Устройство для защиты фильтра высших гармоник

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК (57) Изобретение отн технике, в частности щите Фильтров высших преобразовательных п дач постоянного тока тоянного тока, приво катных станов и дуго ных печей. Целью изо повышение надежности ЛЩИТЫ ФИЛЬТР лектрой за(ФВГ) ся к леи гармоник дстанций ре вставоков крупн х стале посох пролавильвляетсупроще етени ащиты ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ТОРСКОМЪГ СВИДЕТ(71) Горьковскоего государственнотельского и научиинститута энергетэлектрических сет(56) Авторское свР 752606, кл. Н 0Авторское свидВ 1003234, кл. Н ических систем ией Энергосетьпроект"С.М. Куцовский088. 8)идетельство СССР2 Н 7/17, 1978,етельство СССР02 Н 7/12, 1981. ние обслуживания ФВГ. Указанная цель достигается введением в устройство защиты датчика тока Фильтра 7, трех полосно-пропускающих фильтров 9,12, 15, настроенных на резонансную частоту ФВГ, двух выпрямителей 13 и 16, двух Формирователей прямоугольного напряжения 18, 19, трех блоков выборки и хранения 11,14,17, двух блоков деления 20,21, первого логического элемента И 24, блока задержки 25 и блока сигнализации 27. Блок сигнализации 27 содержит первый и второй компараторы, три логических элемента И, два логических элемента НЕ, три индикатора и измерительный прибор. Устройство аФ реагирует на изменение разности сопро тивлений конденсаторной батареи и реактора с действием на отключение ФВГ от сети с одновременной индикацией, указывающей на поврежденный элемент, или с действием на сигнал требования коррекции элементов ФВГ (под- ьм стройки в резонанс). Предусмотрен контроль значения емкости (сопротивления) конденсаторной батареи. 1 з,п.ф-лы, 3 ил.1 1297164Изобретение относится к электротех нике, в частности к релейной защитет фильтров высших гармоник (ФВГ) преобразовательных подстанций передач пос- к тоянного тока, вставок постоянного 5 б тока, приводов крупных прокатных ста- б нов и дуговых сталеплавильных печей.Пель изобретения - повьппение нав дежности защиты и расширение функциональных возможностей устройства, 10На фиг.1 приведена блок-схемапредлагаемого устройства защитыФильтра высших гармоник, на фиг,2 - блок-схема блока сигнализации, нафиг.3 - эпюры, поясняющие принцип15 действия устройства в нормальном режиме и в режиме повреждения ФВГ.К питающей сети 1 подключаетсяфильтр 2 высших гармоник, состоящий из последовательно соединенных конденсаторной батареи 3 и силового реактора 4. Устройство защиты содержит первый трансформатор 5 напряжения, подключенный к сети 1, второй трансформатор б напряжения, подключенный к реактору 4 и конденсаторной батарее 3, датчик 7 тока, включенный последовательно с фильтром 2 высших гармоник, первый сумматор .8, первый вход которого подключен к выходу первого трансформатора 5 напряжения, а второй - к выходу второго трансформатора 6 напряжения, цепочку из последовательно соединен 35 ных первого полоска - пропускающего фильтра 9, подключенного входом к выходу первого сумматора 8, первого выпрямителя 10 и первого блока 11 выборки и хранения цепочку из последо вательно соединенных второго полоснопропускающего фильтра 12, подключен - ного входом к выходу второго трансформатора б напряжения, второго выпрямителя 13 и второго блока 14 вы борки и хранения, цепочку из последовательно соединенных третьего полоснопропускающего фильтра 15, подключенного входом к выходу датчика 7 тока, третьего выпрямителя 16 и третьего блока 17 выборки и хранения, первый формирователь 18 прямоугольного напряжения, подключенный входом к выходу третьего выпрямителя 16, а выходом - к управляющим входам первого 11 и второго 14 блоков выборки и хранения, второй формирователь 19 прямо- угольногО напряжения, подключенный входом к выходу второго выпрямителя 3, а выходом - к управляющему входу ретьего блока 17 выборки и хранения, первый блок О деления, первый вход оторого соединен с выходом первого лока 11 выборки и хранения, второй лок 21 деления, первый вход которого соединен с выходом второго блока 14 ыборки и хранения, а вторые входы обоих блоков деления присоединены к выходу третьего блока 17 выборки и хранения, второй сумматор 22, первый вход которого подключен к выходу первого блока 20 деления, а второй входк выходу второго блока 21 деления, реагирующий орган 23, вход которого соединен с выходом второго сумматора 22, первую логическую схему И 24, первый, второй и третий входы которой подключены соответственно к выходам реагирующего органа 23, второго блока 14 выборки и хранения и третьего блока 17 выборки и хранения, блок 25 задержки, подключенный входом к выходу первого логического элемента И 24, а выходом - к входу исполнительного органа 26, и блок 27 сигнализации, первый вход 28 которого соединен с выходом блока 25 задержки, второй вход 29 - с выходом второго блока выборки и хранения, третий вход 30 - с выходом второго сумматора 22, четвертый вход 31 - с выходом первого блока 20 деления, а пятый вход 32 - с выходом третьего блока :17 выборки и хранения. Блок 27 сигнализации содержит второй логический элемент И 33, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым 29 и пятым 32 входами блока 27 сигнализации, первый компаратор 34, вход которого соединен с третьим входом 30 блока 27 сигнализации, а выход - с третьим входом второго логического элемента И 33, первый логический элемент НЕ 35, вход которого подключен к первому входу 28 блока 27 сигнализации, а выход - к четвертому входу второго логического элемента И 33, второй компаратор 36, вход которого соединен с четвертым входом 31 блока 27 сигнализации, второй логический элемент НЕ 37, третий логический элемент И 38, первьп вход которого подключен к выходу второго компаратора 36 и к входу второго логического элемента И 37, четвертый логический элемент И 39, первый вход которого подключенк выходу второго логического элемента НЕ 37, а второй вход - к второму входу третьего логического элемента И 38 и к входу первого логического элемента НЕ 35, первый 40, второй 41 и третий 42 индикаторы, подключенные соответственно к выходам второго 33, третьего 38 и четвертого 39 логичес - ких элементов И, и измерительный прибор 43, подключенный к,четвертому 10 входу 31 блока 27 сигнализации.В первом сумматоре 8 осуществляется Формирование сигнала, пропорционального напряжению на конденсаторной батарее 3 и получаемого путем вычитания напряжения на реакторе 4 (от второго трансформатора 6 напряжения) из напряжения сети 1 (от первого трансформатора 5 напряжения).Полосно-пропускающие фильтры 9, 20 12 и 15 настроены на частоту резонанса фильтра 2 высших гармоник и выделяют напряжения этой частоты.Формирователи 18 и 19 прямоуголь 25 ного напряжения выполнены безгистерезисными и с небольшим порогом срабатывания.Напряжекия на выходах формирователей 18 и 19 соответствуют высокому логическому уровню в интервалах превыЗО шения входными напряжениями установленного порога и низкому логическому уровню вблизи нуля входных напряжений.Блоки 11,14 и 17 выборки и хране ния выполнены такими, что при наличии логической единицы на их управляющем входе они работают в режиме хранения предшествующей информации, а при появлении на управляющем входе логичес 40 кого нуля переходят в режим слежения и работают как повторители напряжения на рабочем входе.Практическая реализация блока вы борки и хранения может быть выполнена по стандартной схеме на операционном усилителе с запоминающим конденсатором в цепи отрицательной обратной свясвязи и с полевым транзистором в качестве коммутирующего элемента на входе.Блоки 20 и 21 деления формируют выходной сигнал, пропорциональный отношению выходных напряжений.55Блок 25 осуществляет задержку срабатывания исполнительного органа 26 на время ,= 10 мс с целью исключения ложных срабатываний от импульсных помех и переходных процессов вэлементах схемы.Исполнителькьп орган 26 обеспечивает в течение заданного времени подачу команды на отключение фильтра высших гармоник от сети.Блок 27 сигнализации выполняет Функции световоц индикации расстройки фильтра, не приводящей к срабатыванию защиты (индикатор 40), световой индикации поврежденного элемента Фильтра 2 при срабатывании защиты (индикатор 41 при повреждении батареи конденсаторов 3 и индикатор 42 при повреждении реактора 4) и количественной оценки значения емкости конденсаторной батареи 3 по измерительному прибору 43 с той целью, чтобы при снижении емкости до заданного значения отключить фильтр 2 для замены вьппедших из строя конденсаторов независимо от состояния индикатора 40, что преддтвратит возможность лавинообразного повреждения всей конденсаторной батареи иэ-за недопустимого повышения напряжения на ее элементах.Устройство работает следующим образом,В нормальном режиме при исправных элементах фильтра 2, настроенного в резонанс на заданкую частоту, на выходе первого сумматора 8 формируется напряжение, пропорциональное полному напряжению на конденсаторной батарее 3, получаемое как разность напряжения с выхода первого трансформатора 5 напряжения и напряжения с выхода второго трансформатора 6 напряжения. Из напряжений с выхода первого сумматора 8, с выхода второго трансФорматора 6 напряжения и с выхода датчика 7 тока выделяются составляющие части настройки Фильтра 2 высших гармоник соответственно в первом 9 (ц), втором 12 (0, ) и третьем 15 (Н ) полосно-пропускающих Фильтрах (дзиг,3).После двухполупериодного выпрямления этих напряжений в блоках 10,13 и 16 напряжения с их выходов. 0и 0 поступают на рабочие входы блоков 11,14 и 17 выборки и хранения. Кроме того, напряжекия О, и Б, поступают на входы формирователей 18 и 19 прямоугольного напряжения, 5 129716Напряжение с выхода первого формирователя 18 (О, ) поступает на управляющие входы первого 11 и второго 14 блоков выборки и хранения, а с выхода второго формироватепя 19 (11, ) - на управляющий вход третьего блока 17 выборки и хранения.Вблизи переходов тока резонансной частоты ФВГ через нуль на выходе первого формирователя 18 прямоугольного 10 напряжения формируются короткие сигналы низкого уровня, при наличии которых производится выборка напряжений, присутствующих на рабочих входах первого 11 и второго 14 блоков выборки и хранения.Таю как напряжения резонансной частоты на конденсаторной батарее 3 и на реакторе 4 сдвинуты относительно тока ФВГ 2 на углы, близкиеок +90 , то моменты выборки практически совпадают с максимумами напряженийБц, Поэтому на выходах блоков 11 и 14 выборки и хранения формируются напряжения, пропорциональные мо дулям амплитудных значений входных сигналов или напряжений резонансной частоты на конденсаторной батарее 3 и реакторе 4 соответственно.Аналогично третий блок 17 выборки и хранения, управляемый формирователем 19 прямоугольного напряжения, производит в каждом полупериоде выборку и хранение модуля амплитудных значений токарезонансной частоть 1 в ФВГ 2. 35В блоках 20 и 21 осуществляется деление сигналов, пропорциональных модулям амплитудных значений напряжений соответственно на конденсаторной батарее 3 и на реакторе 4, на модуль щ амплитудного значения тока, В результате этого на выходе блока 20 формируется напряжение Б, , пропорциональное емкостному сопротивлению конденсаторной батареи 3 Р ), т.е. Пщо = 45/Ц , а на выходе блока 21 деления - пропорциональное сопротивлению реактора 4 (24), т.е, Б = Ц 4 /Ц,В нормальном режиме на резонансной частоте ФВГ сопротивления Еи К 50 имеют близкие значения.Поэтому формируемая сумматором 22 разность напряжений Бпропорциональная разности / - 4: ниже уставки реагирующего органа 23 и 55 первого компаратора 34. В результате не происходит срабатывания защиты и индикаторов 40,41 и 42 в блоке 27 сигнализации. 4аПри пробое единичного конденсаторав конденсаторной батарее 3 или уменьшения ее, емкости в процессе эксплуатации сопротивление батареи на частотенастройки фильтра 2 возрастает. В результате на выходе второго сумматора22 напряжение возрастает пропорционально изменению разности сопротивлений элементов ФВГ(э 4)характеризуя степень его расстройки,Если этот сигнал П недостаточендля срабатывания реагирующего органа23 (ниже уставки защиты), но вызываетсрабатывание первого компаратора 34в блоке 27 сигнализации (выше уставки коррекции), имеющего более высокуючувствительность, то срабатываниязащиты не произойдет, а в блоке 27сигнализации срабатывает индикатор40 требования коррекции ФВГ (подстройки в резонанс), так как на всех входах второго логического элемента И 33имеются сигналы высокого уровня,Аналогично эксплуатационное изменение индуктивности реактора 3 приводитк возрастанию сигнала расстройки Бв результате чего также срабатываетпервый индикатор 40.В этих режимах индикаторы 41 и 42работать не будут, так как на вторыевходы третьего 38 и четвертого 39 логических элементов И поступает сигналнизкого уровня (логический нуль) отблока 25 задержки через первый вход28 блока 27 индикации. После выполнения подстройки фильтра 2 схема придет в исходное состояние,Если в результате поврежденияконденсаторной батареи 3 ее сопротивление 4:на резонансной частоте, аследовательно, и напряжение Б возросло настолько, что напряжение Бпропорциональное разности сопротивлений элементов ФВГ, превысило уставкусрабатывания реагирующего органа 23(фиг.3 после момента повреждения ФВГ),то .сигнал высокого уровня с его выхода поступит на первый вход первогологического элемента И 24. Так какна двух других входах блока 24 ужеприсутствуют сигналы высокого уровня от блоков 14 и 17 выборки и хранения, то произойдет запуск блока 25задержки. Через заданное время ,10 мс сигнал высокого уровня с выхода блока 25 задержки Л) приведетк срабатыванию исполнительного органа 26 защиты, отключающего ФВГ 2 отсети 1.1 олное время срабатывания зашиты г от момента повреждения ФВГ может превысить значение С, на длительность одного полупериода частоты настройки фильтра, если повреждение произошло сразу же после предшествующей выборки в блоках 11 и 14. Так как минимальная частота ФВГ составляет 250 Гц (5-я гармоника), то увеличение времени срабатывания по сравнению с 10 С, составит не более 2 мс.Одновременно сигнал с выхода блока 25 задержки поступает через первый вход 28 блока сигнализации на вторые входы третьего 38 и четвертого 39 15 логических элементов И непосредственно и на четвертый вход второго логического элемента И 33 через первый логический элемент НЕ 35, наличие , сигнала низкого уровня на четвертом 20 входе 31 обеспечивает сохранение нуля на его выходе и индикатор 40 не срабатывает.С выхода первого блока 20 деления через четвертый вход 31 блока 27 сиг нализации поступает напряжение П пропорциональное возросшему значению 2 з, приводящее к срабатыванию второго компаратора 36, уставка срабатывания которого выбирается как сумма Е , 30з ь нормального режима и уставки срабатывания защиты (реагирующий орган 23).При этом сигнал. высокого уровня с выхода компаратора 36 поступает на первый вход третьего логического 35 элемента И 38, что приводит к появлению сигнала высокого уровня на его 1выходе, и индикатор 41 фиксирует неисправность конденсаторной батареи.На первый вход четвертого логичес-кого элемента И 39 через второй логический элемент НЕ 37 приходит сигнал низкого уровня, поэтому на выходе элемента И 39 сохраняется сигнал низ 45 кого уровня и индикации о неисправности реактора 4 не происходит.При возникновении виткового замыкания в реакторе 4 устройство работает аналогично режиму повреждения конденсаторной батареи 3. Отличие состо50 ит лишь в работе блока сигнализации 27. Так как при данном повреждении напряжение на выходе первого блока 20 деления не изменяется, то второй компаратор 36 в блоке 27 сигнализации не срабатывает что обеспечивает низкий уровень сигнала на первом входе третьего логического элемента И 38 и сигнал высокого уровня на первом входе четвертого логического элемента И 39. При этом индикатор 41 не воэбудится, индикатор 42 зафиксирует неисправность реактора 4.При неисправности в цепях второго трансформатора 6 напряжения или в цепях датчика 7 тока сигнал низкого уровня с выхода соответствующего блока 14 или 17 выборки и хранения поступает соответственно на второй или третий вход первого логического элемента И 24, запрещая срабатывание защиты; и соответственно на второй 29 или пятый 32 вход блока 27 сигнализации, запрещая работу индикатора 40.Если отсутствует напряжение с выхода первого трансформатора 5 напряжения, то сигналы на выходах первого 20 и второго 21 блоков деления будут равны и также не произойдет изменений в поведении защиты и блока 27 сигна-. лизации.Предлагаемое устройство предназначено для защиты ФВГ, включаемых на напряжения 10-220 кВ, и позволяет повысить надежность защиты в различных режимах работы, а также оперативно производить подстройку фильтра на резонансную частоту, быстро выявлять поврежденный элемент фильтра и контролировать состояние конденсаторной батареи с целью своевременного. выполнения замены вышедших из строя конденсаторов в батарее, Это позволяет повысить эффективность работы фильтров высших гармоник, улучшая качество напряжения основной частоты в сети, а также снизить запас по конденсаторам, вводимый для уменьшениявлияния повреждения одного конденсатора на общую емкость батареи.Формула изобретения1. Устройство для защиты фильтра высших гармоник, состоящего из последовательно соединенных конденсаторной батареи и силового реактора, содержащее первый трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключается к сети, в которую включен фильтр высших гармоник, второй трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключается к точке соединения конденсаторной батареи и силового реактора, первый сумматор, первый вход которого подключен к вторичной обмот 1297164ке второго трансформатора напряжения, первый выпрямитель, второй сумматор, реагирующий орган, исполнительный рган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежнос ти защиты и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены датчик тока фильтра, включаемый между силовым реактором и зем, лей, три полосно-пропускающих фильт ра, настроенных на резонансную частоту фильтра высших гармоник, два выпрямителя, два Аормирователя импульсов прямоугольного напряжения, три блока выборки и хранения, два блока 15 деления, первый логический элемент И, блок задержки и блок сигнализации, при этом второй вход первого сумматора подсоединен к вторичной обмотке первого трансАорматора напряжения, 20 а выход через последовательно соединенные первый полосно-,пропускающий фильтр и первый выпрямитель - к рабочему входу первого блока выборки и хранения, выход второго трансформато ра напряжения через последовательно соединенные второй полосно-пропускающий Аильтр и второй выпрямитель подключен к входу второго Аормирователя импульсов прямоугольного напряжения З 0 и к рабочему входу второго блока выФ борки и хранения, выход датчика тока через последовательно соединенныетретий полосно-пропускающий фильтр и третий выпрямитель подключен к вхо ду первого формирователя прямоугольного напряжения и к рабочему входутретьего блока выборки и хранения,управляющие входы первого и второгоблоков выборки и хранения подключены 40к выходу первого Аормирователя импульсов прямоугольного напряжения, управляющий вход третьего блока выборки и хранения подключен к выходу второго Аормирователя прямоугольного ф 5напряжения, выход первого блока выборки и хранения подключен к первому входу первого блока деления, второй вход которого подключен к второму входу второго блока деления, к выходу тре" тьего блока выборки и хранения, к третьему входу первого логического элемента И и к пятому входу блока сигнализ ации, первый вход которого соединен с выходом блока задержки и с входом исполнительного органа, третий вход - с выходом второго сумматора и с входом реагирующего органа, четвертый вход - с выходом первого блока деления и с первым входом второго сумматора второй вход - с выходом второго блока выборки и,хранения, с первым входом второго блока деления и с вторым входом первого логического элемента И, первый вход которого подключен к выходу реагирующего органа, а выход - к входу блока задержки, а выход второго блока деления соеди - нен с вторым входом второго сумматора,2, Устройство по и. 1, о тл и - ч а ю щ е е с я тем, что блок сигнализации содержит первыйи второй компараторы, второй, третий и четвертый логические эцементы И, первый и второй логические элементы НЕ,первый, второй и третий, индикаторы и измерительный прибор, при этом первый вход блока сигнализации является входом первого логического элемента НЕ и соединен с вторыми входами третьего и четвертого логических элементов И, второй и пятый входы блока сигнализации являются соответственно первым и вторым входами второго логического элемента И, третий вход которого подключен к выходу первого компаратора, четвертый к выходу первого логического элемента ЙЕ, а выходы - к входу первого индикатора, третий вход блока сигнализации является входом первого компаратора, четвертый вход - входом второго компаратора и входом измерительного прибора, при этом вход второго логического элемента НЕ подключен к выходу второго компаратора и к первому входу третьего логического элемента И, выход которого соединен с входом второго индикатора, а выход второго логического элемента НЕ подключен к первому входу четвертого логического элемента И, к выходу которого подсоединен третий индикатор.790/58 Тираж Ь 19 .НИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб. е.ХШиланк Кор