RU2080726C1

RU2080726C1 - High-voltage line grouping connection

Info

Publication number: RU2080726C1
Application number: RU95113562A
Authority: RU
Inventors: К.М. Антипов; Ю.А. Апольцев; В.Н. Подъячев; А.М. Чалый
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Таврида-Электрик"
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-05-27
Also published as: RU95113562A

Abstract

FIELD: electrical engineering; surge and phase-failure protection of high-voltage lines, including auxiliary supply systems of thermal power stations. SUBSTANCE: grounding connection has nonlinear resistors assembled into three-legged star whose legs are connected to line phases; linear resistor is connected between neutral and ground. Connected in series with linear resistor is circuit set up of switching device and current transformer whose secondary winding is coupled with relay protective gear that functions to turn off switching device. Additional nonlinear resistor is connected between neutral and ground; characteristics of main nonlinear resistor are chosen so that it sustains phase voltage for unlimited time while characteristics of additional resistor are selected so that line voltage may be applied for unlimited time to series-connected main and additional nonlinear resistors. Vacuum switch is used as switching device. EFFECT: improved ground fault protection and surge voltage restriction which raises reliability of high-voltage line. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и, в частности к защите от перенапряжений и однофазных замыканий в сетях с номинальным напряжением 3 35 кВ, и может быть использовано в сети собственных нужд ТЭС. The invention relates to electrical engineering and, in particular, to protection against overvoltage and single-phase short circuits in networks with a rated voltage of 3 35 kV, and can be used in the auxiliary network of thermal power plants.

Известна электрическая сеть, в том числе собственных нужд ТЭС, в которых устройства релейной защиты при однофазных замыканиях на землю действуют на сигнал [1]
Недостатками такого технического решения являются высокий уровень перенапряжений, воздействующий на изоляцию неповрежденных фаз сети, при перемежающихся замыканиях на землю и высокая длительность существования данного режима.Known electrical network, including the auxiliary needs of thermal power plants, in which relay protection devices with single-phase earth faults act on the signal [1]
The disadvantages of this technical solution are the high level of overvoltage affecting the isolation of intact network phases during intermittent earth faults and the high duration of this mode.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство заземления сети переменного тока собственных нужд электростанции, содержащее подключенный к сборным шинам через выключатель трансформатор, обмотка которого соединена по схеме "звезда", нейтраль которой соединена с землей через резистор, а также устройства релейной защиты, действующие на отключение выключателя поврежденного присоединения и с выдержкой времени на отключение системы сборных шин [2]
Недостатком такого технического решения является, с одной стороны, низкая надежность работы, так как при отключении системы шин возможны частичная разгрузка или останов энергоблока, а с другой, стороны достаточно высокий уровень перенапряжений.The closest technical solution to the proposed invention is an earthing device for earthing the auxiliary needs of a power plant, comprising a transformer connected to the busbars via a switch, the winding of which is connected in a star circuit, the neutral of which is connected to the ground through a resistor, as well as relay protection devices for tripping a circuit breaker of a damaged connection and with a time delay for tripping a busbar system [2]
The disadvantage of this technical solution is, on the one hand, low reliability, since when the bus system is turned off, partial unloading or shutdown of the power unit is possible, and on the other hand, a rather high level of overvoltage.

Целью изобретения является повышение надежности работы высоковольтной сети за счет уменьшения времени существования однофазных замыканий и ограничения перенапряжений в этом режиме. The aim of the invention is to increase the reliability of the high-voltage network by reducing the lifetime of single-phase faults and limiting overvoltages in this mode.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве заземления высоковольтной сети, содержащей релейную защиту от замыканий на землю, состоящем из линейного резистора, подключенного между искусственно созданной нейтралью и землей, нейтраль создана из нелинейных резисторов, собранных в лучевую звезду, лучи которой подключены к фазам сети последовательно с линейным резистором включена цепочка из коммутационного аппарата и трансформатора тока, вторичная обмотка которого связана с релейной защитой, действующей на отключение коммутационного аппарата, кроме того, между нейтралью и землей может быть включен дополнительный нелинейный резистор, при этом параметры нелинейного резистора выбраны таким образом, что воздействие фазного напряжения допускается неограниченно долго, а параметры дополнительного нелинейного резистора так, что приложение нелинейного напряжения к последовательно соединенным нелинейному резистору допускается неограниченно долго, кроме того, в качестве коммутационного аппарата может быть использован вакуумный выключатель. This goal is achieved by the fact that in the grounding device of a high-voltage network containing relay protection against earth faults, consisting of a linear resistor connected between an artificially created neutral and earth, the neutral is created from non-linear resistors assembled into a beam star, the rays of which are connected to the phases of the network in series with a linear resistor, a chain is connected from the switching apparatus and the current transformer, the secondary winding of which is connected with the relay protection acting on switching off the switching In addition, between the neutral and the ground, an additional nonlinear resistor can be connected, while the parameters of the nonlinear resistor are chosen so that the action of the phase voltage is allowed indefinitely, and the parameters of the additional nonlinear resistor so that the application of the nonlinear voltage to the nonlinear resistor is connected in series allowed for an unlimited time, in addition, a vacuum circuit breaker can be used as a switching device.

Совокупность существенных отличительных признаков, обеспечивающих снижение перенапряжений и надежную работу устройств релейной защиты при перемежающихся замыканиях на землю в сети и, следовательно, повышение надежности работы сети, свидетельствуют о соответствии технического решения критерию "положительный эффект". The set of essential distinguishing features that provide overvoltage reduction and reliable operation of relay protection devices with intermittent earth faults in the network and, therefore, increase the reliability of the network, indicate that the technical solution meets the criterion of "positive effect".

Проведенный патентный поиск не выявил заявленную совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "новизна". The patent search did not reveal the claimed combination of features, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

Кроме того, анализ заявленного технического решения на соответствие критерию "существенные отличия" показал, что заявителем в патентной и научно-технической литературе указанная совокупность признаков не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "существенные отличия". In addition, the analysis of the claimed technical solution for compliance with the criterion of "significant differences" showed that the applicant did not find the specified set of features in the patent and scientific literature, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

На чертеже представлено предложенное устройство, установленное в сети 6 кВ собственных нужд ТЭС. The drawing shows the proposed device installed in the 6 kV network of auxiliary needs of TPPs.

Устройство заземления состоит из трех нелинейных резисторов, например нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) 1, собранных в трехлучевую звезду, лучи которой подключены к сборным шинам 2, и подключенной между нейтралью и землей цепочки последовательно включенных коммутационного аппарата, например вакуумного выключателя 3, линейного 4, трансформатора тока 5, вторичная обмотка которого соединена с устройством релейной защиты, например токовым реле 6, выход которого соединен с исполнительным органом выключателя 3, при этом параллельно цепочке между нейтралью и землей подключен дополнительный нелинейный резистор 7, кроме того, к сборным шинам 2 через выключатели 8 подключен приемник электрической энергии, например электродвигатель 9, в цепи которого установлена токовая релейная защита 10. The grounding device consists of three non-linear resistors, for example, non-linear surge arresters (surge arresters) 1, assembled into a three-beam star, the beams of which are connected to the busbars 2, and connected between the neutral and ground of a chain of series-connected switching apparatus, for example, a vacuum circuit breaker 3, line 4, current transformer 5, the secondary winding of which is connected to a relay protection device, for example, a current relay 6, the output of which is connected to the actuator of the switch 3, while in parallel an additional non-linear resistor 7 is connected between the neutral and ground, in addition, an electrical energy receiver, for example an electric motor 9, in the circuit of which a current relay protection 10 is installed, is connected to the busbars 2 through switches 8.

Устройство, представленное на чертеже, работает следующим образом. The device shown in the drawing, operates as follows.

В исходном положении выключатель 3 включен. К нелинейным резисторам 1 приложено фазное напряжение, при котором проводимость нелинейного резистора 1 близка к нулю и ток в нелинейных резисторах 1 и нейтрали практически отсутствует. При возникновении однофазного замыкания, в сети, например в цепи электродвигателя 9, к нелинейному сопротивлению 1 прикладывается повышенное напряжение, близкое к линейному, его проводимость резко увеличивается и в цепочке, соединяющей нейтраль с землей, и трансформаторе тока 5, величина которого достаточна для срабатывания токового реле 6 и работы устройств релейной защиты 10, величина тока ограничена линейным резистором 4. Выбор величины сопротивления линейного резистора 4 определяется двумя факторами; нижняя граница определена предельно допустимой величиной тока через нелинейный резистор 1, верхняя граница определена из условий устойчивого горения дуги при однофазных замыканиях на землю для селективной работы защиты. Релейная защита 10 при появлении указанного тока в поврежденной фазе электродвигателя 9 срабатывает без выдержки времени и отключает выключатель 8. Напряжение на сборных шинах 2 относительно земли становится равным U фаз, ток в нелинейном резисторе 1 практически прекращается. Одновременно с возникновением однофазного замыкания на неповрежденных фазах возникают перенапряжения до 3,2 U_ф (где U_ф наибольшее длительно допустимое фазное напряжение сети) однако нелинейный резистор 1 ограничивает указанные перенапряжения до величины, определяемой вольт-амперной характеристикой его рабочего сопротивления в пределе 1,8 2Uф, что практически исключает повреждения электрооборудования даже с ослабленной изоляцией.In the initial position, the switch 3 is turned on. A phase voltage is applied to the nonlinear resistors 1, at which the conductivity of the nonlinear resistor 1 is close to zero and the current in the nonlinear resistors 1 and neutral is practically absent. When a single-phase fault occurs, in the network, for example, in the circuit of the electric motor 9, an increased voltage close to the linear voltage is applied to the nonlinear resistance 1, its conductivity increases sharply in the circuit connecting the neutral to the ground, and the current transformer 5, the value of which is sufficient to trip the current relay 6 and the operation of relay protection devices 10, the current value is limited by a linear resistor 4. The choice of the resistance value of the linear resistor 4 is determined by two factors; the lower limit is determined by the maximum permissible current through the nonlinear resistor 1, the upper limit is determined from the conditions of stable arc burning during single-phase earth faults for selective protection operation. Relay protection 10 when the specified current appears in the damaged phase of the electric motor 9 works without delay and turns off the switch 8. The voltage on the busbars 2 relative to the ground becomes equal to U phases, the current in the non-linear resistor 1 practically stops. Simultaneously with the occurrence of a single-phase fault on intact phases, overvoltages up to 3.2 U _f occur (where U _{f is the} largest long-term permissible phase voltage of the network), however, the non-linear resistor 1 limits these overvoltages to a value determined by the current-voltage characteristic of its operating resistance in the range of 1.8 2Uf, which virtually eliminates damage to electrical equipment even with weakened insulation.

Таким образом, воздействие перенапряжений ограничивается как по величине, так и по времени. Причем глубокое ограничение перенапряжений возможно только благодаря тому, что длительность существования однофазного замыкания ограничено по времени до долей секунды за счет применения быстродействующих вакуумных выключателей. Thus, the effect of overvoltage is limited both in magnitude and in time. Moreover, a deep overvoltage limitation is possible only due to the fact that the duration of a single-phase circuit is limited in time to fractions of a second due to the use of high-speed vacuum circuit breakers.

Токовое реле 6 действует с выдержкой времени, селективно отсроенной от времени отключения выключателя 8, и при отказе в действии токовой релейной защиты 10 или выключателя 8 отключают выключатель 3, при этом ток промышленной частоты в нелинейном резисторе 1 прекращается, а перенапряжения в сети ограничиваются совместным действием нелинейного резистора 1 и дополнительного нелинейного резистора 7 в пределе до величины 2,6 2,8 U_ф, до величины непревосходящей испытательного напряжения оборудования сети. Время работы устройства заземления в данном режиме практически не ограничивается, что позволяет не отключать сборные шины и тем самым не обесточивать питающиеся от них приемники электроэнергии.The current relay 6 operates with a time delay selectively delayed from the time the switch 8 was turned off, and if the current relay protection 10 or switch 8 fails, the switch 3 is turned off, while the industrial frequency current in the non-linear resistor 1 is stopped, and the overvoltage in the network is limited by the combined action non-linear resistor 1 and an additional non-linear resistor 7 in the limit to a value of 2.6 to 2.8 U _f , to a value of non-superior test voltage of the network equipment. The operating time of the grounding device in this mode is practically unlimited, which allows not to disconnect the busbars and thereby not to de-energize the power receivers that are powered by them.

По предварительным оценкам установка данного устройства позволит уменьшить общее число повреждений энергооборудования в 2-3 раза, при этом годовой экономический эффект в расчете на один энергоблок мощностью 800 МВт составит 100 млн.руб. According to preliminary estimates, the installation of this device will reduce the total number of damage to power equipment by 2–3 times, while the annual economic effect per 800 MW power unit will be 100 million rubles.

Claims

1. The grounding device of a high-voltage network containing relay protection against earth faults, consisting of a linear resistor connected between an artificially created neutral and ground, characterized in that the neutral is created by non-linear resistors assembled in a three-beam star, the rays of which are connected to the phases of the network, in series with a linear resistor, a chain is connected from the switching apparatus and the current transformer, the secondary winding of which is connected with the relay protection acting to disconnect the switching apparatus.

2. The device according to p. 1, characterized in that between the neutral and the ground included an additional non-linear resistor.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the parameters of the non-linear resistor are selected so that the action of the phase voltage is allowed for an unlimited time, and the parameters of the additional non-linear resistor so that the application of the linear voltage to the series-connected non-linear resistor and the additional non-linear resistor is allowed for an unlimited time.

4. The device according to claim 1, characterized in that a vacuum circuit breaker is used as the switching apparatus.