Устройство для защиты фильтров высших гармоник

и 892571 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(51)М, Кл. Н 02 Н 7/16 3 Ъеударстеенный комитет СССР ао делен изебретеиий и открытий,М,Доброде Горьковское отделениевсесоюзного государстви научно-исследовательсистем и электрических(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ФИЛЬТРОВЫСШИХ ГАРМОНИК батареи. Аналогичное требование к действию защиты ФВГ предъявляется и в случае повреждения реактора, например виткового замыкания обмотки,Известно устройство для защиты фильтров высших гармоник, которое установлено на потенциале земли и реагирует на заданные параметры переходного процесса, сопровождающегося пробой конденсатора. В этом устройстве производится сравнение сигнала, пропорционального току фильтра, и сигнала, полученного от физическоймодели фильтра, которая включена на трансформатор напряжения фильтра оригинала. В выходном напряжении схемы сравнения подавляется с помощью заграждающих фильтров гармоника 50 Гц и гармоника с частотой настройки фильтра оригинала, а затем производится дифференцирование сигнала 11.Однако рабочий сигнал на выходе реагирующего органа устройства защиты имеет импульсный характер, поэтому 1Изобретение относится к технике релейной защиты энергосистем, а име но, к релеййой защите шунтовых конденсаторных батарей Фильтров высших гармоник преобразовательных подстан ций,Фильтры высших гармоник (ФВГ) состоят иэ последовательно включенных шунтовых батарей конденсаторов (БК) и фильтровых реакторов (ФР) и включаются между фазой и землей.Эксплуатация БК в составе фильтров высших гармоник выявила возможность перекрытия изоляторов в кассете, в результате которого возникает длитель ное короткое замыкание ряда, Это. замыкание, как правило, сопровождается дугой, а поскольку оно не отключается предохранителями, то возможно возникновения аварии с повреждением оборудования. Поэтому защита БК должна отличать длительное короткое замыкание. ряда конденсаторов от пробоя конденсатора и действовать на отключение рдена Октябрьсконного проектно-и кого института эн сетей "Энергосетьпроект"20 Однако в этом устройстве фильтры высших гармоник и резисторы имеют разные амплитудофазочастотные характеристики, поэтому в дифференциальном реле неизбежно возникает неба- ланс по высшим гармоникам, причем величина его существенно зависит от частоты питающсй сети. Отстройка от напряжения небаланса приводит к снижению чувствительности защиты, причем отстройка должна осуществляться от максимально возможного не- баланса как по высшим гармоникам, так и по основной гармонике.Целью изобретения является повышение чувствительности защиты к длительному короткому замыканию ря 50 55 оно не мокет отличить длительноекороткое замыкание ряда БК или повреждение обмотки ФР от пробоя конденсатора по длительности аварийного процесса.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому изобретениюявляется устройство для защиты шунтовых конденсаторных батарей, котороереагирует на величину напряжения нейтрали БК, для чего между нейтралью БКи землей включен трансформатор напряжения. На вторичную обмотку этоготрансформатора включено дифференциальное реле. 15Напряжение небаланса на нейтрали,обусловленное несимметрией емкостейфаз БК и неуравновешенностью напряжений фаз питающей сети, компенсируется специальным блоком, Зтот блоксодеркит трансформатор напряжения,подключенный к питающей сети, причемвторичные обмотки его соединены взвезду и на них включены регулируемые резисторы, также соединенные взвезду, Между нейтралью резисторови землей включен промежуточный трансформатор напряжения, причем напряжение вторичной обмотки его используется для компенсации напряжениянебаланса в реле.Устройство может быть примененодля БК с заземленной нейтралью,причем в заземленную нейтраль включается трансформатор тока (ТТ), а длясогласования с реле между вторичнойобмоткой ТТ и входом реле включается преобразующее звено ток-напряжение. Аналогичным образом устройствоможет быть применено для защитыФВГ 2,да батарей конденсаторов и повреждению обмотки фильтрового реактора.Гоставленная цель достигается тем, что устройство для защиты фильтров высших гармоник, содержащее входные блоки ока и напряжения, вклкченные соответственно на трансФор аторы тока и трансформаторы напряжения Фильтра, сумматор, формирснатель модуля, выходы которого соениненц с индикаором настройки защиты и двумя реагирующими блоками, причем на выход первого реагирующего блока включен первый элемент выдерн- ки времени, выход второго реагирующего блока вкгкочен на первый вход элемента И., последовательно соединенные элемент ИЛИ, расширитель импульсов, второй вход указанного элемента И и второй элемент выдержки времени, блок регулирования защиты на минимум небаланса, исполнительный блок, дополнительно снабжено пофазными пусковыми блоками, фильтром нижних частот и элементом "Запрет", причем первые и вторые входы пофазных пусковых блоков подключены к выходам соответственно входных блоков тока и напрякения, аналоговые дифференциальные выходы пофазнцх пусковых блоков соединены через блок регулирования защить нн минимум небаланса с входами указанного сумматора,. к выходу которого подключен фильтр нижних частот, выход последнего включен на вход Форлироватепя модуля, логические ньходы пофазных пусковых блоков подключены к входам элемента ИЛИ, прямой вход элемента Запрет соединен с выходом второго элемента вцдержки времени, запрещающлй вход с выходом первого элемента выдержки времени, выход с входом и:полнительного блока,Блок регулирования защиты на минимум небгланса выполнен в виде четырехпозиционного переключателя.На чертене приведена блок-схема устройства.Устройство содержит фильтр 1 высшлх гармоник, входные блоки тока 2 и напряжения 3, включенные на трансформаторы 4 тока и трансформаторы 5 напряжения, пофазные пусковые блоки , выполненные в виде последовательно соединенных Физической модели 7 Фильтров высших гармоник, датчика тока 8 Физической модели 7, первого входа сумматора 9, блока 10 рсжекторных Фильтров и дифференциаторон,реагирующего блока 11. Первые входы пофазных пусковых блоков 6 (входы физических моделей 7 фильтров высших гармоник 1) подключены к выходам входных блока тока 2, вторые входы пофазных пусковых блоков 6 (вторые входы сумматоров 9) подклюцены к выходам входных блрков 3 напряжения аналоговые дифференциальные выходы пофазных пусковых блоков (вторые выходы сумматоров 9) соединены через блок 12 регулирования защиты на минимум небаланса, выполненного в виде четырехпозиционного переключателя с входами сумматора 13, выход которого соединен с последовательно вклюценными фильтром 11 нижних частот и Формирователем 15 модуля, первый выход последнего соединен с индикатором 16 настройки, второй выход - с последовательно вкл;оценными первым реагирующим блоком 17 и первым элементом 18 выдержки времени, третий выход - с вторым реагирующим блоком 19, Логические выходы пофазных пусковых блоков 6 (выходы реагирующих блоков 11) подключены к последовательно включенным элементу ИЛИ 20, расширителю 21 импульсов, первого входа элемента И 22, на второй вход которого включен выход второго реагирующего блока 19, второго элемента 23 выдержки времени, прямого входа элемента "Запрет" 211, на запрещающий вход которого включен выход первого элемента 18 выдержки времени, исполнительного блока 25.Принцип действия устройства защиты заключается в сравнении токов, пропорциональных токам нулевой последовательности ФВГ 1 и его физической модели 7.Если разность сравниваемых токов превышает заданную величину и зафиксировано срабатывание пофазного пускового органа 6, реагирующего на переходный процесс при коротком замыкании ряда БК и при повреждении обмотки ФР, то устройство защиты срабатывает. Входные блоки тока 2 и напряжения3 предназначены для гальваническогоразделения и согласования уровнейсигналов ТН и ТТ и полупроводниковойфункциональной и логической частейзащиты, Входные устройства 2 токапреобразуют ток и пропорциональноеему напряжение, 1 добротности и частоты настройки осуществляется при наладке и профилактицеских испытаниях защиты ФВГ 1,причем регулировка этих параметров оказывает существенное влияние набалансировку пофазных пусковых блоков5 О 6 на резонансной частоте ФВГ 1 и в гораздо меньшей степени на балансировку защиты на частоте сети, Пофазная настройка пусковых блоков б изащиты упрощает эту операцию по сравнению с устройствами, в которых индикатор 16 контролирует сигналнулевой последовательности в напряжении небаланса,5 1 О 15 20 25 зо З 5 до Физическая модель 7 фильтра высшей гармоники имеет такие же обобщенные параметры (добротность и частоту настройки), цто и ФВГ, причем эти параметры могут регулироваться. С учетом регулирования коэффициента передачи модуля тока датчиками тока моделей 8 это обеспечивает настройку пофазных пусковых блоков и защиты в целом на минимум небаланса.Сумматоры 9 осуществляют сравнение сигналов, пропорциональных фазным токам ФВГ 1 и их физических моделей 7. Напряжение небаланса на выходе сумматоров 9 содержит,как правило, ярко выраженную первую гармонику и гармонику с частотой настройки фильтра, Блок 10 содержит режекторные фильтры для подавления указанных гармоник и дифференциатор, подцеркивающий передний фронт импульса при коротком замыкании ряда. Режекторные Фильтры целесообразно выполнять на компенсационном принципе, при этом, отсутствует задержка сигнала при коротком замыкании ряда БК.Реагирующие блоки 11 предназначены для выполнения заданной уставки пофазных пусковых блоков б с учетом отстройки от напряжения небаланса. Переключатель 12 осуществляет коммутацию выходных цепей сумматоров 9 пофазных пусковых блоков б. В нормальном режиме выходы всех трех сумматоров 9 соединены с сумматором 13, на выходе которого имеется напряжение небаланса. В режиме настройки переключатель 12 соединяет поочередно с сумматором 13 выход сумматора 9 каждой Фазы, при этом регулируется модуль коэффициента передаци датчика тока 8 физической модели фильтра с целью получения минимума небаланса по первой гармонике, РегулировкаЗо 50 55 Формула изобретения 8925Фильтр 11 нижних частот подавляетвысшие гармоники, при этом сигнал навыходе схемы формирования модуля 15пропорционален модулю разности первыхгармоник токов ФВГ 1 и егоффизическоймодели 7Реагирующие блоки 17 и 19 позволяют выполнять заданные уставки срабатывания защиты с действием на сигнали отключение, Первый элемент 18 времени предназначен для согласованиядействия защиты на сигнал с действиемна отключение при коротком замыканииряда БК,Элемент ИЛИ 20 осуществляет логическое суммирование сигналов пофазных пусковых блоков 6. Расширитель21 импульсов осуществляет расширениеимпульса, поступающего от пофазныхпусковых блоков 6, причем длительность импульса на выходе расширителяпревышает с необходимым запасом время срабатывания защиты на отключение.Элемент И 22 осуществляет логическое перемножение сигнала от пофазногопускового блока 6 и сигнала от реагирующего блока 19, действующего на отключение. Второй элемент времени 23предназначен для согласования времени действия защиты на отключение свременем действия индивидуальногопредохранителя при пробое конденсатора,Элемент "Запрет" 21 обеспечиваетблокировку действия защиты на отключе 35ние в условиях наложения пробоя конденсатора на режим разбалансировкизащиты. Исполнительный блок 25 осуществляет управление выключателем,через который ФВГ 1 присоединен кпитающей сети.В нормальном режиме защита сбалансирована и сигналы на ее выходах отсутствуют. При разбалансировке защиты в нормальном режиме по той или45иной причине и срабатывании первогореагирующего блока 17 действие защиты на отключение не происходит, поскольку пофазные пусковые блоки 6 вэтом режиме не срабатывают. Послесрабатывания первого реагирующегоблока 17 срабатывает через заданнуювыдержку первый элемент 18 времени идействует на сигнал и на запрет действия защиты на отключение. 71 8уставок срабатывания реагирующих блоков 17 и 19 и тем самым повысить чувствительность защиты к короткому замыканию ряда БК. При отсутствии пофазных пусковых блоков 6 указанныйкоэффициент согласования пришлось быувеличить по крайней мере в 1,5 раза,т,е. пришлось бы загрубить защиту.Получив сигнал "Разбалансировказащиты", оперативный персонал осуществляет пофазную регулировку выходных сигналов физических моделей 7,изменяя модуль коэффициента передачидатчиков 8 тока,При пробое конденсатора несрабатывание защиты обеспечивается с помощью второго элемента 23 времени уставка которого превышает максимальноевремя отключения индивидуальногопредохранителя, Это время зависит отначальной фазы напряженияна БК в момент пробоя и не превышает 0,5 с прикоротком замыкании конденсатора вмомент перехода напряжения через нуль.При коротком замыкании ряда БК,например вследствие перекрытия изоляции или при повреждении обмотки ФР,длительность аварийного процесса превышает выдержку времени элемента 23 .изащита срабатывает на отключение,Длительность импульса на выходе расширителя 21 импульсов и выдержка времени элемента 18, действующего насигнал с запрещающего действие защитына отключение, превышает выдержку времени элемента 23 и равна 3-1 с. При резких коммутациях напряженияна ФВГ 1 имеет место интенсивный переходный процесс как в фильтре оригинала, так и в модели, при этом возможно ложное срабатывание реагирующегооргана 19. Ложное срабатывание защитыв целом не происходит, поскольку пофазные пусковые бпоки 6, осуществляющие функции защиты при пробое конденсаторов, в этом режиме блокируютсяспециальным устройством не показано),Устройство позволяет повысить чувствительность защиты к длительномукороткому замыканию ряда батареиконденсаторов и повреждению обмоткифильтрового реактора, Наличие пофазных пусковых блоков6 позволяет уменьшить до минимальнойвеличины коэффициент согласования 1, Устройство для защиты фильтроввысших гармоник, содержащее входные9 8925блоки тока и напряжения, включенныесоответственно на трансформаторы токаи трансформаторы напряжения фильтра,сумматор, формирователь модуля, выходы которого соединены с индикаторомнастройки защиты и двумя реагирующимиблоками, причем на выход первогореагирующего блока включен первыйэлемент выдержки времени, выход второгоо реагирующего блока включен на 1 Опервый вход элемента И, последовательно соединенные элемент ИЛИ,расширитель импульсов, второй входуказанного элемента И и второй элемент выдержки времени, блок регулирования защиты на минимум небаланса,исполнительный блок, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с. целью повышения чувствительности к длительномукороткому замыканию ряда батареи кон- оденсаторов и повреждению обмоткифильтрового реактора оно дополнительно снабжено пофазными пусковымиблоками, фильтром нижних частот иэлементом "Запрет", причем первые и рвторые входы пофазных пусковых блоковподключены к выходам соответственновходных блоков тока и напряжения,711 Оаналоговые дифференциальные выходыпофазных пусковых блоков соединенычерез блок регулирования защиты наминимум небаланса с входами указанного сумматора, к выходу которого подключен Фильтр нижних частот, выходпоследнего включен на вход формирователя модуля, логические выходы поФазных пусковых блоков подключены квходам элемента ИЛИ, прямой входэлемента "Запрет" соединен с выходомвторого элемента выдержки времени,запрещающий вход с выходом первогоэлемента выдержки времени, выход свходом исполнительного блока.2. Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок регу-.лирования защиты на минимум небаланса выполнен в виде четырехпозиционного переключателя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР попо заявке й 2447165/24-07,кл.Н 02 Н 7/161977.О2. Патент США й 3909672, кл. Н 02 Н 7/16, 1975 (прототип).