Способ защиты конденсаторной батареи с внешними предохранителями

Союз СоватскикСоциапистичвсиикРвспубпик РС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1) Доподнительное к авт. сви 22)Заявдено 2 присоединение 23) Приоритет 244/24-07 (. Кл 21 аявки М 6 2 Гоеударетвекныв каиСССРпо делам нэабретен еткрытк 11 00 1.82 Бюллетень И 3 Д 1( 621. 316.925(088.8) диков кования описания 3001.82 опубдК.М.Добродеев и А.С.Т о Горьковское отделение Всесоюз проектно-изыскательского и на но-ис(7) Заявятед л института энергетических сист сетей "Энергосетьпро(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ С ВНЕШНИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ ь н и Изобретение относится к электроэнергетике, а именно .к технике релейной защиты конденсаторной батареи.Конденсаторные батареи используются как источник реактивной мощности, а в последнее время устанавливаются в составе фильтров, предназначенных для подавления высших гармоник напряжения. Фильтр высшей гармоники состоит из последовательно соединенных конденсаторной батареи и Фильтрового та реактора и включается на фазное напряжение. Конденсаторная батарея подразделяется на последовательные ряды, в каждом из которых параллельно соединены единичные конденсаторы.15 Конденсаторы защищаются внешними индивидуальными предохранителями, имеющими механический указатель срабатывания.Наиболее характерным повреждением конденсаторной батареи является пробой конденсатора, сопровождающийся коротким замыканием ряда (к.з.). Эта стадия повреждения характеризуется наибольшим изменением параметров ряда конденсаторной батареи и фильтра в целом., Однако, длительнос к.з. ряда невелика и определяется време ем сгорания индивидуального редохранителя поврежденного конден сатора, которое составляет нескольк После отключения предохранителя поврежденный конденсатор выделяется из ряда и устанавливается новый режим, параметры которого отличаются от параметров исходного режима в заметной степени только для ряда с аварийно отключенным конденсатором: для конденсаторной батареи и фильтра в целом отличие этих двух режимов весьма незначительно. Поскольку отключение предохранителя происходит вблизи перехода сопровождающего тока через нуль, наряду с поврежденным конденсатором возникает апериодическая составляющая напряжения, мак 902147симальная величина которой равна амплитудному значению напряжения этого ряда в послеаварийном режиме. Очевидно также, что на остальных рядах батареи возникает апериодическая составляющая такой же величины, но с противоположным знаком (по отношению к потенциалу земли) 111.Известные способы и основанные на них устройства, предназначенные для защиты конденсаторных батарей, входящих в состав фильтров высших гармоник или установленных отдельно, можно классифицировать, по крайней мере, по двум признакам: по месту установки устройства и по параметру реагирования.По первому признаку устройства подразделяются на две группы: устанавливаемые на потенциале земли и устанавливаемые на потенциале ряда конденсаторной батареи.Недостатком устройств второйгруппы является их многокомплекстность и необходимость организации каналов передачи информации с потенциала ряда на землю. Преимуществом устройств второй группы являетсяих более высокая избирательность(указывают ряд с поврежденнчм конденсатором) и более высокая чувствительность. По параметру реагирования можно выделить устройства, измеряющие ток в ошиновке ряда конденсаторной батареи, напряжение ряда; полное сопротивление ряда, дифференциальный ток двух параллельных ветвей конденсаторной батареи одной Фазы, дифференциальные напряжения двух последовательных групп рядов 1 угол между напряжением и током на частоте настройки фильтра высшей гармоники; напряжение на нейтрали или ток к за- фф земленной нейтрали с компенсацией небаланса от физической модели защищаемого объекта; ток фазы защищаемого объекта, компенсированный сигналом, пропорциональным току физичес- Ю кой модели объекта.Перечисленные устройства можно разделить на три подгруппы по фазе процесса, во время которой они должны действовать: 531) устройства, действующие в пере. ходном процессе при пробе конденсатора; 42) устройства, действующие вустановившемся режиме к.з. ряда батареи,3) устройства, действующие вустановившемся режиме после отключения поврежденного конденсатора.Устройства первой подгруппы,действующие при увеличении параметра реагирования, имеют, как правило,большую чувствительность по сравнению с устройствами второй подгруппы,а устройства второй подгруппы имеютпреимущество по чувствительности пе -ред устройствами третьей подгруппы.Вместе с тем интервал времени, отведенный для действия устройств первойподгруппы, крайне мал (несколькомиллисекунд), а время для измеренияпараметра реагирования устройствтретьей подгруппы практически не ограничено . В настоящее время в технике эащи ты конденсаторных батарей наибольшее внимание уделяется устройствам, установленным на потенциале земли и реагирующим на переходный процесс при пробое конденсатора 1 21.Наиболее совершенным способом этой группы является способ, реализованный в устройстве для токовой защиты фильтра высшей гармоники,По данному способу формирование сигнала осуществляется путем сравнения тока фильтра высшей гармоники и тока физической модели фильтра, включенной на трансформатор напряжения фильтра. В раэностном сигнале подавляется первая гармоника и гармоника с частотой настройки фильтра, эатем сигнал выпрямляется и подается на реагирукпций орган, Сигнал на входе выпрямителя при пробое конденсатора изменяется по периодическому закону с частотой настройки фильтра и имеет спадающую по экспоненте амплитуду 1 3 1.Основным недостатком способа является возможность неселективного действия устройства в переходных процессах, сопровождающих внешние коммутации: включение и отключение фильтра, резкое изменение режимаатиристорных преобразователей, посадки напряжения при к,з. в питающей сети и др. Сам по себе этот недостаток не столько уж существенный и легко может быть снят с помощью специального блокирующего устройства.902147 Однако в некоторых режимах, в частности, при включении фильтра поднапряжения и при резком изменении режима тиристорных преобразователей,возникает перенапряжение на конденсаторной батарее и повышается вероятность пробоя конденсаторов, Еслипробой произойдет, защита не выполнит свою функцию, поскольку она будетвыведена из действия блокировкой 0на заданное время (например,на 3-5 с);Другим его недостатком являетсянедостаточная чувствительность и даже отказ защиты при пробое конденсатора в некотором интервале при переходе напряжения через нуль (обычно5-10 эл.град.),Цель изобретения - повышение селективности и чувствительности защиты конденсаторной батареи с внешними 20апредохранителями.Укаэанная цель достигается тем,что в способе защиты конденсаторнойбатареи с внешними предохранителями,при котором измеряют ток и полное 25напряжение каждой фазы конденсаторной батареи, формируют из них рабочий сигнал и если он превышает заранее заданную эталонную величинуподают сигнал на отключение батареи, З 0дополнительно измеряют напряжениесредней точки фазы батареи конденсатором относительно земли, вычитаютиз него разность полного напряженияфазы батареи и напряжения пропорциог З 5нального току фазы батареи и отстаю -щего от него на 90 , в полученномонапряжении подавляют высшие гармонические составляющие и выделяют апериодическую составляющую, используемую в качестве рабочего сигнала. В переходном процессе при внешних коммутациях конденсаторной батареи и фильтров высших гармоник в сигнале на входе фильтра нижних частот возможно повышение периодической составляющей. Однако апериодическая составляющая не возникает, Эта обусловлено тем, что в цепи конденсаторной батареи всегда установлен реактор, предназначенный для ограничения тока заряда-разряда или являющийся фильтровым .реактором. Апериодическая составляющая может появиться только при отключении батареи и фильтра После отключения предохранителем поврежденного конденсатора по данному ряду батареи воэникает апериоди ческая составляющая напряжения, зависящая от числа параллельно включенных конденсаторов и числа последовательных рядов. Апериодическая составляющая напряжения такой же величины, но с противоположным знаком возникает на остальной части батареи. Постоянная времени затухания апериодической составляющей напряже 55 ния определяется величиной разрядных резисторов и для конденсаторов, применяемых в батареях фильтров составляет несколько секунд.Ъ Если измерять напряжение среднейточки батареи относительно земли,то знак апериодической составляющейв измеренном напряжении зависит оттого, где находится ряд с поврежденным конденсатором,В средней точке батареи относительно земли возникает также и периодическая составляющая напряжения.Отношение амплитуды периодическойсоставляющей в средней точке батареик измеренной апериодической составляющей в этой точке может достигатьвеличины 50-100.Существенное влияние на величинуизмеренной апериодической составляющей, и, следовательно, на величинуотношения периодической и апериодической составляющих может оказатьгармоника напряжения с частотойнастройки фильтра. По предварительным соображениям это влияние можноучесть повышением этого отношения в1,3-1,5 раза.Фильтрация апериодического сигна"ла, составляющего 1-2 Е от периодического сигнала, весьма затруднительно, поэтому целесообразно выполнить компенсацию периодического сигнала,возможность которой непосредственно следует из известного способа.Компенсирующий сигнал формируетсякак разность вторичного фазного напряжения трансформатора напряженияи напряжения на конденсаторе, включенном в цепь вторичной обмоткитрансформатора тока.После компенсации апериодическийи периодический сигнал становятся соизмеримыми, при этом выделение апериодического сигнала облегчаетсяи может быть выполнено с помощью,например, фильтра нижних частот сзадержкой сигнала в 100-200 мс.90214 Формула изобретения выключателем. В этом режиме устройства, реализующие предложенный способ, должны блокироваться с помощью реле управления и сигнализации выключателя, 5На чертеже приведена блок-схема устройства.Устройство состоит из конденсаторной батареи 1, реактора 2 (токоограничивающий или Фильтровой), выключа теля 3, трансформатора 4 тока, трансформатора 5 напряжения, делителя 6, напряжения, конденсатора 7, сумматора 8, фильтра 9 нижних частот ( каскад), выпрямителя 1 О, реагирующего 15 органа 11,.элемента 12 выдержки времени, логического элемента НЕ 13, блока 14 автоматики, управления и сигнализации выключателя, исполнительного органа 15. 20При отключении поврежденного к онденсатора возникает апериодическая составляющая на входе сумматора 8, которая выделяется фильтром 9 нижних частот, выпрямляется и сравнивается 25 с установкой на реагирующем органе 10. Если рабочий сигнал превышает установку, реагирующий орган срабатывает и с выдержкой времени 0,5-1 с, предназначенной для отстройки от 30 небаланса в переходном процессе, воздействует на исполнительный орган,В режиме внешних коммутаций в рабочем сигнале отсутствует апериодическая составляющая, однако возможно увеличение периодического напряжения небаланса в переходном процессе. Задержка по времени в 0,5-1 с предотв" ращает излишнее или ложное действие защиты батареи в этом режиме. 40При отключении конденсаторной батареифильтра ) выключателем возможно появление апериодической составляющей в рабочем сигнале: ложное срабатывание защиты предотвращается с помощью блока 14 управления, кото 7 8рый при отключении выключателя воздействует на логический элемент НЕ 13 и выводит защиту из действия.Применение предлагаемого способа позволяет повысить техническое совершенство защиты конденсаторной батареи и, в конечном счете, повысить надежность электроснабжения потребителей.и качество электроэнергии. Способ защиты конденсаторной батареи с внешними предохранителями,при котором измеряют ток и полноенапряжение каждой фазы конденсаторной батареи, формируют из них рабочий сигнал и если он превышает заранее заданную эталонную величину, подают сигнал на отключение батареи,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения чувствительностии селективности, дополнительно измеряют напряжение средней точки фазыбатареи конденсаторов относительноземли, вычитают из него разностьполного напряжения фазы батареи инапряжения пропорционального токуфазы батареи и отстаюпйго от негона 90 , в полученном напряжении поодавляют высшие гармонические составляющие и выделяют апериодическуюсоставляющую, используемую в качестве рабочего сигнала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Марченко Е .А, Перенапряжениев установках продольной компенсации, - "Электричество", 1953, У 12,с. 10-13,2. Патент США У 3984734,кл, Н 02 Н 7/16, 1976.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2447165/24-07,кл, Н 02 Н 7/16, 197.