УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ТРАНСФОРМАТОРОМ С 2N ВТОРИЧНЫМИ ОБМОТКАМИ И 2N ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ
PROTECTION DEVICE OF THE CONVERTER PLANT WITH TRANSFORMER WITH 2N SECONDARY WINDINGS AND 2N RECTIFIERS

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам для защиты вентильных преобразовательных установок, и может быть использовано на преобразовательных установках, силовые трансформаторы которых имеют значительный бросок тока намагничивания.
Известно устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки [Глух Е.М., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 109], содержащее выпрямитель, подключенный к трансформаторам тока фаз установки.
Недостатком этого устройства является необходимость использования металлоемких трансформаторов тока.
Известно устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки [KZ 22076, Н02Н 7/12, опубл. 15.12.2009], выбранное в качестве прототипа, содержащее первый, второй и третий выпрямители, входами подключенные к трансформаторам тока фаз установки. Выходы выпрямителей попарно подключены к входам трех элементов сравнения, выходы которых попарно подключены к входам первого, второго и третьего элементов И. Первый, второй и третий герконы с обмотками, закрепленные в магнитном поле выпрямленного тока преобразовательной установки, своими контактами попарно подключены к входам четвертого, пятого и шестого элементов И, выходы которых подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ. Обмотка каждого геркона через регулировочный резистор подключена к выходу соответствующего выпрямителя.
Недостатком этого устройства является отстройка защиты преобразовательной установки от бросков тока намагничивания, возникающих при включении трансформатора преобразовательной установки под напряжение и при восстановлении напряжения после отключения внешних коротких замыканий, что значительно загрубляет защиту, делая ее недостаточной чувствительной.
Задачей изобретения является повышение чувствительности устройства.
Предложенное устройство защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями, также, как и в прототипе, содержит блок выпрямления переменного напряжения, геркон с обмоткой управления, закрепленный в магнитном поле токопровода постоянного тока в цепи нагрузки преобразовательной установки, и регулировочный резистор, подключенный к первому выводу обмотки управления.
Согласно изобретению, введены 6n катушек индуктивности, закрепленные вблизи шин, соединяющих выводы фаз А, В и С 2n вторичных обмоток трансформатора со стороны его низшего напряжения с трехфазными мостовыми выпрямителями. Выводы катушек индуктивности, закрепленных вблизи шин, присоединенных к выводам фаз А 2n вторичных обмоток трансформатора, подключены к первому сумматору, выводы катушек индуктивности, закрепленных вблизи шин, присоединенных к выводам фаз В 2n вторичных обмоток трансформатора, подключены ко второму сумматору, а выводы катушек индуктивности, закрепленных вблизи шин, присоединенных к выводам фаз С 2n вторичных обмоток трансформатора - к третьему сумматору. Выходы первого, второго и третьего сумматоров подключены к входам блока выпрямления переменного напряжения, выходы блока выпрямления - к сглаживающему фильтру, один выход которого подключен к регулировочному резистору, а второй - ко второму выводу обмотки управления геркона. К входу записи элемента ПАМЯТЬ подключен контакт геркона, а к входу сброса - выход элемента ВРЕМЯ, при этом выход элемента ПАМЯТЬ подключен к входу элемента ВРЕМЯ и в цепь отключения выключателя преобразовательной установки.
Использование 6n катушек индуктивности и их соответствующее подключение к трем сумматорам позволяет, по сравнению с прототипом, построить устройство защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями, не срабатывающее при бросках тока намагничивания, что ведет к повышению чувствительности, так как не требуется отстройка тока срабатывания защиты от данных бросков.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства.
Устройство защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями (фиг. 1) содержит катушки индуктивности 1, 2, 3, 4, 5, 6, …, 6n-5, 6n-4, 6n-3, 6n-2, 6n-1, 6n, закрепленные вблизи шин, соединяющих выводы фаз А, В и С 2n вторичных обмоток трансформатора 6n+1 со стороны его низшего напряжения с трехфазными мостовыми выпрямителями 6n+2, 6n+3, …, 8n, 8n+1, питающими нагрузку 8n+2. Выводы катушек индуктивности 1, 4, …, 6n-5, 6n-2, закрепленных вблизи шин, присоединенных к выводам фаз А 2n вторичных обмоток трансформатора 6n+1 подключены к первому сумматору 8n+3 (СУМ1), выводы катушек индуктивности 2, 5, …, 6n-4, 6n-1, закрепленных вблизи шин, присоединенных к выводам фаз В 2n вторичных обмоток трансформатора 6n+1, подключены ко второму сумматору 8n+4 (СУМ2), а выводы катушек индуктивности 3, 6, …, 6n-3, 6n, закрепленных вблизи шин, присоединенных к выводам фаз С 2n вторичных обмоток трансформатора 6n+1 - к третьему сумматору 8n+5 (СУМ3). Выходы первого 8n+3 (СУМ1), второго 8n+4 (СУМ2) и третьего 8n+5 (СУМ3) сумматоров подключены к входам блока выпрямления переменного напряжения 8n+6 (ВПР), выходы которого через сглаживающий фильтр 8n+7 (СФ) и регулировочный резистор 8n+8 подключены к выводам обмотки 8n+9 геркона 8n+10, закрепленного в магнитном поле токопровода 8n+11 постоянного тока в цепи нагрузки 8n+2 преобразовательной установки. К входу записи элемента ПАМЯТЬ 8n+12 (П) подключен контакт 8n+13 геркона 8n+10, а к входу сброса - выход элемента ВРЕМЯ 8n+14 (BP). Выход элемента ПАМЯТЬ 8n+12 (П) подключен к входу элемента ВРЕМЯ 8n+14 (BP) и в цепь отключения выключателя преобразовательной установки (на фиг. 1 не показано).
В качестве геркона 8n+10 с обмоткой 8n+9 может быть использовано, например, герконовое реле типа РГК-49, в качестве регулировочного резистора 8n+8 - резистор типа РР 1,2-3. В качестве катушек индуктивности 1-6, 6n-5, 6n-4, 6n-3, 6n-2, 6n-1, 6n могут быть использованы катушки типа Tangda, а в качестве блока выпрямления переменного напряжения 8n+6 (ВПР) - выпрямитель типа SQL. В качестве сглаживающего фильтра 8n+7 (СФ) может быть использован стандартный LC-фильтр. Первый 8n+3 (СУМ1), второй 8n+4 (СУМ2) и третий 8n+5 (СУМ3) сумматоры, элементы ПАМЯТЬ 8n+12 (П) и ВРЕМЯ 8n+14 (BP) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя Atmel AT89S53.
у
y
вых.впр
т
ср
у
т
ср
Устройство работает следующим образом. В режиме нагрузки преобразовательной установки на входы первого 8n+3 (СУМ1), второго 8n+4 (СУМ2) и третьего 8n+5 (СУМ3) сумматоров с выводов катушек индуктивности 1, 2, 3, 4, 5, 6, …, 6n-5, 6n-4, 6n-3, 6n-2, 6n-1, 6n подаются одинаковые по величине ЭДС. С выходов сумматоров 8n+3 (СУМ1), 8n+4 (СУМ2) и 8n+5 (СУМ3) напряжения подаются на входы блока выпрямления переменного напряжения 8n+6 (ВПР). При этом магнитный поток Ф, созданный постоянным током I в управляющей обмотке 8n+9 геркона 8n+10 (который прямо пропорционален постоянному выходному напряжению U блока 8n+6 (ВПР)), и магнитный поток Ф от тока в токопроводе 8n+11 примерно одинаковы, но противоположно направлены, и геркон 8n+10 не срабатывает, так как его Ф>Ф-Ф (где Ф - магнитный поток, под действием которого срабатывает геркон 8n+10). На вход записи элемента ПАМЯТЬ 8n+12 (П) сигнал не поступает, и защита не срабатывает.
у
т
ср
При коротком замыкании (КЗ), например, при двухфазном КЗ между фазами А и В на выводах одной из вторичных обмоток трансформатора 6n+1, с выходов сумматоров 8n+3 (СУМ1), 8n+4 (СУМ2) и 8n+5 (СУМ3) на блок 8n+6 (ВПР) подаются разные по величине напряжения. При этом Ф-Ф>Ф, геркон 8n+10 срабатывает и подает сигнал на вход записи элемента ПАМЯТЬ 8n+12 (П), который подает сигнал в цепь отключения выключателя преобразовательной установки и запускает элемент ВРЕМЯ 8n+14 (BP). С выхода последнего через время t=0,1 с поступает сигнал на вход сброса элемента ПАМЯТЬ 8n+12 (П). Аналогично защита работает при пробое диодов в любом из 2n выпрямителей.
у
т
ср
При включении трансформатора 6n+1 под напряжение или восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ происходит бросок тока намагничивания. При этом в шинах, присоединенных к выводам фаз А, В и С вторичных обмоток трансформатора 6n+1, также, как и в токопроводе 8n+11, ток не протекает. Следовательно, Ф-Ф<Ф, на вход записи элемента ПАМЯТЬ 8n+12 (П) сигнал не поступает, и защита не срабатывает.