреж- дземость.изоляции.электрооборудования от

0 электрических и тепловых ..воздействий go- ответственно; эффективное снижение вероятности возникновения двухфазных коротких замыканий, приводящих к аварийным отключениям потребителей злектриче5 ской энергии.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства.

Силовой трансформатор 1 подключен высоковольтной трехфазной обмоткой 2 че0 рез первый коммутационный аппарат 3 к питающей секции 4. К нейтрали ,5 высоковольтной обмотки подсоединена через первый разъединитель 6 дуго,гасящая катушка 7, нулевой вывод которой заземлен.через

5 первичную обмотку первого трансформато- . ра тока 8.

К низковольтной обмотке 9 силового трансформатора подключен через второй низковольтный трехфазный коммутацион0 ный аппарат 10 трехфазный низковольтный реактор 11.

Дугогасящий агрегат 12 подсоединен к питающей секции высоковольтной трехфазной обмоткой 13 через трехфазный разъеди5 нитель 14. Нейтраль 15 высоковольтной обмотки глухо заземлена через первичную обмотку второго трансформатора тока 16. К низковольтной обмотке 17 дугогасящего реактора подсоединены через второй однофазный разъединитель 18 низковольтный

реактор 19 и непосредственно реле напряжения 20.

Вторичные цепи второго трансформатора тока в нейтрали высоковольтной и реле напряжения в разомкнутом треугольнике низковольтной обмотке дугогасящеср реактора подсоединены непосредственной вводу блока релейной защиты 21, к выводам которого подсоединены последовательно реле времени 22 и блок включения 23, второго низковольтного трехфазного коммутационного аппарата, причем вторичная цепь первого трансформатора тока 8 в нулевом глухозаземленном выводе дугогасящей катушки подсоединена к входным цепям блока включения 23 непосредственно.

При возникновении однофазных токов замыкания на землю, особенно малых величин порядка до 5 А, в кабельных сетях с изолированной нейтралью 5 перенапряжения при перемежающихся дугах достигают величин не менее: на поврежденной фазе - 1,7 , на неповрежденных фазах -3,1 1)ф и на нейтрали 5 высоковольтных обмоток 2 силового трансформатора 1-2,5 Уф.

Величины указанных перенапряжений практически сохраняются и при наличии компенсации емкостных токов замыкания на землю с помощью дугогасящей катушки 7, подсоединяемой в нейтраль 5 высоковольтной обмотки 2 силового трансформатора 1 с помощью первого разъединителя 6, когда силовой трансформатор 1 подключен с помощью первого коммутационного аппарата 3 к питающей сети 4.

Указанные перенапряжения являются причиной дальнейшего развития аварийного режима с возникновением феррорезонан- сного процесса по причине перенасыщения магнитных систем трансформаторов напряжения типа ЗНОМ и НТМИ и др. с.тепловым повреждением высоковольтных обмоток увеличенными токами, возникающими по причине резкого снижения их индуктивного сопротивления.

Аналогичные феррорезонансные процессы возникают и при неполнофазных режимах в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, появляющихся при обрыве фаз в результате ее перегорания от воздействия больших величин токов однофазных замыканий на землю порядка (20-30)А и более, т.е. превышающих минимально регламентируемые величины директивными материалами. Причиной возникновения повышенных напряжений в данном случае, .предшествующих ферроре- зонансам, являются и резонансные перенапряжения, возникающие в результате соизмеримости емкостей оставшихся под

напряжением неповрежденннх фаз м фазных индуктийиостей обмоток силовых трансформаторов.

Возникновению феррорезонансных 5 процессов при неполнофазных режимах способствует и наличие емкостных зарядных токоа на неповрежденных фазах и участках поврежденных фаз, оставшихся под напряжением со стороны питающего транс10 форматора.

В предлагаемом защитном устройстве при возникновении однофазных замыканий на землю, благодаря наличию остаточного тока компенсации - IOCT, протекающего по

5 обмотке дугогасящей катушки 7 и первичной обмотке первого трансформатора тока 8, во вторичных цепях последнего возникает токовый сигнал, обеспечивающий прак- тически мгновенно срабатывание блока

0 включения 23 и включение второго низковольтного трехфазного коммутационного аппарата 10. обеспечивающего в свою очередь подключение трехфазного низковольтного реактора 11 к выводам низковольтной

5 обмотки 9 силового трансформатора 1.

В случае возникновения режима резонансной настройки дугогасящей катушки 7, а следовательно, недостаточной величины тока IOCT для срабатывания блока включения

0 23 последний срабатывает благодаря сигналу тока н, полученному от вторичных цепей второго трансформатора тока 16, находящегося в глухозаземленной нейтрали 15 высоковольтной обмотки 13 дугогасящего

5 аппарата 12, подсоединенного к питающей секции 4 через включенный трехфазный разъединитель 14.

Благодаря указанному токовому сигналу 1Т срабатывают последовательно соеди0 ненные блок релейной защиты 21, реле времени 22 и соответственно вышеуказанный блок включения 23, обеспечивающий подключение трехфазного низковольтного реактора 11с помощью второго коммутаци5 онного аппарата,10 к низковольтной обмотке 9 с некоторой задержкой по времени, исключающей срабатывание второго коммутационного аппарата 10 при кратковременных и самоустраняющихся однофазных

0 замыканиях, так называемых клевков при малых токах замыкания на землю.

Таким образом, благодаря комплексному взаимодействию между названными элементами защитного устройства в их

5 функциональной взаимосвязи от остаточного тока замыкания на землю ост. и результирующего тока аварийного и переходных процессов 1н исключаются возникновения феррорезонансных и резонансных явлений

с опасными для изоляции электрооборудов.ания параметрами перенапряжений и токов, т.е. исключается развитие аварийного режима в цепочечно-каскадной последовательности при эффективно ограниченных по величине перенапряжений перемежающихся дуг однофазных замыканий на землю.

Важно еще отметить и то, что в реальных условиях эксплуатации кабельных электрических сетей промышленных предприятий в результате появления местных дефектов в кабельных воронках или соединительных муфтах при однофазных токах замыкания на землю возникают неполнофаз- ные режимы в связи с перегоранием фаз на питаемых фидерах, а следовательно, и на питающих секциях, которые могут привести к колебательным процессам с повышенными напряжениями, воздействующими на всю сеть при соответствующих пониженных или повышенных частотах по сравнению с промышленной частотой. Длительность воздействия повышенных напряжений при наличии местйых дефектов изоляции и кумулятивного эффекта приводит к возникновениям коротких замыканий с последующим отключением поврежденного участка коммутационным аппаратом и появлением нежелательных коммутационных процессов.

Более того, колебательные процессы могут сохраняться на питающих секциях даже после успешного отключения повреж- денного участка сети, которые приводят к необходимости хотя и кратковременного, но незамедлительного и полного обесточи- вания питающей секции с последующим ее включением, что существенно усложняет обеспечение требуемой селективности работы существующей типовой релейной защиты при сложных комбинациях аварийных режимов и переходных процессов, воздействующих одновременно.

В предлагаемом защитном устройстве при однофазных замыканиях на землю с возникновением неполнофазных режимов появляется напряжение - 3Uo, срабатывает реле напряжения 20, подсоединенное непосредственно между выводами низковольтной обмотки 17 дугогасящего агрегата 12 параллельно низковольтному реактору 19 с включенным вторым однофазным разъединителем 18 в его цепи. Ток управления н, возникший в цепи управления после срабатывания реле напряжения 20, приводит к срабатыванию последовательно соединенных блока релейной защиты 21, реле времени 22 и блока включения 23 второго коммутационного аппарата 10. + .

Компенсация емкостных зарядных токов при несимметричных и неполнофазных

режимах с помощью низковольтного реактора 11 снижает параметры перенапряжения до безопасных величин для нормальной изоляции электрооборудования. Что касается ослабленной изоляции, то более глубокое ограничение перенапряжений осуществляется комбинированным режимом состояния индуктивной нагрузки, осуществляемой низковольтным реактором 19 между выводами низковольтной обмотки 17 дугогасящего агрегата 12 в зависимости от частоты воздействующих внутренних перенапряжений в герцах.

При воздействии внутренних перенапряжений с частотой ниже промышленной снижается величина индуктивного сопротивления - XL низковольтного реактора 19. что автоматически обеспечивает повышение эффективности закорачивания выводов разомкнутого треугольника низковольтной обмотки 17, т.е. снижения напряжения нулевой последовательности- 3U0, а реле напряжения 20 выполняет в данном режиме резервирующее действие на

случай последующих возможных возникновений переходных процессов с возросшими частотами.

При воздействии внутренних перенапряжений с частотами, превышающими промышленную частоту, эффективность ограничения напряжения нулевой последовательности с помощью низковольтного реактора 19 снижается,, но возрастает эффективность срабатывания реле напряжения 20 с вытекающими отсюда положительными техническими факторами, которые указаны ранее.

Более того, при отключениях все-таки возникающих коротких замыканий фидерными и во многих случаях однофазными коммутационными аппаратами весьма эффективно снижаются фазные коммутационные перенапряжения и токи благодаря шунтирующему действию высоковольтной

трехфазной обмотки 13 дугогасящего агрегата 12, подсоединенной линейными выводами к фазам питающей секции 4 с помощью разъединителя 14, а нейтралью - непосредственно к земле, чем исключается

возможность возникновения колебательных процессов на питающей секции после отключения поврежденного участка сети, являющегося источником колебательных процессов всей сети.

5 Комбинированные функциональные взаимодействия междулрехфазным низковольтным реактором 11 силового трансформатора 1 и высоковольтной трехфазной обмотки 13 дугогасящего агрегата 12 на основе функционирования предложенных цепей управления защитного устройства исключает появление опасных величин перенапряжений, возникающих. при перегорании замкнувшейся на землю фазы с сохранением перемежающейся дуги на ней со стороны источника питания с одной стороны, а следовательно, и смещений нейтрали сети со свойственными им увеличениями не только фазных, но и линейных напряжений до опасных величин; вплоть до явлений опрокидывания фаз, с другой стороны.....,; Г .

Таким образом, комплексное и функциональное взаимодействие элементов предложенного. защитного устройства по реализации технических оозможностей ограничения внутренних перенапряжений и феррорезонансных процессов в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю, функциональные воздействия токов IOCT-, IT., In. на работу релейной защиты и автоматики всей электрической сети обеспечивают результирующий и весьма существенный экономический эффект.

В связи с подробно изложенным и тех- нически обоснованным описанием на основании поясняющей схемы приведенных источников информации видно, что предложенное устройство для защиты изоляции электрооборудования на секциях 6-10 кВ представляет собой техническое решение новых задач, осуществленное неизвестными ранее сочетаниями средств и путями.

Формула изобретения отображает техническое решение указанного перечня но- вых задач, которые в прототипе и аналоге являются недостатками, Более того, в признаках отличительной части формулы выражена совершенно новая, по сравнению с прототипом, причинно-следственная связь.

Формула изобретения

Устройство ограничения внутренЯих.пе- ренэпряжений.и феррорезонансных процессоа в сетях с компенсацией емкостных токов замыкания на землю, содержащее силовой трансформатор, высоковольтная обмотка которого соединена в звезду с изолированной нейтралью и подключена к питающей секции через первый трехфазный коммутационный аппарат, а низковольтная обмотка соединена по схеме треугольника, дугогасящую катушку, включенную между нейтралью высоковольтной обмотки силового трансформатора и землей через первый однофазный разъединитель, отличающееся тем, что, с целью ограничения внутренних перенапряжений и феррорезонансных процессов до безопасных для изоляции величин, оно дополнительно снабжено трехфазными реакторами, соединенными по схеме треугольника и подключенными к выводам низковольтной обмотки силового трансформатора через второй трехфазный коммутационный аппарат, ду- гогасящим агрегатом, высоковольтная обмотка которого соединена в звезду с глух-озаземленной нейтралью и подключена к сети через трехфазный разъединитель, низковольтная обмотка соединена в разомкнутый треугольник с подключенными к его выводам через второй однофазный разъединитель реактором со ступенчатой регулировкой, двумя трансформаторами тока, первый из которых включен в цепь заземления дугогасящей катушки, второй - в нейтраль высоковольтной обмотки дугогасящего агрегата, при этом вторичные цепи второго трансформатора тока и реле напряжения, включенного к разомкнутому треугольнику обмотки дугогасящего агрегата, подключены к первому входу блока релейной защиты, выход которого через реле времени подключен к блоку включения второго трехфазного коммутационного аппарата, а вторичная цепь первого трансформатора тока подключена к второму входу блока включения. ,

Использование: техника высоких напряжений. Сущность изобретения: в случае возникновения режима резонансной настройки дугогасящей катушки, а следовательно, недостаточной величины тока для срабатывания блока включения последний срабатывает благодаря токовому сигналу, полученному от вторичных цепьй трансформатора тока, находящегося в глухозазем- ленной нейтрали высоковольтной обмотки дугогасящего аппарата, подсоединенного к питающей секции через включенный трехфазный разъединитель. Благодаря указанному токовому сигналу срабатывают последовательно соединенные блок релейной защиты, реле времени и блок включения, обеспечивающий подключение трехфазного низковольтного реактора низковольтной обмотке с некоторой задержкой по времени, исключающей срабатывание коммутационного аппарата при кратковременных и самоустраняющихся однофазных замыканиях. 1 ил. у Ј