Защита дисбаланса конденсатора
Защита банков шунтирующих конденсаторов от внутренних неисправностей включает несколько защитных устройств в согласованной схеме.
Защита от несбалансированности заземленных и незаземленных банков-шунтирующих конденсаторов
Как правило, защитные элементы, обнаруженные в банках шунтирующих конденсаторов (SCB) для внутренних неисправностей, являются: индивидуальные предохранители (не обсуждаются здесь), защита от дисбаланса для обеспечения элементов аварийного / аварийного отключения и максимальной токовой защиты для защиты от сбоев банков.
Удаление неисправного конденсаторного элемента или блока его плавким предохранителем приводит к увеличению напряжения на остальных элементах / единицах, вызывающих дисбаланс внутри банка. Непрерывное перенапряжение (выше 1.1pu) на любом устройстве должно быть предотвращено с помощью защитных реле, которые срабатывают в банке.
Защита от дисбаланса обычно воспринимает изменения, связанные с отказом конденсаторного элемента или блока, и удаляет банк из обслуживания, когда возникающее перенапряжение становится чрезмерным на оставшихся здоровых конденсаторных блоках.
Защита от дисбаланса обычно обеспечивает первичную защиту от дуговых разрядов в банке конденсатора и другие аномалии, которые могут повредить элементы / блоки конденсатора. Нарушения при запирании могут нанести существенный урон за небольшую долю секунды.
Защита от дисбаланса должна иметь минимальную преднамеренную задержку, чтобы минимизировать ущерб, нанесенный банку в случае внешней дуги.
Защита от дисбаланса конденсатора обеспечивается различными способами, в зависимости от расположения банка конденсатора и заземления. Разнообразные схемы защиты от несбалансированности используются для внутреннего плавкого предохранителя, снаружи, плавкого предохранителя или неработающего шунтирующего конденсатора.
-
Способы защиты от несбалансированности необоснованных банков
- Одиночные банки
- Двойные Уай-Бэнки
-
Способы защиты от дисбаланса для заземленных банков
- Одиночные банки
- Двойные Уай-Бэнки
- Метод дифференциальной защиты по напряжению
1. Способы защиты от дисбаланса для необоснованных банков Уайя
a) Предотвращение дисбаланса для необоснованных банков с одним запасом
Самый простой способ обнаружения дисбаланса в одиночных необоснованных банках Wye - это измерение нейтрального напряжения или нулевой последовательности. Если конденсаторная батарея сбалансирована и напряжение системы равно балансу, нейтральное напряжение будет равно нулю.
Изменение в любой фазе банка приведет к нейтральному или нулевому напряжению последовательности.
Рисунок 1 - Способы защиты от несбалансированности для необоснованных уайт-банков
На рисунке 1 (a) показан метод измерения напряжения между нейтралью конденсатора и землей с помощью VT и реле перенапряжения с 3-м гармоническим фильтром. Он прост, но страдает наличием дисбаланса напряжения в системе и присущих им дисбалансов.
Устройство для измерения напряжения обычно представляет собой трансформатор напряжения, но это может быть емкостное потенциальное устройство или резистивное потенциальное устройство.
Устройство для измерения напряжения должно выбираться для достижения максимально низкого отношения напряжения, сохраняя при этом возможность выдерживать переходные и непрерывные условия перенапряжения, чтобы получить максимальную чувствительность обнаружения дисбаланса.
Тем не менее, трансформатор напряжения, используемый в этом приложении, должен быть рассчитан на полное системное напряжение, потому что нейтральное напряжение может при некоторых условиях увеличиваться до 2, 5 на единицу во время переключения.
Компонент эквивалентной нулевой последовательности, который устраняет системные дисбалансы, может быть выведен с использованием трех устройств, чувствительных к напряжению, с их высоким боковым напряжением, связанным от линии к земле, а вторичные соединения соединены в сломанной дельта. Источники напряжения VT могут быть либо на входе в конденсаторную батарею, либо использовать VTs шины банка.
Рис. 1 (b) показана схема защиты нейтрального разбалансного релейного сигнала для необоснованного банка конденсаторов с поглощающим эффектом с использованием трех фазных трансформаторов напряжения с нейтралью, их вторичные контакты, соединенные сломанным треугольником с реле перенапряжения.
По сравнению с схемой на рис.1 (а), эта схема имеет то преимущество, что она не чувствительна к дисбалансу напряжения системы.
Кроме того, напряжение дисбаланса, идущее к реле перенапряжения, в три раза превышает нейтральное напряжение, как показано на рис. 1 (а). При одном и том же коэффициенте трансформатора напряжения наблюдается усиление по трем по чувствительности по единой схеме трансформатора напряжения нейтраль-земля. Трансформаторы напряжения должны быть рассчитаны на линейное напряжение.
Рисунок 2 - Современные цифровые реле могут вычислять напряжение нулевой последовательности от фазных напряжений
Современные цифровые реле могут вычислять напряжение нулевой последовательности от фазных напряжений, как показано на рис. 2 (а), устраняя необходимость в дополнительных вспомогательных ВТ для получения напряжения нулевой последовательности. На рисунке 2 (б) показан тот же принцип, но с использованием ВТ на шине банка конденсатора.
Хотя схемы, показанные на рис. 1 (b), 2 (a) и 2 (b), устраняют системные дисбалансы, они не устраняют присущий дисбаланс конденсатора.
На рисунке 3 ниже показана схема защиты, которая устраняет дисбаланс системы и компенсирует неизбежный дисбаланс конденсатора. Это вариация дифференциальной схемы напряжения для заземленных банков.
Лучший способ устранить системный дисбаланс - разбить банк на два Wyes. Однако это может быть не всегда возможно или желательно. Системный дисбаланс появляется как напряжение нулевой последовательности как на терминале банка, так и в нейтральном банке.
Компонент нулевой последовательности банковского терминала выводится из 3-х линейных ВТ с присоединенной их высокой стороной Уай, а их вторичные соединения связаны в разбитой дельта.
Разностное напряжение между сигналом нейтрального разбаланса из-за дисбаланса системы и рассчитанной нулевой последовательностью от клемм VT будет компенсировано для всех условий дисбаланса системы. Оставшаяся ошибка, появляющаяся на нейтрале из-за допусков конденсатора производителя, затем компенсируется с помощью фазовращателя.
Вернуться к содержанию ↑
b) Защита от несбалансированности для необоснованных банков двойного зла
Необоснованные банки могут быть разделены на два равных банка. Эта конфигурация банка по своей сути компенсирует дисбаланс напряжения в системе.
Тем не менее, влияние допуска конденсаторов производителей влияет на работу реле, если не предпринимаются шаги для компенсации этой ошибки.
Рисунок 3 - Метод компенсированного нейтрального напряжения
Представлены три метода обеспечения защиты дисбаланса для необоснованных банков с двойными звездами. На рисунке 4 (а) используется трансформатор тока при соединении двух нейтралов и реле максимального тока (или шунта и реле напряжения). На рисунке 4 (b) используется трансформатор напряжения, соединенный между двумя нейтралами и реле перенапряжения.
Эффект дисбаланса напряжения в системе избегается обеими схемами, и оба они не подвержены влиянию токов третьей гармоники или напряжений при балансировке. Трансформатор тока или трансформатор напряжения должны быть рассчитаны на напряжение в системе.
Нейтральный ток в два раза меньше, чем у одного заземленного банка такого же размера. Тем не менее, коэффициент трансформации тока и номинал реле могут быть выбраны для желаемой чувствительности, поскольку они не подвергаются импульсным перенапряжениям или однофазным токам, поскольку они находятся в схеме заземленной нейтрали.
Несмотря на желательность трансформатора напряжения низкого отношения, для нейтральной нейтрали необходим трансформатор напряжения, рассчитанный на напряжение в системе. Следовательно, должен быть принят коэффициент высоких оборотов.
Рисунок 4 - Защита от несбалансированности для необоснованных банков с двойными звездами с использованием трансформаторов тока и напряжения
На рисунке 5 показана схема, где нейтралы двух секций конденсатора необоснованы, но связаны друг с другом. Трансформатор напряжения или потенциальное устройство используются для измерения напряжения между нейтральным конденсатором и землей.
Реле должно иметь гармонический фильтр.
Рисунок 5 - Нейтралы двух секций конденсатора необоснованы, но связаны друг с другом
Вернуться к содержанию ↑
2. Способы защиты от дисбаланса для заземленных банков
a) Защита от несбалансированности заземленных одноосных банков
Несбалансированность в конденсаторной батарее приведет к протеканию тока в нейтрали. На фиг.6 (а) показана защита, основанная на трансформаторе тока, установленном на соединении между нейтральным конденсатором и землей. Этот трансформатор тока имеет необычные высокие требования к перенапряжению и току.
Коэффициент выбирается так, чтобы обеспечить как достаточную максимальную токовую мощность, так и соответствующий сигнал для защиты.
Выход трансформатора тока имеет нагрузочный резистор и чувствительное реле напряжения. Из-за наличия гармонических токов (в частности, третьего, гармоники нулевой последовательности, которые протекают в нейтральном соединении), реле должно быть настроено для уменьшения его чувствительности к частотам, отличным от частоты мощности.
Напряжение на нагрузочном резисторе находится в фазе с током нейтраль-земля. Этот ток нейтраль-земля является векторной суммой трехфазных токов, которые на 90 ° выходят из фазы с напряжением фазы между землей.
Эта схема может быть скомпенсирована дисбалансом напряжения в энергосистеме с учетом фазового сдвига на 90 ° и не является необычно подходящей для очень больших конденсаторных батарей, требующих очень чувствительных настроек.
При каждом включении конденсаторной батареи мгновенные небалансные токи зарядки конденсатора будут циркулировать в фазах и нейтрали конденсатора. Если параллельный банк уже находится в эксплуатации, этот ток может составлять порядка тысяч ампер, что приводит к сбою в работе реле и КТ.
Рисунок 6 - Защита от дисбаланса для заземленных одноосных банков
На рисунке 6 (b) представлена схема защиты от небалансного напряжения для одноканальных SCB с заземленным соединением с использованием напряжений точки конденсатора. Несбалансированность в конденсаторной батарее вызовет дисбаланс в напряжениях в точке отвода трех фаз. Схема защиты состоит из устройства измерения напряжения, подключенного между промежуточной точкой конденсатора и землей на каждой фазе.
Реле времени задержки с фильтром третьей гармоники подключено к сломанным дельта-секундам. Современные цифровые реле используют рассчитанное напряжение нулевой последовательности, как показано на рисунке 6 (b).
Вернуться к содержанию ↑
b) Защита от несбалансированности заземленных двойных увядовых банков
На рисунке 7 показана схема, в которой трансформатор тока установлен на каждой нейтрали двух секций двойного Wye SCB. Нейтральные соединения соединены с общей землей. Вторичные трансформаторы тока перекрестно подключены к реле максимального тока, так что реле нечувствительно к любому внешнему условию, которое воздействует на обе секции конденсаторной батареи в том же направлении или способом.
Трансформаторы тока могут подвергаться переключению переходных токов, и поэтому требуется защита от перенапряжений. По возможности они должны быть рассчитаны на однофазные токи нагрузки.
В качестве альтернативы, соединения от нейтрали к земле от двух швов могут находиться в противоположных направлениях через однооконный трансформатор тока.
Рисунок 7 - Защита от дисбаланса для заземленных двойных змеиных банков
Вернуться к содержанию ↑
c) Метод дифференциальной защиты по напряжению для заземленных краев
На больших SCB с большим количеством конденсаторных блоков очень трудно обнаружить потерю 1 или 2 конденсаторных блоков, поскольку сигнал, создаваемый дисбалансом, похож на встроенный дисбаланс банка.
Дифференциал напряжения обеспечивает очень чувствительный и эффективный метод компенсации как системных, так и присущих дисбалансов банков конденсаторов в заземленных конденсаторных батареях !
Рисунок 8 - Дифференциальная схема напряжения для заземленного SCB
В схеме используются два трансформатора напряжения на фазу: один подключен к ответвителю на конденсаторной батарее. Другой - на банковском автобусе для одиночных банков Уай; или, для двойных банков Уай, с аналогичным краном на втором берегу. Сравнивая напряжения обоих ВТ, выводится сигнал, реагирующий на потерю отдельных элементов или блоков конденсатора.
Напряжение на входе конденсаторной батареи получается путем подключения устройства для измерения напряжения через парную группу (или группы) конденсаторов заземления. Это может быть кратковременный отвод, где напряжение измеряется между серединой фазы и землей.
В качестве альтернативы, напряжение на входе может быть измерено через конденсаторы низкого напряжения (то есть емкостный шунт) на нейтральном конце фазы.
Рисунок 9 - Дифференциальная схема напряжения для заземленного двойного увядающего SCB
Для ввода в эксплуатацию после проверки того, что все конденсаторы хороши и никаких предохранителей не работают, уровни напряжения первоначально устанавливаются равными. Начальный разностный сигнал между напряжением ответвителя банка конденсатора и сигналом напряжения на шине (для одиночных сигналов Уайна) равен нулю, а компенсация конденсатора и дисбаланс начального напряжения системы компенсируются.
Если дисбаланс напряжения системы должен меняться, система реле по-прежнему скомпенсирована, так как данное процентное изменение напряжения в шине приводит к такому же процентному изменению на кран конденсатора.
Любая последующая разность напряжений между напряжением ответвления конденсатора и напряжением шины будет вызвана дисбалансом, вызванным потерей конденсаторных блоков в этой конкретной фазе. Для банков двойного Wye напряжение на входе сравнивается с другим напряжением на входе в кран.
Современное цифровое реле динамически компенсирует вторичные ошибки, возникающие при изменении чувствительности устройства и разности температур между блоками конденсаторов внутри банка.
Если банк прослушивается в средней точке, чувствительность одинакова для сбоев внутри и снаружи отрезной части. Если банк находится ниже (выше) средней точки, чувствительность к отказам в отрезанной части будет больше (меньше), чем для отказов за пределами участка крана.
Это различие может вызвать трудности при достижении соответствующей настройки реле. Чувствительность к крану средней точки и кран через низковольтные конденсаторы на нейтральном конце фазы одинаковы.
Нажатие на группы нижних рядов или кратковременное нажатие не подходит для безнадежных банков с несколькими строками, потому что строки не связаны друг с другом в точке перехода. Нажатие на низковольтные конденсаторы подходит для безнапорных конденсаторных батарей.
Новые конденсаторные банки повышают надежность
Крупное обновление на одной из наших больших подстанций улучшает общую надежность системы и усиливает стоимость сетки. Посмотрите, как мы это сделали в этом коротком видео.
Ссылка // Основы и защита банков-шунтирующих конденсаторов Густаво Брунелло, М. Энг, П. Энг, д-р Богдан Казтенный и Крейг Вестер (все из GE Multilin, США)