Способ защиты конденсаторной батареи с внешними предохранителями

 

Союз Соаатсиик

Социапистичасиик

Расттубпии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к аат. саид-ву (22)Заявлено 260380 (21) 2927244/24-07 с присоединением заявки М

Н 02 Н 7/16

Гоеударственныб каинтет

СССР

II0 делам неебретеннй и юткрытн11 (23 ) П риори тет

Опубликовано 3001.82 Бюллетень И 4 (53) УДе(621.316. . 925 (088. 8) Дата опубликования описания 3001.82 (72) Авторы изобретения

К . М. Добродеев и А. С . Таршис

Горьковское отделение Всесоюзного ro ударст-ввнаот опроектно-изыска тельского и научно-исйТедоватехтьскбт о института энергетических систем и электрических сетей Энергосетьпроект" (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ЗАКИТЫ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ

С ВНЕШНИИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯИИ

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релейной защиты конденсаторной батареи.

Конденсаторные батареи используются как источник реактивной мощности, а в последнее время устанавливаются в составе фильтров, предназначенных для подавления высших гармоник напряжения. Фильтр высшей гармоники состоит из последовательно соединенных конденсаторной батареи и фильтрового реактора и включается на фазное напряжение. Конденсаторная батарея подразделяется на последовательные ряды, в каждом из которых параллельно соединены единичные конденсаторы.

1S

Конденсаторы защищаются внешними индивидуальными предохранителями, имеющими механический указатель срабатывания.

Наиболее характерным повреждением конденсаторной батареи является пробой конденсатора, сопровождающийся коротким замыканием ряда (к.з.).

Эта стадия повреждения характеризуется наибольшим изменением параметров ряда конденсаторной батареи и фильтра в целом., Однако, длительность к.з. ряда невелика и определяется временем сгорания индивидуального предохранителя поврежденного конденсатора, которое составляет несколько секунд.

После отключения предохранителя поврежденный конденсатор выделяется из ряда и устанавливается новый режим, параметры которого отличаются от параметров исходного режима в заметной степени только для ряда с аварийно отключенным конденсатором: для конденсаторной батареи и фильтра в целом отличие этих двух режимов весьма незначительно. Поскольку отключение предохранителя происходит вблизи перехода сопровождающего тока через нуль, наряду с поврежденным конденсатором возникает апериодическая составляющая напряжения, мак-.

902147 симальная величина которой равна амплитудному значению напряжения этого ряда в послеаварийном режиме. Очевидно также, что на остальных рядах батареи возникает апериодическая составляющая такой же величины, но с противоположным знаком (по отношению к потенциалу земли) (1 ).

Известные способы и основанные на них устройства, предназначенные для защиты конденсаторных батарей, входящих в состав фильтров высших гармоник или установленных отдельно, можно классифицировать, по крайней мере, по двум признакам: по месту установки устройства и по параметру реагирования.

По первому признаку устройства подразделяются на две группы: устанавливаемые на потенциале земли и устанавливаемые на потенциале ряда конденсаторной батареи. !

Недостатком устройств второй группы является их многокомплекстность и необходимость организации каналов передачи информации с потенциала ряда на землю. Преимуществом устройств второй группы является их более высокая избирательность (указывают ряд с поврежденнчм конденсатором) и более высокая чувствительность.

По параметру реагирования можно выделить устройства, измеряющие ток в:ошиновке ряда конденсаторной батареи, напряжение ряда, полное сопротивление ряда, дифференциальный ток двух параллельных ветвей конденсаторной батареи одной фазы, дифференциальные напряжения двух последовательных групп рядов, угол между напряжением и током на частоте настройки фильтра высшей гармоники; напряжение на нейтрали или ток к заземленной нейтрали с компенсацией небаланса от физической модели защищаемого объекта; ток фазы защищаемого объекта, компенсированный сигналом, пропорциональным току физичес- Ю кой модели объекта.

Перечисленные устройства можно разделить на три подгруппы по фазе процесса, во время которой они должны действовать: 53

1) устройства, действующие в переходном процессе при пробе конденсатора;

2) устройства, действующие в установившемся режиме к.з. ряда батареи, 3) устройства, действующие в установившемся режиме после отключения поврежденного конденсатора.

Устройства первой подгруппы, действующие при увеличении параметра реагирования, имеют, как правило, большую чувствительность по сравнению с устройствами второй подгруппы, а устройства второй подгруппы имеют преимущество по чувствительности пе— ред устройствами третьей подгруппы.

Вместе с тем интервал времени, отведенный для действия устройств первой подгруппы, крайне мал (несколько миллисекунд), а время для измерения параметра реагирования устройств

1 третьей подгруппы практически не ограничено .

В настоящее время в технике эащи ты конденсаторных батарей наибольшее внимание уделяется устройствам, установленным на потенциале земли и реагирующим на переходный процесс при пробое конденсатора (2 ).

Наиболее совершенным способом этой группы является способ, реализованный в устройстве для токовой защиты фильтра высшей гармоники.

По данному способу формирование сигнала осуществляется путем сравнения тока фильтра высшей гармоники и тока физической модели фильтра, включенной на трансформатор напряжения фильтра. В раэностном сигнале подавляется первая гармоника и гармоника с частотой настройки фильтра, эатем сигнал выпрямляется и подается на реагирукпций орган. Сигнал на входе выпрямителя при пробое конденсатора изменяется по периодическому закону с частотой настройки фильтра и имеет спадающую по экспоненте амплитуду (3 j, Основным недостатком способа явля ется в озможно с ть не селективного действия устройства в переходных процессах, сопровождающих внешние коммутации: включение и отключение фильтра, резкое изменение режима а тиристорных преобразователей, посадки напряжения при к,з. в питающей сети и др. Сам по себе этот недостаток не столько уж существенный и легко может быть снят с помощью специального блокирующего устройства.

902147

Однако в некоторых режимах, в частности, при включении фильтра под напряжения и при резком изменении режима тиристорных преобразователей, возникает перенапряжение на конден- 5 саторной батарее и повышается вероятность пробоя конденсаторов. Если пробой произойдет, защита не выполнит свою функцию, поскольку она будет выведена из действия блокировкой на заданное время (например,на 3-5 с);

Другим его недостатком является недостаточная чувствительность и даже отказ защиты при пробое конденсатора в некотором интервале при пере- 15 ходе напряжения через нуль (обычно

5-10,эл.град.).

Цель изобретения — повышение селективности и чувствительности защиты конденсаторной батареи с внешними 20 а пр едо храни т елями .

Укаэанная цель достигается тем, что в способе защиты конденсаторной батареи с внешними предохранителями, при котором измеряют ток и полное И напряжение каждой фазы конденсаторной батареи, формируют из них рабочий сигнал и если он превышает заранее заданную эталонную величину подают сигнал на отключение батареи, 56 дополнительно измеряют напряжение средней точки фазы батареи конденсатором относительно земли, вычитают из него разность полного напряжения фазы батареи и напряжения пропорцио; З5 нального току фазы батареи и отстаю— щего от него на 90, в полученном о напряжении подавляют высшие гармонические составляющие и выделяют апериодическую составляющую, используе- 40 мую в качестве рабочего сигнала.

В переходном процессе при внешних коммутациях конденсаторной батареи и фильтров высших гармоник в сигнале на входе фильтра нижних частот возможно повышение периодической составляющей. Однако апериодическая составляющая не возникает. Этц обусловлено тем, что в цепи конденсаторной батареи всегда установлен реактор, предназначенный для ограничения тока заряда-разряда или являющийся фильтровым .реактором. Апериодическая составляющая может появиться только при отключении батареи и фильтра

После отключения предохранителем поврежденного конденсатора по данному ряду батареи воэникает апериоди- 45 составляющая напряжения, зависящая от числа параллельно включенных конденсаторов и числа последовательных рядов. Апериодическая составляющая напряжения aKoA me 50 величины, но с противоположным знаком возникает на остальной части батареи.

Постоянная времени затухания апериодической составляющей напряже55 ния определяется величиной разрядных резисторов и для конденсаторов, применяемых в батареях фильтров составляет несколько секунд.

Если измерять напряжение средней точки батареи относительно земли, то знак апериодической составляющей в измеренном напряжении зависит от того, где находится ряд с поврежденным конденсатором, В средней точке батареи относительно земли возникает также и периодическая составляющая напряжения.

Отношение амплитуды периодической составляющей в средней точке батареи к измеренной апериодической составляющей в этой точке может достигать величины 50-100.

Существенное влияние на величину измеренной апериодической составляю. щей, и, следовательно, на величину отношения периодической и апериодической составляющих может оказать гармоника напряжения с частотой настройки фильтра. По предварительным соображениям это влияние можно учесть повышением этого отношения в

1,3-1,5 раза.

Фильтрация апериодического сигна ла, составляющего 1-2Х от периодического сигнала, весьма затруднительно, поэтому целесообразно выполнить компенсацию периодического сигнала,возможность которой непосредственно следует из известного способа.

Компенсирующий сигнал формируется как разность вторичного фазного напряжения трансформатора напряжения и напряжения на конденсаторе, включенном в цепь вторичной обмотки трансформатора тока.

После компенсации апериодический и периодический сигнал становятся соизмеримыми, при этом выделение апериодического сигнала облегчается и может быть выполнено с помощью, например, фильтра нижних частот с задержкой сигнала в 100-200 мс.

90214

7 8 рый при отключении выключателя воздействует на логический элемент НЕ 13 и выводит защиту из действия.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить техническое совершенство защиты конденсаторной батареи и, в конечном счете, повысить надежность электроснабжения потребителей и качество электроэнергии.

Формула изобретения

Способ защиты конденсаторной батареи с внешними предохранителями, при котором измеряют ток и полное напряжение каждой фазы конденсаторной батареи, формируют из них рабочий сигнал и если он превышает заранее заданную эталонную величину, подают сигнал на отключение батареи, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и селективности, дополнительно измеряют напряжение средней точки фазы батареи конденсаторов относительно земли, вычитают из него разность полного напряжения фазы батареи и напряжения пропорционального току фазы батареи и отстающего от него на 90, в полученном напряжении поо давляют высшие гармонические составляющие и выделяют апериодическую составляющую, используемую в качестве рабочего сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Марченко Е.А, Перенапряжение в установках продольной компенсации, — "Электричество", 1953, У )2, с. 10-13, 2. Патент США 11 3984734, кл, Н 02 Н 7/16, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2447165/24-0?, кл. Н 02 Н 7/16, 1977. выключателем. В этом режиме устройства, реализующие предложенный способ, должны блокироваться с помощью реле управления и сигнализации выключат еля . 5

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство состоит из конденсаторной батареи 1, реактора 2 (токоограничивающий или фильтровой), выключа- 10 теля 3, трансформатора 4 тока, трансформатора 5 напряжения, делителя 6, напряжения, конденсатора 7, сумматора 8, фильтра 9 нижних частот (каскад), выпрямителя 10, реагирующего 15 органа 11 .элемента 12 выдержки времени, логического элемента НЕ 13, блока 14 автоматики, управления и сигнализации выключателя, исполнительного органа 15. 20

При отключении по вр ежден ного к онденсатора возникает апериодическая составляющая на входе сумматора 8, которая выделяется фильтром 9 нижних частот, выпрямляется и сравнивается 25 с установкой на реагирующем органе

10. Если рабочий сигнал превышает установку, реагирующий орган срабатывает и с выдержкой времени 0,5-1 с, предназначенной для отстройки от 30 небаланса в переходном процессе, воздействует на исполнительный орган.

В режиме внешних коммутаций в рабочем сигнале отсутствует апериодическая составляющая, однако возможно увеличение периодического напряжения небаланса в переходном процессе. 3адержка по времени в 0,5-1 с предотвращает излишнее или ложное действие защиты батареи в этом режиме. 40

При отключении конденсаторной батареи (фильтра ) выключателем возможно появление апериодической составляющей в рабочем сигнале: ложное срабатывание защиты предотвращается 45 с помощью блока 14 управления, кото