Способ подавления феррорезонанса на ошиновке распределительного устройства с электромагнитным трансформатором напряжения

(55 РЕ ЕНИ К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТВ едовательски и Специально ское бюро и ой технике Мо 72) Л,ов53) 6256) НаансныВ. - ЭАвМ 1288 Зилес. Б.А.С илло и Ю,С аку,316,925(088.8)заров А.И, Ограх перенапряженнергетика и элекорское свидетел815, кл. Н 02 Н 9 резо- -330 ничение ферр ий в сетях 1 трификация, ьство СССР /04, 1984. ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО(54) СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ФЕРРОРЕЗОНАНСА НА ОШИНОВКЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА С ЭЛЕКТИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для борьбы с феррорезонан сом электромагнитных трансформаторов напряжения систем шин 110-500 кВ, отключаемых выключателями с мощной емкостной шунтировкой контактов,Цель изобретения - повышение эффективности подавления феррорезонанса и уменьшение токовых воздействий на трансформатор напряжения.На фиг,1-4 приведены вспомогательные схемы и кривые, поясняющие физическую сущность феррореэонанса; на фиг,5 - схема устройства для реализации предлагаемого способа. 2РОМАГНИТНЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является увеличение эффективности подавления феррорезонанса и уменьшение токовых воздействий на трансформатор напряжения. Эффект достигается кратковременным включением дополнительной нагрузки во вторичную обмотку трансформатора напряжения, причем моменты включения и отключения этой нагрузки выбираются всоответствии с мгновенными значениями напряжений на отключаемой ошиновке и остающимися в работе шинами подстанции. Специальный выбор моментов включения и отключения нагрузок является новым и обеспечивает постепенный разряд емкости схемы замещения цепи. Кроме того, предлагаются различные виды нагрузок и определены воэможности и целесообразность их применения. 2 з, п. ф-л ы, 5 ил,Рассмотрим физические процессы, протекающие в контуре фиг,1 с нелинейной индуктивностью, Как известно, именно в такой схеме приводится рассматриваемое.отключение системы шин с электромагнитным трансформатором напряженЪя, На фиг.1 приняты следующие обозначения: Оист - напряжение на оставшихся в работе частях электроустановки; Св - суммарная емкость между контактами выключателей, отключивших рассматриваемую ошиновку; Сш - емкость на землю отключенной ошиновки; 1. - нелинейная индуктивность трансформатора напряжения; Й- активное сопротивление его обмотки. Схема по фиг.1 элементарнымтивности (сплошная линия) контура (фиг,2) в процессе у:тановившихся феррореэонансных колебаний на основной частоте, При построениях приближенно принято, что в ЗО течение низкочастотной стадии Ос является ,неизменным, а высокочастотная стадияпроисходит мгновенно. Напряжение на индуктивности 0 соответствует реально на 35 блюдаемому в экспериментах, Из описанного следует, что подавить феррорезонанс означает разрядить емкость С, Дей,ствительна, в "нерезонансном" режиме индуктивное сопротивление в схеме фиг,З ,много больше емкостного, поэтому напряжение на емкости должно быть близко к нулю,Сущность предлагаемого способа состоит в управлении моментами включения и отключения нагрузки на вторичной обмотке трансформатора напряжения с целью постепенного снижения заряда емкбсти. При включении нагрузки начинается переходный процесс в схеме по фиг,4, где Е.р - индуктивность рассеяния трансформатора напряжения; Ен - сопротивление нагрузки. Нелинейная индуктивность намагничивания не показана, так как включение нагрузки предполагается во время ненасыщенного ее состояния, В этом состоянии, занимающем подавляющую часть периода, ток намагничипреобразованием приводится к последовательному контуру В С с нелинейной индуктивностью (фиг.2), В этом контуреэквивалентная ЭДС е(1)= С Оист.СвСв+ СшОна равна напряжению на отключенной системе шин, рассчитанному без учета трансформатора напряжения,Во время ненасыщенного состояния индуктивности ее ток очень мал и не влияет 10существенно на напряжение емкости, кото рое, следовательно, остается почти постоянным. На этой стадии потокосцеплениеиндуктивности изменяется и в конце концов,достигает порога насыщения - колена кривой намагничивания. После этого индуктивность скачком уменьшается до значения,соответствующего насыщенному состоянию магнитопровода, и в контуре начинается переходный процесс относительно 20высокой частоты, приводящий к быстромуизменению напряжения на емкости. Этистадии названы соответственно низкочастотной и высокочастотной, Если они чере,дуются через 0,01 с, то в контуре имеет 25место феррорезонанс на основной частоте.На фиг,З показана форма напряжения,на емкости (пунктирная линия) и на индук вания пренебрежимо мал и не оказывает заметного влияния на процесс.Переходный процесс при включении нагрузки начинается с того, что напряжение на емкости изменяется, стремясь к вынужденному значению этого напряжения в данный момент. Из фиг.З следует, что напряжение на емкости уменьшается по абсолютной величине в том случае, если знак разности между ним и вынужденным напряжением в данный момент совпадает со знаком напряжения на емкости, Таким образом, обеспечивается снижение напряжения в первые моменты после включения нагрузки (фиг.З, момент т 1). Нужно только иметь в виду, что опорное напряжениеСвОоп= Оист, - зи (щ 1+ъст) и есть ЭДС е на фиг.2 и 4, а разность между опорным напряжением и напряжением 0 на отключенной ошиновке (Оо-О.) равно напряжению на емкости, Такое определение этого напряжения связано с тем, что емкость С является расчетной величиной, состоящей из соединенных определенным образом емкостей, выключателей и ошиновки. Поэтому непосредственный контроль этого напряжения невозможен, а укаэанное условие включения нагрузки имеет вид; (Ооп-ОМвын)(Оот-О.)О, Вынужденное напряжение на емкости задано в соответствии со схемой на фиг,4, по которой оно легко вычисляется и для случая активно-индуктивной нагрузки равноДЪст3 .Оистт Овын = 2 н +И 1 р1 19 ЪстОистт зп в + агц н+) гд 1-р 45 50 55 Оагу (К)- ",2 где ОитЪст - амплитуда и фазный уголнапряжения фазы источника питания;ю- рабочая частота;): ч - 1,С = Св+ Сш,р - индуктивность рассеяния обмотоктрансформатора напряжения;Ен - комплексное сопротивление нагрузки, приведенное к стороне высокого напряжения трансформатора напряжения,При этом для активно-индуктивной нагрузки ее аргумент1667190 5 10 15 20 25 ЗО 40 45 Так как напряжение на емкости снижается хотя бы в первые моменты после включения нагрузки, то, если в один из этих моментов отключить ее, напряжение на емкости оказывается сниженным по сравнению с моментом включения нагрузки, т.е. условием отключения нагрузки должно быть уменьшение текущего значения величиныОс=Ооп-Опо сравнению со значением той же величины в момент включения нагрузки. Для реализации этого условия необходимо запомнить последнюю.После определенного количества таких включений напряжение, на емкости может быть снижено в необходимой степени. Предлагаемый способ обеспечивает достижение поставленной цели независимо от параметров схемы (от них зависят только моменты времени включения и отключения нагрузок), Способ обеспечивает минимальные токовые нагрузки на трансформатор напряжения, поскольку импульсы тока при включении нагрузки определяются величиной заряда емкости и снижаются вместе с уменьшением последнего.Возможно дополнительное увеличение эффективности выявления и подавления феррорезонанса в различных частных случаях, например, путем обеспечения колебательного характера разряда емкости в контуре по фиг.2. Ситуация в этих случаях соответствует моменту т 1 на фиг.З. Снижение напряжения в результате включения нагрузки будет наибольшим, если обеспечены условия колебательного разряда в контуре,т,е. Я2 - , где Я, , С - параметры последовательного контура, Применительно к резистору в качестве нагрузки это соотношение принимает вид Рн 2 , авС случае индуктивной нагрузкин- СЯ1 2 4 где Р - активное сопротивление высоковольтной обмотки трансформатора напряжения. В обоих случаях отключение нагрузки производят при первом прохождении ее тока через нуль. Это целесообразно и с точки зрения работы соответствующих коммутаторов, и с точки зрения нагрузки на трансформатор напряжения, и с точки зрения эффективности снижения напряжения на емкости, так как момент нуля тока близок к экстремуму высокочастотной составляющей напряжения на емкости (фиг.З),На фиг.5 приведена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа подавления феррорезонанса на одной фазе. Входы 1 и 2 представляют собой источники напряжения, пропорционального напряжениям на отключенной ошиновке О (вход 1) и ошинавке, оставшейся под рабочим напряжением (вход 2), это могут быть, например, вторичные обмотки трансформаторов напряжения, подключенных к соответствующим системам шин.Блок 3 фиксации феррорезонанса может представлять собой, например, трехобмоточный трансформатор, две обмотки которого включены встречно и подсоединены к входам 1 и 2 соответственно, а к третьей обмотке подключена обмотка реле, Контакты реле могут быть включены в рассечку цепи управления исполнительного блока. Возможны и другие варианты.Блок 4 опорного напряжения представляет собой в простейшем случае делитель напряжения, коэффициент деления которого устанавливают заранее в соответствии с отношением Св/Сш+Св (фиг,1),Блок 5 вынужденного напряжения может представлять собой схему на фиг,4, параметры которой устанавливают заранее при вводе устройства в работу соответственно параметрам подстанции, на которой устанавливают устройство. В качестве ЗДС контура на фиг.4 должно быть включено опорное напряжение, Выходом блока является напряжение на емкости контура,Блоки 6 (Ооп-О-Овын) и 7 (Оол-ОО представляют собой суммирующие устроиства, выполненные по любой из известных схем, например на операционных усилителях.Блок 8 (запоминающее устройство) может быть выполнен в виде емкости с постоянной времени саморазряда порядка десятых долей секунды. Блок 9 сравнения сравнивает абсолютные величины двух сигналов и содержит, например, два двухполупериодных выпрямителя и компаратор. Поступившие в блок сравнения входные сигналы выпрямляются и подаются на компаратор, который сравнивает их величины. 50 Блок 10 совпадения знаков может бытьвыполнен на двух схемах совпадения, одна из которых срабатывает в случае, если оба .входных сигнала положительные, а другая - если оба сигнала отрицательные. Таким об разом определяется момент совпадениясигналов по знаку.На выходах двух последних блоков могут быть включены, например, реле, при сра-батывании которых исполнительный блок включает или отключает нагрузку.40 Исполнительный блок 11 может быть выполнен в виде контактора или тиристора, коммутирующего нагрузку. В случае использования тиристора его отключения происходят при переходе его тока через нуль. В этом случае всегда .Оол-Ог в момент запирания тиристора меньше, чем в момент его открытия. Поэтому функции блоков 8 и 9 выполняются автоматически и эти блоки как самостоятельные элементы устройства могут быть исключены,устройство работает следующим образом.В. нормальном режиме, когда включены в работу оба трансформатора напряжения, напряжения на входах 1 и 2 равны и синфазны, При отключении ошиновки эти напряжения становятся различными, причем в случае феррорезонанса напряжение на отключенной ошиновке превышает номинальное и находится в противофазе с ним. Соответственно настроенный блок 3 фиксации феррорезонанса срабатывает, подключая всю схему к источникам напряжения. Таким образом происходит Фиксация феррорезонанса, После срабатывания блока фиксации подается напряжение на схему и блоки 4 и 5 Формируют напряжения рабочей частоты - опорное Ооп и вынужденное Овын. Этй,напряжения, а также напряжение с входа 1 поступают в суммары б и 7, на выходах которых образуются напряжения (Ооп-О- -Овын) и (Ооп-О), При совпадении знаков этих двух сигналов блок 10 совпадения знаков срабатывает, включая нагрузку и реализуя условие включения нагрузки(О-О-О,ын) (О.о-О)0.Исполнительный блок 11, включая нагрузку, подает в запоминающее устройство 8 команду на фиксацию величины Ос = =Ооо-Ог, . В дальнейшем блок 9 сравнения, сопоставляя текущее значение этой величины с фиксированной, подает команду на отключение нагрузки при условии, что напряжение на емкости уменьшилось по сравнению с первоначальным, При этом запоминающее устройство возвращается в исходное положение, При включенной нагрузке (фиг.4) величина Ооп-О не совсем точно равна напряжению на емкости, Именно О в этом случае равно напряжению на нагрузке 2 н. а величина Ооп-О равна сумме напряжений на емкости С и индуктивности рассеянияр. Однако в силу малостир можно пренебречь напряжением на ней и считать, что, как и до включения нагрузки, величина Ооп-О равна напряжению на емкости С. Пссле отключения нагрузки все повторяют сначала до тех пор. пока емкость не разрядится. Окончание процесса подавления феррорезонанса может задаваться либосоответствующей настройкой блока фиксации, либо определенной выдержкой времени,5 Формула изобретения1. Способ подавления феррорезонансана ошиновке распределительного устройства с электромагнитным трансформаторомнапряжения после отделения ошиновки с10 трансформатором напряжения от источникапитания выключателями с шунтировкой егоразрывов конденсаторами, согласно которому контролируют напряжение О на каждой фазе отключенной ошиновки,15 определяют возникновение феррорезонанса и при его фиксации по крайней мере наодной Фазе отключенного участка ошиновкикратковременно включают дополнительнуюнагрузку в цепь вторичной обмотки транс 20 форматора напряжения этой фазы и повторяют эти операции до исчезновенияферрорезонанса, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что. с целью повышения эффективности подавления феррорезонанса и уменьшения25 токовых воздействий на трансформатор напряжения, на каждой фазе определяютопорное напряжениеСвОоп - Оистт - 3 и (и с + Ъст)ЗО и вынужденное напряжение где Оистт, дЪст - амплитуда и фазный угол напряжения фазы источника питания;в -рабочая частота;):Ч 1.С =Св+ Сш;Св - суммарная емкость конденсаторовмежду разрывами выключателей, отделяющих эту Фазу источника питания от отключаемой ошиновки;Сш - емкость на землю фазы отключаемой ошиновки;р - индуктивность рассеяния обмоток 55 тРансформатора напряжения;Ен - комплексное сопротивление нагрузки, приведенное к стороне высокого напряжения трансформатора напряжения, указанное включение дополнительной активно-индуктивной нагрузки производят в1667190 10 ОГ 1 момент, когда (Оол О Овын)(Ооп О)О, запоминают величину(Ооп-О) в момент включения нагрузки и отключают нагрузку, когда текущее значение этой величины становится меньше ее запомненного значения.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности подавления феррореэонанса, в качестве дополнительной нагрузки используют резистор, величина сопротивления которого, приведенная к стороне высокого напряжения трансформатора напряжения, выбрана в соответствии с выражением йн2 СвСпричем отключают нагрузку в момент первого прохождения ее тока через нуль,3. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щи й с ятем, что, с целью повышения эффективности 5 подавления феррорезонанса, в качестве нагрузки используют индуктивность, величина которой, приведенная к стороне высокого напряжения трансформатора напряжения, выбрана в соответствии с выражением Ь- СВ, где В - активное сопротивление1высоковольтной обмотки трансформатора напряжения, причем отключают нагрузку в момент первого прохождения ее тока через 15 нуль.,Гирня Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина каз 2531 Тираж 386ВНИИПИ Государственного комитета по из113035, Москва, Ж, Р Подписноеретениям и открцтиям при ГКНТ СССРшская наб., 4/5