Трансформаторно-реакторний компенсувальний пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних і низьковольтних мережах

Трансформаторно-реакторний компенсувальний пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних та низьковольтних мережах, який містить триобмотувальний силовий трансформатор з обмотками високої, середньої та низької напруги, з'єднаних по типових схемах "зірка" з виведеною нейтраллю, "замкнений трикутник", "зірка" з виведеним нульовим проводом та високовольтну конденсаторну батарею, з'єднану по схемі "зірка" з виведеною нейтраллю, комутаційними апаратами до живильної системи шин, який відрізняється тим, що містить між нейтраллю високовольтної обмотки та контуром заземлення високовольтної підстанції два послідовно U 2 (19) 1 3 20022 2) конструктивне виконання простою з нерегулюємим значенням (розміром) індуктивного опору реактору може бути застосовано тільки для високовольтних мереж 6-10 кВ з ізольованою нейтраллю при схемі кабельної електричної мережі, яка стабільно працює, без електромагнітних взаємодій між джерелами високої і споживачами низької напруги; 3) відсутні стабільні електрична і функціональні електромагнітні зв'язки між трансформаторними обмотками і обмоткою реактору з ємностями існуючих конденсаторних батарей поперечної компенсації реактивної потужності в залежності від режимів заземлення їхніх нейтралей, що може призвести до резонансних явищ при певних (означених) комутаційних процесах; 4) пристрій не обмежує параметри електромагнітних процесів, які трансформуються в мережі низької напруги і призводять до зниження ефективності і надійності експлуатації засобів релейного захисту, автоматики, телемеханіки і обчислювальної техніки внаслідок виникнення недопустимих розмірів внутрішні х перенапруг та відхилень параметрів якості електричної енергії, які призводять до збільшення електричних витрат; 5) пристрій працює тільки у стаціонарному режимі без можливості зміни електромагнітних процесів при технологічних режимах, які змінюються, та аварійних ситуаціях по причині незмінного глухого заземлення його нейтралі або відсутності чи наявності дугови х перенапруг однофазних замикань на землю, які сприяють виникненням ферорезонансних процесів у високовольтних обмотках з глухозаземленою нейтраллю трансформаторів напруги контролю ізоляції; 6) при виникненні в мережах 6-10кВ з ізольованою нейтраллю різнойменних замикань фаз на землю з наявністю перехідних опорів між ними через контур, який заземляє, нерегламентуємих відключень питомих навантажувань при наявності пропонуємого пристрою можливий одночасний вплив на нього і систему живлення шин недопустимих розмірів внутрішніх перенапряг і струмів високочастотних коливальних процесів, які призводять до необхідності короткочасного вимкнення всієї мережі живлення. Відомий пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних мережах [Патент України №51323, 2002], який містить силовий трансформатор, первинна обмотка якого з'єднана по схемі "зірка" з виведеною нейтраллю, а вторинна - по схемі розімкнутий "трикутник", реактор підключений до виводів вторинної обмотки і при цьому високовольтним введенням - до нейтралі, а низьковольтним введенням - до контуру, який заземляє, комутаційний апарат з колом керування і шунтувальний реактор, трансформатор напруги, трансформатори струму, заземлюючий комутаційний апарат з колом керування, заземлюючий резистор. Даний пристрій приймаємо за найближчий аналог. Недоліком цього рішення є вірогідне зниження надійності роботи пристрою при різних змінах режимів в електричних мережах через наявність високовольтних комутаційних апаратів, які керуються 4 традиційними релейними захистами у низьковольтних колах. В основу корисної моделі поставлене завдання розробки пристрою, яке базується на використанні стандартного трьохобмотувального силового трансформатору з обмотками високої(ВН), середньої(СН), низької(НН) напруг та високовольтної батареї статичних конденсаторів з функціональними взаємодіями між ними, розробленими високовольтними і низьковольтними, стабільними та змінними по розмірам елементами захисту, пов'язаними з функцією змінними режимами заземлення нейтралі високовольтних і низьковольтних електричних мереж і дає змогу підвищити надійність. Вирішення цих завдань забезпечує трансформаторно-реакторний комплектуючий пристрій обмеження параметрів електромагнітних процесів у високовольтних і низьковольтних мереж, яке містить трьохобмотувального силовий трансформатор з обмотками високої, середньої і низької напруг, які з'єднані по типовим схемам "зірочка" з виведеною нейтраллю "трикутник" і "зірка" з виведеним нульовим проводом, високовольтну конденсаторну батарею, яка з'єднана по схемі "зірочка" з виведеною нейтраллю, два послідовно з'єднаних активних опор та заземлюючий роз'єднувач між нейтраллю високовольтної обмотки та землею, причому опір з боку роз'єднувача, який заземляє, шунтується компенсувальним реактором з пристроєм зміни розміру його індуктивного опору, шунтувальний роз'єднувач між виводами розімкнутого "трикутника" обмотки середньої напруги при його безпосередніх електричних зв'язках з нейтраллю обмотки високої напруги та роз'єднувачем, який заземляє нульовий робочий і захисний проводи обмотки низької напруги, безпосередній електричний зв'язок нульового робочого проводу N з контуром, який заземляє, високовольтної підстанції, обмежувачі перенапруг між фазами обмотки НН та нульовим робочим проводом N, нульовий захисний провід РЕ з індивідуальним заземленням, послідовно з'єднані активні опори та конденсатори трифазного високочастотного фільтру між фазами низьковольтної обмотки та нульовим захисним проводом РЕ, електричний зв'язок між нульовим робочим та захисним проводами через послідовно з'єднані активний опір та індуктивність з пристроєм, який регулює. На кресленні зображена принципова електрична схема пристрою, який пропонується. До живильної системи шин 1 комунікаційним апаратом 2 підключений трьохобмотувальний силовий трансформатор, високовольтні обмотки (ВН) якого 3 з'єднані по схемі "зірочка" з виведеною нейтраллю, обмотки середньої напруги (СН) 4 з'єднані по схемі "трикутника" та обмотки низької напруги (НН) 5 з'єднані по схемі зірка з виведеним нульовим робочим проводом(N)6. До нейтралі обмоток ВН приєднані послідовно активний опір 7, комплектуючий реактор 8 з регулюючим пристроєм 9, заземлюючий роз'єднувач 10 та контур е фективного заземлення 11 високовольтної підстанції. Паралельно комплектуючому реактору приєднаний активний опір 12, а в ланцюгу обмоток СН змонтований шунтувальний роз'єднувач 13 пара 5 20022 лельно вказаним активному опору та компенсувальному реактору, чим забезпечується крім магнітного і електричний зв'язок між обмотками ВН і СН при всіх режимах роботи трансформатора. Паралельно обмоткам ВН та СН до вказаної системи шин індивідуальним комутаційним апаратом 14 підключена трифазна конденсаторна батарея (КБ) 15 поперечної компенсації реактивної потужності, з'єднана по схемі "зірка" з виведеною нейтраллю, причому нейтралі обмоток ВН і КБ зв'язані електрично через активний опір, який міститься безпосередньо в нейтралі обмоток ВН. Провід 6 має безпосередній електричний зв'язок 16 з названим контуром заземлення високовольтної підстанції, а між ним і фазами обмотки НН приєднаний трифазний обмежувач перенапруг 17, причому у низьковольтну електричну схему введений додатково нульовий захисний провід (РЕ) 18 з індивідуальним ефективним заземленням 19, між яким і фазами обмоток НН приєднаний трифазний високочастотний фільтр з послідовно з'єднаними в кожній фазі активним опором 20 і конденсатором 21, а між проводами N і РЕ виконаний електричний зв'язок через послідовно з'єднані активний опір 22 та індуктивний опір 23 у вигляді котушки з регулюючим пристроєм 24. Індивідуальне заземлення захисного робочого проводу з'єднано з контуром заземлення високовольтної підстанції через активний опір 25. Стабільний режим паралельної роботи в мережах ВН 110-150-220кВ обмоток 3 з конденсаторами 15 і з'єднання їхніх нейтралей через активний опір 7 при ввімкнутих комутаційних апаратах 2 і 14 з боку живильної системи шин 1 виключає можливість виникнення високочастотних коливальних процесів, знижує (зменшує) перекіс фазних напруг при несиметричних режимах навантаження і усуває можливість виникнення ферорезонансних явищ у високовольтних обмотках з глухозаземленою нейтраллю трансформатора напруги контролю ізоляції. Традиційний електромагнітний та додатковий електричний зв'язок між обмотками 3 і 4 з урахуванням вказаного режиму нейтралей високовольтних обмоток та конденсаторів обмежують розміри ударних стр умів вмикання та комутаційних перенапруг відмикання названої конденсаторної батареї, а також знімає перенапругу при вказаних режимах у мережах СН 6-10-35кВ. Послідовно з'єднані активні опори 7 та 12 забезпечують необхідний базисний режим оптимального обмеження параметрів внутрішньої перенапруги та однофазних стр умів КЗ в мережах СН та ВН 6-220кВ. Крім того, функціональні взаємодії електромагнітних, електричних та ємностних зв'язків між названими елементами сприяють усуненню в мережах ВН з ефективним заземленням нейтралі явищ кілометричного ефекту, який супроводжується резонансними перенапругами промислової частоти при однофазних КЗ на лініях електропередач, які живляться, в зонах регламентуємих відстаней від систем шин, які живляться. У мережах НН забезпечені електричні зв'язки між фазами обмоток 5 та нульовим робочим проводом 6, який має безпосередній електричний 6 зв'язок з контуром ефективного заземлення 11 високовольтної підстанції, через нелінійний обмежувач 17 короткочасних (короткотермінових) внутрішніх перенапруг, а також між названими фазами і захисним робочим проводом 18 з індивідуальним ефективним заземленням 19 через трифазний високочастотний загороджувач з послідовно з'єднаними активним опором 20 і конденсатором 21, які забезпечують обмеження найбільш небезпечних дугови х перенапруг до вимкнення пошкодженої дільниці. Послідовно з'єднаний активний опір 22 та індуктивність 23 з регулюючим пристроєм 24 між названими нульовим і захисним робочими проводами, а також з'єднання контур у заземлення високовольтної підстанції з індивідуальним заземленням захисного робочого проводу через активний опір 25 виключає можливість протікання по названим проводам струмів, які виникають при несиметричних навантаженнях у фазах і особливо неповнофазних режимах, а також усувають електромагнітну та ємнісну передачі внутрішніх перенапруг традиційних частот 3, 5, 7, 11, 13 гармонік та високочастотних перенапруг, включаючи імпульсну дію грозових перенапруг, з боку обмоток ВН та СН на обмотки НН трифазного силового трансформатора. Режим повного обмеження пристроєм внутрішніх перенапруг в мережах СН та ВН 6-220кВ, які трансформуються одночасно в мережі НН до 1000кВ здійснюється при вказаних схемах з'єднання обмоток його силового трьохобмотувального трансформатора замиканням заземлюючого 10 і шунтувального 13 роз'єднувачів, які забезпечують безпосереднє приєднання нейтралі обмоток 3 та замкненої електричної схеми обмотки 4 до заземляючого контуру 11 високовольтної підстанції з одночасним ефективним заземленням нейтралі фазних конденсаторів 15 через два паралельно з'єднані активних опору 7 та 12. Робота обмоток 4 в режимі "замкненого трикутника" з наявністю заземлення 11 одного з його кутів, а внаслідок цього при відсутності навантаження, забезпечує додаткове виконання функцій заземлених екранів між обмотками ВН і НН з одночасним зниженням ємностей між ними, а внаслідок цього виключає повністю трансформації і ємності передачі перенапруги всього переліку можливих частот з боку високовольтних мереж низької напруги. Режим ефективного обмеження пристроєм однофазних стр умів КЗ у мережах ВН 110-150220кВ з ефективним заземленням нейтралі здійснюється розмиканням заземлюючого роз'єднувача 10, чим забезпечується повністю ізольовані режими нейтралей обмоток 3 і конденсаторів 15 з можливістю максимально допустимих навантажень не тільки обмоток 3 та 5 силового трансформатору, але і його обмоток4, за рахунок збереження шунтувального роз'єднувача 13 в замкнутому стані та від'єднання від заземлюючого контуру 11 їх електричної схеми з'єднання. Режим "замкненого трикутника" обмотки 4 забезпечує обмеження до допустимих розмірів перенапруг при короткочасних дугови х коротких за 7 20022 миканнях пошкоджених фаз на землю до вимкнення пошкодженої дільниці мережі з мінімально допустимим терміном спрацювання пристроїв релейного захисту. В мережах 110-150-220кВ з заземленням нейтралі виникає необхідність одночасних знижень до оптимальних розмірів як внутрішніх перенапруг, так і однофазних струмів КЗ. Для цього виконують замикання заземлюючого роз'єднувача 10 і розмикання шунтувального роз'єднувача 13 при вказаних режимах яких заземлення нейтралі обмотки 3 здійснюється через послідовно з'єднані обмотки 4, які перебувають у холостому режимі роботи зі схемою з'єднання "розімкнутий трикутник", шунтуються послідовно з'єднаними активними опорами 7 та 12 з загальним заземленням 11 контуру високовольтної підстанції. Нейтраль конденсаторів 15 навпаки заземлена через послідовно з'єднані активні опори 7 та обмотки 4, які шунтуються активним опором 12 знов з загальним заземленням 11 вказаного контуру. Функціонально зв'язані режими комбінованих заземлень нейтралей обмоток 3 та конденсаторів 15 забезпечують необхідні зниження внутрішніх перенапруг з перевагою обмеження до безпечних розмірів однофазних струмів КЗ на живильних системах шин вузлових підстанцій з наявністю магістральних ліній електропередач. В мережах 6220кВ з компенсованою нейтраллю при збережених режимах роз'єднувачів 10, 13 та наявністю компенсувального реактора 8 з регулюючим пристроєм 9 в момент виникнення однофазного струму замикання на землю його переважно ємнісна Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 8 складова компенсується індуктивним струмом вказаного реактора. При традиційному режимі компенсації дугового замикання пошкодженої фази на непошкоджених фазах і в нейтралі мережі виникають стабільні високочастотні перенапруги розмірами 5,5-6,5 і 2,5-3,5кВ відповідно навіть при настроюванні компенсувального реактору у регламентуючому режимі резонансу або допустимої перекомпенсації з абсолютно недопустимим режимом недокомпенсації, який веде до багатомісних замикань різнойменних фаз в мережі та розвитку аварійного режиму у циклічно-каскадній послідовності. Стабільне шунтування компенсувального реактора 8 активним опором 12 і його приєднання до нейтралі обмоток 3 напругою 110-150-220кВ через активний опір 7 відповідних потужностей при наявності паралельного приєднання до вказаних елементів послідовно з'єднаних обмоток 4 напругами 5-10-35кВ вже сприяють заземленню нейтралі обмоток 3, достатньому для обмеження до безпечних розмірів внутрішніх перенапруг. У вказаному режимі роботи пристрою міститься додаткова можливість обмеження перенапруг, яка забезпечується заземленням нейтралі конденсаторної батареї 15 через виникле паралельне приєднання послідовно з'єднаних активного опору 7 та обмоток 4 з паралельно з'єднаними компенсувальним реактором 8 та активним опором 12. На підставі вищевказаного нами розроблена корисна модель, яка ліквідує повністю недоліки і дозволяє підвищити надійність пристроїв релейного захисту і автоматики. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601