Способ защиты конденсаторной батареи с внешними предохранителями Советский патент 1982 года по МПК H02H7/16 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релейной защиты конденсаторной батареи Конденсаторные батареи используют ся как источник реактивной мощности, а в последнее время устанавливаются в составе фильтров, предназначенных для подавления высших гармоник напря жения. Фильтр высшей гармоники состо ит из последовательно соединенных конденсаторной батареи и фильтрового реактора и включается на фазное напряжение. Конденсаторная батарея подразделяется на последовательные ряды, в каждом из которых параллельно соединены единичные конденсаторы. Конденсаторы защищаются внешними индивидуальными предохранителями, имеющими механический указатель срабатывания. Наиболее характерным повреждением конденсаторной батареи является tipoбой конденсатора, сопровождаю1цийся коротким замыканием ряда (к.з.). Эта стадия повреждения характеризуется наибольшим изменением параметров ряда конденсаторной батареи и фильтра в целом. Однако, длительность к.з. ряда невелика и определяется временем сгорания индивидуального предохранителя поврежденного конденсатора, которое составля.ет несколько секунд. После отключения предохранителя поврежденный конденсатор выделяется из ряда и устанавливается новый режим, параметры которого отличаются от параметров исходного режима в здметной степени только для ряда с аварийно отключенным конденсатором: для конденсаторной батареи и фильтра в целом отличие этих двух режимов весьма незначительно. Поскольку отключение предохранителя происходит вблизи перехода сопровождающего тока , через нуль, наряду с поврежденным конденсатором возникает апериодическая составляющая напряжения, мак-. 3 симальная величина которой равна амплитудному значению напряжения эт го ряда в послеаварийном режиме. Оч видно также, что на остальных рядах батареи возникает апериодическая составляющая такой же величины, но с противоположным знаком (по отноше нию к потенциалу земли) П 1Известные способы и основанные на них устройства, предназначенные Для защиты конденсаторных батарей, входящих в состав фильтров высших гармоник или установленных отдельно можно классифицировать, по крайней мере, по двум признакам: по месту установки устройства и по параметру реагирования. По первому признаку устройства подразделяются на две группы: устанавливаемые на потенциале земли и устанавливаемые на потенциале ряда конденсаторной батареи. Недостатком устройств второй группы является их многокомплекстность и необходимость организации каналов передачи информации с потен циала ряда на землю. Преимуществом устройств второй группы является их более высокая избирательность (указывают ряд с поврежден чм конденсатором) и более высокая чувствительность. По параметру реагирования можно выделить устройства, измеряющие ток в ошиновке ряда конденсаторной бата реи, напряжение ряда; полное сопротивление ряда , дифференциальный ток двух параллельных ветвей конде саторной батареи одной фазы/ диффе ренциальные напряжения двух послед вательных групп рядов , угол между напряжением и током на частоте настройки фильтра высшей гадмоники; напряжение на нейтрали или ток к з земленной нейтрали с компенсацией небаланса от физической модели защищаемого объекта, ток фазы защища мого объекта, компенсированный сиг лом, пропорциональным току физичес кой модели объекта. Перечисленные устройства можно разделить на три подгруппы по фазе процесса, во время которой они дол ны действовать: l) устройства, действующие в пе ходном процессе при пробе конденса тора , 4 2)устройства, действующие в установившемся режиме к.з. ряда батареи J 3)устройства, действующие в установившемся режиме после отключения поврежденного конденсатора. Устройства первой подгруппы, действующие при увеличении параметра реагирования, имеют, как правило, большую чувствительность по сравнению с устройствами второй подгруппы, а устройства второй подгруппы имеют преимущество по чувствительности перед устройствами третьей подгруппы. Вместе с тем интервал времени, отведенный для действия устройств первой подгруппы, крайне мал (несколько миллисекунд), а время °для измерения параметра реагировани.я устройств третьей подгруппы практически не ограничено . В настоящее время в технике защиты конденсаторных батарей наибольшее внимание уделяется устройствам, установленным на потенциале земли и реагирующим на переходный процесс при пробое конденсатора 2. Наиболее совершенным способом этой группы является дпособ, реализованный в устройстве для токовой защиты фильтра высшей гармоники. По данному способу формирование сигнала осуществляется путем сравнения тока фильтра высшей гармоники и тока физической модели фильтра, включенной на трансформатор напряжения фильтра. В разностном сигнале подавляется первая гармоника и гармоника с частотой настройки фильтра, затем сигнал выпрямляется и подается на реагирукяций орган. Сигнал на входе выпрямителя при пробое конденсатора изменяется по периодическому закону с частотой настройки фильтра и имеет спадающую по экспоненте амплитуду f3. Основным недостатком способа является возможность неселективного действия устройства в переходных процессах, сопровождающих внешние коммутации: включение и отключение фильтра, резкое изменение режима тиристорных преобразователей, посадки напряжения при к.з. в питающей сети и др. Сам по себе этот недостаток не столько уж существенный и легко может быть снят с помощью специального блокирующего устройства.

59

Однако в некоторых режимах, в частности, при включении фильтра под напряжения и при резком изменении режима тиристорных преобразователей, возникает перенапряжение на конденсаторной батарее и повышается вероятность пробоя конденсаторов. Если пробой произойдет, защита не выполнит свою функцию, поскольку она буде вьгоедена из действия блокировкой на заданное время (например,на 3-5с

Другим его недостатком является недостаточная чувствительность и даже отказ защиты при пробое конденсатора в некотором интервале при переходе напряжения через нуль (обычно 5-10 ,эл.град.).

Цель изобретения - повышение селективности и чувствительности запщты конденсаторной батареи с внешними предохранителями.

Указанная цель достигается тем, что в способе заииты конденсаторной батареи с внешними предохранителями, при котором измеряют ток и полное напряжение каждой фазы конденсаторной батареи, формируют из них рабочий сигнал и если он превышает заранее заданную эталонную величину подают сигнал на отключение батареи, дополнительно измеряют напряжение средней точки фазы батареи конденсатором относительно земли, вычитают из него разность полного напряжения фазы батареи и напряжения пропорцио,нального току фазы батареи и отстающего от него на 90, в полученном напряжении подавляют высшие гармонические составляющие и выделяют апериодическую составляющую, используемую в качестве рабочего сигнала.

После отключения предохранителем поврежденного конденсатора по данному ряду батареи возникает апериодическая составляющая напряжения, зависящая от числа параллельно включенных конденсаторов и числа последовательных рядов. Апериодическая составляющая напряжения такой же величины, но с противоположным знаком возникает на остальной части батарей

Постоянная времени затухания апериодической составляющей напряжения определяется величиной разрядных резисторов и для конденсаторов, применяемых в батареях фильтров составляет несколько секунд.

476

Если измерять нчпряжение средней точки батареи относительно земли, то знак апериодической составляющей в измеренном напряжении зависит от того, где находится ряд с поврежденным конденсатором,

В средней точке батареи относительно земли возникает также и периодическая составляющая напряжения.

Отношение амплитуды периодической составляющей в средней точке батареи к измеренной апериодической составляющей в этой точке может достигать величины 50-100.

Существенное влияние на величину измеренной апериодической- составляющей, и, следовательно, на величину отношения периодической и апериодической составляющих может оказать гармоника напряжения с частотой настройки фильтра. По предварительньи соображениям это влияние можно учесть повышением зтого отношения в 1,3-1,5 раза.

Фильтрация апериодического сигнала, составляющего 1-2% от периодического сигнала, весьма затруднительно, поэтому целесообразно выполнить компенсацию периодического сигнала возможность которой непосредственно следует из известного способа. Компенсирующий сигнал формируется как разность вторичного фазного напряжения трансформатора напряжения и напряжения на конденсаторе, включенном в цепь вторичной обмотки трансформатора тока.

После компенсации апериодический и периодический сигнал становятся соизмеримыми, при зтом выделение апериодического сигнала облег-чается и может быть выполнено с помощью, например, фильтра нижних частот с задержкой сигнала в 100-200 мс.

В переходном процессе при внешних коммутациях конденсаторной батареи и фильтров высших гармоник в сигнале на входе фильтра нижних частот возможно повышение периодической составляющей. Однако апериодическая составляющая не возникает. Этд обусловлено тем, что в цепи конденсаторной батареи всегда установлен реактор, предназначенный для ограничения тока заряда-разряда или являющийся фильтровым .реактором. Апериодическая составляющая может появиться только при отключении батареи и фильтра

выключателем. В этом режиме устройства, реализующие предложенный способ, должны блокироваться с помощью реле управления и сигнализации выключателя,

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство состоит из конденсаторной батареи 1,реактора 2 (токоограничивающий или фильтровой), выключателя 3, тран сформатора 4 тока, трансформатора 5 напряжения, делителя 6, напряжения конденсатора 7, сумматора 8, фильтра 9 нижних частот (каскад), выпрямителя 10, реагирующего органа 11,.элемента 12 выдержки времени, логического элемента НЕ 13, блока 14 автоматики, управления и сигнализации выключателя, исполнительного органа 15.

При отключении поврежденного конденсатора возникает апериодическая составляющая на входе сумматора 8, которая выделяется фильтром 9 нижних частот, выпрямляется и сравнивается с установкой на реагирующем органе 10. Если рабочий сигнал превышает установку, реагирующий орган срабатывает и с выдержкой времени 0,5-1 с, предназначенной для отстройки от небаланса в переходном процессе, воздействует на исполнительный орган

В режиме внещних коммутаций в рабочем сигнале отсутствует апериодическая составляющая, однако возможно увеличение периодического напряжения небаланса в переходном процессе. Задержка по времени в 0,5-1 с предотвращает излишнее или ложное действие защиты батареи в этом режиме.

При отключении конденсаторной батареи ( фильтра ) выключателем возможно появление апериодической составляющей в рабочем сигнале: ложное срабатывание защиты предотвращается с помощью блока 14 управления, который при отключении выключателя воздействует на: логический элемент НЕ 13 и выводит защиту из действия.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить техническое совершенство защиты конденсаторной батареи и, в конечном счете, повысить надежность электроснабжения потребителей, и качество электроэнергии.

Формула изобретения

Способ защиты конденсаторной батареи с внешними предохранителями, при котором измеряют ток и полное напряжение каждой фазы конденсаторной батареи, формируют из них рабочий сигнал и если он превышает заранее заданную эталонную величину, подают сигнал на отключение батареи, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и селективности, дополнительно измеряют напряжение средней точки фазы батареи конденсаторовотносительно земли, вычитают из него разность полного напряжения фазы батареи и напряжения пропорционального току фазы батареи и отстаюш;йго от него на 90°, в полученном напряжении подавляют высшие гармонические составляющие и выделяют апериодическую составляющую, используемую в качестве рабочего сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Марченко Е.А. Перенапряжение в установках продольной компенсации. - Электричество, 1953, № 12, с. 10-13.

2.Патент США № 3984734, кл. Н. 02 И 7/16, 1976.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2447165/24-07,

кл. Н 02 Н 7/16, 1977.

К

Srf

s

e

с

«t

я:

ЧН1ffl

L- Ч

ННЬ

i