Устройство для защиты конденсаторной батареи с заземленной нейтралью от внутренних повреждений

 

Изобретение относится к релейной защите конденсаторных батарей, собранных в звезду с заземленной нейтралью Цель изобретения - повышение чувствительности и надежности, а также исключение ложного срабатывания устройства и своевременное уменьшение интенсивности повреждения конденсаторов батареи с пофазным приво дом выключателя при ее включении и в слу чае использования для защиты шинного трансформатора напряжения Поставленная цель достигается тем, что устройство реаги рует на геометрическую разность двух токов тока нулевой последовательности и тока компенсации, выделяемого нз напряжения нулевой последовательности с помощью фа зоповоротной схемы 5 и коэффициента пере

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU „„1644284 (51) 5 Н 02 Н 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4622571/07 (22) 20.12.88 (46) 23.04.91. Бюл. № 15 (75) Ю. П. Леденев (53) 621.316.625 (088.8) (56) Кучинский Г. С. Силовые электрические конденсаторы. — М.: Энергия, 1975.

Авторское свидетельство СССР № 1181049, кл. Н 02 Н 7/16, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ С 3А3ЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ ОТ ВНУТРЕННИХ ПО В Р ЕЖДЕ НИ Й (57) Изобретение относится к релейной защите конденсаторных батарей, собранных в звезду с заземленной нейтралью. Цель изобретения — повышение чувствительности и надежности, а также исключение ложного срабатывания устройства и своевременное уменьшение интенсивности повреждения конденсаторов батареи с пофазным приводом выключателя при ее включении и в случае использования для защиты шинного трансформатора напряжения. Поставленная цель достигается тем, что устройство реагирует на геометрическую разность двух токов: тока нулевой последовательности и тока компенсации, выделяемого из напряжения нулевой последовательности с помощью фазоповоротной схемы 5 и коэффициента пере1644284 врат 17 осуществляется с помощью контактов реле положения «Отключено» вЂ” РПО или реле команды «Включить» — РКВ, если время разновременности размыкания фаз выключателя превышает время срабатывания устройства, то параллельно контакту реле РПО или РКВ подключается контакт реле команды «Отключить» — РКО. Такая конструкция устройства обеспечивает при включении выключателя отключение бата10 реи без выдержки времени при повреждении в зоне срабатывания порогового элемента 13, а в зоне нечувствительности порогового элемента — с выдержкой времени, что допускают перегрузочные характеристики батареи. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

25 живающим фильтром, вход выпрямителя

З0 рогового элемента 12 подключается к пердачи в схему суммирования, которая формируется на сумматоре 3. При внутренних повреждениях эти токи суммируются, а при внешних — вычитаются, что дополнительно повы ш ает чувствительность защиты. В ыход сумм атора 3 подключен через полосовой фильтр основной гармоники 6 к входу модулятора переменного тока 10, выход которого соединяется с пороговым элементом 12. Чтобы не отстраивать защиту от небалансов при близких внешних КЗ, для увеличения чувствительности в устройстве выполнено торможение с помощью модулятора переменного тока, который управляется модулем напряжения нулевой последовательности.

Управление элементом с задержкой на возИзобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релейной защиты, и может использоваться для защиты конденсаторной батареи с заземленной нейтралью от внутренних повреждений.

Цель изобретения — повышение чувствительности и надежности, а также исключение ложного срабатывания устройства и своевременное уменьшение интенсивности повреждения конденсаторов батареи с пофазным приводом выключателя при его включении и в случае использования для защиты шинного трансформатора напряжения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — характеристика срабатывания устройства с торможением.

Устройство содержит блок 1 преобразователей тока в напряжение, фильтр 2 тока нулевой последовательности, сумматор 3, блок 4 преобразования напряжения, фазоповоротную схему 5, полосовые фильтры 6 и 7 основной гармоники, выпрямитель 8 со сглаживающим фильтром, измерительный прибор 9, модулятор 10 переменного тока, узел 11 регулирования коэффициента торможения, пороговый элемент 12, грубый пороговый элемент 13, логический элемент

2И 14, элемент 15 выдержки времени, выходной элемент 16, элемент 17 с задержкой на возврат.

При этом выходы трансформаторов тока подключены на вход блока 1 преобразователей тока в напряжение, выходы которого соединены через переменные резисторы с входами фильтра 2 тока нулевой последовательности, выход указанного фильтра подключен к первому входу сумматора 3, второй вход сумматора 3 подключен через фазоповоротную схему 5 к выходу блока 4 преобразования напряжения нулевой последовательности, выход сумматора 3 через полосовой фильтр 6 основной гармоники подключен к входу модулятора 10 перемен35

55 ного тока и к измерительному прибору 9, управляющий вход модулятора через узел 11 регулирования коэффициента торможения подключен к выходу выпрямителя 8 со сглаподключен через второй полосовой фильтр 7 основной гармоники к выходу блока 4 преобразования напряжения нулевой последовательности, выход модулятора 10 подключен к входу порогового элемента 12, выход повому входу элемента 2И 14 и к входу элемента 15 выдержки времени, второй вход элемента 2И 14 подключен к выходу элемента 17 с задержкой на возврат, вход грубого порогового элемента 13 подключен к выходу полосового фильтра 6, а его выход, а также выходы элемента 2И 14 и элемента 15 выдержки времени подключены к входу выходного элемента 16, на вход элемента 17 с задержкой на возврат подключены контакты реле из схемы управления выключателем.

Управление элементом с задержкой на возврат осуществляется с помощью контакта реле положения «Отключено» вЂ” РПО или реле команды «Включить» — РКВ. Если время разновременности размыкания фаз выключателя превышает время срабатывания устройства, то параллельно контакту

РПО или РКВ подключается контакт реле команды «Отключить» — РКО. Такая конструкция устройства обеспечивает при включении выключателя отключение батареи без выдержки времени при повреждении в зоне срабатывания грубого органа, а в зоне нечувствительности грубого органа — с выдержкой времени, что допускает перегрузочные способности батареи.

Такая конструкция позволяет выполнить измерительный орган, реагирующий на геометрическую разность двух токов, тока нулевой последовательности батареи и тока компенсации, выделяемого из напряжения

1644284

Б нулевой последовательности с помощью фазоповоротной схемы и коэффициента передачи в схему суммирования, которая формируется на сумматоре. При внутренних повреждениях эти токи суммируются, а при внешних вычитаются, что дополнительно повы ш ает чувствительность устройства.

Полосовой фильтр основной гармоники введен для отстройки от небалансов свободных составляющих переходных процессов и гармонических составляющих сети. Для исключения выбросов и колебаний выходного напряжения полосового фильтра при ступенчатом входном сигнале применен фильтр с критическим затуханием.

В реальных измерительных цепях имеются погрешности трансформаторов тока, напряжения, погрешности в балансировке схемы суммирования и т. д., которые вызывают появление сигнала небаланса на выходе сумматора. Максимальная величина небаланса возникает при близких внешних КЗ, так как при этом вычитаются максимальные величины входных сигналов сумматора. Для того, чтобы не отстраивать уставку срабатывания от максимального небаланса для повышения чувствительности, в устройстве выполнено торможение на модуляторе переменного тока, который управляется модулем напряжения нулевой последовательности.

При замыкании на землю фазы батареи источник напряжения нулевой последовательности в месте повреждения вызывает протекание двух токов: lp в систему и lp Ä,„-„ в нейтраль батареи. Причем Ip „,„-, не зависит от места замыкания, а величина его равна фазному току батареи. Напряжение нулевой последовательности в месте установки трансформатора напряжения будет расти при приближении места повреждения к шинам подстанции. Поэтому при замыкании на землю фазы батареи между выключателем и какой-то промежуточной точкой фазы батареи защита будет заблокирована напряжением нулевой последовательности, что приведет к ее отказу. Для исключения этого, для защиты, необходимо использовать трансформаторы тока, установленные на высокой стороне батареи.

Измерительный прибор служит для текущего контроля состояния батареи. Измерение фазы сигнала небаланса позволяет определять фазу с ухудшающимися параметрами и запоминать ее при действии устройства на отключение.

Компенсация эксплуатационного небаланса осуществляется с помощью подстройки коэффициентов передачи по входам фильтра тока нулевой последовательности.

Коэффициент передачи первого входа сумматора имеет постоянную величину, а коэффициент передачи по второму входу, на который подается напряжение нулевой последовательности, может регулироваться.

С помощью изменения этого коэффициента производится балансировка схемы сумма5

10 е тора. Условие балансирования схемы сумматора в первичных величинах для случая внешнего КЗ и при коэффициенте передачи по первому входу, равному единице, имеет следующий вид:

° Фр ° .Уд

I=lp — lp=Up/(— jQ ) — Upge =0, (1) где Х вЂ” сопротивление батареи;

lp — ток нулевой последовательности через батарею;

lp — ток компенсации;

К вЂ” коэффициент передачи по второму входу сумматора.

Для выполнения условия (1) величина К должна равняться К=1/Х . Выдержка времени элемента на возврат должна превышать уставку элемента 15 выдержки времени. Уставка элемента 15 выдержки времени принимается больше времени разновременности замыкания фаз выключателя.

Так как набор конденсаторов в батарее выполняется с запасом, а устройство реагирует на основную гармонику, то ток срабатывания грубого органа может приниматься равным номинальному току батареи. В качестве фазоповоротной схемы используется дифференциатор.

При работе устройства без торможения, т. е. с постоянным коэффициентом передачи модулятора, в нормальном режиме токи в фазах батареи равны, напряжение симметрично, поэтому ток и напряжение на выходе фильтра 2 тока нулевой последовательности и блока 4 преобразования напряжения равны нулю, на выходе сумматора 3 сигнал равен нулю. Устройство находится в несработанном состоянии.

При пробое секции батареи ток в поврежденной фазе увеличивается, появляется ток и напряжение нулевой последовательности, которые с выхода фильтра 2 тока нулевой последовательности и блоки 4 преобразования напряжения через фазоповоротную схему 5 поступают на входы сумматора 3, где они складываются, и на выходе сумматора появляется выходной сигнал. Этот сигнал проходит через полосовой фильтр 6 на вход модулятора 10 и к измерительному прибору 9, С выхода модулятора сигнал поступает на вход порогового элемента 12. Если сигнал превышает порог срабатывания, то на выходе порогового элемента 12 появляется команда на отключение батареи.

При внешнем КЗ с землей появляются напряжение и ток нулевой последовательности, которые подаются на входы сумматора 3, однако на выходе сумматора сигнал равен нулю, так как при этом входные токи сумматора равны, а их фазы противоположны, поэтому устройство находится в необработанном состоянии.

При работе устройства с торможением при близком внешнем КЗ с землей появляются напряжение и ток нулевой последовательности через батарею, их сигналы подаются на входы сумматора 3, на выходе

1644284 сумматора появляется сигнал небаланса, который проходит через полосовой фильтр 6 на вход модулятора 10, что могло бы привести к срабатыванию устройства. Но этого не происходит, так как с выхода блока 4 преобразования напряжения напряжение нулевой последовательности через полосовой фильтр 7 поступает на вход выпрямителя 8, где выпрямляется, и через узел 11 регул ирования коэффициента торможения действует на управляющий вход модулятора 10, уменьшая его коэффициент передачи, что приводит к загрублению устройства, и автоматически отстраивает его от небаланса.

При внутренних повреждениях сигнал суммы тока компенсации и тока нулевой последовательности превышает уставки тормозной характеристики, поэтому отказа устройства из-за введения торможения не происходит. Характеристика срабатывания устройства с торможением приведена на фиг. 2.

Точка начала торможения, в зависимости от величины напряжения нулевой последовательности, может перемещаться от нуля до 0,1Uo „,„, перемещение производится с помощью смещения нулевого уровня выпрямителя и использования нелинейности диода в узле !1 регулирования коэффициента торможения.

Узел 11 регулирования коэффициента торможения состоит из переменного резистора, диода и конденсатора, включенного на выход этого блока.

При работе устройства при включении батареи и использовании шинного трансформатора напряжения для защиты при отключенном выключателе контакт РПО замкнут, поэтому на выходе элемента 17 с задержкой на возврат будет «О», который блокирует команду отключения от чувствительности органа с выхода порогового элемента 12 на элементе 2И 14. В момент включения выключателя, во время неполнофазного режима для батареи, на выходе полосового фильтра 6 появляется сигнал, который проходит через модулятор 10 на вход порогового элемента 12, который срабатывает и подает сигнал на один из входов элемента 2И 14 и на запуск элемента 15 выдержки времени.

Так как на одном входе элемента 2И присутствует «0» с входа элемента 1? с задержкой на возврат, то его выходной сигнал при этом не меняется.

Если при включении батареи произошло повреждение и ток при этом превышает номинальный ток батареи, срабатывает грубый пороговый элемент 13 и подает сигнал на выходной элемент 16, который „.åéñòâóåò на отключение выключателя.

В случае, если повреждение невелико и грубый пороговый элемент не работает, отключение произойдет через выдержку времени элемента 15 от чувствительного порогового элемента 12.

В период времени от замыкания третьей фазы выключателя до времени срабатывания элемента 15 выдержки времени уставка грубого порогового элемента загрубляется

5 в 2 раза. Но это можно допустить, так как это время не должно превысить 0,15 с, а батарея допускает перегрузку в 2 раза в течение 15 периодов, т. е. 0,3 с.

Если при включении батареи повреждений нет, то через выдержку времени эле"О мент 17 с задержкой на возврат возвращается в исходное состояние и на его выходе появляется «1», разрешающая прохождение команды отключения от порогового элемента 12 через элемент 2И 14 без выдержки

15 времени

При использовании для защиты трансформатора напряжения, включенного параллельно батарее, грубый пороговый орган 13, элемент 2И 14, элемент 15 выдержки времени, элемент 17 с задержкой на возврат

2О можно исключить из схемы, так как для зашиты неполнофазный режим будет аналогичен режиму внешнего КЗ. В этом случае команду отключения можно выполнить напрямую с выхода порогового элемента 12

25 на вход выходного элемента 16. При этом зашита существенно упрощается.

Использование изобретения позволяет исключить возможность появления лавинного пробоя конденсаторов при включении батареи с пофазным приводом выключателя

30 и использовании шинного трансформатора напряжения для защиты.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты конденсатор35 ной батареи с заземленной нейтралью от внутренних повреждений, содержащее блок преобразователей тока в напряжение, входы которого подключены к выходам соответствующих трансформаторов тока, а выходы соединены через переменные резисторы с соответствующими входами фильтра тока нулевой последовательности, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности, а также исключения ложного срабатывания устройства и свое45 временного уменьшения интенсивности повреждения конденсаторов батареи с пофазным приводом выключателя при его включении и в случае использования для защиты шинного трансформатора напряжения, дополнительно введены полосовые фильтры

50 основной гармоники, сумматор, модулятор переменного тока, выпрямитель со сглаживающим фильтром, узел регулирования коэффициента торможения, измерительный прибор, грубый пороговый элемент, элемент с задержкой на возврат, логический элемент

5 2И, элемент выдержки времени, выходной элемент, при этом выход фильтра тока нулевой последовательности подключен к первому входу сумматора, второй вход сумматора

1644284 о >4 íîè

Составитель Ю. Постников

Редактор Н. Тупица Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Заказ 1245 Тираж 387 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская на 6., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 10!

9 подключен через фазоповоротную схему к выходу блока преобразования напряжения нулевой последовательности, выход сумматора через первый полосовой фильтр основной гармоники подключен к входу модулятора переменного тока и к измерительному прибору, управляющий вход модулятора переменного тока через узел регулирования коэффициента торможения подключен к выходу выпрямителя со сглаживающим фильтром, вход выпрямителя подключен через второй полосовой фильтр основной гармоники к выходу блока преобразования напряжения нулевой последовательности, выход модулятора переменного тока подключен к входу вновь введенного порогового элемента, выход порогового элемента подключен к первому входу элемента 2И и входу элемента выдержки времени, второй вход элемента 2И подключен к выходу элемента с задержкой на возврат, вход грубого поро1О гового элемента подключается к вы ход первого полосового фильтра основной га1моники, а его выход, а также выход элемента

2И и элемента выдержки времени подключены к входу выходного элемента, на вход элемента с задержкой на возврат подключены контакты реле из схемы управления выключателемм.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью исключения выбросов и колеIO баний выходного напряжения полосового фильтра при ступенчатом входном сигнале, указанный фильтр выполнен в виде фильтра с критическим затуханием.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью исключения отказа при одно"5 фазных замыканиях на землю фазы батареи вблизи шин, блок преобразователей тока подключается к трансформаторам тока, предназначенным для установки на высокую сторону батареи.