Комбінований захисний пристрій функціонального живлення електрофільтрів

Комбінований захисний пристрій функціонального живлення електрофільтрів, що містить високовольтні живильну систему шин, комутаційні апарати й обмотку живильного силового трансформатора, з'єднану за схемою зірки з виведеною нейтраллю, роз'єднувач у нейтралі зазначеної обмотки, низьковольтні обмотку зазначеного трансформатора, з'єднану за схемою трикутника, комутаційні апарати і регульовану низьковольтну обмотку живильного силового трансформатора, з'єднану за схемою трикутника, регульовану високовольтну обмотку зазначеного трансформатора з приєднаннями фаз на лінійні напруги, високовольтні випрямовувачі, приєднані виводами до лінійних напруг, коронувальні електроди електрофільтрів, приєднані до ізольованих негативних полюсів випрямовувачів, осадові електроди електрофільтрів, U 2 (19) 1 3 олією. Високовольтний трансформатор постачає електрофільтр Е через випрямитель Д. Негативний полюс випрямителя з'єднаний з коронируючими електродами електрофільтра, а позитивний полюс і осадні електроди заземлені. Магнітний підсилювач МУ, включений послідовно з первинною обмоткою трансформатора, дозволяє в широких межах регулювати високу напругу за рахунок зміни струму підмагнічування. Під час роботи регулятор напруги Р, постачений виконавчим механізмом, по команді блоку керування БУ знижує або підвищує напругу на первинній обмотці трансформатора керування ТУ. З вторинної обмотки трансформатора керування через випрямитель ДУ і зладжувальний дросель L випрямлена регульована за значенням напруга подається в ланцюг підмагнічування магнітного підсилювача МУ, чим регулюється напруга високовольтного трансформатора Тр. При відключенні ланцюга підмагнічування напруга на високовольтному трансформаторі знижується до встановленого мінімуму. Блок керування БУ являє собою релейноконтактну систему, що складається з контакторів, реле, а також захисної і сигнальної апаратури. Пристрій зворотного зв'язку УОС одержує імпульси від датчиків - реле напруги РН і реле струму РТ і передає в блок керування БУдля впливу на регулятор напруги Р. Автоматичне регулювання відбувається таким способом. Після подачі напруги на панель керування система автоматики приводить апаратуру агрегату в пускове положення. Напруга подається на високовольтний трансформатор Тр і регулятор Р починає підвищувати напругу на трансформаторі керування ТУ, збільшуючи струм підмагнічування магнітного підсилювача МУ. При цьому підвищується напруга на високовольтному трансформаторі Тр і на електродах електрофільтра. Підвищення напруги продовжується до максимально можливого значення або до виникнення електричних розрядів в електрофільтрі. При виникненні іскрових розрядів напруга на електрофильтрі автоматично різко знижується, що приводить до зниження струму. Після цього іскрові розряди припиняються. Якщо виникає стійка електрична дуга, спрацьовує максимальне-токове реле РТ, а через різке збільшення спадання напруги на магнітному підсилювачі відключається реле напруги РН. В обох випадках спрацьовує відповідного реле захисту і відключає в блоці керування контактор у ланцюзі підмагнічування магнітного підсилювача МУ. Напруга на високовольтному трансформаторі знижується до мінімального значення і виникла дуга гасне. При відсутності пробоїв протягом установленого часу відповідний реле включає виконавчий механізм на підвищення напруги в ланцюзі підмагнічування магнітного підсилювача до напруги пробою, після чого процес зниження і підвищення напруги повторюється. У випадку виникнення тривалих електричних пробоїв або коротких замикань в електрофільтрі, тобто при великому числі циклів зниження напру 50662 4 ги, спеціальне реле відключає електроагрегат і включає світлову і звукову аварійну сигналізацію. Контроль роботи електроагрегата здійснюється за допомогою контрольно-вимірювальних приладів - вольтметра, амперметра, міліамперметра і сигнальних ламп. Спеціальні блокування служать для сполучення роботи агрегату з технологічним процесом виробництва. Недоліки схеми джерела живлення електрофільтра типу АИФ, прийнятого як аналог: - конструктивна складність пристрою зворотного зв'язку (УОС), що працює на основі одержання імпульсів датчиків реле напруги (РН) у низьковольтній і струму (РТ) у високовольтної мережах; - експлуатаційна ненадійність стабільної роботи блоку керування (БУ), виконаного на основі релейно-контактної системи, що містить складні комбіновані електричні схеми з наявністями контакторів, релейних пристроїв, а особливо функціонально залежних захисної і сигнальної апаратури; - відсутність необхідної ефективності функціональні взаємодії між регулятором напруги (Р), постаченим складним виконавчим механізмом, здійснювати по команді БУ зниження або підвищення напруги на первинній обмотці трансформатора керування (ТУ), із вторинної обмотки якого через випрямитель (ДУ) і згладжуючий дросель (L) випрямлена регульована напруга нарешті подається в ланцюг підмагнічування магнітного підсилювача (МУ), чим вже в кінцевому рахунку регулюється напруга високовольтного трансформатора (Тр) після значно витраченого часу; - при систематичних виникненнях стійких електричних дуг між коронируючими й осадними електродами одного з електрофильтрів у трифазній мережі до спрацьовування максимального реле струму (РТ) виникають неприпустимі для ізоляції дугові перенапруги на інших фазах з ушкодженнями електрофільтрів у високовольтного і вищевказаного елементів у низьковольтних мережах; - крім цього, у високовольтній живильній мережі на зазначеній системі шин установлюються відомі, тому не приведені в схемі, типові трансформатора напруги контролю ізоляції з заземленою нейтраллю високовольтної обмотки, що при дугових замиканнях часто ушкоджується в результаті виникнень феррорезонансних явищ, що руйнують зазначену обмотку тепловими впливами неприпустимих величин струмів у нейтралі; - навіть короткочасні відключення з наступними включеннями електрофільтрів приводять до виникнень комутаційних процесів, що супроводжуються небезпечними величинами високочастотних перенапруг і ударних струмів, що знижують не тільки динамічну, але навіть статичну стійкість всієї електричної мережі; - більш того, зазначені комутаційні процеси супроводжуються наступними, постійно виникаючими, перехідними високочастотними процесами з виникненнями небезпечних величин напруг на живильній системі шин при появах коливальних режимів між живильними й постачальними електричними мережами з неприпустимими величинами напруг і струмів; 5 - можливі виникнення неповнофазних режимів роботи комутаційних апаратів, що приводять до виникнень резонансних явищ з неприпустимими перенапругами всього спектра частот, стабільних і навіть зростаючих на різних фазах, що приводять до розвитку аварійних режимів у циклічнокаскадних послідовностях; - зазначені неповнофазні режими в мережі з ізольованої нейтраллю при дугових замиканнях фаз на землю приводять до виникнень явищ "перекидання фаз", тобто вектори фазних напруг виходять за межі векторного трикутника лінійних напруг з їхнім некерованим збільшенням до виникнення пробою фазної ізоляції навіть з нормальним рівнем її діелектричної міцності; - зазначений перелік недоліків приводить до неприпустимих збільшень у порівнянні з регламентованими параметрами якості електричної енергії, особливо в частині коливань, відхилень, несиметрії і несинусоїдальності напруг і струмів, а отже збільшенню електричних втрат у процесах одержання, але особливо споживання електричної енергії; - необхідно відзначити виникнення комбінованих внутрішніх перенапруг неприпустимих величин, що трансформуються взаємно між високовольтними і низьковольтними елементами живлення електрофільтра, особливо при напругах, що змінюються, у його роботі, що приводять до частого і навіть аварійних відключень; - у приведених складних схемах конструктивно і функціонально взаємодіючих елементів виключаються техніко-економічна ефективність і експлуатаційна надійність пропонованого типу джерела живлення електрофільтра навіть на основі зазначених, найбільш стабільних електромагнітних пристроїв, а що стосується наступних пропонованих схем живлення електрофільтрів типів АТФ, ЭГА, "Альстом", ЭГВ і ЗВВЗ, заснованих на широкому використанні керованих силових тиристорних блоків, кремнієвих випрямовувачів і т.д., що самі є джерелами високовольтних перенапруг, тому промислове використання зазначених електрофільтрів виключається без розробки необхідних захисних пристроїв по обмеженню внутрішніх перенапруг, що особливо виникають у напругах нульовій і зворотній послідовностях, що перевищують припустимі величини; - таким чином, наявність переліку приведених і не обмежених внутрішніх перенапруг виключає практично можливості економічного використання зазначених електрофільтрів у частині не тільки можливого одержання рідкоземельних елементів, але навіть переліку традиційних металів. На закінчення необхідно відзначити, що в деяких джерелах живлення електрофільтрів намагаються навіть здійснювати екстремальне регулювання з рекомендаціями про необхідність розробок пристроїв, що забезпечують безперервний автоматичний пошук електричного режиму, що відповідає максимальному рівневі середнього значення напруги на електродах фільтра. У них намагаються здійснювати ручне й автоматичне керування напругою і струмом корони від нуля до номінального значення. Робляться спроби розробок систем 50662 6 автоматичного керування, що забезпечують негативний зворотний зв'язок між інтенсивністю іскрових розрядів і напругою на виході джерела живлення і так далі. Відомо "Комбінований трансформаторнореакторний захисний пристрій" [2], що прийнятий за прототип, приведений на Дод.2 і містить силовий трансформатор, первинна обмотка 1 якого з'єднана за схемою зірки з виведеною нейтраллю, а вторинна обмотка 2 з'єднана за схемою розімкнутого трикутника, причому обидві обмотки є високовольтними з коефіцієнтом трансформації близьким до одиниці і конструкцією магнітопровода, магнітна система якого в нормальному режимі знаходиться в проектному насиченні магнітним потоком, а при аварійних режимах переходить до припустимого перенасичення, особливо при виникненнях дугових замикань фаз на землю. Між нейтраллю первинної обмотки і землею приєднаний високовольтний компенсуючий реактор 3 з необхідною кількістю регулювальних відводів з метою забезпечення режиму припустимої перекомпенсації при мінімальних величинах однофазних струмів замикання в мережі, причому виводи вторинної обмотки з'єднані безпосередньо з виводами компенсуючого реактора. Паралельно первинним обмоткам силового трансформатора приєднані високовольтні обмотки 4 трифазного компенсуючого трансформатора, з'єднані за схемою зірки з заземленою нейтраллю, а між виводами його низьковольтної обмотки 5, з'єднаної за схемою розімкнутого трикутника, приєднаний низьковольтний реактор 6 з деякою кількістю виводів для зміни при необхідності його індивідуального опору. Між розімкнутими виводами вторинної обмотки 2 трансформатора і високовольтного реактора 3, а також між виводами і нейтраллю високовольтних обмоток 1 і 4 приєднані обмежники перенапруг 7 і 8, а між виводами низьковольтного реактора 6 приєднаний обмежник перенапруги 9. За допомогою комутаційного апарата 10 захисний пристрій приєднується до живильної секції 11. Приведений захисний пристрій забезпечує в основному зниження тільки до безпечних величин внутрішні перенапруги, феррорезонансні і резонансні явища, комутаційні і коливальні процеси, що виникають у кабельних електричних мережах 6010кВ при стабільних режимах роботи електроустаткування, а стосовно до електричних мереж напругами до 110-150кВ, постачаючим електрофільтри, зазначені в аналогу недоліки практично зберігаються, а повинні бути виключені цілком з метою виключення можливостей виникнень аварійних режимів, виникаючих особливо в циклічнокаскадних послідовностях. За основу корисної моделі поставлена задача розробки комбінованого захисного пристрою функціонального живлення електрофільтрів, що містить високовольтні живильну систему шин, комутаційні апарати й обмотку живильного силового трансформатора, з'єднану за схемою зірки з виведеною нейтраллю, роз'єднувач у нейтралі зазначеної обмотки, низьковольтні обмотку зазначеного трансформатора, з'єднану за схемою трикутника, 7 комутаційні апарати і регульована обмотка силового живильного трансформатора, з'єднану за схемою трикутника, регульовану високовольтну обмотку зазначеного трансформатора з приєднаннями фаз на лінійні напруги, високовольтні випрямовувачі, приєднані введеннями до лінійних напруг, коронируючі електроди електрофільтрів, приєднані до ізольованих негативних полюсів випрямовувачів, осадні електроди електрофільтрів, приєднані до заземлених позитивних полюсів зазначених випрямовувачів, первинну і вторинну регульованої високовольтної обмотки трансформаторно-реакторного захисного пристрою, з'єднані по схемах зірки з виведеною нейтраллю і розімкнутого трикутника, що компенсує високовольтний регульований реактор, шунтуючий розімкнуті виводи вторинної обмотки при з'єднанні його введення з нейтральним виводом первинної обмотки і заземленням виводу, шунтуючий нелінійний активний опір, приєднаний паралельно з зазначеними вторинною обмоткою і компенсуючим реактором, заземлюючим роз'єднувач між виводами зазначеного опору і контуром заземлення, регульованийактивний опір, приєднаний паралельно заземлює роз'єднувачеві, регульовані активні опори у фазних вводах регульованих низьковольтних обмоток живильного силового трансформатора, індивідуальні регульовані конденсатори і захисні обмежники перенапруг між зазначеними фазними введеннями і контуром заземлення, комбінований обмежник фазних і лінійних перенапруг між вводами високовольтної обмотки живильного силового трансформатора і контуром заземлення. Пристрій, що заявляється, пояснюється нижче приведеним описом і схемою. На Фіг. приведена електрична схема комбінованого захисного пристрою функціонального живлення електрофільтрів, що містить високовольтну живильну систему шин 1, високовольтні комутаційні апарати 2, високовольтну обмотку 3 живильні силові трансформатори, з'єднану за схемою зірки з виведеною нейтраллю, роз'єднувач 4 у нейтралі зазначеної обмотки, низьковольтну обмотку 5 зазначеного трансформатора, з'єднану за схемою трикутника, низьковольтні комутаційні апарати 6, регульовану низьковольтну обмотку 7 живильного силового трансформатора, з'єднану за схемою трикутника, регульовану високовольтну обмотку 8 зазначеного трансформатора з приєднаннями фаз на лінійні напруги, високовольтні випрямовувачі 9, приєднані вводами до лінійних напруг, коронируючі електроди 10 електрофільтрів, приєднані до ізольованих негативних полюсів віпрямовувачів, осадні електроди 11 електрофільтрів, приєднані до заземлених позитивних полюсів зазначених віпрямовувачів, первинну регульовану високовольтну обмотку 12 трансформаторно-реакторного захисного пристрою, з'єднану за схемою зірки з виведенюї нейтраллю, вторинну регульовану високовольтну обмотку 13 зазначеного пристрою, з'єднану за схемою розімкнутого трикутника, компенсуючий високовольтний регульований реактор 14, шунтуючий розімкнуті виводи вторинної обмотки при з'єднанні його ввода з нейтральним виводом первинної обмотки і заземленням виводу, 50662 8 шунтуючий нелінійний активний опір 15, приєднане паралельно з зазначеними вторинною обмоткою і компенсуючим реактором, заземлюючий роз'єднувач 16 між виводом зазначеного опору і контуром заземлення, регульований активний опір 17, приєднане паралельно заземлюючому роз'єднувачеві, регульовані активні опори 18 у фазних виводах регульованих високовольтних обмоток живильного силового трансформатора, індивідуальні регульовані конденсатори 19 і захисні обмежники перенапруг 20 між зазначеними фазними вводами і контуром заземлення, комбінований обмежник фазних і лінійних перенапруг 21 між уведеннями високовольтної обмотки живильного силового трансформатора і контуром заземлення. Далі приводяться позитивні фактори пропонованого комбінованого захисного пристрою функціонального живлення електрофільтрів. Зазначена високовольтна живильна система шин 1, однофазні комутаційні апарати 2 і обмотка 3 відповідають типовим проектам, однак пропоноване використання роз'єднувача 4 у нейтралі зазначеної обмотки вже сприяє певним обмеженням величин дугових перенапруг або однофазних струмів короткого замикання при ізольованій або заземленій нейтралі живильного силового трансформатора. Але вперше спеціально розроблений на основі нелінійних елементів комбінований обмежник фазних і лінійних перенапруг 21, установлений безпосередньо між зазначеними комутаційними апаратами і трансформаторною обмоткою, вже ефективно забезпечує одночасні обмеження до безпечних величин зазначені перенапруги, що особливо виникають при тривалих дугових замиканнях ушкодженої фази на землю, ферорезонансних явищах з неприпустимими величинами перенапруг і струмів у високовольтній обмотці з заземленою нейтраллю трансформатора напруги і комутаційних процесів при відключеннях ушкодженої ділянки електричної мережі, навіть при індивідуальному спрацьовуванні фазного або лінійного обмежника завдяки наявності між ними загального нелінійного елемента. Низьковольтні обмотка 5 зазначеного трансформатора й однофазні апарати 6 забезпечують живлення спеціально регульованих низьковольтних 7 і високовольтних 8 обмоток живильного трансформатора, причому однофазні високовольтні обмотки з'єднані виводами індивідуальних фаз з лінійними напругами, найбільш стабільними в порівнянні з фазними, до уведень високовольтних випрямовувачів 9, що забезпечують подачу ефективно регульованих живлячих напруга на коронируючі електроди 10 від ізольованих негативних полюсів при заземлених осадних електродах 11, приєднаних до заземлених позитивним полюсам зазначених випрямовувачів уже без виникнень на електродах різко кількаразових електричних полів або навіть дуг, що приводять до необхідності знять напруг з електрофільтрів, тобто їхніх відключень при неприпустимих порушеннях технологічних процесів. Однак з метою повних виключень уже зазначених внутрішніх перенапруг, усунень можливос 9 тей виникнень перехідних і коливальних процесів з низькими, промислової і високими частотами, а також ефективних компенсацій однофазних ємнісних струмів замикання на землю індивідуальними струмами не тільки в регламентованих режимах резонансу або припустимої перекомпенсації, але й у виникаючих режимах недокомпенсації. До лінійних вводів кожного випрямовувача приєднані первинні регульовані високовольтні обмотки 12 трансформаторно-реакторного захисного пристрою з наявністю його вторинних, теж регульованих і високовольтних обмоток 13, при наявності компенсуючого високовольтного регульованого реактора 14 при з'єднанні його вводу з нейтральним виводом первинної обмотки і заземленням виводу роз'єднувачем 15 з одночасним шунтуванням розімкнутих виводів вторинної обмотки, що забезпечують електромагнітні, ємнісні, електричні й електростатичні зв'язки між зазначеними елементами, що усувають індивідуальні і комбіновані резонансні явища між напругами і струмами, що виникають в аварійних режимах, що розвиваються в циклічно-каскадних послідовностях, особливо при виникненнях неповно-фазних режимів. Зазначені схеми з'єднання шунтуючого нелінійного активного опору 16 з послідовно з'єднаним регульованим заземлюючим активним опором 17 у нейтралі трансформаторно-реакторного захисного пристрою при відключеному заземлюючому роз'єднувачі і регульованих активних опорів 18 у живильних фазах забезпечують фактично усунення напруг нульової і зворотної послідовностей із забезпеченнями необхідних параметрів якості електричної енергії, а отже зниження електричних утрат при транспортуванні і використанні електричної енергії, що забезпечують у комплексі стабільність споживаних у фазах електрофільтрів величин робочих напруг і струмів без відхилень і кидків у результаті забезпечення однорідності електромагнітних полів і ємнісних зв'язків між низьковольтними і високовольтними обмотками живильного трансформатора. Далі необхідно відзначити, що наявністю індивідуальних регульованих конденсаторів 19 і захисних обмежників перенапруг 20 між кожною живильною фазою низьковольтної обмотки підвищувального трансформатора і контуром заземлення забезпечується стабільний технологічний коронний розряд без коливань напруг усіляких частот із забезпеченням максимального рівня середнього значення необхідної напруги й ефективним виключенням перехідних і коливальних процесів вищих гармонік, що сприяють ефективному підвищенню ступеня очищення особливо забруднених газів металургійних підприємств із дуговими і рудно-термічними печами, а також теплових електричних станцій. 50662 10 На підставі вищевикладеного виключається цілком необхідність використання пристроїв релейного захисту, автоматики, телемеханіки, обчислювальної техніки і керуючих комплексів, заснованих на використанні ненадійної в експлуатації напівпровідникової техніки, приведених в аналогу складних схемах самого магнітного підсилювача, робота якого заснована на ненадійних функціональних залежностях від послідовно з'єднаних з боку живлення трансформатора керування, випрямовувача і згладжуючого дроселя, живлячихся в свою чергу від складних схем знову послідовно з'єднаних регулятора напруги, постаченого виконавчим механізмом, блоку керування, зниженої або підвищеної напруги на первинній обмотці трансформатора керування, і пристрою зворотного зв'язку, що одержує керовані пульси зі сторін реле напруги і токи низької і високої напруг відповідно підвищувального трансформатора, завдяки чому забезпечені ефективність функціональних взаємодій між елементами запропонованого пристрою й експлуатаційна надійність його стабільної роботи при наочній конструктивній простоті. Отже, виключається доцільність подальших вищевказаних розробок ще більш складних пристроїв і схем їхнього керування стосовно до необґрунтованих спроб забезпечення стабільної роботи електрофільтрів на основах передбачуваних здійснення екстремального регулювання з забезпеченням автоматичного пошуку електричного режиму на електродах фільтра, не доцільних розробок ручного й автоматичного керування напругою і струмом корони від нуля до номінального значення, створення системи негативного зворотного зв'язку між іскровими розрядами і напругою на виході джерела постачання і так далі. На підставі вищевикладеного, завдяки повному усуненню всього переліку недоліків, відзначених в аналогу і прототипі, пропонований "Комбінований захисний пристрій функціонального живлення електрофільтрів" має конструктивну простоту й експлуатаційну надійність у зв'язку з наявністю стабільних функціональних взаємодій між розробленими елементами, що забезпечують збереження працездатності при змінюючихся режимах в умовах експлуатації на основі ремонтопригодності в процесах відновлення справності традиційними шляхами попередження, виявлення й усунення несправностей і відмовлень. Джерела інформації: 1. Болотов А.В., Шепель А.Г. Електротехнічні установки: Навчальний посібник для вузів за фахом "Електропостачання промислових підприємств" - М.: Вища школа, 1988, с.326, мал. 19.2. 2. Патент України на корисну модель №19276 Н02Н 7/04, 9/00. "Комбінований трансформаторнореакторний захисний пристрій". Автори: Андріенко A.M., Журавльов Д.В., Назаров А.И. Опубл. 15.12.2006. Бюл. №12. 11 50662 12 13 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 50662 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601