1
Изобретение относится к электротехнике, в частности,к устройствам, воздействующим комплексно на ограничение токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений в мощных силовых сетях высокого напряжения, и может быть использовано в энергосистемах с сетями сложных конфигураций небольших протяженностей при возникновениях опасных токов короткого замыкания и допустимых вёличинах внутренних перенапряжений.
Известно устройство для защиты нейтрали трансформатора, снижающее коммутационные перенапряжения на обмотках трансформатора, содержащее насыщающийся реактор, который снабжен дополнительной обмоткой подма ничивания, подключенной к источнику питания постоянного тока через контакты реле,обмотка которого включена в цепь подмагничиванияCl.
Недостатками известного устройства являются значительная инерционность срабатывания устройства, обусловленная относительно большой по величине постоянной времени при включении обмотки управления, повышенная величина тока однофазного короткого замыкания на землю, так как в режиме насыщения реактора нейтраль трансформатора оказывается практически глухо заземленной, и необходимость в независимом источнике по10стоянного тока.
Кроме того, в переходных режимах насыщения реактора возможно возникновение резонансных и феррорезонансных перенапряжений на лини15ях электропередач, внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования и коммутационных перенапряжений на линейных выключателях, а предварительное насы20щение реакт.ора до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник питания постоян. 393 ного тока, причем необходимость интенсификации увеличения сопротивления предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины перед отключением линейным выключателем тока короткого замыкания приводит к необходимости иметь в цепи постоянного тока специальный авто мат гашения магнитного поля. Невозможно также комплексное воздействие устройства на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов по току и напряжению до бе ;зопасных величин. Известно также устройство для заземления нейтрали трансформатора, которое содержит две заземленные ветви, в первую из которых включен через искровой промежуток шунтированный коммутационным аппаратом дроссель, рабочая обмотка которого включена последовательно с искровым промежутком, а обмотка управления подключена к источнику постоянного тока через размыкающий контакт коммутационного аппарата и трансформатор тока, а во вторую ветвь включены тоже через искровой промежуток шунтированный коммутационным аппаратом, два последовательно соединенных резистора, один из которых шунтирован нелинейным ферромагнитным элементом, а к другому подключено выпрямительное устройство, обе печивающее выпрямленным током обмот ку управления и трансформатор тока, два трансформатора напряжения, кото рые подсоединены к искровым промежу кам со стороны земли, причем точка соединения резисторов второй ветви соединена через резистор-и размыкаю щий контакт коммутационного аппарата с точкой соединения искрового промежутка и дросселя первой ветви К недостаткам этого устройства относятся: искровые промежутки устройства, усложняющие обеспечение необходимой координации уровней изо -ляции электротехнического оборудования с электрическими защитными хара теристиками соответствующих разрядни ков при воздействиях внутренних перенапряжений, малая величина индук тивного сопротивления рабочей обмотки предварительно насыщенного дросселя.не ограничивающая ток однофазного короткого замыкания и .величину динамических воздействий на электроехническое оборудование, возникаюих приэлектрических пробоях изоляции в результате воздействия внутренних перенапряжений, не исключается при переходных режимах вероятность возникновения феррорезонансных яйлений при двухфазных коротких замыканиях, предварительное насыщение дросселя до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь источник постоянного тока с наличием весьма существенных электрических потерь, обеспечение работы устройства приводит к необходимости иметь определенное количество коммутационных аппаратов, что снижает надежность его работы в результате возможных отказов контактных систем, возникает определенная сложность наладок релейных защит особенно по обеспечению необходимых электрических параметров по току и напряжению в процессе переходных явлений, особенно в связи с наличием промежуточной ветви, невозможность одновременного комплексного воздействия устройства на основе функционального взаимодействия его элементов на ограничение и при необходимости снижения параметров колебательных процессов по напряжению и току до безопасных величин, большие диапазоны коэффициентов регулирования и токоограничения приводят к необходимым габаритам устройства, соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных /ющностей, при возникновении максимальных токов короткого замыкания эффективность ограничения внутренних перенапряжений снижается. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции, повышающее эффективность ограничения за счет наличия трехфазного трансформатора последовательного вклю- . чения, первичные обмотки, каждой фазы которого включены в цепи соответствующих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены параллельно и шунтированы последовательно соединенными конденсатором и катушкой.индуктивности, настроенными в нормальном режиме в резонанс напряжений, при этом конденсатор шунтирован парал.. лельйо соединенными нелинейным ферромагнитным элементом и выпрямительным блоком, выпрямительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденса тору, а ко второй диагонали подключена обмотка управления насыщающегося реактораt3J. Недостатка:4и данного устройства являются: электрические характеристики ограничивающегося дросселя насыщения с подмагничиванием от источника постоянного тока, находящегося в функциональной зависимости от режима трансформатора последовательного включения, приводят к необходимости его подключения к нейтрали высоковольтных обмоток силового трансформатора через искровой промежуток, необходимость интенсификации увеличения сопротивления пред |варительно насыщенного реактора до оптимальной величины приводит к необходимости сохранения в цепи постоянного тока специального автомата га шения магнитного поля, невозможность одновременного комплексного воздейст вия устройства на основе функциональ ного взаимодействия его элементов на ограничение и при необходимости снижения параметров колебательных процессов по напряжению и току до безопасных величин, необходимость больших диапазонов коэффициентов регулирования и токоограничения, приводящих к необходимым габаритам устройства и соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей, при возникновении максимальных токов короткого замыкания эффективность ограничения внут ренних перенапряжений снижается. Цель изобретения - обеспечение бо лее эффективного, комплексного и фун ционального ограничения ударных токов, параметров аварийных токов и опасных перенапряжений не только при переходных процессах, на и колебательных процессах до безопасных величин, и тем самым эффективного регулирования режима заземления нейт рали сети. Поставленная цель достигается тем что устройство для заземления нейтрали силового трансформатора, содержащее дроссель, рабочая обмоткакото рого подсоединена между нейтралью и землей, трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого включе9-« на последовательно с обмотками силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены между собой параллельно и шунтированы цепью из последовательно соединенных катушки индук1ТИВНОСТИ и резонансного контура, выполненного из конденсаторной батареи, параллельно которой подсоединен нелинейный ферромагнитный элемент с минимальным напряжением насыщения, при этом выводы колебательного контура подсоединены к диагонали выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к обмотке управления лросселя, дополнительно снабжено нелинейным ферромагнитным элементом с максимальным напряжением насыщения, один вывод которого подсоединен к нейтрали силового трансформатора, а второй вывод подсоединен к точке соединения катушки индуктивности и колебательного контура. На чертеже изображена принципиаль ная -электрическая схема предложенното устройства. К нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора подключена непосредственно рабочая обмотка 2 дросселя, а обмотка 3 его управления подключена к источнику выпрямленного тока. Кроме того, к указанной нейтра/w подключены последовательно соединенные нелинейный ферромагнитный элемент f с максимальным напряжением насыщения и конденсатор 5Параллельно конденсатору подключен нелинейный ферромагнитный элемент 6 с минимальным напряжением насыщения, выпрямительный блок 7 одной диагональю подключен к конденсатору, а второй Диагональю подключен к обмотке управления дросселя. Силовые об- мотки 8 трансформатора последовательного включения в цепи переменного тока магнитно связаны с вторичными обмотками 9, параллельно которым включен резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности 10 и конденсатора 5« В нормальном режиме работы оптимальная величина сопротивления нулевой последовательности обеспечивается величиной сопротивления обмотки 2 переменного тока насыщающегося pejiKTopa в нейтрали 1 обмотки силового «трансформатора в результате соответствующего подбора электрических характеристик нелинейных ферромагнитных элементов и 6, а также резонансом напряжении у последовател но соединенных конденсатора 5 и катушки индуктивности 10, шунтирующих вторичные обмотки 9 силовых обмоток 8 трансформатора последовательного включения, что способствует готовности защитного устройства к работе по ограничению как перенапряжений, так и токов короткого замыкания.в зависимости от характера возникающих аварийных режимов. При возникновении перенапряжений в сети возросшие токи в обмотках 8 трансформатора последовательного включения приводят к увеличению токов в цепях управляющих обмоток 9 указанного трансформатора и повышению напряжения на конденсаторе 5. что в свою очередь приводит к сраба тыванию выпрямительного блока 7, появлению выпрямленного тока в обмот ке управления дросселя 3, и как след ствие, доаварийному снижению величины сопротивления обмотки 2 дросселя Более того, снижение противовоздействующих магнитных потоков, создаваемых вторичными обмотками 9 в результате нарушения резонанса напр жений между последовательно соединен ными катушкой индуктивности 10 и конденсатором 5, способствует увеличению сопротивления силовых обмоток В, что в свою очередь, обеспечивает не только дополнительное снижение перенапряжений, воздействую щих на изоляцию всего электротехнического оборудования, но и одновременную предварительную подготовку защитного устройства к ограничению токов короткого замыкания в случаях их возникновения. Следовательно, при возникновении перенапряжений в сети автоматически снижается величина сопротивления нулевой последовательности за счет комплексного воздействия уст ройства на основе функционального взаимодействия между обмоткой 2 дрос селя и обмоткой 8 трансформатора последовательного включения в резуль тате электрических характеристик ферромагнитных элементов k и 6, вьшрямительного блока 7 и последовательного контура, состоящего из конден сатора 5 и катушки индуктивности 10 При возникновении токов короткого замыкания в сети и их протекании через силовые обмотки 8 трансформатора последовательного включения происходит полная расстройка резонансного контура из последовательно соединенных катушки индуктивности 10 и конденсатора 5, что в свою очередь, приводит к практически полному исчезновению противодействующего магнитного потока, создаваемого обмотками 9 указанного трансформатора, и его превращения по существу в линейный реактор. Более того, снижение напряжения на выпрямительном блоке 7 по причине соответствующей шунтировки конденсатора 5 нелинейным ферромагнитным элементом 6 с минимальным напряжением насыщения приводит к снижению величины выпрямленного тока в обмотке управления 3 и в случае необходимости его отключению, чем обеспечивается необходимое рассчетное увеличение сопротивления обмотки 2 дросселя. Следовательно, при появлении токов короткого замыкания в сети автоматически повышается рвзульти-. рующая величина сопротивления нулевой последовательности вновь за счет комплексного воздействия устройства на основе функционального взаимодействия между обмоткой 8 трансформатора последовательного включения и обмоткой 2 дросселя в результате изменившихся электрических параметров последовательного контура, состоящего из конденсатора 5 и катушки индуктивности 10, последовательно соединенных ферромагнитных элементов Ц 6, обеспечивающих соответствующее напряжение на выпрямительном блоке 7Кроме того, совмещенные конденсатор 5 и нелинейный ферромагнитный элемент 6 с минимальным напряжением насыщения в нейтрали 1 силового трансформатора и во вторичных об| ютках 9 трансформатора последовательного включения, а также отсутствие заземления второй ветви обеспечивают надежность, быстроту и стабильность работы защитного устройства даже в сложных аварийных режимах и колебательных процессах за необходимый период времени. Экономический эффект предлагаемого устройства выражается только за счет исключения необходимости замены коммутационных аппаратов напряжением 150-330 кВ суммой в пределах
