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 Советскнк

Социалистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. свил-ву (53)M. Кл. (22) Заявлено 25. 06. 80 (21) 2943822/24-07 с присоединением заявки Рй (23) Приоритет

Опубликовано 23.02.82. Бюллетень .% 7

Дата опубликования описания 23.02.82

Н 02 Н 9/00

Гваударотееккый комитет аю делам кзооретений и открытий (53) УДК 621.316, -937 (088. 8) (72) Автор нзобретения

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

И ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ

ПОДСТАНЦИИ

Изобретение может нанти применение s электротехнике и энергетике,а именно, на высоковольтных подстанциях, где необходимо ограничение внутренних перенапряжений и токов короткого замыкания, превышающих в аварийных режимах допустимые расчетные величины.

Известно устройство для заземления нейтрали трансформатора, снижающее не только коммутационнь1е перенапряжения, но и повышающее быстродействие и эффективность ограничения токов однофазного короткого замыкания, содержащее насыщающикся реактор, обмотка переменного тока которого включена в нейтраль обмоток силового трансформатора, а обмотка управления подсоединена к источнику постоянного тока, защитный промежуток, трансформатор тока и быстродействующий автомат, причем защитный промежуток и трансформатор тока включены в цепь обмотки переменног тока, .замыкающий контакт быстродействующего автомата подсоединен параллельно защитному промежутку, а размыкающий контакт автомата гашения поля включен в цепь обмотки управления постоянного тока (1 ).

Недостатками устройства являются: предварительно насыщенный реактор не ограничивает ток однофазного короткого замыкания на землю и величита ну динамических воздействий на электрооборудование от ударных токов короткого замыкания, в переходных режимах насыщения

15 реактора, учитывая наличие только электрической связи его обмотки с обмотками высокого напряжения трансформатора, возможно возникновение резонансных и феррорезонансных перенапряжений на линиях электропередач, внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования и коммутационных перенапряжений на линейных выключателях, 3 90 предварительное насыщение реактора до начала возникновения перенапояжений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник постоянного тока достаточной мощности; необходимость увеличения сопротивления предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины перед отключением линейным выключателем тока короткого замыкания приводит к необходимости иметь а цепи постоянного тока специальный автомат гашения магнитного поля; невозможность одновременного комплексного воздействия устройства на ограничение и при необходимости снижения параметров колебательных процессов по току и напряжению до безопасных величин; необходимость больших диапазонов коэффициентов регулирования и токоограничения, приводящих к необходимым габаритам устройства, соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей.

7680

Известно также устройство для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции, содержащее трехфазный трансформатор последовательного включения, первичные обмотки каждой фазы которого включены в цепи соответствующих обмоток силового трансформатора, а вторичные обмотки соединены параллельно и шунтированы последовательно соединенными конденсатором и катушкой индуктианости, настроенными в нормальном режиме в резонанс напряжений., при этом конденсатор шунтирован параллельно соединенными нелинейным ферромагнитным элементом и выпрямительным блоком, выпрямительный блок выполнен в виде моста, одна диагональ которого подключена к конденсатору,а к второй диагонали подключена обмотка управления насыщающегося реактора (2 ).

Недостатками 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 высоко5

?5

55 вольтных 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 основе функционального взаимодей— ствия его элементов на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов по напряжению и току до резонансных величин; необходимость больших диапазонов коэффициентов регулирования и токоограничения, приводящих к необходимым габаритам устройства, соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей; при возникновении максимальных токов короткого замыкания эффективность ограничения внутренних перенапряжений снижается, а уровень динамической устойчивости электротехнического оборудования оказывается ниже расчетных величин.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для ограничения токов короткого замыкания и перенапряжений на высоковольтной подстанции, содержащее насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого через искровой промежуток, включена в нейтраль силового трансформатора, вторичная обмотка которого включена в разомкнутый треугольник, в рассечку которого включена вторичная обмотка насыщающего реактора, обмотка упрааленив которого подсоединена к источнику постоянного тока.

В нейтраль силового трансформатора подключен также разрядник и трансформатор напряжения 3 J.

Недостатками известного устройства являются: предварительное насыщение реактора до начала возникновения перенапряжений опасной величины приводит к необходимости иметь независимый источник постоянного тока; необходимость увеличения сопротивления предварительно насыщенного реактора до оптимальной величины приводит к необходимости сохранения в цепи постоянного тока специаль90 ного автомата гашения магнитного

7680 6 трансформатора, вторичная обмотка

15 го

25 зо

З5 ю

55 поля; электрические характеристики ограничивающего дросселя насыщения с подмагничиванием от источника постоянного тока приводят к необходимости его подключения к нейтрали высоковольтных обмоток силового трансформатора через искровой промежуток; невозможность одновременного комглексного воздействия устройства на основе функционального взаимодействия его элементов на ограничение и при необходимости снижение параметров колебательных процессов по напряжению и току до безопасных величин необходимость больших диапазонов коэффициентов регулирования и токоограничения приводящих к необходимым габаритам устройства, соизмеримым с габаритами силовых трансформаторов аналогичных мощностей; при возникновении максимальных токов короткого замыкания эффективность ограничения внутренних перенапряжений снижается.

Цель изобретения — обеспечение более эффективного ограничения ударных токов, опасных перенапряжений не только при переходных, но и колебательных процессах до безопасных величин, ффективное изменение результирующей величины сопротивления нулевой последовательности, исключение вероятности возникновения резонансных и феррореэонансных перенапряжений на линиях электропередач,внутренних перенапряжений на изоляции электротехнического оборудования и коммутационных перенапряжений на выключателях, отказ от специального источника постоянного тока и естественно 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.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для ограничения перенапряжений и токов короткого замыкания на высоковольтной подстан" ции, содержащее насыщающийся реактор рабочая обмотка которого включена в нейтраль первичной обмотки силового которого соединена в разомкнутый треугольник, а обмотка управления насыщающегося реактора подсоединена к источнику постоянного тока, снабжено дополнительным трехфазным трансформатором, первичные обмотки которого включены госледовательно с обмотками силового трансформатора, а одноименные выводы вторичных обмоток соединены параллельно между собой двумя последовательно соединенными ферромагнитными элементами с противоположными вольтамперными характеристиками, и конденсатором, а источник питания выполнен в виде выпрямительного поста, при этом конденсатор подсоединен параллельно нелинейному ферромагнитному элементу с максимальным напряжением насыщения, нелинейный ферромагнитный weмент с минимальным напряжением насыщения подсоединен к диагонали выпрями тельного моста, при этом к этой же диагонали подсоединены выводы вторичной обмотки силового трансформатора, соединенной в разомкнутый треуголь" ник, а ко второй диагонали выпрямительного моста подсоединена обмотка управления насыщающегося реактора.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит нейтраль 1 первичной обмотки силового трансформатора,к которой подключена непосредственно обмотка 2 переменного тока насыщающегося реактора с подмагничиванием, силовые обмотки 3 трансформатора последовательного включения включены в силовые цепи переменного тока и магнитно связаны с управляющими обмотками 4, параллельно которым включен контур, состоящий из последовательно соединенных нелинейного ферромагнитного элемента 5 минимального напряжения насыщения и конденсатора 6, параллельно конденсатору подключен нелинейный ферромагнитный элемент 7 максимального напряжения насыщения, выпрямительный блок 8 подключен одной диагональю к обмотке 9 управления насыщающегося реактора, а другой диагональю к ферромагнитному элементу 5, вторичная обмотка 10 силового трансформатора, соединенная в треугольник, подключена параллельно выпрямительному блоку со стороны питания.

7 90

В нормальном режиме работы сохраняется оптимальная величина сопротивления обмотки 2 переменного тока насыщающегося реактора в нейтрали 1 первичной обмотки силового трансформатора, резонанс напряжений у последовательно соединенных нелинейного ферромагнитного элемента 5 и конденсатора 6, шунтирующих вторичные обмотки 4 трехфазного трансформатора последовательного включения, а также наличие оптимальной величины напряжения на.нелинейном ферромагнитном элементе 5 и, следовательно, на разомкнутом треугольнике вторичной обмотки 10, которые обеспечивают готовность 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 s обмотках 3 трансформатора последовательного включения приводят к увеличению токов в цепях управляющих обмоток указанного трансформатора и повышению напряжения на линейном ферромагнитном элементе 5, что в свою очередь приводит к ср.=.;батыванию выпрямительного блока 8 и -;оявлению постоянного тока в обмотке 8 управления.

7680 8

Более того, параллельное подключение выпрямительного устройства

8 с несимметричной вольт-амперной характеристикой, обеспечивающей преимущественное увеличение тока по сравнению с ростом приложенного напряжения, и вторичной обмотки 10 си" лового трансформатора дают возможность интенсифицировать снижение противодействующего магнитного потока, создаваемого управляющими обмотками 4, увеличивать сопротивление силовых обмоток 3 уже при воздействии относительно незначительной Величины тока по сравнению с его допустимым значением и одновременно переводить разомкнутый треугольник вторичной обмотки 10 практически в замкнутое состояние.

Следовательно, при возникновении перенапряжений в сети автоматически снижается результирующая величина сопротивления нулевой последовательности, благодаря комплексному воздействию устройства на основе функцио5

1 1:1

15 го г

ЗО

56

5$ нального взаимодействия между обмоткой 2 переменного тока насыщающегося реактора, вторичными обмотками 4 трансформ, тора последовального включения, последовательным резонансным контуром, состоящим из нелинейного элемента 5 и конденсатора 6, выпрямительным блоком 8, и вторичной обмоткой 10 силового трансформатора.

При возникновении в сети токов короткого замыкания, особенно превышающих допустимые расчетные величины в мощных энергосистемах и их протекании через обмотки 2 переменного тока насыщающегося реактора 3 и трансформатора последовательного включения, появляется максимально допустимая расчетная величина напряжения на параллельном контуре, состояшем из нелинейного ферромагнитного элемента 7 с максимальным напряжением насыщения и конденсатора 6, что приводит к весьма эффективному увеличению сопротивления в цепях управляющих обмоток 4 и переходу силовых обмоток 3 трансформатора последовательного включения в режим реакторов, а также обеспечивает эффективное снижение напряжения на нелинейном ферромагнитном элементе 5 ниже величины напряжения срабатывания выпрямительного блока 8, что в свою очередь обеспечивает увеличение сопротивления обмотки 2 переменного тока насыщающегося реактора.

Более того, увеличение напряжения на указанном параллельном контуре, переходящем в резонансный режим, обеспечивает не только снижение напряжения на нелинейном ферромагнитном элементе 5, но и протекающего через него тока, что в свою очередь переводит одновременно треугольник вторичной обмотки 1О практически в разомкнутое состояние без превышения электрическими параметрами допустимых величин.

Следовательно,при появлении токов короткого замыкания, превышающих в аварийных режимах допустимые расчетные величины s сети, автоматически повышается результирующая величина сопротивления нулевой последовательности, благодаря комплексному воздействию устройства HB основе функционального взаимодействия между обмоткой 2 переменного тока насыщающегося реактора, обмотками 3 и 4 трансформатора последовательного

907680 включения и вторичной обмоткой 10 силового трансформатора.

Таким образом, предлагаемое комплексное устройство для ограничения. перенапряжений .и токов короткого 5 замыкания на высоковольтной подстанции мощных электрических Сетей оказывает комплексное воздействие на изменение результирующей величины сопротивления нулевой последовательности при любых аварийных режимах в сетях и колебательных процессах за необходимый период времени.

Результирующий, весьма существенный эффект неоспорим и выражается, по предварительным реальным подсчетам, только эа счет исключения необходимости замены коммутационных аппаратов напряжением 150-330 кВ суммой в пределах 1,8 млн.руб. и силовых 2Î трансформаторов указанного напряжения суммой в пределах 2,6 млн.руб. по системе "Днепроэнерго".

Формула изобретения

Устройство для ограничения перенапряжений и токов короткого замыкания на высоковольтной подстанции,содержащее насыщающийся реактор, рабочая обмотка которого включена в нейтраль первичной обмотки силового трансформа-. pa, вторичная обмотка которого соединена в разомкнутый треугольник, а обмотка управлеэз ния насыщающегося реактора подсоединена к источнику постоянного тока, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его быстродействия, оно снабжено дополни- тельным трехфазным трансформатором, первичные обмотки которого включены последовательно с обмотками силового трансформатора, а одноименные выводы вторичных обмоток соединены параллельно между собой двумя последовательно соединенными нелинейными ферромагнитными элементами с противоположными вольтамперными характеристиками, и конденсатором, а источник питания выполнен в виде выпрямительного моста, при этом конденсатор подсоединен параллельно нелинейному Ферромагнитному элементу с максимальным напряжением насыщения, нелинейный ферромагнитный элемент с минимальным напряжением насыщения подсоединен к диагонали вы" прямительного моста, при этом к этой же диагонали подсоединены выводы вторичной обмотки силового трансформатора, соединенной в разомкнутый треугольник, а ко второй диагонали выпрямительного моста подсоединена обмотка управления насыщающегося реактора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизв

Авторское свидетельство СССР

1»" 550713, кл. H 02 H 9/02 1977

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Г 2743053, кл. Н 02 Н 9/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР по заявке Г 2786832/24-07, кл. Н 02 Н /02, 1979.

907680

Составитель Л. Дементьева

Техред,д,дц корректор О, Билак

Редактор Л. Гратилло

Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Заказ 608/64

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4