УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОТКАЗОВ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ОТ ПОСТУПЛЕНИЯ В ИХ ОБМОТКИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ ИЗ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ В НИХ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ
DEVICE FOR PREVENTION OF FAILURES OF POWER TRANSFORMERS FROM ARRIVAL IN THEIR WINDINGS OF HIGH-FREQUENCY SIGNALS FROM DISTRIBUTION NETWORKS WITH INSULATED NEUTRAL AT OCCURRENCE OF EMERGENCY MODES THEREIN

Изобретение относится к области электроэнергетики для предотвращения отказов силовых трансформаторов, подключенных к воздушным распределительным электрическим сетям с изолированной нейтралью, при возникновении высокочастотных сигналов, связанных с ненормальным режимом в сетях (обрыв провода, падение провода на землю, пробой и перекрытие линейной изоляции, металлическое замыкание, перемежающееся замыкание на землю, атмосферные перенапряжения).
Известны устройства, которые могли быть использованы для решения поставленной задачи [1, 2].
Первое из известных устройств содержит гаситель скачков напряжения, преобразователь частоты и варистор.
Недостаток данного устройства заключается в ограниченности его применения только для распределительной сети и защиты от скачков напряжения и невозможности его использования для защиты от резонанса частоты силового трансформатора.
Известно и другое устройство, содержащее отпайки, обмотки трансформатора, ограничитель перенапряжения, контактный разъем, первую часть разъема, монтажный узел, вторую часть выводы трансформатора и подключенные к ним ограничители перенапряжения.
Последнее из перечисленных технических решений наиболее близкое к описываемому.
Его недостаток заключается в необеспечении надежности из-за отсутствия гашения высоких частот в диапазоне собственных резонансных частот силового трансформатора, а установленный ограничитель перенапряжений нелинейный в нейтраль силового трансформатора не полностью обеспечивает защиту обмоток трансформатора.
Целью изобретения является повышение надежности работы силового трансформатора за счет исключения возникновения резонанса в обмотках при поступлении высокочастотных сигналов от питающей сети, равной собственной резонансной частоте силового трансформатора.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты изоляции обмоток силовых трансформаторов, содержащее измерительные устройства 1, 2 и 3, входы 10, 11 и 12 которых подключены к фазам высоковольтной сети соответственно, а выходы 20, 21, 22 соединены с входами устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот 4, отличающееся тем, что содержит фильтро-компенсирующее устройство 5, управляющие входы 23, 24 и 25 которого подключены к выходам устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот 4, а входы 13, 14 и 15 фильтро-компенсирующего устройства соединены с фазами высоковольтной сети соответственно, выходы 16, 17 и 18 фильтро-компенсирующего устройства соединены с фазами высоковольтной обмотки трансформатора соответственно, выход 19 фильтро-компенсирующего устройства заземлен, а в нейтраль обмоток высокого напряжения силового трансформатора дополнительно установлен нелинейный ограничитель перенапряжений 26.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена структурная схема устройства для предотвращения отказов силовых трансформаторов от поступления в их обмотки высокочастотных сигналов из распределительных сетей с изолированной нейтралью при возникновении в них аварийных режимов, на Фиг. 2 представлена поясняющая схема фильтро-компенсирующего устройства
Устройство для предотвращения отказов силовых трансформаторов от поступления в их обмотки высокочастотных сигналов из распределительных сетей с изолированной нейтралью при возникновении в них аварийных режимов (Фиг. 1) содержит 1,2 и 3 -измерительные устройства - однофазные трансформаторы напряжения для выявления появления резонансных частот; 4 - устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот; 5 - фильтро-компенсирующее устройство; 6 -защищаемый силовой трансформатор.
Фильтро-компенсирующее устройство представляет собой устройство, рассчитанное на номинальное напряжение рассматриваемой сети с изолированной нейтралью. Оно состоит из подключаемых по фазно переключающим устройством поперечно подключенных на каждой фазе перестраиваемых емкостей, индуктивностей и активного сопротивления. Полное сопротивление фаз фильтро-компенсирующего устройства на резонансной частоте меньше резонансной частоты защищаемого электрооборудования.
При изменении параметров схемы системы «распределительная сеть - трансформатор» производится перерасчет и изменение уставок значения комплексного сопротивления элементов фильтро-компенсирующего устройства, которое позволит предотвратить возникновение перенапряжения при изменившихся параметрах системы. Переключения в ФКУ выполняются при помощи переключающих по фазных устройств, управляемых с устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот, задающими параметрами для которого являются данные о собственных частотах силовых трансформаторов и распределительной сети, взятых с баз данных для каждого сетевого предприятия и данных по результатам определения комплексных сопротивлений и частоты в системе «распределительная сеть-трансформатор» при пуско-наладочных испытаниях и измерениях специализированной лабораторией (службой).
Измерительные устройства 1, 2 и 3 представляют собой однофазные трансформаторы напряжения и служат для контроля высокочастотных сигналов, генерируемых дефектами в распределительной сети.
Параметры элементов фильтро-компенсирующего устройства подбираются и подключаются переключающими устройствами 27, 28 и 29, получающими сигнал от программируемого устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот 4, величина перестройки которого рассчитываются на основе базы данных резонансных частот силового трансформатора и подключенной к ней распределительной сети «Сеть», исходя из условий недопущения возникновения резонансных явлений защищаемой высоковольтной обмотки трансформатора 6, путем отвода высокочастотного напряжения через подключаемую фазу фильтро-компенсирующего устройства поврежденной фазы на землю за счет подбора полного сопротивления фаз фильтро-компенсирующего устройства на резонансной частоте меньше резонансной частоты защищаемого электрооборудования, что способствует недопущению возникновения резонанса в обмотке силового трансформатора и сохранению работоспособности обмотки.
Данные для программирования устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот 4 управления и составления базы данных собственных резонансных частот подбираются следующим образом:
1) Производятся экспериментальные исследования по установлению диапазона частотных характеристик силовых трансформаторов I и II габаритов, как наиболее распространенных в сельских распределительных электрических сетях.
2) Составляется программа расчета резонансных частот для вышеуказанных типов силовых трансформаторов. Используя результаты экспериментальных исследований и теоретических расчетов формируется банк данных резонансных частот для трансформаторов I и II габаритов.
3) Производятся экспериментальные исследования по выявлению характерных частот в распределительной сети с изолированной нейтралью, близких к резонансной частоте силового трансформатора, при ненормальных режимах работы. Разрабатывается программа расчета характерных частот в распределительной сети с изолированной нейтралью, близких к резонансной частоте силового трансформатора при различных режимах работы. Результаты расчета сравниваются с полученными экспериментальными данными, составляется банк данных частот, близких к резонансной частоте силовых трансформаторов I и II габаритов.
4) Производится анализ полученных значений спектров резонансных частот силовых трансформаторов I и II габаритов и генерируемых частот в распределительной электрической сети с изолированной нейтралью и определяется диапазоны совпадения с резонансными частотами силовых трансформаторов.
Ограничитель напряжения нелинейный 26, установленный в нейтрали обмоток высокого напряжения (фиг. 1) защищают обмотки высокого напряжения от амплитудных значений импульсных перенапряжений, поступающих с воздушных линий при атмосферных перенапряжениях.
Сущность заявляемого изобретения поясняется:
Фиг. 1 - Функциональная схема защиты от перенапряжения устройства для предотвращения отказов силовых трансформаторов от поступления в их обмотки высокочастотных сигналов из распределительных сетей с изолированной нейтралью при возникновении в них аварийных режимов;
Фиг. 2 - Поясняющая схема фильтро-компенсирующего устройства.
Где: 6 - защищаемый силовой трансформатор; 5 - фильтро-компенсирующее устройство; 1, 2 и 3 - измерительные устройства для выявления появления резонансных частот; 4 - устройства микропроцессорного контроллера с регистратором резонансных частот; 26 - ограничитель перенапряжения нелинейный; 27, 28 и 29 - переключающие устройства; L - индуктивность, С - емкость, R - резистор.
Таким образом, введение новых модулей и связей позволило существенно повысить надежность работы силового трансформатора путем устранения резонансных частот защищаемого электрооборудования.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки:
1. Патент РФ №2 505 901, М. кл. Н02Н 7/04, 2014.
2. Патент РФ №2 508 589, М. кл. H02J 3/01, М. кл. Н02Н 9/04, 2014.