Пристрій для обмеження ферорезонансних процесів та резонансних перенапруг

Изобретение относится к области высоковольтных электрических сетей напряжением 6-35 кВ с компенсированным режимом нейтрали. Компенсация емкостных однофазных тиков замыкания на землю осуществляется индуктивными токами реакторов, находящихся в нейтралях высоковольтных обмоток силовых трансформаторов собственных нужд. Известно устройство для компенсации емкостных токов замыкания на землю в виде дугогасящи х катушек, подсоединяемых через разъединитель к нейтрали высоковольтных обмоток силовых трансформаторов, в большом количестве модификаций [1]. Что касается ограничения феррорезонансных процессов, то рекомендуется подсоединить непосредственно между выводами разомкнутого треугольника второй низковольтной обмотки трансформатора напряжения низкоомный резистор [2]. Основными недостатками предлагаемых устройств являются: со хранение величин перенапряжений при перемежающихся дуга х однофазных замыканий на землю порядка до 3,1 Uф, свойственных режиму изолированной нейтрали сети, с последующим развитием феррорезонансных процессов в результате перемагничивания магнитопро-водов измерительных трансформаторов напряжения типа ЗНОМ, НТМИ и т.д., приводящих к повреждениям их высоковольтных обмоток феррорезонансными токами и обесточиванию питающих секций со всеми нагрузками подключенных кабельных фидеров; отрицательные воздействия перенапряжений перемежающихся дуг однофазных замыканий на изоляцию всей электрически связанной сети, приводящие к многоместным однофазным замыканиям различных фаз, повреждениям электродвигателей, нарушению селективности работы релейной защиты и те хнически необоснованному отключению питаемых кабельных фидеров; воздействие перенапряжений перемежающихся дуг однофазных замыканий на землю и токов феррорезонансных процессов, приводящее к перегоранию замкнувшихся на землю фаз, а следовательно, к возникновению неполнофазных режимов с сохранением перемежающихся дуг со стороны источника питания, что в свою очередь приводит к перенапряжениям до 6,5 Uф и повреждениям изоляции кабелей и силовых трансформаторов; отключение поврежденных участков сети при сложных аварийных режимах приводит к коммутационным перенапряжениям на фидерных выключателях с последующим возникновением неисчезающих во времени колебательных процессов на питающей секции и оставшихся кабельных присоединениях до повреждения изоляции электрооборудования; комплексное воздействие внутренних перенапряжений и феррорезонансных процессов приводит к перекрытиям изоляции ячеек комплектных распределительных устройств и и х возгораниям, приводящим к весьма существенным экономическим убыткам. Известно устройство для защиты измерительного трансформатора напряжения, принятое за прототип и содержащее высокоомные резисторы, подсоединенные между нейтралями и землей высоковольтных обмоток параллельно подсоединенных силового трансформатора собственных нужд и измерительного трансформатора напряжения, причем вторичная обмотка силового трансформатора соединена по схеме замкнутого треугольника [3]. Основными недостатками прототипа являются: недостаточное ограничение величин перенапряжений при перемежающихся дуга х однофазных замыканий на землю, которые сохраняются величиной порядка 2.9 Uф на неповрежденных фазах и 2,5 Uф на нейтрали высоковольтной обмотки силового трансформатора, и параметров токов и напряжений феррорезонансных процессов с трансформаторами напряжения; усложнение возможностей обеспечения селективности работы релейной защиты в связи с параллельным подключением резисторов в ранее изолированной нейтрали высоковольтной обмотки силового трансформатора и глухозаземленной нейтрали высоковольтной обмотки трансформатора напряжения; нерешенность проблемы сокращения количества перегораний замкнувшихся на землю фаз, а, следовательно, возникновений неполнофазных режимов с перенапряжениями до 6,5 Uф с выше указанными факторами возникновения аварийных режимов в электрических сетях с изолированным режимом нейтрали; недостаточная эффективность компенсационной обмотки силового трансформатора, соединенной по схеме замкнутого треугольника, в части его размагничивания, а, следовательно, снижения индуктивного сопротивления трансформатора для низкочастотных составляющих токов нулевой последовательности; недостаточно эффективное ограничение перенапряжений при повторных зажиганиях дуги и обеспечение стекайся зарядов с фаз сети при погасаниях дуги; недостаточная эффективность ограничения внутренних перенапряжений при шунтировке высоковольтной обмотки трансформатора напряжения с высокоомным сопротивлением в ее нейтрали высоковольтной обмоткой силового трансформатора с высокоомным сопротивлением нейтрали. В основу изобретения поставлена задача эффективного ограничения токов и перенапряжений феррорезонансного и резонансного процессов. Поставленная задача решается тем, что в устройство ограничения феррорезонансных процессов и резонансных перенапряжений содержащее силовой трансформатор, высоковольтная обмотка которого соединена в звезду с выведенной нейтралью и подключена через коммутационный аппарат к системе шин, низковольтная обмотка соединена в треугольник, трансформатор напряжения, высоковольтная обмотка которого соединена в звезду с выведенной нейтралью, заземленной через высокоомный резистор, и через коммутационный аппарат подключена к системе шин, его первая низковольтная обмотка соединена в звезду с выведенной нейтралью, согласно изобретению, дополнительно введены дугогасящая катушка, подсоединенная высоковольтным выводом через однофазный разъединитель к нейтрали высоковольтной обмотки силового трансформатора, низковольтным - к земле, вторая низковольтная обмотка трансформатора напряжения, соединенная в разомкнутый треугольник, замкнутый на первый низкоомный резистор, второй низкоомный резистор, включенный между выведенными нейтралями силового трансформатора и трансформатора напряжения, выключатель, подключенный параллельно второму резистору, однофазный трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключена между выводом нейтрали силового трансформатора и землей, вторичная - замкнута на реле напряжения, между дугогасящей катушкой и землей включен трансформатор тока, выход которого соединен с выходом реле напряжения и подключен к входу блока включения выключателя, подключенного параллельно второму низкоомному резистору. На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства. Силовой трансформатор 1 подключен высоковольтной трехфазной обмоткой 2 через коммутационный аппарат 3 к питающей секции 4. К нейтрали 5 высоковольтной обмотки подсоединены: через разъединитель 6 дугогася щая катушка 7, нулевой вывод которой заземлен через первичную обмотку трансформатора тока 8; непосредственно линейный вывод первичной обмотки 9 однофазного трансформатора напряжения 10, нулевой вывод которой глухо заземлен. Низковольтная обмотка 11 силового трансформатора соединена по схеме замкнутого тре угольника и находится в незагруженном режиме. Трехфазный трансформатор напряжения 12 подсоединен высоковольтной трехфазной обмоткой 13 к питающей секции через трехфазный разъединитель 14. Между нейтралью 15 указанной обмотки и землей подсоединен высокоомный резистор 16. Первая 17 и вторая 18 низковольтные обмотки измерительного трансформатора напряжения соединены по схемам звезды с нулевым проводом и разомкнутого треугольника соответственно, причем между выводами второй низковольтной обмотки подсоединен непосредственно первый низкоомный резистор 19. Между нейтралями высоковольтных обмоток силового трансформатора и измерительного трансформатора напряжения подсоединен второй низкоомный резистор 20, параллельно которому подсоединен выключатель 21. Вторичные цепи трансформатора тока в нулевом выводе дугогасящей катушки и вывод реле напряжения 22 в цепях вторичной обмотки 23 однофазного трансформатора напряжения соединены параллельно й подсоединены непосредственно к блоку включения 24, обеспечивающему подачу управляющего тока на включение выключателя 21, шунтирующего второй низкоомный резистор 20. При возникновении однофазных токов замыкания на землю емкостного характера, последние компенсируются индуктивным током дугогасящей катушки 7, подсоединенной через разъединитель 6 к нейтрали 5 высоковольтной обмотки 2 силового трансформатора 1, до безопасных величин с точки зрения возможности их теплового воздействия на междуфазную изоляцию и возникновения двухфазных коротких замыканий на фидерах с последующим их отключением от питающей секции 4 и возникновением коммутационных перенапряжений. Однако ступенчатое регулирование дугогасящей катушки 7 и изменение результирующей протяженности электрической сети при аварийных режимах, а следовательно и фактической емкости, являются причиной возникновения малых токов недо- или перекомпенсации с появлением опасных по величине перенапряжений перемежающихся дуг. Указанные перенапряжения являются причиной дальнейшего развития аварийного режима с возникновением феррорезонансного процесса по причине перенасыщения магнитной системы трансформаторов напряжения с тепловым повреждением высоковольтных обмоток увеличенными токами, возникающими по причине резкого снижения их индуктивного сопротивления. Аналогичные феррорезонансные процессы возникают и при неполнофазных режимах в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, появляющихся при обрывах фаз в результате их перегорания или отказе в работе однофазных коммутационных аппаратов. Причиной возникновения повышенных напряжений в данном случае, предшествующи х феррорезонансам, могут явиться и резонансные перенапряжения, возникающие в результате соизмеримости емкостей оставшихся под напряжением неповрежденных фаз и фазных индуктивностей обмоток силовых трансформаторов при повышенных частотах с возможным возникновением и колебательных процессов с опасными параметрами токов и напряжений для изоляции. Возникновению опасных величин перенапряжений способствует и наличие емкостных зарядных токов на неповрежденных фазах и участках поврежденных фаз, оставши хся под напряжением со стороны питающего трансформатора. В предлагаемом защитном устройстве при возникновении однофазных токов замыкания на землю и компенсации индуктивными токами дугогасящей катушки 7 емкостных токов замыкания на землю сети возникают перенапряжения перемежающейся дуги, являющиеся причиной появления опасных перенапряжений между фазами и землей секции 4, а, следовательно, и на высоковольтных обмотках 13 трансформатора напряжения 12. способствующих возникновению феррорезонансных процессов. Однако вероятность их возникновения в предлагаемом защитном устройстве практически исключена благодаря достаточной эффективности шунтировки повышенной индуктивности высоковольтных обмогок 13 измерительного трансформатора 12 относительно пониженной индуктивностью высоковольтных обмоток 2 силового трансформатора 1 при электрической связи их нейтралей 15 и 5 соответственно через второй низкоомный резистор 20. Однако при возникновении опасных величин перенапряжений перемежающейся дуги, последние ограничиваются шунтировкой резонансно настроенной дугогасящей катушки 7 комбинированным сопротивлением из последовательно соединенных второго низкоомного резистора 20 и высокоомного резистора 16 без снижения эффективности компенсации емкостных токов замыкания на землю. В случае режимов недокомпенсации или перекомпенсации с наличием малых остаточных токов замыкания на землю возникшие перенапряжения перемежающейся дуги на нейтрали 5 высоковольтной обмотки 2 силового трансформатора 1 и воздействующие на первичную обмотку 9 однофазного трансформатора напряжения 10 трансформируются на его вторичную обмотку 23 и вызывают срабатывание реле напряжения 22 с практически одновременным запуском блока включения 23, обеспечивающего включение выключателя 21, шунтирующего второй низкоомный резистор 20, чем обеспечивается повышение эффективности шунтировки высоковольтной обмотки 13 трансформатора напряжения 12 высоковольтной обмотки 2 силового трансформатора 1, а следовательно исключение возникновения феррорезонансных процессов. При неполнофазных режимах и отсутствии токов замыкания на землю резонансные перенапряжения ограничиваются до безопасных величин благодаря наличию в нейтрали сети, т.е. в электрически соединенных нейтралях 5 и 15 высоковольтных обмоток 2 и 13 силового трансформатора 1 и измерительного трансформатора 12, параллельно соединенных индуктивности дугогасящей катушки 7 и последовательно соединенных резисторов 20 и 16 относительно земли, обеспечивающих повышенную эффективность снижения индуктивного сопротивления силового трансформатора 1 благодаря повышенному размагничивающему действию его низковольтной обмотки 11 при низкочастотных составляющи х токов нулевой последовательности. Что касается их высокочастотных составляющих, то они эффективно протекают на землю через резисторы 20 и 16, которые в данном режиме успешно шунтируют индуктивность дугогасящей катушки 7. Одновременно, на основе взаимосвязанной функциональной работы второго низкоомного резистора 20, высокоомного резистора 16 и выключателя 21 обеспечиваются эффективное ограничение перенапряжений при повторных зажиганиях дуги и более благоприятствующие технические условия для стенания зарядов с фаз сети при погасаниях дуги, что тоже эффективно воздействует на снижение перенапряжений при неполнофазных режимах без замыкания фаз на землю. При неполнофазных режимах, возникающих после перегорания фаз и сохранении перемежающейся дуги замыкания на землю со стороны источника питания, перенапряжения ограничиваются весьма эффективно благодаря тому, что заземляющие, последовательно соединенные резисторы 20 и 16 через нейтраль 5 высоковольтной обмотки 2 силового трансформатора 1 и коммутационный аппарат 3 соединены с питающей секцией 4 и выполняют функцию шунта. Более того, как уже отмечалось выше, при недостаточной эффективности шунтирования резисторами 16, 20 этого вида перенапряжений и появления перенапряжений на второй обмотке 23 однофазного трансформатора напряжения 10 вновь срабатывает реле напряжения 22, обеспечивающее включение выключателя 21 и шунтирование второго низкоомного резистора 20 благодаря срабатыванию блока включения 24, чем обеспечивается более эффективное и достаточное ограничение указанных перенапряжений в связи с возникновением режима непосредственной электрической связи между нейтралями 5 и 15 вышеуказанных обмоток с ранее указанными положительными факторами шунтировки обмотки 13 обмоткой 2 трансформаторов 12 и 1 соответственно. Дополнительно необходимо отметить возникновение нежелательных явлений наложения колебательных процессов повышенных и пониженных частот на разработанный перечень внутренних перенапряжений при эксплуатации электрических сетей с изолированной нейтралью. При колебательных процессах пониженных, по сравнению с промышленной, частот существенно снижается индуктивное сопротивление дугогасящей катушки 7, а следовательно увеличивается результирующий ток в первичной обмотке трансформатора тока 8 с выдачей тока управления на входные цепи блока включения 24 с шунтировкой второго низкоомного резистора 20 выключателем 21. Параллельное подсоединение обмоток 2 и 13 через коммутационный аппарат 3 и разъединитель 14 с относительно минимальным и максимальным по величине индуктивными сопротивлениями соответственно, а также непосредственная электрическая связь между нейтралями 5 и 15 с их заземлением через высокоомный резистор 16, успешно гасят колебательный процесс до безопасных величин токов и напряжений для изоляции электрооборудования. Фактическое гашение колебательных процессов окажется более эффективным благодаря токовой нагрузке существующими устройствами релейной защиты и автоматики, подсоединенными к первой низковольтной обмотке 17, и подсоединению первого низкоомного резистора 19 между выводами второй низковольтной обмотки 18, т.е. существующие ранее элементы сети приобретают повышенную эффективность при совместном функционировании с элементами защитного устройства. При колебательных процессах повышенных, по сравнению с промышленной, частот весьма существенно возрастает индуктивное сопротивление дугогасящей катушки 7, а следовательно блок включения 24 уже не срабатывает, да в этом и нет необходимости. Более того, высокочастотные колебания между суммарной индуктивностью всего электрооборудования, включая обмотки 2 и 13, с одной стороны и результирующей емкостью всех подсоединенных кабельных фидеров, включая и секцию 4, с другой, своевременно гасятся, практически в начальной стадии своего развития, благодаря наличию в колебательных контурах успокоительного, второго низкоомного резистора 20 и заземления возникающих колебательных контуров через резистор 16. Селективность работы релейной защиты обеспечивается полностью благодаря тому, что вышеуказанные функциональные связи элементами защитного устройства, включая специально разработанные вторичные цепи, функционирующие в зависимости от вида внутренних перенапряжений при их комбинированном воздействии, а также при резонансных и феррорезонансных процессах, обеспечиваются при любых аварийных режимах в сетях.