Устройство для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции

Устройство для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»)855815 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.03.79 (2!) 2743053!24-07 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51) Ч К1.з

Н 02 В 1 16

Н 02 Н 9!02

Государствеииый комитет

Опубликовано 15.08.81. Бюллетень ¹ 30

Дата опубликования описания 25.08.81 (53) УДК 621 316 9 (088.8) по делам иаооретеиий и открытий (72) Автор изобретения

А. И. Назаров

Производственно-энергетическое объединение «Днепроэнерго» (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО

ЗАМЫКАНИЯ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА ВЫСОКОВО, 1ЬТНОЙ

ПОДСТАНЦИИ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, воздействующим на ограничение токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений в мощных силовых сетях высокого напряжения.

Известно токоограничивающее устройство, содержащее силовую и управляющую обмотки и включенное параллельно последней переменное сопротивление, состоящее из параллельно соединенных конденсатора и катушки индуктивности (1).

Однако это токоограничивающее устрой- 1р ство не обеспечи вает высокого быстродействия при срабатывании. Кроме того, в номинальном режиме работы зажигаемой цепи силовая обмотка имеет значительное реактивное сопротивление, что приводит к потерям реактивной мощности.

l5

Известно устройство для защиты нейтрали трансформатора, снижающее коммутационные перенапряжения на обмотках трансформатора содержащее насыщающийся реактор, который снабжен дополнительной обмоткой подмагничивгния, подключенной к источнику питания постоянного тока через контакты реле, обмотка которого включена в цепь обмотки подмагничивания. Устройство позволяет снизить величину коммутационных перенапряжений (2).

Недостатками данного 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 насьпцения реактора нейтра lb трансформато ра оказывается практически глухо заземленной, и необходимость в независимом источнике постоянного тока.

По принципу действия, конструктивному исполнению и максимальному устранению недостатков названных устройств, наиболее близким к изобретению является устройство для заземления нейтрали трансформатора. снижающее не только коммутационные перенапряжения, но и повышающее быстродействие и эффективность ограничения токов однофазного короткого замыкания, содержащее насьпцаюгцпйся реактор, обмотка переменного тока которого включена в нейтраль обмоток силового трансформатора, а обмотка управления нодсоедпнена к источнику постоянного тока. Устройство снабжено за855815 постоянного тока специальныи автомат гашения магнитного поля. Нсвозмохк1:ость ком- ЗО

3 щитным промежутком, трансформатором тока и быстродействующим автоматом. За1цитный промежуток и трансформатор тока включены в цепь обмотки переменного тока, причем замыкаю1ций КоНТНКТ быстродействующего автомата подсоединен параллельНо защитному промежутку, а размыкающии контакт включен в цепь обмотки управления постоянного тока (3).

Известное устройство имеет ряд недостатков. Предварительно насы1ценный реактор не ограничивает ток однофазного и 1вухфазно го Ko poTKo(0 за II>1KB H ия на зе11л ю и

BEличинy ди11амических воздеиствпи на электрооборудование от ударных токов короткого замыкания. В переходных режимах насыщения реактора возможно возникновение резонансных и феррорезонансных перенапряжений на линиях электропередач, внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования и коммутационш.1х перенапряжений на линейных выклкзчателях. Предварительное насыщение реактора

lo начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник питания постоянного тока. Необходимость интенсификации увеличения сопротивления предваритс IhHo насыщенного реактора до оптимальHoli величины перед отключением линейным выключателем тока короткого замыкания привод1гг к необходимости иметь в цепи плексногo воздействия устройства на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов Но току и напряжению до безопасных величин.

Цель изобретения — — 110BI lkl!E.HHE эффективности ограничения токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений.

IIocTBB;IEHHBÿ цель достигается в устройстве для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции, содержащем насыща1ощийся реактор, обмотка переменного тока которого с трансформатором тока включены в нейзраль обмоток силового трансформатора через искровой промежуток, а обмотка управления подключена к независимому источнику постоянного тока через размыка1о1ций контакт быстродействующего автомата, замыкающий контакт которого подсоединен па. раллельно искровому промежутку, а обмотKd управления подключена к источнику HHтания через замыкающий контакт токового реле, подключенного к трансформатору тока и грозоза1цитныи разря,l!IHK, включенныи в нейтраль обмоток силового трансформатора, благодаря тому, что B него введен трехфазный трансформатор нос!E;koBaTeлыюго вкл1очения, первичные обмотки каждой фазы включены в цепи соответствующих обмоток силового трансформатора, а втори IHhlc обмотки соединены параллельно и шунтиро15

35 о

50 ваны дополнительно введенными и последовательно соединенными конденсатором и катушкой индуктивности, настроенными в нормальном режиме в резонанс напряжений, при этом конденсатор шунтирован дополнительно введенными и параллельно соединенными нелинейным ферромагнитным элеменгом и вьшрямительным блоком.

При этом выпрямительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденсатору, а Ко второй подключена обмотка управления насыщаюшегося реактора.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема устройства.

К нейтрали 1 обмоток силового трансфор»аТора через защитный промежуток 2 подключена обмотка 3 переменного тока насышающегося реактора с подмагничиванием, другой конец этой обмотки заземлен через трансформатор 4 тока. Параллельно зашитному промежутку 2 подключен замыкающий

KoHTdKT 5, управляемый токовым реле 6.

Обмотка 7 управления насышающегося реактора подключена к выпрямительному устройству 8. Силовая обмотка 9 трансформагора последовательного включения в силовой цепи переменного тока магнитно связана с управляющей обмоткой 10, параллельно которой включен резонансный контур, состоя1ций из катх HIKH 11 индуктивности и конденсатора 12> который зашунтирован нелинейHhDi ферромагнитным элементом !3 и выпрямительпым устройством 8. Величины индуктивности катушки 11 и емкости конденсатора

12 выбираются из условия обеспечения резонанса напряжений в нормальном режиме работы устройства. К нейтрали обмоток силового трансформатора подсоединен грозозашитный разрядник 14, а в силовую цепь перемен1гого тока включен линейный коммутационный аппарат 15. Токовое реле 6 управляет быстродействуюьцим автоматом 16.

Принципиально устройство в условиях эксплуатации монтируется в трехфазном исполнении, т.е. в каждой фазе сети включен трансформатор последовательного включения, у которого силовая обмотка 9, включенная последовательно в фазу, магнитно связана с управляющей обмоткой 10.

Однако резонансный контур, состоящий из последовательно соединенных катушки 11 индуктивности и конденсатора 12, выполняет технические функции применительно к любой из фаз в случае возникновения на них перенапряжений или токов короткого замыкания.

При возникновении в силовых цепях переменного тока внутренних перенапряжений пониженных величин ниже пробивного напряжения защитного промежутка 2, возросший ток в обмотке 9 трансформатора последовательного включения приводит к увеличению тока в цепи управляющей обмотки 10

855815 указанного трансформатора и падению напряжения на конденсаторе 12, что в свою очередь аедет к подпитке выпрямительного устройства 8, появлению постоянного тока в обмотке 7 управления и, как следствие, доаварийному снижению величины сопротивления обмотки 3 переменного тока реактора с подмагничиванием. Однако изоляции нейтрали силового трансформатора в данный момент времени сохраняется в изолированном состоянии и дополнительно способствует решению общей задачи снижения токов короткого замыкания до оптимальной величины во всей силовой сети. Кроме того, параллельное подключение выпрямительного устройства 8 с несимметричной вольт-амперной характеристикой, обеспечиваюшей преимущественноее увеличение тока перед ростом приложенного напряжения, к нелинейному ферромагнитному элементу 13, имеющему симметричную вольт-амперную характеристику, обеспечиваюшую относительно менее эффективное увеличение тока по сравнению с ростом приложенного напряжения, дает возможность, благодаря результирующему эффекту шунтировки конденсатора 12, инденсифицировать снижение противодействующего магнитного потока, создаваемого упр»вляюшей обмоткой 10, и увеличить сопротивление силовой обмотки 9 уже при воздействии относительно незначительной величины тока по сравнению с его допустимым значением.

При дальнейшем развитии переходных процессов и возникновении в указанных цепях опасных внутренних перенапряжений, пробивается защитный промежуток 2, нейтраль трансформатора 1 оказывается заземленной через уже предварительно сниженное сопротивление обмотки 3 насышаюшегося реактора в результате его насыщения, интенсивность которого обуславливается величиной постоянного тока в обмотке 7 управления, который, в свою очередь, находится в функциональной зависимости от предшествующих режимов в сетях и взаимного влияния параметров катушки индуктивности !1 и конденсатора 12. Дальнейшее снижение величины противодействующего магнитного потока, создаваемого управляющей обмоткой 10, приводит к увеличению сопротивления обмотки 9, преврашая ее по существу в линейный реактор, не только ограничиваюший ток в соответствующей фазе силовой цепи, но и дополнительно способствующий предварительному снижению величины выпрямленного тока в обмотке 7 управления в результате снижения напряжения на выпрямительном устройстве 8 по причине соответствующей шунтировки конденсатора 12 нелинейным ферромагнитным элементом 13.

Таким образом, в момент непосредственного ограничения внутренних перенапряжений уже осу!цествляется процесс подготовки всего устройства для ограничения токов ко5

I)oTI(oI 0 з«1хlык»нпя В cл ч«1с Hx 1105!BлеHIIH в резу,)ьтатс возчожного возникновения э,!(1.—.РI1«!с;кого ппоооя Н30.15!!н! и в (стих.

То., протек»юн!1!й::р1! прооое з»ш(ггного прочсжутка :, вызывает «p:Iá»òûêk!Hèc токо» )10 реле 6, которое под»ет H;:пу,)ьс на сра б»тыва ние быстродействук)1п(I о;1 вточаТ» !6 и зачыкапп(контакта 5. Пр огранп I&Hill! Внчтренн !1х перси» и г) я 5к(«н! i ii .10 Rc,1èчины klIIkKc мн нl(х1«!льно Tori «cTH (10H н 0Тсутствии эл:ктрнческпх Hp()()OE H изоляции в сстя i контакт ) р»змыкастся. ток в силовой цепи, а слсдоват«льно и в обмотке 9, учсньшается. Ос шествляется обр»тный процесc, т.е. нелинейный ферроч»гнитнын элеч HT 13 выходит из насыщения и в схем« во cT;IH;lBлпвается режим резонанса н»пряжений. Управляющая обмотка 10 при этом оказывается короткозачкнутой в результ»те чего суммарное потоко-сцепление обмоток уменьшается н обмотка 9, по отношению к cll;1013011 пепи, вновь представляет собой малое индуктивное сопротивление с минимальныч потреблением реактивной мошности.

Однако. внутренние перенапряжения опасных величин могут явиться причиной электрического пробоя изоляции и возникновения токов короткого замыкания. При таком аварийном режиче в сетях устройство продолжает эффективное выполнение возложен ны. на него функций. Практически полностью насыщенный нелинейный ферромагнитный элемент 13, шунтпруя конденсатор 12, способствует увеличению до м»ксима IbHblx р»счетных величин сопротивления обмотки 3 насышаюшегося реактора в результате снижения до минимальной величины постоянного тока в обмотке 7 управления и обеспечивает необходимую расчетную величину сопротивления обмотки 9 в резу lbтате снижения противоздействующего магнитного потока, создаваемого управляющей обмоткой 10. Указанные комплексные воздействия устройства на ограничение токов короткого замыкания обеспечивают их cllllжение дo необходимых величин и успешное отключение закороченной фазы лп ейным коммутационным аппаратом 15 с последуlo1цИМ ВОЗВратОМ уСтрОйстВа В ИСХОДНОЕ ПОЛОжение согласно выше указанных процесс01).

В условиях эксплуатации электротехнпческог0 оборудования возможно снижение прочности изоляции в результате ее старения или невыявлеHHblx дефектов rlo целому ряду причин, что приводит к возникновению теплового пробоя, сопровождающегося возникновением токов короткого замыкания при незначительных по величине внутренних перенапряжениях в первый момент времени.

Отсутствие пробоя зашитного промежутка 2 способствует общему увеличению сопротивления нулевой последовательности в сети соответствуюшего напряжения, а следовательно н сниженшо результирующей величи855815 ны тока короткого замыкания при одновременно» ограничении указанного тока в цепи повредившейся фазы возросшим сопротивление» силовой обмотки 9, перешедшей вновь в режим линейного реактора в связи с возникновением указанных выше процессов, Отключение линейным выключателем 15 предварителыю сниженного тока короткого замыкания в повредившейся фазе приводит у«троиство в исходное положение согла<но ранее указанных явлений автоматически, Однако и в данном случае, в результате динамических и тепловых воздеиствии токов короткого замыкания kkkl эггектротехпическое оборудование и токоггедугцие части, возможны повреждения указагшого оборудования на подстанциях или обрыв фаз сети на линиях электропередач с возникновением внутренних пер<напряжений опасных величин. При таком аварийггом режи»е в сетях устройство тоже весьма успешно обеспечивает эффективное выполнение возложенных на него функций, ибо после отключения выключателем поврежденной фазы исчезновение тока короткого замыкания приводит!

20 в исходное состояние сггловую оомотку 9 с практически мгновенной подпиткой выпряIHTc1ыгоГо устройства 8 согласно указан- 25 ных выли« явлений и сггижеггиехг сопротивления обмотки 3 ггасыгггакггггегося реактора ешс до начала пробоя защитного промежутка 2. В с1учае мгновенного возникновения внуTp«IIIIHY перенапряжений опасных величин, как правило повышенных частот IIO 30 сравнению с промышленной частотой, срабатывает защитный разрядник 14 и ограничивает указанные перенапряжения.

Увеличение с номогцыо устройства суммарной индуктивной составляющей в токе короткого замыкания на линии элсктропере35 дачи способствует снижению результирующей величины восстанавливаюшегося напряжения IIB размыкающихся контакта < коммутаггионного аппарата 15 и облегчению хсловий отключения, а падение напряжения 40 на силовой обмотке 9 трансформатора последовательного вклгочепия, работающей в режиме реактор I в момент возникновения тока короткого замыкания, снижает гаггряжеггие и» насыгцеггном реакторе, а следовательно и в нейтрали обмоток силового транс форматора.

Технико-экономическая эффективность предложенного устройства определяется тем, что его использование в сетях высши.х классов напряжений сугцественно повышает

50 надежность работы основного электроте Yнического оборудования и линий электропереда I в энергетике. Устройство может быть применено не только B энергосетях высокого напряжения, но и в различных электрических аппаратах для эффективного ограничения токов короткого замыкания и внутреннихх перец впряжен и й.

Форлгула изобретения

1. Устройство для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции, содержашее насыгцающийся реактор, обмотка переменного тока которого с трансформатором тока включены в нейтраль обмоток силового трансформатора через искровой промежуток, а обмотка управления подключена к независимому источнику постоянного тока через размыкающий контакт быстродействуюшего автомата, замыкающий контакт которого подсоединен параллельно искровому промежутку, а обмотка управления подключена к источнику питания через замыкающий контакт токового реле, подключенного к трансформатору тока и грозозагцитный разрядник, включенный в нейтраль обмоток силового трансформатора, отличающееся тем, что; с целью повышения комплексH()й эффективности ограничения токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений, в него введен треХфазный трансформатор последовательного включения, первичные обмотки каждой фазы включены в цепи соответствующих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены параллельно и шунтированы дополнительно введенными и последовательно соединенными конденсатором и катушкой индуктивности, настроенными в нормалыгом режиме в резонанс напряжений, при этом конденсатор шунтирован дополнительно введенными и параллельно соединенными нелинейным ферромагнитным элементо» и выпрямительным блоком.

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что выпрямительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденсатору, а ко второй подключена обмотка управления насыщаюшегося реактора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 42190, кл. Н 02 Н 9/02, 1934.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 478387, кл. Н 02 Н 1/04, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 550713, кл. Н 02 В 1/16, Н 02 Н 9г02, )977 (прототип).

Я 15

Составитель Л. Дементьев

Редактор Т. Парфенова Техред А. Бойкас Корректор С. Корниенко

Заказ 6946/77 Тираж 675 Подписное

ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4