SU1032520A1 - Device for protection of capacitor bank with external safety device - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ С ВНЕиНИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ и реакторе, содержащее трансфор латор напр жени , выклю чатель, блок управлени  и сигнализа ции выключател  , конденсатор, один из вьюодов которого заземлен, после довательно соединенные вьтр митель элемент выдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы. отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, в него дополнительно введены сигнальный элемент, резистор , одновибратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий и исполнительный элементы, при этом начало первичной обмотки трансформатора напр жени  подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, конец обмотки объединен с входом выпр мител  и вторым выводом упом нутого конденсатора, вторична  обмотка трансформатора подсоединена к резистору, а к выводу выпр мител  подключё ны две параллельные цепочки, кажда  из которых содержит последовательно соединенные реагирующий элемент, элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выход исполнительного элемента первой цепочки подключен к цепи отключени  выключател , выход испол нитального элемента второй цепочки - к сигнальному элементу, вход одновибратора соединен с блоком управлени  и сигнализации выключател , а его выход - с элементами выдержки времени .A DEVICE FOR PROTECTION OF A CAPACITOR BATTERY WITH EXTERNAL FUSE AND A REACTOR, containing a voltage transformer, a switch, a switch control and signaling unit, a capacitor, one of whose reagents is grounded, connected to the control unit, the control unit, and the control panel, is connected to the switchboard. characterized in that, in order to extend the functionality, it additionally introduces a signal element, a resistor, a single vibrator, a second time delay element and a second reacting and actuating element, with the beginning of the primary side of the voltage transformer connected to the midpoint of the protected capacitor battery, the end the windings are connected to the rectifier input and the second output of the aforementioned capacitor, the secondary winding of the transformer is connected to a resistor, and the rectifier output is connected to There are parallel chains, each of which contains a reacting element connected in series, a time delay element and an actuating element, the output of the first element of the first chain is connected to the switch off circuit, the output of the second element of the executive element to the signal element, the one-shot input is connected to the control unit and signaling switch, and its output - with elements of time delay.

Description

Изобретение относитс  к электроэнергетике , а именно к технике релей ной защиты конденсаторных батарей. Конденсаторные батареи  вл ютс  составной частью фильтров высших гармоник (ФВГ) , устанавливаем1лх дл  повышени  качестваэлектроэнергии. Конденсаторна  батаре  подраздел ет на последовательные р ды, а каждый р д, в свою очередь, содержит по несколько параллельно соединенных конденсаторов. Общее количество кон денсаторов в батарее может достигать несколько сотен и зависит от напр же ни  сети. Каждый конденсатор защищае с  индивидуальным внешним предохранителем , имеющим механический указатель срабатывани  Til. Характерным повреждением конденсаторной батарейки  вл етс  пробой конденсатора, сопровождающийс  корот КИМ замыканием (к.з) р да и последую щим перегоранием предохранител . Пос ле сгорани  предохранител  поззрежден ный конденсатор выдел етс  из р да и устанавливаетс  новый режим работы батареи. Параметры этого режима-отли чаютс  от исходного в заметной стапени только дл  р да с аварийно-отключенным конденсатором и выражаютс  в повышении напр жени  на оставшихс  исправных конденсаторах рйда. Если длительна  перегрузка конденсаторов в новом режиме :батареи не превышает допустимую по ГОСТ 1282-79 Е величину (1,1 цо, ), то батаре  может оставатьс  в работе как угодно долго до момента повреждени  на аварийном р ду второго конденсатора, привод щего к дальнейшему увеличению напр жени  на исправных конденсаторах. При этом врем , в течение которого батаре  может оставатьс  в работе, ограничено. Повреждение, следующего, например третьего конденсатора р да приведет к недопустимым перенапр жени м на р ду, при которых эксплуатаци  батареи недопустима. В этом случ ФВГ должны отключатьс  от сети. Отключение поврежденного конденсатора предохранителем происходит вблизи перехода сопровождающего тока через нуль. Это вызывает по вление на каждом р ду конденсаторной батареи апериодических составл ющих напр жений . Наиболее близким по технической с щности к предлагаемому  вл етс  способ, обнаруживающий повреждение конденсатора в батарее по возникновению апериодической составл ющей напр жени  и реализующее его устройство , содержащее конденсаторную батарею с реактором, трансформатор напр жени , выключатель, блок управ лени  исигнализации выключател , конденсатор, один из выводов которого заземлен, выпр митель, элемент выдержки времени реагирующий и исполнительный элементы 2, Недостатками указанного устройства ,  вл ютс  ограниченные функциональные возможности, заключающиес  в том, что устройство не определ ет количество вышедших из стро  конденсаторов в, одном р ду батареи и не отключает ее, когда напр жение на р ду становитс  выше допустимого, что в свою очередь приводит к лавинообразному/ процессу выхода из стро  конденсаторов , а также сложность выполнени , обусловленна  необходимостью установки двух вь1соковольтнь1х аппаратов; трансформатора напр жени  и активного делител . Причем активный делитель наружной установки-- на номинальное напр жение 220 кВ электротехнической промышленностью не выпускаетс . Цель .изобретени  -.расширение функциональных возможностей путем определени  предельного числа вышедших из стро  конденсаторов. Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  защиты конденсаторных батарей с внешними предохранител ми и реактором, содержащее трансформатор напр жени , выключатель, блок управлени  и сигнализации выключател , конденсатор, один из вьгеодов которого заземлен, последовательно соединенные выпр митель, элемент выдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы, дополнительно введены сигнальный элемент, резистор, одновибратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий и исполнительный элемент ы,при этом начало первичной обмотки трансформатора подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, конец обмотки объединен с входом выпр мител  и вторым выводом упом нутого конденсатора, вторична  обмотка трансформатора подсоединена к резистору, а к выходу выпр мител  подключены две параллельные цепочки, кажда  из которых содержит последовательно соединенные реагирующий элемент , элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выход исполнительного элемента первой цепочки подключен к цепи отключени  выключател , выход исполнительного элемента второй цепочки - к сигнальному элементу, вход одновибратора соединен с блоком управлени  и сигнализации выключател , а его выход с элементами выдержки времени. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4 графики поведени  устройства защиты. Устройство содержит конденсаторную батарею 1, реактор 2, выключатель 3, блок 4 управлени  и сигнализации вык .лючател , трансформатор 5 напр жени , конденсатор 6, выпр митель 7, реагирующие элементы 8 и 9, элементы 10 и 11 вьщержки времени, исполнительные элементы 12 и 13, сигнальный элемент 14f одновибратор 15, резистор 16. Кроме того, на чертежах обозначе ны: сигнал 17 на входе выпр мител  7 пороги 18 и 19 срабатывани  (уставки соответственно реагирующих элементов 8 и 9, сигнал 2Q на выходе реагирующих элементов 8 и 9, выходные сигналы 21 и 22 соответственно реагирующих элементов 8 и 9, сигналы 23 .и 24 на выходе элементов 10 и 11 выдер жки времени, сигналы 25 и 26 на выходе исполнительных элементов 12 и 13.. Устройство работает следующим образом . В исходном состо нии на конденсаторе 6 имеетс  переменное напр жение с частотой сети 50 Гц. Амплитуда этого напр жени  зависит от выбранно го соотношени  полного сопротивлени  первичной обмотки трансформатора 5 напр жени  и сопротивлени  конденсатора 6 и составл ет дес тые доли вольта . По отношению к апериодической составл ющей, по вл ющейс  на конденсаторе 6 при повреждении конденсатора батареи, амплитуда переменног напр жени  не превышает 5-8%. Чтобы пол рность сигнала на входе реагирующих элементов 8 и 9 не зависела от пол рности апериодической составл ющей напр жени  на конденсаторе 6, в схеме предусмотрен выпр митель 7. В нормальном режиме работы батареи на выходе выпр мител  7 всегда имеет с  сигнал, обусловленный переменной составл ющей напр жени  на конденса торе 6. Обозначим этот сигнал напр жением режима нагрузки. К выходу выпр мител  7 подключены реагирующие элементы 8 и 9, выполненные, например , по схеме компаратора. Этими элементами осуществл етс  сравнение с уставками 18 и 19 сигналов, посту пающих с выпр мител  7. Численное значение уставок 18 и 19 зависит от напр жени  батареи 1 и количества р дов конденсаторов в ней Уставка 19 элемента 9 выполн етс  равной двум амплитудам напр жени  режима нагрузки. Напр жение уставки 18 элемента 8 в несколько раз превы шает уставку 19 и выбираетс  исход  из услови , что сигнал на его выходе по витс  после очередного пробо  конденсатора, когда напр жение на р ду с поврежденными конденсаторами возрастет до предельно допустимого, т. е. когда требуетс  немедленное отключение батареи. В установившихс  режимах высоковольтной сети напр жени  уставок пре вышают уровень сигналов с выхода выл р мител  7 и элементы 8 и 9 не работ ют. Элемент 11 вьодержки времени предназначен дл  отстройки исполнительного органа 13 от режима включени  батареи и режимов внешних короткч-гх замыканий . Исполнительный орган 12 от указанных режимов отстроен по напр жению уставки 18, поэтому элемент 10 выдержки времени необходим только дл  повышени  помехоустойчивости. Исполнение элементов 10 и 11 времени должно допускать их блокирование путем подачи положительного или отрицательного импульса. Дл  формировани  такого импульса времени применен одновибратор 15, запускаемый контактами блока управлени  и сигнализации . На фиг. 2 показан график поведени  устройства защиты в режиме включени  конденсаторной батареи. В момент включени  на конденсаторе 6 возникают свободные затухающие колебани  напр жени  сигнала 17, определ емые параметрами трансформатора 5. Период этих колебаний может составл ть несколько секунд. Поскольку выдержка времени элемента 11 беретс  большей полупериода указанньпс колебаний , то срабатьшани - устройства защиты не произойдет. В режиме пробо  (фиг. 3) одного из конденсаторов любого р да батареи, в момент перегорани  предохранител  на средней точке батареи имеет место апериодическа  слагающа  напр жени . Через сопротивление первичной обмотки трансформатора 5 напр жени  эта апериодическа  зар жает конденсатор 6 практически до амплитуды, поскольку посто нна  вреМени затухани  апериодической составл ет около 20 с дл  конденсаторов типа КСША- 6,3-50). Максимальное значение апериодической может быть подсчитано по формуле V cl2(m-tHn-1 где - мгновенное значение принужденной составл ющей напр жени  на батарее в момент отключени  предохра-i нителем поврежденного конденсатора ш - число параллельно включенных конденсаторов в р ду; h - число последовательных р дов в батарее. Сигнал 20 .на выходе выпр мител  7 в этом случае превышает напр жение уставки 19 и длительность за держки элемента 11 времени. Происходит срабатывание исполнительного 13 и сигнального 14 элементов . При этом обслуживающим персоналом должно быть зафиксировано, что в оп ределенной фазе батареи произошел пробой конденсатора, а сигнальный элемент возвращен в исходное состо ние . Аналогично цепочка из реагиру щего элемента 9, элементов 11 - 14 будет фиксировать и все последующие пробои конденсаторов батареи. Если проЗои конденсатора происход т на,р ду, на котором имеютс  отключенные предохранител ми поврежденные конденсаторы, то амплитуд апериодической составл ющей возрас .тет по сравнению с той, что имеет место при пробое первого конденсато ра. Численное значение амплитуды апериодической составл ющей при про бое К конденсаторов в одном р ду определ етс  по выражению V - . « (m-K)2(.n-1)2, В случа х, когда пробой конденса тора приводит к росту напр жени  на аварийном р ду до предельного допус:тимого , амплитуда сигнсша;;20 с выхода выпр мител  7 превышает напр жени уставки 18 и вызывает срабатывание реагирующего элемента 10 и исполнительного элемента 12. При этом длительность импульса с выхода элемента 12 достаточна дл  отключени  выклю-г чател  3. В режиме отключени  батареи о сети на ее конденсаторах возможно по вление апериодических составл ющих, подобных тем, что имеют место при пробое. Однако в этом случае импульсом с одновибратора 15 блокируетс  :злементы 10 и И времени и срабатьюа ние исполнительных элементов 12 и 13 не произойдет. Таким образом, путем исключени  .J высоковольтного делител  и одновременно подключением трансформатора напр жени  к средней точке.защищаемой конденсаторной батареи, что снижает класс изол ции последнего достигнуто упрощение устройст-ва дл  защиты кон-f денсаторной батареи; введением дополм нительных реагирующего, исполнительного и сигнального элементов, а также .элемента выдержки времени.достигнувто расширение функциональных возможностей устройства, заключакнцеес  в фиксировании предельно допустимого количества поврежденных конденсаторов в одном р ду батареи.The invention relates to power engineering, in particular, to the technique of relay protection of capacitor batteries. Capacitor batteries are an integral part of high harmonic filters (HFG), setting up lx to improve the quality of electricity. A capacitor battery is divided into series, and each row, in turn, contains several parallel-connected capacitors. The total number of capacitors in a battery can reach several hundred and depends on the mains voltage. Each capacitor is protected with an individual external fuse having a mechanical trigger indicator Til. A characteristic damage to a capacitor battery is the breakdown of a capacitor, accompanied by a short CMI short circuit (short circuit) and a subsequent blown fuse. After the safety fuse burns, the damaged capacitor is released from the row and a new battery mode is established. The parameters of this mode are different from the initial one in a noticeable range only for a row with an emergency disconnected capacitor and are expressed in an increase in the voltage on the remaining good capacitors. If the capacitors are overloaded in a new mode for a long time: the battery does not exceed the value allowed by GOST 1282-79 E (1.1 ° C), then the battery can remain in operation as long as necessary until the second capacitor is damaged on the emergency line, leading to a further increase in voltage on serviceable capacitors. However, the time during which the battery may remain in operation is limited. Damage to the next, for example, the third row capacitor, will result in unacceptable overvoltages on the row for which battery operation is unacceptable. In this case, the FSH must be disconnected from the network. The disconnection of a damaged capacitor by a fuse occurs near the transition of the accompanying current through zero. This causes the appearance of aperiodic voltage components on each row of the capacitor bank. The closest in technical terms to the present invention is a method that detects damage to a capacitor in a battery by the occurrence of an aperiodic voltage component and implements its device, containing a capacitor battery with a reactor, a voltage transformer, a switch, a control unit for signaling a switch, a capacitor, one of the terminals of which is grounded, the rectifier, the time delay element reacting and the executive element 2, the disadvantages of this device, are limited The possibilities are that the device does not determine the number of failed capacitors in one battery row and does not turn it off when the voltage across the row becomes higher than the allowable one, which in turn leads to an avalanche-like / fail-over process. capacitors, as well as the complexity of implementation, due to the need to install two high-voltage devices; voltage transformer and active divider. Moreover, an active outdoor divider is not produced by the electrical industry for a nominal voltage of 220 kV. The purpose of the invention is to expand the functionality by determining the maximum number of failed capacitors. This goal is achieved by the fact that a device for protecting capacitor banks with external fuses and a reactor, which contains a voltage transformer, a switch, a switch control and signaling unit, a capacitor, one of which is grounded, is connected in series with a rectifier, time delay element, reactive and actuators, additionally introduced signal element, resistor, one-shot, second time element and second response element and actuator element, with the beginning The primary winding of the transformer is connected to the midpoint of the protected capacitor battery, the end of the winding is combined with the rectifier input and the second output of the capacitor, the secondary winding of the transformer is connected to a resistor, and two parallel chains are connected to the rectifier output, each of which has a series-connected reactive element , the time delay element and the actuator element, the output of the actuator element of the first chain connected to the switch-off circuit, the output and additionally the second chain element - to the signal element monostable input coupled to the control and signaling unit of the switch, and the output from the time delay elements. FIG. 1 shows the scheme of the proposed device; in fig. 2-4 graphics protection device behavior. The device contains a capacitor battery 1, a reactor 2, a switch 3, a switch and a control unit 4, a voltage transformer 5, a capacitor 6, a rectifier 7, reacting elements 8 and 9, elements 10 and 11 of the holding time, actuators 12 and 13, the signal element 14f of the one-shot 15, the resistor 16. In addition, in the drawings, the signal 17 at the input of the rectifier 7 indicates the thresholds 18 and 19 of operation (the settings respectively of the reacting elements 8 and 9, the signal 2Q at the output of the reacting elements 8 and 9, output signals 21 and 22 respectively of the guiding elements 8 and 9, the signals 23. and 24 at the output of the elements 10 and 11 of the time delay, the signals 25 and 26 at the output of the executive elements 12 and 13. The device operates as follows. In the initial state, the capacitor 6 has an alternating voltage with a mains frequency of 50 Hz. The amplitude of this voltage depends on the selected impedance ratio of the primary winding of the voltage transformer 5 and the resistance of capacitor 6 and is tenths of a volt. In relation to the aperiodic component appearing on the capacitor 6 when the capacitor of the battery is damaged, the amplitude of the alternating voltage does not exceed 5-8%. In order for the polarity of the signal at the input of the reacting elements 8 and 9 not to depend on the polarity of the aperiodic component of the voltage on the capacitor 6, a rectifier 7 is provided in the circuit. In normal battery operation, the output of the rectifier 7 always has a signal due to the variable the voltage across the capacitor 6. We denote this signal by the voltage of the load mode. To the output of the rectifier 7 are connected reacting elements 8 and 9, made, for example, according to the comparator circuit. These elements are compared with settings 18 and 19 of signals supplied from rectifier 7. The values of settings 18 and 19 depend on the voltage of battery 1 and the number of capacitors in it. The setting 19 of element 9 is equal to two amplitudes of the mode voltage load. The voltage of setpoint 18 of element 8 is several times higher than setpoint 19 and is chosen on the basis that the signal at its output is obtained after the next capacitor breakdown, when the voltage across the row with damaged capacitors rises to the maximum allowable, i.e. An immediate battery shutdown is required. In the established modes of the high-voltage network, the voltage settings exceed the level of the signals from the output of the switch 7 and elements 8 and 9 do not work. The time element 11 of the time control is intended for the detuning of the executive body 13 from the switching on mode of the battery and the modes of external short-circuit closures. The actuator 12 is tuned from the indicated modes according to the voltage of the setpoint 18, therefore, the time delay element 10 is needed only to improve noise immunity. The execution of elements 10 and 11 of time should allow their blocking by applying a positive or negative pulse. To generate such a time pulse, a one-shot 15 is used, triggered by the contacts of the control and signaling unit. FIG. Figure 2 shows a graph of the behavior of the protection device in the capacitor bank on mode. At the moment of switching on, the capacitor 6 produces free damped oscillations of the signal voltage 17, determined by the parameters of the transformer 5. The period of these oscillations can be several seconds. Since the time delay of the element 11 takes longer than the indicated half-period of oscillations, then the protection-device will not occur. In the breakdown mode (Fig. 3) of one of the capacitors of any battery row, at the time of the fuse of the fuse, an aperiodic voltage component occurs at the middle point of the battery. Through the resistance of the primary winding of the voltage transformer 5, this aperiodic charging capacitor 6 is almost up to amplitude, since the aperiodic damping constant is about 20 s for capacitors of type KUSA-6.3-50). The maximum aperiodic value can be calculated by the formula V cl2 (m-tHn-1 where is the instantaneous value of the forced component voltage on the battery at the moment when the fuse of the damaged capacitor W disconnects — the number of parallel-connected capacitors in the row; h is the number of consecutive Rows in the battery. The signal 20. at the output of the rectifier 7 in this case exceeds the voltage setpoint 19 and the duration of the time element 11. The actuator 13 and the signal elements 14 are triggered. Personnel should note that a capacitor has broken down in a certain phase of the battery and the signal element has returned to its original state. Similarly, the chain from reacting element 9, elements 11-14 will also fix all subsequent battery capacitor breakdowns. on the row where there are damaged capacitors disconnected by fuses, then the amplitudes of the aperiodic component are higher than the one that occurs during the breakdown of the first capacitor. The numerical value of the amplitude of the aperiodic component in the case of breakdown K capacitors in one row is determined by the expression V -. “(MK) 2 (.n-1) 2, In cases where the breakdown of a capacitor leads to an increase in the voltage on the emergency line to the maximum tolerance: the signal amplitude ;; 20 from the output of the rectifier 7 exceeds the set voltage 18 and triggers the response element 10 and the actuating element 12. At the same time, the pulse duration from the output of the element 12 is sufficient to turn off the switch 3. 3. In the battery off mode, aperiodic components such as those having breakdown place. However, in this case, the impulse from the one-shot 15 is blocked: the elements 10 and I do not take time and the actuators 12 and 13 will not work. Thus, by eliminating the .J high-voltage divider and simultaneously connecting the voltage transformer to the midpoint of the protected capacitor battery, which reduces the isolation class of the latter, simplification of the device to protect the capacitor-capacitor battery is achieved; The introduction of additional reactive, actuating and signaling elements, as well as a time delay element. The functionality of the device has been expanded, concluding in fixing the maximum allowable number of damaged capacitors in one row of the battery.

2j.. tfx7V..2j .. tfx7V ..

-j-TT-j-TT

19 2019 20

25 2225 22

irnr,irnr

1717

/S/ S

гвguv

t 6 t f& fl 1 fS te to M i« iff IgCt 6 t f & fl 1 fS te to M i «iff IgC

ЙTh

16sixteen

i:i:

фаг.Зphage.Z

7777

2 It Ь Is ff h }f /6 8 /0 h /f 2 It Ь Is ff h} f / 6 8/0 h / f

1818

19 019 0

z ч 6 8 № f2 w f6 ff fff гг г г гвz h 6 8 № f2 w f6 ff fff gg g gv

иand

ПP

пP

ZSZS

ПP

ПP

2626

фиеЛfieL

ii

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ С ВНЕШНИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ и реактором, содержащее трансформатор напряжения, выключатель, блок управления и сигнализации выключателя, конденсатор, один из выводов которого” заземлен, последовательно соединенные выпрямитель, элемент выдержки времени, реагирующий и исполнительные элементы, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены сигнальный элемент, резистор, одновибратор, второй элемент выдержки времени и вторые реагирующий и исполнительный элементы, при этом начало первичной обмотки трансформатора напряжения подключено к средней точке защищаемой конденсаторной батареи, конец обмотки объединен с входом выпрямителя и вторым выводом упомянутого конденсатора, вторичная обмотка трансформатора подсоединена к резистору, а к выводу выпрямителя подключены две . параллельные цепочки, каждая из которых со- g держит последовательно соединенные “ реагирующий элемент, элемент выдержки времени и исполнительный элемент, причем выход исполнительного элемента первой цепочки подключен к цепи отключения выключателя, выход исполнительного элемента второй цепочки к сигнальному элементу, вход одновибратора соединен с блоком управления и сигнализации выключателя, а его выход - с элементами выдержки времени.DEVICE FOR PROTECTING CAPACITOR BATTERIES WITH EXTERNAL FUSES and a reactor, containing a voltage transformer, circuit breaker, control and signaling unit of the circuit breaker, one of the terminals of which is earthed, rectifier connected in series, time delay element, reacting and actuating elements, characterized in that, in order to expand the functionality, a signal element, a resistor, a single-shot, a second time delay element and a second reacting and olnitelny elements, wherein the start voltage transformer primary winding is connected to a midpoint of the capacitor bank to be protected, the end of the winding is united with the input of the rectifier and the second terminal of said capacitor, the secondary winding of the transformer is connected to a resistor, and connected to the conclusion two rectifier. parallel circuits, each of which g contains a serially connected “response element, a time delay element and an actuation element, the output of the actuation element of the first chain being connected to the circuit breaker circuit breaker, the output of the actuation element of the second chain to the signaling element, the input of the single-vibrator connected to the control unit and signaling of the switch, and its output - with time delay elements. u^m^<,nTisu ^ m ^{<, n} Tis