Пристрій для обмеження ферорезонансних та резонансних процесів

Изобретение относится к области высоковольтных электрических сетей, в частности к защите измерительных трансформаторов напряжения и тока, высоковольтных воздушных выключателей, вентильных разрядников с магнитным гашением дуги и обеспечению успешной работы релейной защиты, автоматики и телемеханики при полном обесточении систем шин 110-500 кВ и возникновении холостых режимов линий электропередач напряжением 110-750 кВ. Известно "Распределительное устройство" [1], обеспечивающее подключение активной нагрузки к первой вторичной обмотке трансформатора напряжения, например, типа НКФ. Недостатками указанного устройства являются: недостаточная эффективность ограничения феррорезонасных и невозможность ограничения резонансных процессов; реагирование составляющих элементов только на токи пятой гармоники в высоковольтной первичной обмотке трансформатора напряжения; громоздкость конструкции по причине наличия по два комплекта нагрузочных сопротивлений, коммутационных аппаратов и автоматических расцепителей, снижающих быстродействие и надежность работы; необходимость выполнения уровня изоляции, рассчитанной на высокое напряжение, что усложняет монтаж и наладку; соизмеримость стоимости со стоимостью трансформатора напряжения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является устройство для ограничения феррорезонансных процессов [2], принятое за прототип и содержащее трехфазную резисторную нагрузку, подключенную к первой вторичной обмотке трансформатора напряжения с помощью неуправляемых вентилей встречно-параллельного подсоединения в каждой фазе, причем, концы разомкнутого треугольника его второй вторичной обмотки подсоединены между нейтралью соединенной в звезду нагрузки и нейтралью звезды вышеуказанной первой вторичной обмотки кроме того, обмотки нязкого напряжения выполнены с встречной намоткой, затрудняющей режим перенасыщения магнитной системы, а, следовательно, возникновения опасных феррорезонансных процессов. Недостатками указанного устройства являются: недостаточная эффективность ограничения феррорезонансного и резонансного процессов по причине срабатывания неуправляемых вентилей трехфазной мостовой схемы и подключения трехфазной резисторной нагрузки только при воздействии фазных перенапряжений между линейными выводами и нейтралью первой вторичной обмотки трансформатора напряжения; неэффективное ограничение режима перенасыщения магнитной системы трансформатора напряжения при встречной намотке его вторичных обмоток при воздействии только переменного тока, исключающего возможность локализации аварийных процессов; наличие трехфазной резисторной нагрузки со стабильной величиной сопротивления, исключающей эффективн ую работу элементов в функциональной зависимости от изменяющихся величин токов и напряжений соответствующи х частот, свойственных феррорезонансных и резонансным процессам. В основу изобретения поставлена задача повышения эффективности гашения феррорезонансных и резонансных процессов. Поставленная задача решается тем, что устройство для ограничения феррорезонансных и резонансных процессов, содержащее электромагнитный трансформатор напряжения, у которого первичная обмотка соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью и предназначена для подключения к сети, первая вторичная обмотка соединена в звезду с выведенным нулевым проводом, а вторая вторичная обмотка соединена по схеме разомкнутого треугольника, фильтр тока и фильтр напряжения, согласно изобретению, дополнительно содержит первый блок управления, соединенный своим входом со вторичными цепями трансформатора тока в цепи глухозаземленной нейтрали и содержащий фильтр тока заданной гармоники, который соединен с первым выпрямительным блоком, к выходу постоянного тока которого подключены последовательно соединенные первые реле тока и времени, подключенные к выходу первого блока управления, который соединен с выходом второго блока управления, включенного между одним из линейных и нулевым проводом первой вторичной обмотки и состоящего из фильтра напряжения заданной частоты, который соединен со вторым выпрямительным блоком, к выходу постоянного тока которого подключены последовательно соединенные вторые реле тока и времени, подключенные к выходу второго блока управления, выходы обоих блоков управления соединены со входом блока управления вентилями трехфазной мостовой схемы, которая входами переменного тока пофазно подключена к линейным выводам первой вторичной обмотки, а выходами постоянного тока - к выводам второй вторичной обмотки, при этом намотка первой и второй вторичных обмоток выполнена согласно между собой и противоположно намотке первичной обмотки трансформатора. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема конкретного выполнения предлагаемого устройства. Трансформатор напряжения 1 линейными выводами высоковольтной обмотки 2, соединенной по схеме звезды и имеющей глухозаземленную нейтраль 3 через разъединитель 4 подсоединен непосредственно к системе шин или линии электропередачи 5. Его первая вторичная обмотка 6 соединена по схеме звезды с выведенным нулевым проводом 7, а вторая вторичная обмотка 8 соединена по схеме разомкнутого треугольника. Первый блок управления 9 подсоединен ко вторичным цепям трансформатора тока 10, первичная обмотка которого включена в заземляющий провод глухозаземленной нейтрали первичной высоковольтной обмотки трансформатора напряжения, с помощью входных цепей фильтра токов 11 заданной гармоники, состоящего из последовательно соединенных емкости 12 и активного сопротивления 13, к выходным цепям которого подсоединены входные цепи первого выпрямительного блока 14, к выходным цепям которого подсоединены последовательно первые реле тока 15 и реле времени 16 с выходом цепи управления 17. Второй блок управления 18 подсоединен между линейным выводом и нулевым проводом средней фазы первой вторичной обмотки низкого напряжения с помощью входных цепей фильтра напряжения 19, состоящего из последовательно соединенных емкости 20 и индуктивности первичной обмотки 21 нагрузочного трансформатора 22, к выводам вторичной обмотки 23 которого через сглаживающий конденсатор 24 подсоединены входные цепи второго выпрямительного блока 2, к выходным цепям которого подсоединены последовательно вторые реле тока 26 и реле времени 27 с выходом цепи управления 28. Трехфазная мостовая схема 29 с управляемыми вентилями 30 подсоединена к линейным выводам первой вторичной обмотки, а выходными цепями 31, 32 к выводам второй вторичной обмотки. Блоки управления 33, 34 трехфазной мостовой схемы соединены входами цепей управления 35, 36 соответственно с выходами цепей первого и второго блоков управления с помощью электрических связей 37, 38, 39 и 40, а выходами цепей управления соединены с каждым управляющим электродом 41 управляемого вентиля, катодами 42 одной группы и анодами 43 другой гр уппы управляемых вентилей. Согласованная намотка 44 и 45 первой и второй вторичных обмоток противоположна намотке 46 первичной обмотки. В нормальном режиме работы сетей трансформатор напряжения 1 подсоединен выводами первичной высоковольтной обмотки 2 к системе шин или линии электропередачи 5 разъединителями 4. Ток в глухозаземленной нейтрали 3 не протекает через первичную обмотку трансформатора тока 10 и первый блок управления 9 не функционирует. Напряжение между линейным выводом средней фазы первой вторичной обмотки 6 и ее нейтральным выводом 7 не превышает номинальных величин напряжений промышленной частоты и второй блок управления 18 тоже не функционирует. Следовательно, трехфазная мостовая схема 29 не работает и выпрямительный ток во второй вторичной обмотке 8 отсутствует. На основании вышеизложенного видно, что предлагаемое защитное устройство работает только при аварийных режимах в электрических сетях. При аварийном обесточении системы шин 5 с помощью воздушных выключателей возникают феррорезонансные процессы с недопустимыми, а во многих случаях опасными для изоляции электрооборудования величинами феррорезонансных токов в нейтрали 3 первичных высоковольтных обмоток 2 и перенапряжений между выводами фаз первой вторичной обмотки 6 и ее нулевым проводом 7. Согласно проведенным экспериментальным исследованиям в действующих электрических сетях 110-330 кВ наибольшей по амплитуде высокочастотной составляющей в феррорезонансном токе является пятая гармоника при его протекании в первичной высоковольтной обмотке 2, а, следовательно, в нейтральном проводе между нейтралью 3 и землей через первичную обмотку трансформатора тока 10, а в феррорезонансном напряжении третья гармоника, возникающая между выводами первой вторичной обмотки 6 и ее нулевом проводе 7. Например, при нормальном режиме работы указанные гармоники составляют не более 0,7% от общей величины амплитуды синусоидального тока или напряжения, а при полном обесточении системы шин с электромагнитными трансформаторами напряжения они возрастают до величин порядка (28-30)%. Поэтому, применительно к указанному аварийному режиму, конденсатор 12 и активное сопротивление 13 настроены на фильтрацию токов пятой гармоники токовым фильтром 11, которые выпрямляются в первом выпрямительном блоке 14 и приводят к срабатыванию первых токового реле 15 и реле времени 16 с выдачей токового сигнала на выход цепи управления 17, а конденсатор 20 и индуктивность первичной обмотки 21 нагрузочного трансформатора 22 настроены на фильтрацию напряжений третьей гармоники фильтром напряжения 19, которые через вторичную обмотку 23 нагрузочного трансформатора 22, сглаживающий конденсатор 24 и второй выпрямительный блок 25 приводят к срабатыванию вторых токового реле 26 и реле времени 27 с выходом токового сигнала на выход цепи управления 28. Цепи управления 17 и 28 обеспечивают подачу токов управления через объединяющие 37, 38 и распределительные 39, 40 электрические связи к входным цепям 35, 36 блоков управления 33, 34 трехфазной мостовой схемы 29, а следовательно в индивидуальные электрические цепи между управляющими электродами 41 каждого управляемого вентиля 30, а также катодами 42 одной группы и анодами 43 другой группы управляемых вентилей 30. Срабатывание трехфазной мостовой схемы 29 обеспечивает появление выпрямленного тока в электрических цепях 31 и 32, а следовательно, во второй вторичной обмотке 8. Согласованность направлений намотки первой 6 и второй 8 вторичных обмоток, указательные позиции 44, 45, и противоположная им намотка первичной обмотки высокого напряжения 2, указательная позиция 46, трансформатора напряжения 1 обеспечивают размагничивание выпрямленным током во второй вторичной обмотке 8, чем исключается возможность возникновения феррорезонансного процесса при полном обесточении систем шин с любым количеством присоединений к ним с помощью воздушных выключателей. Более того, исключение перенасыщения магнитопроводов, выпускаемых в настоящее время однофазных трансформаторов напряжения 1, например, типа НКФ при возникновении феррорезонансных процессов, позволяет ставить вопрос о возможности и технической целесообразности снижения металлоемкости конструкции измерительного трансформатора в части уменьшения сечения магнитопровода и диаметра обмоток, а следовательно сокращения расхода электротехнической стали и медного обмоточного провода. При возникновении холостого режима линии электропередачи 5 с наличием присоединенных первичных высоковольтных обмоток 2 трансформатора напряжения 1 на ее холостом конце возможно возникновение феррорезонансных и резонансных процессов, то работа защитного устройства по их выявлению и гашению аналогична вышеуказанной работе при полном обесточении системы шин. Опасные перенапряжения промышленной частоты при резонансных процессах на фазах первичной высоковольтной обмотки 2, а следовательно, между выводами первой вторичной обмотки 6 и ее нулевым проводом 7, приводят к срабатыванию управляемых вентилей 30 трехфазной мостовой схемы 29 без наличия тока управления в управляющих электродах 41, чем вновь обеспечивается процесс размагничивания магнитопровода трансформатора напряжения 1 и получение вышеуказанной технико-экономической эффективности. Дополнительно целесообразно отметить, что электромагнитные и электростатистические влияния крайних фаз на среднюю фазу при нормальных, а особенно при аварийных режимах обеспечивают во многих случая х при развитиях аварийных ситуаций успешное срабатывание второго блока управления 18, подсоединенного к средней фазе и приводящего к срабатыванию трехфазной мостовой схемы 29 с возникновением уже указанной успешной работы всего защитного устройства.