Устройство для заземления нейтрали трансформатора

(54) УСТРОЙСТВ ТРА Изобретение относится к электро"технике, в частности к устройствам,воздействующим на ограничение внутренних перенапряжений в мощных сивовых сетях высокого напряжения приэффективном заземлении нейтрали внормальном режиме работы,Известно устройство для заземления нейтрали трансформаторов, которое эффективно снижает коммутационные перенапряжения, способствуетповышению быстродействия ограниченияуказанных перенапряжений и содержитнасыщающийся реактор, обмотка переменного тока которого включена внейтраль обмоток силового трансформатора, а обмотка управления подсоединена к источнику постоянного тока, защитный промежуток и трансформатор тока включен в цепь обмоткипеременного тока, быстродействующийавтомат с замыкающим контактом,подсоединенным параллельно защитномупромежутку и размыкающим контактом,ЗАЗЕИЛЕНИЯ НЕЙТРАЛКСОРИАТСРА включеннымв цепь обмотки управле- ния постоянного токаНедостатком устройства является то, что предварительно насыщенный реактор не ограничивает ток однофаз ного и двухфазного коротких замыканий на землю, а следовательно, и не способствует исключению вероятности возникновения феррорезонансных явлений в сетях, кроме того, в переходных режимах насыщения реактора возможно возникновение феррорезонансных перенапряжений на линиях электропередач и изоляции электро технического оборудования и отсутствует воэможность комплексного воздействия устройства на ограничение и при необходимости снижение параметров феррорезонансных перенапряжений и токов короткого замыкания до безопасных величин для изоляции электротехнического оборудования, при отключениях силовых трансформаторов с предлагаемыми устройго, возможно некоторое запаздывание по времени комплексного воздействия предлагаемого устройства с переходными режимами в сетях 110-750 кВ при аварийных ситуациях по сравнению с временем достижения феррорезонансными перенапряжениями максимальных величин в пределе от трех до шести полупериодов, а наличие коммутационных аппаратов снижает при некоторых аварийных режимах эффект быстродействия ограничения защитным устройством феррорезонансных перенапряжений.Цель изобретения - полное обеспечение возможностей ограничения феррорезонансных перенапряжений до безопасных величин в случае их возникновения в нормальных и аварийных режимах. Поставленная цель достигается тем, что устройство для заземления нейтрали трансформатора, содержащее два заземленные ветви, подключенные через искровые промежутки,шунтированные коммутационными аппаратами, одна ветвь содержит насыщающийся реактор, а вторая ветвь содержит два последовательно соединенных резистора, один из которых шунтирован нелинейным ферромагнитным элементом, а второй подсоединен к диагонали выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к обмотке управления насыщающегося реактора, трансформаторы напряжения, подсоединенные к обеим ветвям после искрового промежутка, и трансформаторы тока, установленные в обеих ветвях со второны земли, трансформаторы напряжения выполнены с двумя вторичными обмотками, одна из которых соединена в разомкнутый треугольник, а вторая соединена по схеме звезда с выведенным нулем, и снабженное дополнительным выпрямительным блоком, дополнительным резистором, защитной цепоцкой, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, дополнительным разрядником, дополнительными трансформаторами тока, реле тока и напряжения, причем выпрямительный дополнительный блок подсоединен одной диагональю к разомкнутому треугольнику обмотки трансформатора напряжения, к тем же выводам подсоединена защитная цепочка и 3 907683ствами в нейтралях от систем шин,особенно при аварийных режимах,полностью исключается возможностьограничения феррорезонансных перенапряжений в случае их возникновения,особенно резонансных перенапряжений в слуцае их возникновения,особенно непосредственно на трансформаторах напряжения типа НКФ 110750 кВ, 10Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для заземления нейтрали трансформатора, содержащее две заземленные ветви, в однуиз которых включен через искровой 1 зпромежуток шунтированный коммутационным аппаратом дроссель, рабочаяобмотка которого включена последовательно с искровым промежутком,а обмотка управления подключена к щисточнику постоянного тока черезразмыкающий контакт коммутационногоаппарата и трансформатор тока, а вовторую ветвь включены через искровой промежуток тоже шунтированные 25коммутационным аппаратом два резистора, один из которых шунтируетсянелинейным ферромагнитным элементом,а к другому подсоединено выпрямительное устройство своей диагональю,обеспечивающее от другой диагоналипитание постоянным током обмотки управления дросселя при включенных контактах коммутационного аппарата,соединительную ветвь с резистором, одинконец которой глухо подсоединен ковторой ветви между резисторами,адругой конец через размыкающий контакт коммутационного аппарата подсоединен к первой ветви между искровым промежутком и дросселем и дватрансформатора напряжения, подключенных к искровым промежуткам со стороныземли 2 1,Однако несмотря на наличие второйветви в защитном устройстве со сни-.женной величиной пробивного напряже"ния искрового промежутка по сравнениюс пробивным напряжением искровогопромежутка в первой ветви, не исключа ЗОется полностью возможность ограничения феррорезонансных перенапряже"ний в случае их возникновения, осб"бенно непосредственно на трансформаторах напряжения типа НКФ 10-750 кВ 55после отключения силовых трансформаторов с предложенными устройствамив нейтралях от систем шин, кроме то5 50768дополнительный разрядник, ко второйдиагонали выпрямительного дополнительного блока подсоединен дополнительный резистор, один из дополнительных трансФорматоров тока включен в нейтраль первичной обмоткитрансформатора напряжения, а трив проводники той ветви, к которойподключен трансформатор напряжения,и к выводам их подсоединены реле отока, а реле напряжения подсоединенык выводам обмотки реле напряжения,выполненной с выведенным нулем, Начертеже изображена принципиальнаяэлектрическая схема предлагаемого 15устройства,Устройство содержит систему шин1 напряжением 110-750 кВ, к которойчерез соответствуюций разъединитель2 подключена пеовичная обмотка 3 высокого напряжения электромагнитноготрансформатора напряжения, соединенная по схеме звезда с заземленнойнейтралью. Вторичная обмотка 4,соеди-.ненная по схеме звезда с выведенной 25нейтралью при заземленном отводе обмотки средней Фазы, обеспечивает питание реле 5 напряжений, реагирующихна изменения Фазных напряжений.Вторичная обмотка 6, соединенная звпо схеме разомкнутого треугольникапри заземленном отводе обмотки средней фазы, обеспечивает питание дополнительного выпрямительного блока7, состоящего из управляемых вентилей 8, обеспечивающих при своей работе протекание выпрямленного токачерез дополнительный резистор 9,В заземленную нейтраль первичнойобмотки высокого напряжения указанного трансформатора включен трансФорматор 10 тока, обеспечивающийпитание реле 11 тока, а от трансфор"матора 12 тока системы шин питаютсяреле 13 токов, реагирующих на измене ния Фазных токов. При возникновении в силовых цепях. переменного тока внутренних перена" пряжений следует учитывать возможность повреждения электромагнитных трансформаторов напряжения типа НКФ 110-750 кВ после их отключения воздушными выключателями вследствие возникновения Феррореэонансы в цепи, содержащей индуктивное сопротивление трансформатора напряжения, которое является нелинейным, так как оно быстро снижается при насыщении стали магнитопровода, и емкостное сопротивление внешних цепей.феррорезонанс возникает потому, что после отключения воздушных выключателей трансформаторы напряжения указанных конструкций не отделяются от сети, а остаются включенными через емкости конденсаторов, шунтирующих отделители этих выключателей. Параллельно выпрямительному устройству подключены со стороны источника питания защитный дополнительный разрядник 14 и защитная цепочка 15 из последовательно соединенных резистора 16 и конденсатора 17.При нормальном режиме работы сети у электромагнитного трансформатора напряжения сумма векторов фазных на 55 пряжений всех трех Фаз вторичной обмотки 1 равна нулю, а следовательно, и результирующее напряжение 3 13 а 3 6между разомкнутыми концами вторичной обмотки 6 тоже равно нулю.Устройства блокировки защит при повреждениях во вторичных цепях напряжения указанных измерительных трансформаторов подсоединены к вторичной обмотке 1, а следовательно, подсоединение предлагаемого защитного устройства к дополнительной вторичной обмотке 6 не меняет по технической сущности схем применяемых эацит.Напряжение, обеспечивающее срабатывание реле, подключаемых к цепи разомкнутого треугольника, возникает только при замыканиях на землю на стороне первичной обмотки 3 высокого напряжения трансформатора напряжения. При этом векторная сумма фазных напряжений на вторичной обмотке 6 не равна нулю и согласно методу симметричных составляющих является утроенным напряжением нулевой последовательности 3 И , подаваемым на реле сигнализации или защиты., Наибольшее значение при отсутствии внутренних перенапряжений в сети с эффективно заземленной нейтралью напряжение 3 ца имеет при однофазном замыкании на землю с максимальной возможной величиной, равной фазному напря" жению, что обеспечивает практически полную техническую независимость работы предлагаемого защитного устройства и от действия этих релейных защит.Перенапряжения, возникающие принеполнофазных режимах питания, тожеимеют нелинейный Феррорезонансныйхарактер, особенно при неполнофазных питаниях обмоток с замыканиямина землю Фаз, отделенных от питания,приводящих к нарушению симметричности проводимостей фаз питающей сети,появлению в ней опасных смещенийнейтрали и Феррорезонансных перенапряжений.Выпрямительное устройство 7, подсоединенное при отключениях ненагруженных линиях к вторичной обмотке6 трансформатора напряжения по однофазной мостовой схеме, состоит изуправляемых вентилей 8. К однойдиагонали выпрямительного устройстваподводится при аварийных режимахв сетях напряжение 3 И , а в другую диагональ подключена нагрузка,состоящая из соответствующего резистора 9.Сбщая точка катодов управляемыхвентилей 8 является положительнымполюсом,а общая точка их анодов является отрицательным полюсом,При возникновении аварийных процессов в сетях указанного напряжения,сопровождающихся опасными величинами феррорезонансных перенапряженийвыше регламентируемых величин и тепловыми воздействиями на изоляцию врезультате прохождения токов в нейтрали первичной обмотки 3 высокогонапряжения, подобранные по соответствующим параметрам управляемые вентили 8 в этой схеме работают парамипоочередно. В положительный полупериод напряжения проводит ток однапара вентилей, а к вентилям другойпары приложено обратное напряжение.Ток в резисторе 9 проходит все время в одном направлении, в то времяток в дополнительной вторичной обмотке 6 меняет свое направление каждыеполпериода и является в принципесинусоидальным. 35 Перевод управляемых вентилей 8 из закрытого состояния в открытое56 в предлагаемом защитном устройстве осуществляется двумя способами.1. Подачей на аноды управляемых вентилей о прямого напряжения,превышающего их напряжение переключе ния, при этом резко уменьшается сопротивление выпрямительного устройства 7 и увеличивается выпрямленныф ток, величина которого ограничивается только резистором 9, так как падение напряжения в открытом вентилемало и не превышает 0,5-1,2 В, Такойпример отпирания вентиля происходиточень быстро за время порядка неболее 5-20 мкс.2. Подачей на управляющие электроды управляемых вентилей 8 напряженияуправления от источника управляющегосигнала, обеспечивающего прохождениевыпрямленного тока через вентили 8при меньшей величине напряжения,приложенного к выпоямительному устройству 7, т.е, меньшей величиненапряжения переключения, приложенного к вентилям 8,При внезапном возникновении феррорезонансных явлений в сетях 110750 кБ, воздействующих на первичнуюобмотку 3 высокого напряжения с указанными кратностями перенапряжений,соответственно увелицивается напряжение 3 1 Уо на дополнительной вторичной обмотке 6, приводящее к практически мгновенному срабатыванию выпрямительного устройства 7 в связис появлением на управляемых вентилях8 напряжения, превышающего напряжение их переключений, а это, в своюочередь, обеспечивает беспрерывноепрохождение выпрямленного тока черезрезистор 9, в результате чего осуществляется своевременное закорацивание в допустимых пределах вторичнойобмотки 6 и в течение уже первыхполупериодов по времени происходитэффективное снижение феррорезонансныхперенапряжений до совершенно безопасных величин,В случае появления указанных перенапряжений с относительно болеедлительным воздействием по времениосуществляется подача тока управле"ния на управляющие электроды управляемых вентилей 8 в результате действия соответствующих релейных защит,реагирующих как на появление токовв трансформаторах 10 тока церезтоковое реле 11 или 12, через токовые реле 13, так и на появление напряжений в основной вторичной обмотке 4 трансформатора напряжения черезреле 5 напряжений.Более того, абсолютная величинаподобранного по техническим условиямработы резистора 9 в каждом конкретном случае способствует ограничениювеличины феррорезонансных перена9073 пряжений до заданных параметров,обеспечивает одновременно снижениетока замыкания в дополнительной вторичной обмотке 6 до безопасной вели-чины и, естественно, снижение токав управляемых вентилях 9, и приложенного к ним напряжения,Однако необходимо отметить, чтовоздействия указанных Факторов науправляемые вентили 8 весьма своеоб Оразно зависят от параметров внешнейцепи. В первом приближении ток черезуказанные вентили за время их включения не зависит от нагрузки, в товремя как изменение напряжения на 15зажимах вентилей зависит от нагрузкисильно,Только когда внешняя цепь носитчисто омический характер, ток и напряжение изменяются по одинаковым законам, в том случае ток устанавливается за то же время, за какое снижается напряжение. На практике этотидеальный случай, однако, встречается очень редко. Реальные цепи 25всегда могут быть сведены к последовательному соединению емкости либоиндивидуальности с активным сопротивлением. В цепи из последовательносоединенных индуктивности дополни- Звтельной вторичной обмотки 6 и активного сопротивления резистора 9 приработе управляемых вентилей б выпрямительного у ройства 7 нарастаниетока замедленно, в то время как напряжение снижается быстро, что весьмаполезно применительно к предлагаемому защитному устройству, благодаряпоследовательному соединению укаэанных сопротивлений в части появлениядополнительных положительных Факторов оптимального ограничения токаво вторичной обмотке 6 и управляемыхвентилях 8, а также снижения напряжения на выпрямительном устройстве7 в более тяжелый начальный периодпереходных процессов при возникновении Феррорезонансных явлений. Для предотвращения субгармонических колебаний, не сопровождающихся значительным повышением напряжения, но опасных для изоляции трансформаторов напряжения в связи с тем, что они способствуют возникновению впервичных обмотках 3 высокого на" пряжения больших токов, предусматривается установка в заземленной нейтрали указанных обмоток трансформа 10тора 1 О тока, от которого с помощью реле 1 тока подается управляющий сигнал на управляемые вентили 8 выпрямительного устройства 7,срабатывающего в результате таких воздействий уже при относительно пониженном напряжении их срабатывания.Таким образом, предлагаемое защитное устройство оказывает комплексное воздействие как на ограничение феррореэонансных п,ренапряжений, возникающих в процессе аварийных режимов на системе шин 1 и высоковольтной обмотке 3 трансформатора напряжения, так и на ограничение токов в нейтрали указанной обмотки при возникновении субгармонических колебаний.Для защиты управляемых вентилей 9 от перенапряжений в предлагаемом устройстве применяются разрядные цепочки, состоящие иэ последовательно соединенных резистора 16 и конденсатора 17, подключенных параллельно выпрямительному устройству 7 со стороны источника питания, получаемого от дополнительной вторичной обмотки 6. укаэанные коммутационные перенапряжения обусловлены тем, что при закрытии управляемых вентилей О прямой анодный ток резко спадает до нуля, а импульсы обратного напряжения превышают нормальную величину периодически прикладываемых допустимых обратных напряжений и могут разрушить вентили 8. Использование конденсатора 7 в комбинации с резистором 16 позволяет, с одной стороны, накапливать в конденсаторах часть энергии перенапряжений и, с другой стороны, снижать скорость нарастания этих перенапряжений.Практически невозможно найти наилучшее решение для защиты управляемых вентилей 8 в предлагаемом устройстве, так как предложенная защита связана с изменениями параметров напряжений на дополнительной вторичной обмотке 6 и токов в нейтрали первичной обмотки 3 высокого напряжения электромагнитного трансформатора напряжения.Еще одним иэ весьма положительных преимуществ предлагаемого защитного устройства является полная независимость выпрямительного устройства подключенного к дополнительной вторичной обмотке 6, от коммутационных перенапряжений, возникающих на первичной обмотке 3 высокого напря 907683женив и системе шин 1, особенно припрерывании намагничивающего токатрансформатора напряжения в результате выполнения им Функций промежуточного трансформатора, благодаряотсутствию электрической связи между обмотками,Кроме того, цепочка из последовательно соединенных резистора 16и конденсатора 7 обладает значительной способностью рассеиванияэнергии в случаях прерывания намагничивающего тока трансформаторанапряжения или тока сильно индуктивной цепи. 15С целью защиты предлагаемого устройства в случаях возникновения Феррорезонансных перенапряжений повышенных частот применен защитный разрядник 11, подсоединенный параллель- увно выпрямительному устййству 7 состороны дополнительной вторичнойобмотки 6, который срабатывает согласно своим защитным электрическимхарактеристикам в случае мгновен- у 5ного превышения выше допустимой величины на выпрямительном устройстве7 до начала его работы, так и припоявлении напряжения выше регламентируемой величины на резисторе 9 в З 11первый момент времени до срабатывания защитной цепочки,Таким образом, предлагаемое защитное устройство полностью исклюцает необходимость целого ряда режимных мероприятий, сложных схемныхрешений и ответственных оперативныхпереключений в высоковольтных сетяхв результате решения целого комплекса технических задач простыми техническими средствами, способствующими эффективному повышению надежности работы электротехническогооборудования и линий электропередачв существующих электрических схемах45мощных энергосистем.Указанные преимущества предлагаемого защитного устройства обеспечивают весьма существенное снижениеэлектрических потерь в сетях, а50следовательно, и экономию топлива натепловых электрических станциях.Кроме того, полный комплекс положительных факторов устройства гарантирует снижение численности обслуживающего персонала, повышение произ 55водительности, улучшение условий,а следовательно, и обеспечение безопасности его труда. Экономический эффект выражается по предварительным реальным определениям, применительно к энергосистемам даже средних мощностей, суммой в пределах от 100 до 150 тыс.рублей в год на один млн. кВт установленной мощности.Формула изобретенияУстройство для заземления нейтрали трансформатора, содержащее две заземленные ветви, подключенные через искровые промежутки, шунтированные коммутационными аппаратами, одна ветвь содержит насыщающийся реактор, а вторая ветвь содержит два госледовательно соединенных резистора, один из которых шунтирован нелинейным ферромагнитным элементом, а второй подсоединен к диагонали выпрямительного моста, вторая диагональ которого подсоединена к обмотке управления насыщающегося реактора, трансформаторы напряжения, подсоединенные к обеим ветвям после искрового промежутка, и трансформато. ры тока, установленные в обеих ветвях со стороны земли, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью ограничения Феррорезонансных перенапряжений в нормальных и аварийных режимах, трансформаторы напряжения выполнены с двумя вторичными обмотками, одна из которых соединена в . разомкнутый треугольник,а вторая соединена по схеме звезда с выведенным нулем, и снабженное дополнительным выпрямительным блоком, дополнительным резистором, защитной цепочкой, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, дополнительным разрядником, дополнительными трансформаторами тока, реле тока и напряжения,причем выпрямительный дополнительный блок подсоединен одной диагональю к разомкнутому треугольнику обмотки трансформатора напряжения, к тем же выводам подсоединена защитная цепочка и дополнительный разрядник, ко второй диагонали выпрямительного дополиительного блока подсоединен дополнительный резистор, один из дополнительных трансформаторов тока включен в нейтраль первичной обмотки трансформатора напряжения,907683 Тираж 670 6 НИИПИ Государственн по делам иэобрете 3035, Москва, Ж, РЗаказ 603/64 исноССР о комите й и откр щская на д, 4)5 атент", г. Ужгород, ул. Проектная,1 Филиал а три -.в проводники той ветви,к которой подключен трансформаторнапряжения, и к выводам их подсоединены реле тока, а реле напряженияподсоединены к выводам обмотки реленапряжения, выполненной с выведеннымнулем,едактор Л. Гратилло 14Источники информациипринятые во внимание при экспертиэе 1. Авторское свидетельство СССР й 550713, кл, Н 02 Н 9/02, 1977.2. Авторское свидетельство СССР Ь" 661679, кл. Н 02 Н 9/02 1979 тавитель Л, Дементьева ред И,Рейвес Корректор О. Билак