Устройство для ограничения перенапряжений и токов короткого замыкания на высоковольтной подстанции

Устройство для ограничения перенапряжений и токов короткого замыкания на высоковольтной подстанции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсимн

Социалистические

Республик

О П И C А Н И Е <щ907654

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 25.06.80 (21) 2943851/24-07 (5) ) Q ф(п с прнсоеаинением заявки М—

Н 02 В 1/16

Н 02 Н 9/02

Гоаударетвеаыб квинтет

СССР (23) Приоритет ао делам нэебретеннй н открытнй

Опубликовано 23. 02. 82. Бюллетень Рй 7

Дата опубликования описания 25.02. 82 (53) УДК 621 ° 316.

° 9 (088. 8) (72) Автор изобретения

А, И. Назаров.(71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

И ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ

ПОДСТАНЦИИ

Изобретение относится к электро- технике, в частности к устройствам, воздействующим на ограничение токов короткого замыкания и внутренних перенапряжений в мощных силовых сетях

5 высокого напряжения.

Известно устройство для защиты нейтрали трансформатора, снижающее коммутационные перенапряжения на обмотках трансформатора, содержащее на10 сыщающийся реактор, который снабжен дополнительной обмоткой подмагничивания, подключенной к источнику питания постоянного тока через контакты реле, обмотка которого включена в цепь обмотки подмагничивания. Данное устройство позволяет снизить величи-. ну коммутационных перенапряжений (1 j.

Недостатком данного устройства яв.ляется значительная инерционность срабатывания устройства, обусловленная относительно большой по величине постоянной времени при включении обмотки управления, повышенная величина тока однофаэного короткого замыкания на землю, так как в режиме нась|щения реактора нейтраль трансформатора оказывается практически глухо заземленной, и необходимость в независимом источнике постоянного тока.

Известно также устройство для заземления нейтрали трансформатора, снижающее не только коммутационные перенапряжения, но и повышающее быстродействие и эффективность ограничения токов однобазного короткого замыкания, содержащее насыщающийся реактор, обмотка переменного тока которого включена в нейтраль обмоток силового трансформатора, а обмотка управления подсоединена к источнику постоянного тока, отличающееся тем, что оно снабжено защитным промежутком, трансформатором тока и быстродействующим автоматосл, защитный промежуток итрансформатор тока включены s цепь обмотки переменного тока, причем замыкающий контакт быстродействующего автомата подсоединен параллельно защитному промежутку, а размыкающий контакт включен в цепь обмотки управления постоянного тока (>.).

Недостатком этого устройства явпяется то, что предварительно насыщенный реактор не ограничивает ток однофазного и двухфазного короткого замыкания на землю и величину динамических воздействий на электрооборудо- >0 вание от ударных токов короткого замыкания, В переходных режимах насыщения реактора возмо>нно возникновение резонансных и феррорезонансных перенапряжений на линиях электропередач, 15 .внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования и коммутационных перенапряжений на линейных выключателях, Предварительное насыщение реактора до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник питания постоянного тока. Необходимость увеличения сопротивления предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины перед отключением тока короткого замыкания линейнчм выключателем приводит к необходимости иметь в цепи постоянного тока специальный автомат гашения магнитного поля.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для ограничения токов короткого замыкания, и перенапряжений на высоковольтной подстанЗ ции, RQBblUàþùåå эффективность ограничения, благодаря наличию трехфазного трансформатора последовательного включения, первичные обмотки каждой фазы которо -о включены в цепи соат40 ветству>ощих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены параллельно и шунтированы последовательно соединенными конденсатором и катушкой индуктивности, настроенными в нормальном режиме в резо45 нанс напряжений, при этом конденсатор шунтирован параллельно соединенными нелинейным ферромагнитным элементом и яыпрямительным блоком, выпрямительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденсатору, а к второй диагонали подключена обмотка управления насыщающегося реактора (3 ).

Недостатком известного устройства 55 является то, что электрические характеристики ограничивающегося дросселя насыщения с подмагничиванием от источника постоянного тока, находящегося в функциональной зависимости от режима транс«>орматора последовательного включения, приводят к необходимости его подключения к нейтрали высоковольтных обмоток силового трансформатора через искровой промежуток.

Необходимость увеличения сопротивления предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины приводит к необходимости сохранения в цепи постоянного тока специального автомата гашения магнитного поля. Невозможность одновременного комплексного воздействия устройства на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов по напрян<ению и току до безопасных величин. Необходимость больших диапазонов коэффициентов регулирования и токоограничения, приводящих к габаритам устройства,соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей. При максимальных токах короткого замыкания эффективность ограничения внутренних перенапряжений снижается.

1, ель изобретения — обеспечение более эффективного ограничения ударных токов, параметров аварийных токов и опасных перенапря><ений не только при переходных, но и колебательных процессах до безопасных величин, исключение вероятности возникновейия резонансных и феррорезонансных перенапряжений на линиях электропередач, внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования и коммутационных перенапряжений на выключателях, отказ от искрового промен<утка и, естественно, от автомата гашения поля, снижение необходимого диапазона изменения параметров реактора и его габаритов, а, следовательно, существенное ограничение электрических потерь и результирующее повышение быстродействия работы всего устройства.

Поставленна> цель достигается тем, что в устройстве для ограничения перенапряжений и токов короткого замыкания на высоковольтной подстанции, содержащем н,"-.сыь.,ающийся реактор, рабочая обмотка х.-> <орого включена в нейтраль обмот ки силового трансформатора, трехфазный тр-.=,-:.сформатор, первичные обмотки каждой фазы которого включе ны последовательно в цепи соответству5 9п7Е ющих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены параллельно и шунтированы последовательно соединенными нелинейными. элементом и конденсатором, параллельно которому подсоединен нелинейный ферромагнитный элемент и выпрямительный блок, выполненный в виде моста, к одной диагонали которого подсоединена обмотка управления, насыцающийся реактор снаб- 10 жен дополнитечьной обмоткой магнитно связанной с обмотками этого реактора, вторая диагональ выпрямительного моста подсоединена параллельно нелинейному ферромагнитному элементу, а IS дополнительная обмотка подсоединена параллельно конденсатору.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства. 20

К нейтрали 1 обмотки силового трансформатора подключена непосредственно обмотка 2 переменного тока насыщающегося реактора с подмагничиванием, силовые обмотки 3 трансформато- 25 ра последовательного включения включены в силовые цепи переменного тока и магнитно связаны с управляющими обмотками 4, параллельно которым включен контур,состояций из последова-З0 тельно соединенных нелинейного ферромагнитного элемента 5 с минимальным напряжением насыщения и конденсатора 6, параллельно конденсатору подключен нелинейный ферромагнитный эле- 35 мент 7 с максимальным напряжением насыцения, выпрямительный блок 8 подключен одной диагональю к обмотке управления 9 насыщающегося реактора, другой диагональю - к ферромагнитному элементу 5, дополнительная обмотка 10 магнитно связана с обмотками насыщающегося реактора и подключена параллельно конденсатору 6.

0 нормальном режиме работы опти45 мальная величина сопротивления обмотки 2 переменного тока насыцаащегося реактора в нейтрали 1 обмотки силового трансформатора и резонанс напряжений у последовательно соединен50 ных нелинейного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 6 обеспечивают готовность защитного устроиства к работе по ограничению как перенапряжений так и токов короткого заt

55 мыкания в зависимости от характера возникающих аварийных режимов.

При возникновении перенапряжений в сети возросшие токи в обмотках 3,94 6 трансформатора последовательного включения приводят к увеличению токов в цепях управляющих обмоток 4 указанного трансформатора и повышению напряжения на нелинейном ферромагнитном элементе 9, что в свою очередь приводит к срабатыванию випрямительного блока 0, появлению nocToAHHot-o тока в обмотке управления 9 и, как следствие,доаварийному снижению величины сопротивления обмотки 2 переменного тока насыщающегося реактора.

Более того, снижение противодействующих магнитных потоков, создаваемых управляющими обмотками 4 в результате нарушения резонанса напряжений между последовательно соединенными нелинейным ферромагнитным элементом 5 и конденсатором 6, способствует увеличению сопротивлений силовых обмоток 3, что в свою очередь обеспечивает не только дополнительное снижение перенапряжений ооздействующих на изоляцию всего электротехнического оборудования, но и одновременнуя предварительную подготовку зацитного устройства к ограничению токов короткого замыкания в случаях их возникновения.

Следовательно, при возникновении перенапряжений в сети автоматически снижается величина сопротивления нулевой последовательности, что в свою очередь обеспечивает снижение перенапряжений воздействующих на изоляцию подстанционного электрооборудования благодаря комплексному воздействию устройства на основе функционального взаимодействия между обмоткой 2 переменного тока насыщающегося реактора. обмотками 3 и 4 трансформатора последовательного включения, нелинейным ферромагнитным элементом 5, конденсатором 6 и выпрямительным блоком В, обеспечивающим своевременное появление постоянного тока в обмотке управления 9.

При возникновении в сети токов короткого замыкания и их протекания через обмотку 2 переменного тока насыщающегося реактора появляются максимально допустимые расчетные величины напряжений на дополнительной обмотке 10, приводящих к мгновенному возникновению резонанса токов между параллельно соединенными нелинейным ферромагнитным элементом 7 и конденсатором 6, что приводит к весьма эйфекформула изобретения

Нсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP

N 478387, кл, Н 02 H 1/04, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР и 550713, кл. Н 02 В 1/16, Н 02 Н 9/02, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2743053/24-07, кл. Н 02 В 1/1б, Н 02 Н 9/02, 1979. тивному увеличению сопротивления в цепях управляющих обмоток 4 и на, осноае указанных Физических явлений пе. реходу силовых обмоток 3 трансформатора последовательного включения в 5 режим реакторов с вытекающей отсюда эффективностью ограничения токов короткого замыкания до отключения коммутационных аппаратов. Более того, увеличение напряжения на параллельном а контуре обеспечивает снижение напряжения на нелинейном. ферромагнитном элементе 5 ниже величины напряжения срабатывания выпрямительного блока S что в свою очередь обеспечивает свое- 1 ,временное увеличение сопротивления обмотки 2 переменного тока насыщаю-, щегося реактора.

Следовательно, при появлении токов короткого замыкания в сети автома.26 тически повышается результирующая ве-. личина сопротивления нулевой последовательности благодаря комплексному воздействию устройства íà oGHoae функционального взаимодействия между об- >5 моткой 2 переменного тока насыщающегося реактора, обмотками 3 и 4 трансформатора последовательного включения, дополнительной обмоткой 10, обеспечиваоцей появление резонансного 30 контура между нелинейным Ферромагнит," ным элементом 7 и конденсатором 6, а также отсутствие выпрямленного тока в обмотке управления 9.

Таким образом, предлагаемое устройство для ограничения перенапряжений и токов короткого замыкания на высоковольтной подстанции оказывает комплексное воздействие на изменение результирующей величины сопротивления нулевой последовательности при любых аварийных режимах в сетях и колебательных процессах за необходимый период времени.

Экономический эффект выражается, по предварительным реальным подсчетам, только за счет исключения необходимости замены коммутационных аппаратов напряжением 150-330 кВ суммой в пределах 1,6 млн. руб, и силовых трансформаторов указанного напряжения суммой в пределах 2,4 млн, руб. 4 8 по системе "Днепроэнерго", а зфФекти вност ь снижения э кономи че ских убытков, в результате повышения надежности работы электрических сетей для указанной энергосистемы с учетом сельской электрификации составляет

1 3-2,1 млн. руб. в год.

Устройство для ограничения перенапряжений и токов короткого замыкания на высоковольтной подстанции, содержащее насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого включена в нейтраль обмотки силового трансформатора, и трехфазный трансформатор,первичные обмотки каждой фазы которого включены последовательно в цепи соответствующих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены параллельно и шунтированы последовательно соединенными нелинейным элементом и конденсатором, параллельно которому подсоединены нелинейный ферромагнитный элемент и выпрямительный блок, выполненный в виде моста, к одной диагонали которого подсоединена обмотка управления реактора, о т. л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, ограничения электрических потерь и повышения быстродействия, насыщающийся реактор снабжен дополнительной обмоткой, магнитно связанной с обмотками насыщающегося реактора, вторая диагональ выпрямительного моста подсоединена параллельно нелинейному ферромагнитному элементу, дополнительная обмотка лодсоединена параллельно конденсато-, i (ру °

907654

8 Р Р Р 9

Заказ 607/63 Тираж 670

ВНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.

Подписное в. "й

Проектная, Составитель Л. Дементьева

Ре акто Л. Г атилло Тех е И. Геогель Корректор С. Цомак