Устройство для ограничения резонансных и феррорезонансных процессов

(5)5 Н 02 Н 904 ИЯ Е ИЗОБР К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТВУ о- тГОСУДЛРС 1 ВЕИ 1 ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОЬРЕТ ЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Завод высоковольтной аппаратурыизводственного объединения "Запорансформатор" им. 8.И,Ленина(56) Авторское свидетельство СССРМ 904096. кл. Н 02 3 3/00, 1978.Авторское свидетельство СССРМ 907683, кл. Н 02 Н 9/04, 1978,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ И ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫХ ПРОЦЕССОВ(57) 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 ли.нейных выключателей. Цель - повышение эффективности резонансных перенапряжений и феррорезонансных процессов. Устройство ограничения резонансных перенапряжений и феррорезонацсных 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 выверенным нулевым проводом, а дополнительная вторичная обИзобретение относится к области высо-. ковольтных электрических сетей, точнее к эащитз трансформаторов напряжения элек.,Ж 1704221 А 1 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 устройства являются управляемые вентили с встречно- параллельным 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 управленйя, подсоединенные последовательно к вторич ным цепям трансформатора тока и соединенные электрической цепью с Ь) коммутационным аппаратом, причем ком- - й мутационный аппарат и резистор нулевого провода основной вторичной обмотки соединены последовательно между выводами дополнительной вторичной обмотки. 1 ил. ромагнитного типа, подсоединенных не осредственно к фазам транзитной линии лектропередачи 110-750 кВ со стороны потреби, нля злектри:еск 01 з,еГ.и до г; о л;1 ей; ь х н., .л Очэ тел е Й,И -гестно распр:дог; елон.е устр"йстВо, с;:; ",лнэОщео ад".0 ге;, акти;Ойнагрузки между ко;,дой фаза,: осн вноиОТ(ЭИ" Ой об ОТКИ ТЭВ 10":0 Э 1 а Гюрз с 1",; -коия и нулевым 1 рсзодс: 1 с целю Огра 1 чеИя ре:апряже 1;1, 1 озд.иству 0 г;хНа И, ОР Я ЦИЮ Г,.гЛ ас 1, Л ОМ ОТКЛОЧЕ 1 ИИВСЕХ ПРА ОЕДИНОНИЙ ОТ СИСТЕМЫ ОИ С ПОмощью гозду ных гы;лк этелей. устройство и. обеспечивает зфс ктинногоОГЭДНИЧГЭНЯ ПЕРбсггР 5.:КЕ 1 ИЙ ПРЛ ПГ)Г 10 Лсбес о, и систег ы ш гн ирсагирус 1епосрдстоенно на токи феррорезгнэнсНОГО ПрЭ 1,ЕССа С ЦЕЛЬЮ ЕГО О рас:1 ЧЕНИ 5 ДОб эопас ых для и:шКнии эе 1 ч.н. ЕоглмутаРОЬ:Й аППВРат ПСДКГЮсЭЕТ актИЗНуЮндгрузк" автоматически с помощью бтЗХЗуправления от релейных зл ит, Отклк 0 ощи. сигте;у шин, незааисимо от наличиягсренапряжениЙ, что о свз 0 Очередь можетусложнить успешгое срабатывание устройств регейной зациэы Г 10 подключениюсистегы шин пОд апрлкение, т.е: АгВшин,Наболсе близкигл по технической сущ.ности и :.сстигаемому эф акту к поедлагае. гему р аСнию явл 5 еэся устройство дллзарел нил неитрали трас ьор 1 этора, подКЛЮсЭЮЦЕЕ аКтИВНУЮ ВГРУЗКУ.В РВЭО 1 КУтый треугольлк дсолнительнойвтори ной обмотки через вПря.1 тельньгйблок, состоящий из угрангяег".,ь; оснтилсй,эффекте ое сраба 1 ыван,е которых обеспечивается с помощью подсчи на их уг;равляющиа злек 1 роды напрлке:и:1 у; рзолонияОт истоника упрзоляощего сизла, связанного с токами в фазах о;сто".ы шин иНЕЙраЛ 1 ГЫСОКОБОЛЬТНО 1 О с 107 КИ Тра,Сформэтор нэпряженлл с од 0,1 сторон иНсП;ЛсНЯГ 1 И Га аз,: ОСНООНСЙ 1 ВТОР;Чай об; отк с Дгэуго.Недг стэткоустро стол ло."ется отсутстн;е необходлг 0 й 3.с,кт.1" гости комплексного ограичеггия ре=е; анс;гхперенапр кений, а т, кхе ир: г,полженийИ ТОКОВ с. ОргрЕЗОНЗГСАРГО Пго 1 ЕССа,Надежное функцио 1 роагие устройства услокнено необходимостьюОбегпе:.". , упрэвллю.цего сигнала Отустройств релейной защиты, фнкципнируюгоих не только пои ферро-езонансных проессах, но и при всех другихаварийных рекмэх.Возде 1 сто 5 я элкт ростэт 11 чсскх ПОлей со согонь лин й злектоерадэч исистем оИн нзпрлксг 5 я-г:1. к 3 ;риСОДЯТ К ЛРК 10 МУ СРЭМ;: Нс. ИКЭ УПРЭВЛЯЕМЫХ ОЕ ИЛ1 И 1 ОГт ".5:СЯ ПОИЧИНСЙ50 1020 253040 НССЕГ.Ч:ТИОНОИ Рс",)ОТЫ УС) РСЙСТО РЕЗЕ 1 Ой за,ц,ты,л.:Г иапо". Зэе Ил Тголяется сооаэренс. Ограни с Ис до безоэсных ое- и с рь (и гэ я к";и ф г Г.О и . 3 о и 3 и с.х г ф:сэссон, огэзикаоцх при г 0",з" еэи",1- СИ Пар,ГЕТг 0 ЕМКОСТЕЛ фс 3 Л 1 ИИ ЗЛЕКТ рп еед чи, о-ключиошсйся линейными выкал чз;еля л 1; от системы шин готребите- ЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗНЕРГИИ И аХГДЯг йСЯ В холосто;.1 режиме при нклю Онных линейНнгх ОЫКЮчаТЕЛЛХ СО СтоРОНЬ СИГтСМЫ ШИг исэочника питания, и индуктионостей оысокг;гольных обмоток злектроглэгит н ь,х э рлнс 1 грмзторпо апр:ке 5, пгДсоеди.еггх непосредстоео к фазам лини элс.гропередачи до лиейых о,кл 0 ателсй потрсблтельсОй сисгегл. шин, т,е. исклочеие поврекдаемости эрасформаторанапрлкения при протекании емкостных токов холостой линии через индуктионости их ВЬСОКОЬОГгЬТНЫХ 06 ЛОТОК С ЗЭЗЕГ 1 ЛЕННСЙ нситр, юПо сраое 1 И 0 с известныгл устройством суп;естоенными Отто читсльныл 1 и при: наками лвл 5 юся: использование управляемыхоснт 1 Ой со встречно-парэллельньм соединснием их в каждой фазе для подключен. ". сопротивл.Ний к выводам основной оторичНой Обмо. ;И ТранссЮрМс 3 ТОЭЭ НВПр 5 КЕНИ 51, пр; с;", управляющие элсктроды каждой пары получаот сигнал после замыкания цепи между ни и через сопротолания с погощью блока включения после оклггэ еи ЛИс ЭЙНЫХ ОЫКЛЮЧсТСЛай СО СТОРОЫ ПОТЭЕ- бительской системы шин, а Вличие рези,стора г ежду катодом и управляющим зле:тродом каждою управляемого вентиля исклкэчает Ого срабатывание при электроста;ческих наводках; наличие сопротиоления в нулегом проводе осногной вторичной об;10 тки тра;-сформаторэ апрякения, являюце;ося однооре"енно нагрузгчным сопротивлением в разомкнутом треугольнике его втори Гной обмотки пр; включении мекду С: ОЫГОДСМИ КомгссутацИОГ 00 аППарата, СОЕДЕННРГО ПОСЛГДООЭТЕЛЬНО С Укаэгнным сопротивлением; пригсчение трансфгрматора тока в нулевом проьоде осанной вторичной обмотки трансформатора напряжения, используемого в качестве низковольтного дэт,ика нэлчия тока фср- РОРЕЗОНаНСНОГО ПРОЦЕССа ДГЛ ГОСЕДОсЗЭ- тельно соединенных блока защиты и блока ургленя, обеспач,1 оэюц 1 х оклоч:нив когл",утэИонного аппэрэта между окнодл ги эр угольн 1 ка его допогИтельо О ОР 1 сно 1 Э)МОТК 1; фУГК,5 НаЛЬНЕ НЗЛИ г.дйстогл г;.;.:Ду торч. . цепями устрг)й;о релейнай з 1 гтэн 10 г 1 ат 5 Хщие по электрической цепи 24 работу коммутационного аппарата 25, соединенного последовательно с активным сопротивлением 12 между выводами разомкнуто.го треугольника дополнительной эторичной обмотки 26 трансформатора напряжения. Результирующую величину фактических емкостей фаз линии 3 электропередачи, возникающих при ее холостом режиме, обозначим условноконденсаторами 27 и изобразим их пунктирными линиями в виде звезды с глухо- заземленной нейтралью 28,После отключения линии 3 электропередачи выключателем 5 со стороны потреби.тельской системы шин 2 при включенном выключателе 4 системы шин 1 со стороны источника электрической энергии возможно возникновение резонансного процесса в результате соизмеримости емкостей 27 между линейными фазами, оставшимися 40 45 50 55 линейных выключателей и элементами защитного устройства, подключенного к вторичным обмоткам трансформатора напряжения.На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства.Система шин 1 источника электрической энергии и система шин 2 ее потребитеяя соединены высоковольтной линией 3 электропередачи с помощью выключателей 10 4 и 5 соотве 1 стеенно. Непосредственно кфазам линии 3 электропередачи перед выключателями 5 подсоединена высоковольтная обмотка б электромагнитного трансформатора напряжения с глухоэа земленной нейтралью 7. К фазным выводам основной вторичной обмотки 8 трансформатора напряжения через встречно-параллельные управляемыс 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 нейтрапью 15 обмоток 8 основ 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 16 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, обеспечиваюпод напряжением, и землей 28 с индуктивностями высоковольтных обмоток 6трансформатора напряжения, подсоединенных к фазам перед отключившимсявыключателем 5 и имеющих глухозаземленную нейтраль 7, т.е. результирующееемкостное сопротивление Хс каждой фазы окажется приблизительно Равным индуктивному сопротивлению Х этой жефазы (Хс = Х),Более того, подпитка реактивной мощностью холостой линии 3 электропередачиприводит к превышению напряжения на еехолостом конце максимально допустимойвеличины номинального напряжения, а этов свою очередь является дополнительнымфактором роста величины резонансных перенапряжений, воздействующих на выводывысоковольтных обмоток 6 трансформаторанапряжения.указанные резонансные перенапряжения являются причиной повреждаемостивитковой или межслоевой изоляции обмоток измерительных трансформаторов тока инапряжения, а также катушечной изоляции,автотрансформаторов.Это физическое явление особенно опасно для изоляции электротехнического оборудования, подключенного к системе шин 1источника электрической энергии при резонансных перенапряжениях, сопровождающихся колебательными процессами, прикоторых 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 магнитнойсистемы с существенным снижением индуктивного сопротивления указанных обмоток6, что приводит к резкому увеличению в нихтоков феррорезонансного процесса, тепловые воздействия которых в комплексе с резонансными и феррорезонанснымиперенапряжениями повреждают трансформатор напряжения, который фактически, доего повреждения, является ограничителемперенапряжений, что практически недопустимо.В действительности, благодаря защитному устройству при возникновении мгновенных и опасныхпо величине резонансныхперенапряжений на стороне высоковольтных Обмоток 6 трансформатора напряжениясоответствующие повышенные напряженияна основной вторичной обмотке 8 низкогонапряжения приводят к мгновенному сра 1704221бать:ваниц) управляемых вентилей 9, бсз тола управления и подключения активных сопротивлений 10 в фазах и активного сопротивления 12 в нулевом проводе 14, чем обеспсчнг:ается ограничение перенапряжений. а слсдоваел но, и стспени перенасыщения магнитопроводатрансформатора напряжения, что приводит к ограничению по величине тока в его высоковольтныхх обмо т ках 6.Одновременно, с весьма незначительным временем запаздывания подается им, пульс со стороны отключившегося линейного выкльэчателя 5 по электрической цепи 19, в,люч .ций нормально разомкнутые контакты блока 18 включения, и подсоединяет активные сопротивления 17 между управляюьцими электродами 15 соответствуюгцей фазной пары управляемых вентилей 9, а слсдовательно, активные сопротивлсния 10 и 12 не только более эффективно ограничивают, но и снижают уровень насыщения магнитопровода трансформатора напряжения, эффективно шунтируя его тпк намагничивания 14, чем и обеспечивается снижение нс только резонансных перенапряжений, но и опасных на- пряжений и токов феррорезонансного процесса,В связи с пос тавленной задачей обеспечения защитным устройством возможности относительно длительного наождения линии 3 электропередачи в холостом режиме без повреждения высоковольтных обмоток 6 трансформатора напряжения на ее холостом конце, при наличии даже незначительного тока е нулевом проводе 14 основной вторичной обмотки 8 низкого напряжения, а следовательно, и высоковольтной обмотке 6 трзнсформатсра напряжения, срабатывают подсоединенные к вторичным цепям транформатора 13 тока последовательно соединенные блоки защиты 22 и управления 23, подающие сигнал па электрической цепи 24 на включение коммутационного аппарата 25, Включение укаэанного аппарата 25 обеспечивает подключение к выводам дополнительной вторичной обмотки 26 низкого напряжения активного сопротивления12, которое, замкнув ранее разомкнутый треугольник указанной обмотки 26, обеспечивает дополнительное размагничивание магнитоправода трансформатора напряжения.При включении линейных выключателей 5 и постановке линии 3 электропередачи под напряжение и нагрузку защитное устройство автол;атически выходит из работы и сов -ршенно н мшзст работе сущствующсй реле.,ной загиы и автоматики.Таким образом, защитное устройствовссьюла зффсктивно и до безопасных величин ограничивает резонансные и феррореэонансные процессы в течение неограничспнодлительного врсмени, т.е, до аннулирования холостого режима линии электропередачи.Фиксация и ограничение резонансныхи феррорезонансных процессов осуществ 10 ляется низковольтными элементами устройства, подсоединенными к выводамосновной и дополнительной вторичных низ 15 20 25 30 35 40 45 щ 55 ковольтных обмоток трансформатора напряжения.Подача указанных сигналов управления на управляющие электроды управляемых вентилей осуществляется только после отключения линеиного 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 нап ряжсний.Наличие функционального взаимодействия между вторичными цепями релейной защиты и автоматики выключателей и низковольтными элементами защитного устройства обеспечивает своевременное и надежное ограничение не только резонансных и феррорсзонансных процессов, а также псреходных и колебательных явлений.Принцип работы защитного устройства исключает необходимость многих расчетов, установок при определении селсктивности 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 лежду элементами защитного устройства обеспечиваются одновременной нагрузкой обеих низковольтных обмоток трансформатора напряжения благодаря наличию электрических связей между ними с помощью низковольтных блоков защиты, управления и Включения.Защитное устройствО во вторичных цепях основной и дополнительной вторичных обмоток низкого напряжсния эФФективно стабилизирует регламентируемое насыщение магнюопровода трансформатора напряжения в режиме, исключающемвозникновение опасных для него по величине параметров перенапряжений и токов резонансного, феррорезонансного, переходного и колебательного процессов, а следовательно, исключает повреждаемость не только самого трансформатора напряжения, но и вышеуказанного электротехнического оборудования на системах шин источника электрической энергии. Снижение перенапряжения на линиях электропередачи при их холостых режимах исключает перекрытия искровых промежутков, установленных на изоляторах грозозащитных тросов, чем обеспечивается работа релейных защит, основанных на микроэлектронной технике, и нормальное функционирование высокочастотных каналов связи,Минимальный экономический эффект применительно к энергосистемам средних мощностей с относительно протяженными радиальными линиями составляет порядка 120 - 150 тыс. руб. в год на 1 млн. кВт установленной мощности.Благодаря предложенному защитному устройству практически полностью обеспечивается безаварийная работа силового, измерительного и защитного электрооборудования, релейной защиты, автоматики и телемеханики, микропроцессорной техники и микроЭВМ при аварийных режимах в высоковольтных сетях, что дает дополнительный экономический эффект порядка 250-300 руб. в год в каждой энергосистеме. Формул а из обрете ни я Устройство для ограничения резонансных и феррореэонэнсных процессов, содержащее электромагнитный трансформатор напряжения, подключенный к концу высоковольтной линии электропередачи, оснащенной выключателями по концам, у которого обмотка высокого напряжения соединена в звезду с глухозаземленной нейтралью, основная вторичная обмотка низкого напряжения соединена в звезду с 5 выведенной нейтралью, а дополнительнаявторичная обмотка соединена по схеме разомкнутого треугольника, трехфазную балластную нагрузку, подключенную к основной вторичной обмотке, однофаэную 10 балластную нагрузку, подключенную к дополнительной вторичной обмотке, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности ограничения резонансных перенапряжений и феррорезонансных про цессов, оно дополнительно снабжено тремяпарами управляемых вентилей с встречно- параллельным соединением каждой пары, подсоединенными между фазными выводами основной вторичной обмотки и трехфаз ной балластной нагрузкой, шестьюдополнительными резисторами между уп-равляющими электродами каждой пары управляемых вентилей, подключенными через дополнительно введенный блок включения, 25 соединенный электрической связью с линейным выключателем данного конца линии, седьмым, восьмым и девятым дополнительными резисторами, включенными между управляющим электродом и ка тодом каждого управляемого вентиля,дополнительным трансформатором тока в нулевом проводе основной вторичной обмотки низкого напряжения, дополнитель ными блоком защиты и блоком управления, 35 совдиненными последовательно между "обой, подключенными к вторичным цепям трансформатора тока и соединенными электрической цепью с. введенным коммутационным аппаратом, причем этот аппарат и 40 однофаэная балластная нагрузка соединены последовательно и включены между выводами дополнительной обмотки трансформатора напряжения.