Пристрій для обмеження резонансних та ферорезонансних процесів

Изобретение относится к высоковольтным электрическим сетям, в частности к защите трансформаторов напряжения электромагнитного типа, подсоединенных непосредственно к фазам транзитной линии электропередачи 110-750 кВ со стороны потребителя электрической энергии до его линейных выключателей. Цель - повышение эффективности резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов. Устройство ограничения резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов содержит электромагнитный трансформатор напряжения, у которого обмотка высокого напряжения соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, основная вторичная обмотка низкого напряжения соединена в звезду с выведенным нулевым проводом, а дополнительная вторичная об мотка низкого напряжения соединена по схеме разомкнутого треугольника, трехфазную балластную резисторную нагрузку, подключенную к основной вторичной обмотке, однофазную балластную резисторную нагрузку, подключенную к дополнительной вторичной обмотке, высоковольтную линию электропередачи, соединяющую системы шин источника и потребителя электрической энергии с помощью линейных выключателей. Новым у защитного устройстаэ являются управляемые вентили с встречнопараллельным соединением каждой их пары, подсоединенной между фазными выводами основной вторичной обмотки и трехфазной балластной резисторной нагрузкой, резисторы между управляющими электродами каждой фазной пары управляемых вентилей, подключаемые через низковольтный блок включения, соединенный электрической цепью с линейным выключателем, резисторы, подсоединенные наглухо между управляемым электродом и катодом каждого управляемого вентиля, резистор и трансформатор тока в нулевом проводе основной вторичной обмотки низкого напряжения, блок защиты и блок управления, подсоединенные последовательно к вторичным цепям трансформатора тока и соединенные электрической цепью с коммутационным аппаратом, причем коммутационный аппарат и резистор нулевого провода основной вторичной обмотки соединены последовательно между выводами дополнительной вторичной обмотки. 1 ил. Изобретение относится к области высоковольтных электрических сетей, точнее к защите трансформаторов напряжения элек тромагнитного типа, подсоединенных непосредственно к фазам транзитной линии электропередачи 110-750 кВ со стороны по - - ft ел ю 1704221 требителя электрической энергии до его линейных выключателей. Известно распределительное устройство, обеспечивающее подключение активной нагрузки между каждой фазой основной вторичной обмотки трансформатора напряжения и нулевым проводом с целью ограни- чения перенапряжений, воздействующих .на изоляцию при аварийном отключении всех присоединений от системы шин с помощью воздушных выключателей. Устройство не обеспечивает эффективного ограничения перенапряжений при полном обесточении системы шин и не реагирует непосредственно на токи феррорезонансного процесса с целью его ограничения до безопасных для изоляции величин. Коммутационный аппарат подключает активную нагрузку автоматически с помощью блока управления от релейных защит, отключающих систему шин, независимо от наличия перенапряжений, что в свою очередь может усложнить успешное срабатывание- уст-, ройств релейной защиты по подключению системы шин под напряжение, т.е- АПВ шин. Наиболее близким по технической суш/ ности и достигаемому эффекту к предлагзе. мому решению является устройство для заземления нейтрали трансформатора, подключающее активную нагрузку в разомкнутый треугольник дополнительной вторичной обмотки через выпрямительный блок, состоящий из управляемых вентилей, эффективное срабатывание которых обеспечивается с помощью подачи на их управляющие электроды напряжения управления от источника управляющего сигнала, связанного с токами в фазах системы шин и нейтрали высоковольтной обмотки трансформатора напряжения с одной стороны и напряжениями на фазах основной вторичной обмотки с другой. Недостатком устройства является отсутствие необходимой эффективности комплексного ограничения резонансных перенапряжений, а также перенапряжений и токов феррорезоиансного процесса. Надежное функционирование устройства усложнено необходимостью обеспечения управляющего сигнала от устройств релейной защиты, функционирующих не только при феррорезонансных процессах, но и при всех других * аварийных режимах. Воздействия электростатических полей со стороны линий электропередач и систем шин напряжения 330-750 кВ приводят к ложному срабатыванию управляемых вентилей и могут явиться причиной 5 15 20 25 30 35 40 45 50 55 неселоктивной работы устройств релейной защиты. Целью изобретения является своевременное ограничение до безопасных величин перенапряжений и феррорезонансных процессов, возникающих при соизмеримости параметров емкостей фаз линии электропередачи, отключившейся линейными выключателями от системы шин потребителя электрической энергии и находящейся в холостом режиме при включенных линейных выключателях со стороны системы шин источника питания, и индуктивностей высоковольтных обмоток электромагнитных трансформаторов напряжения, подсоединенных непосредственно к фазам линии электропередачи до линейных выключателей потребительской системы шин, т.е. исключение повреждаемости трансформатора напряжения при протекании емкостных токов холостой линии через индуктивности их высоковольтных обмоток с заземленной нейтралью. По сравнению с известным устройством существенными отличительными признаками являются: использование управляемых вентилей со встречно-параллельным соединением их в каждой фазе для подключения сопротивлений к выводам основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, причем управляющие электроды каждой пэры получают сигнал после замыкания цепи между ними через сопротивления с помощью блока включения после отключения линейных выключателей со стороны потребительской системы шин, а наличие резистора между катодом и управляющим электродом каждого управляемого вентиля исключает его срабатывание при электростатических наводках; наличие сопротивления в нулевом проводе основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, являющегося одновременно нагрузочным сопротивлением в разомкнутом треугольнике его вторичной обмотки при включении между ее выводами коммутационного аппарата, соединенного .последовательно с указанным сопротивлением; применение трансформатора тока в нулевом проводе основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, используемого в качестве низковольтного датчика наличия тока феррорезонансного процесса для последовательно соединенных блока защиты и блока управления, обеспечивающих включение коммутационного аппарата между выводами треугольника его дополнительной вторичной обмотки; функциональные взаимодействия между вторичными цепями устройств релейной защиты и автоматики 1704221 линейных выключателей и элементами защитного устройства, подключенного к вторичным обмоткам трансформатора напряжения. На чертеже представлена электриче- 5 екая схема предлагаемого устройства. Система шин 1 источника электрической энергии и система шин 2 ее потребителя соединены высоковольтной линией 3 электропередачи с помощью выключателей 10 4 и 5 соответственно. Непосредственно к фазам линии 3 электропередачи перед выключателями 5 подсоединена высоковольтная обмотка 6 электромагнитного трансформатора напряжения с глухоза- 15 земленной нейтралью 7. К фазным выводам основной вторичной обмотки 8 трансформатора напряжения через встречно-параллельные управляемые вентили 9 подключены активные сопротивления 10 по 20 схеме звезды с выведенным нейтральным проводом 11, который через активное сопротивление 12 и первичную обмотку трансформатора 13 тока соединен через нулевой провод 14 с нейтралью 15 обмоток 8 основ- 25 ной вторичной обмотки. Между управляющими электродами 16 соответствующей фазной пары управляемых вентилей 9 подсоединены активные сопротивления 17 через нормально разомкнутые контакты блока 30 18 включения, соединенного электрической цепью 19 с устройствами релейной защиты выключателя 5. Между управляющими электродами Ї6 и катодами 20 каждого управляемого вентиля 9 подсоединены наглухо 35 активные сопротивления 21. К вторичным цепям трансформатора 13 тока подсоединены последовательно низковольтные блоки защиты 22 и управления 23, обеспечивающие по электрической цепи 24 работу ком- 40 мутационного аппарата 25, соединенного последовательно с активным сопротивлением 12 между выводами разомкнутого треугольника дополнительной оторичной обмотки 26 трансформатора 45 напряжения. Результирующую величину фактических емкостей фаз линии 3 электропередачи, возникающих при ее холостом режиме, обозначим условно конденсаторами 27 и изобразим их пунк- 50 тирными линиями в виде звезды с глухозаземленной нейтралью 28. под напряжением, и землей 28 с индуктивностями высоковольтных обмоток 6 трансформатора напряжения, подсоединенных к фазам перед отключившимся выключателем 5 и имеющих глухозаземленную нейтраль 7, т.е. результирующее емкостное сопротивление Хс каждой фазы окажется приблизительно равньШ индуктивному сопротивлению XL ЭТОЙ же Более того, подпитка реактивной мощностью холостой линии 3 электропередачи приводит к превышению напряжения на ее холостом конце максимально допустимой величины номинального напряжения, а это в свою очередь является дополнительным фактором роста величины резонансных перенапряжений, воздействующих на выводы высоковольтных обмоток 6 трансформатора напряжения. Указанные резонансные перенапряжения являются причиной повреждаемости витковой или межслоевой изоляции обмоток измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также катушечной изоляции автотрансформаторов. Это физическое явление особенно опасно для изоляции электротехнического оборудования, подключенного к системе шин 1 источника электрической энергии при резонансных перенапряжениях, сопровождающихся колебательными процессами, при которых дополнительно повреждаются магнитно-вентильные разрядники с улучшенными защитными характеристиками, т.е. сниженными величинами пробивных напряжений искровых промежутков. Однако резонансные перенапряжения, воздействующие на высоковольтные обмотки 6 трансформатора напряжения, являются причиной перенасыщения его магнитной системы с существенным снижением индуктивного сопротивления указанных обмоток 6, что приводит к резкому увеличению в них токов феррорезонансного процесса, тепловые воздействия которых в комплексе с резонансными и феррорезонансными перенапряжениями повреждают трансформатор напряжения, который фактически, до его повреждения, является ограничителем перенапряжений, что практически недопустимо. В действительности, благодаря защитПосле отключения линии 3 электропереному устройству при возникновении мгнодачи выключателем 5 со стороны потребительской системы шин 2 при включенном 55 венных и опасных по величине резонансных перенапряжений на стороне высоковольтвыключателе 4 системы шин 1 со стороны ных обмоток 6 трансформатора напряжения источника электрической энергии возможсоответствующие повышенные напряжения но возникновение резонансного процесса в на основной вторичной обмотке 8 низкого результате соизмеримости емкостей 27 напряжения приводят к мгновенному ерамежду линейными фазами, оставшимися 1704221 батываниюуг равняемых вентилей 9, без тока управления и подключения активных сопротивлений 10 в фазах и активного сопротивления 12 в нулевом проводе-14, чем обеспечивается ограничение пере- 5 напряжений, з следовательно, и степени перенасыщения магнитопровода трансформатора напряжения, что приводит к ограничению по величине тока в его высоковольтных обмотках 6. 10 Одновременно, с весьма незначительным временем запаздывания подается импульс со стороны отключившегося линейного выключателя 5 по электрической цепи 19, включающий нормально разомкну- 15 тые контакты блока 18 включения, и подсоединяет активные сопротивления 17 между управляющими электродами 15 соответствующей фазной пары управляемых вентилей 9, а следовательно, активные 20 сопротивления 10 и 12 не только более эффективно ограничивают, но и снижают уровень насыщения магиитопровода трансформатора напряжения, эффективно шунтируя его ток намагничивания ! м . чем и 25 обеспечивается снижение не только резонансных перенапряжений, но и опасных напряжений и токов феррорезонансного процесса. В связи с поставленной задачей обеспе- 30 чения защитным устройством возможности относительно длительного нахождения линии 3 электропередачи в холостом режиме без повреждения высоковольтных обмоток 6 трансформатора напряжения на ее холо- 35 стам конце, при наличии даже незначительного тока в нулевом проводе 14 основной вторичной обмотки 8 низкого напряжения, а следовательно, и высоковольтной обмотке б трансформатора напряжения, срабатывэ- 40 ют подсоединенные к вторичным цепям транформатора 13 тока последовательно соединенные блоки защиты 22 и управления 23, подающие сигнал по электрической цепи 24 на включение коммутационного апла- 45 para 25. Включение указанного аппарата 25 обеспечивает подключение к выводам дополнительной вторичной обмотки 26 низкого напряжения активного сопротивления •12, которое, замкнув ранее разомкнутый 50 треугольник указанной обмотки 26, обеспечивает дополнительное размагничивание магнитопровода трансформатора напряжения. При включении линейных выключате- 55 лей 5 и постановке пинии 3 электропередачи под напряжение и нагрузку защитное устройство автоматически выходит из работы и совершенно не мешает работе существующей релейной защиты и автоматики. 8 Таким образом, защитное устройство весьма эффективно и до безопасных величии ограничивает резонансные и феррорезонансные процессы а течение неограниченно длительного времени, т.е. до аннулирования холостого режима линии электропередачи. Фиксация и ограничение резонансных и феррорезонаисных процессов осуществляется низковольтными элементами устройства, подсоединенными к выводам основной и дополнительной вторичных низковольтных обмоток трансформатора напряжения. Подача указанных сигналов управления на управляющие электроды управляемых вентилей осуществляется только после отключения линейного выключателя со стороны потребительной системы шин и не зависит от действующих устройств релейной защиты и автоматики высоковольтных сетей, чем сохраняется надежность их работы. В защитном устройстве полностью исключается возможность ложного срабатывания его элементов при любых величинах электростатических наводок со стороны линии электропередачи и систем шин высоких напряжений. Наличие функционального взаимодействий между вторичными цепями релейной защиты и автоматики выключателей и низковольтными элементами защитного устройства обеспечивает своевременное и надежное ограничение не только резонансных и феррорезонансных процессов, а так же переходных и колебательных явления Принцип работы защитного устройства исключает необходимость многих расчетов, установок при определении селективности работы релейных защит и автоматики высоковольтных сетей при холостых режимах линий электропередач, так как устройство функционирует только после отключения линии со стороны потребительской системы шин. Функциональные взаимодействия между элементами защитного устройства обеспечиваются одновременной нагрузкой обеих низковольтных обмоток трансформатора напряжения благодаря наличию электрических связей между ними с помощью низковольтных блоков защиты, управления и йключения. Защитное устройство во вторичных цепях основной и дополнительной вторичных обмоток низкого напряжения эффективно стабилизирует регламентируемое насыщение магнитопровода трансформатора напряжения в режиме, исключающем 1704221 10 которого обмотка высокого напряжения совозникновение опасных для него по велиединена в звезду с глухозаземленной нейтчине параметров перенапряжений и токов ралью, основная вторичная обмотка резонансного, феррорезонансного, перенизкого напряжения соединена в звезду с ходного и колебательного процессов, а следовательно, исключает повреждаемость не 5 выведенной нейтралью, а дополнительная вторичная обмотка соединена по схеме ратолько самого трансформатора напряжезомкнутого треугольника, трехфазную балния, но и вышеуказанного электротехничеластную нагрузку, подключенную к ского оборудования на системах шин основной вторичной обмотке, однофазную источника электрической энергии. Снижение перенапряжения на линиях электропе- 10 балластную нагрузку, подключенную к до- , редачи при их холостых режимах исключает полнительной вторичной обмотке, о т л и ч а перекрытия искровых промежутков, устаю щ е е с я тем, что, с целью повышения новленных на изоляторах грозозащитэффективности ограничения резонансных ных тросов, чем обеспечивается работа перенапряжений и феррорезонансных прорелейных защит, основанных на микро- 15 цессов, оно дополнительно снабжено тремя электронной технике, и нормальное функпарами управляемых вентилей с встречноционирование высокочастотных каналов параллельным соединением каждой пары, связи. подсоединенными между фазными выводами основной вторичной обмотки и трехфазМинимальный экономический эффект применительно к энергосистемам средних 20 ной балластной нагрузкой, шестью мощностей с относительно протяженными дополнительными резисторами между уп- ' радиальными линиями составляет порядка равляющими электродами каждой пары уп120 - 150 тыс. руб. в год на 1 млн. кВт равляемых вентилей, подключенными через установленной мощности. дополнительно введенный блок включения, Благодаря предложенному защитно- 25 соединенный электрической связью с лиму устройству практически полностью нейным выключателем данного конца лиобеспечивается безаварийная работа синии, седьмым, восьмым и девятым лового, измерительного и защитного электдополнительными резисторами, включенрооборудования, релейной защиты, ными между управляющим электродом и каавтоматики и телемеханики, микропроцес- 30 тодом каждого управляемого вентиля, сорной техники и микроЭВМ при аварийдополнительным трансформатором тока в ных режимах в высоковольтных сетях, что нулевом проводе основной вторичной обдает дополнительный экономический эфмотки низкого напряжения, дополнительфект порядка 250-300 руб. в год в каждой ными блоком защиты и блоком управления, энергосистеме. 35 соединенными последовательно между собой, подключенными к вторичным цепям трансформатора тока и соединенными элекФормула изобретения трической цепью с введенным коммутациУстройство для ограничения резонансонным аппаратом, причем этот аппарат и" ных и феррорезонансных процессов, содержащее электромагнитный трансформатор 40 однофазная балластная нагрузка соединенапряжения, подключенный к концу высоны последовательно и включены между выводами дополнительной обмотки ковольтной линии электропередачи, оснатрансформатора напряжения. щенной выключателями по концам, у 1704221 Редактор Н.Лазаренко Составитель И.Киселев Техред М.Моргентал • Корректор Л.Бескид Заказ 67 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101