Устройство для дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора)

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социалистических

Республик (it)1 001277 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 040181 (21) 3228264/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 280283. Бюллетень ¹ 8

f$g) М КУ1 3

Н 02 Н 3/28

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 316. .925(088.8) Дата опубликования описания 280283 (72) Авторы изобретения

Л.В. Багинский, В.Е. Глазырин и A,я . Саломатин!

Новосибирский электротехническийинститут (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТИ

ТРАНСФОРМАТОРА 1 АВТОТРАНСФОРМАТОРА 1

Устройство относится к релейной защите трансформаторов и автотрансформаторов электрической части электрических станций и подстанций и может использоваться для защиты силовых трансформаторов при возникновении внутренних коротких и витковых замыканий.

Для защиты силовых трансформаторов 10 известно дифференциально-фазное реле, содержащее входные трансформаторы, присоединенные к трансформаторам тока, установленным на выводах защищаемого объекта, схему преобразования входных величин, присоединенную к ней двуплечевую схему сравнения и реагирующий орган с подсоединенным к нему блоком торможения при бросках тока намагничивания $1) .

Однако укаэанное дифференциальнофазное реле обладает чувствительностью, недостаточной для выявления всех витковых замыканий, поскольку .

его необходимо отстраивать от токов небаланса при максимальных токах нагрузки.

Кроме того, известно дифференциально-фазное реле, содержащее три дифференциально-фазные схемы защиты от коротких замыканий и чувствительную часть, состоящую из фильтров токов одной из симметричных составляющих токов несимметричного режима,дифференциального токового органа блока отстройки от бросков тока намагничивания, блокировки при перевозбуждениях и блокировки от сверхтоков 1.2).

Однако это устройство необходимо отстраивать от токов небаланса рассматриваемой последовательности при токе блокирования дифференциального токового органа блокировкой от сверхтоков. Поскольку ток блокирования дифференциального токового органа может составлять до 21 нт (1 нт — номинальный ток трансформатора), ток небаланса,обусловленный регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора под нагрузкой при внешних коротких замыканиях, может быть значительной величины, что требует значительного загрубления при наличии регулирования коэффициента трансформации силового трансформатора. Это ограничивает чувствительность защиты.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для дифферен, циальной защиты трансформатора, содержащее фильтры одной из симметрич

1001277 ных составляющих токов несимметричного режима, блок отстройки от брос:<он тока намагничивания, блокировку от сверхтокон, блокировку при перевозбуждениях, дифференциальный токовый орган, фазный орган и блок управления я $ 3 j.

Однако изнестное устройство обладает недостаточной селективностью в конечной части переходного процесса затухающего броска тока намагничи- >О вания, что связано с недостаточной чувствительностью фильтра блока отстройки от бросков тока намагничивания. Дальнейшее увеличение чувствительности фильтра нецелесообразно, f5 так как ведет к задержкам н срабатывании при внутренних коротких замыканиях. Кроме того, недостатком известного устройства является наличие двух параллельных каналов обработки вход- 20 ных сигналов, имеющих различные принципы действия. Как следствие этого, необходимы блок управления, выбирающий один из принципон обработки сигнала, и связи этого блока с измерительными органами устройства. Обычно увеличение числа блоков и снязей между ними снижает надежность устройства.

Цель изобретения — повышение селективности защиты в режиме бросков тока намагничивания при сохранении быстродействия, а также упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что н устройстве для дифференциаль- З5 ной защиты трансформатора (антотрансформатора?, содержащем подключенные к соответствующим трансформаторам тока, установленным по сторонам защищаемого объекта, фильтры одной из 4р симметричных составляющих токов несимметричного режима, блок отстройки от бросков тока намагничивания, блокировку от снерхтоков с входами, присоединенными к трансФорматорам 45 тока, реагирующий орган и блок обработки сигналов с выходов Фильтров симметричных составляющих, последний выполнен в виде последовательно соединенных элемента преобразования входных величин, элемента сравнения и выпрямителя и присоединен к рабочему входу реагирующего органа,выполненного в ниде электронного реле времени миллисекундного диапазона с регулируемым порогом срабатывания, тормозный вход, которого соединен с выходом блока отстройки от бросков тока намагничивания, а выход реагирующего органа присоединен к вновь ннеденному элементу И, второй вход 60 которого соединен с блокировкой от сверхтоков, а выход является выходом устройства.

Элемент сравнения н блоке обработки сигналов с выходов. фильтров сим- 65 метричных составляющих содержит дна усилителя-ограничителя и сумматор, причем выходы усилителей-ограничителей соединены с нходом сумматора.

Нз чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит .фильтры 1-3 токов симметричных составляющих несимметричного режима, которые соединены с блоком 4 обработки входного сигнала с выходов фильтров симметричных составляющих. В состав блока 4 обработки входят последовательно соединенные элемент 5 преобразования входных величин, элемент 6 сравнения, выпрямитель 7. Блок 4 обработки сигнала аналогичен блоку управления прототипа по виду обрабатываемой информации .

Выход блока 4 обработки сигнала соединен с рабочим входом реагирующего органа 8, выполненного в виде электронного реле времени миллисекундного диапазона. На тормозной вход реагирующего органа 8 подается сигнал с выхода блока 9 отстройки от броскон тока намагничивания. Сигналы с выхода реагирующего органа 8 и блокировки при сверхтоках 10 подаются на вход элемента И 11, выход которого является выходом устройства и включен по схеме ИЛИ по отношению к выходу существующей дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора).

Элемент 5 преобразования представляет собой схему разделения входных величин с фильтров 1-3 тока по знакам полупериодов, выполненную на диодных полумостах.

Элемент 6 сравнения выполняет опе" рацию ограничения положительных и отрицательных полуволн сигналов с выходов элемента 5 преобразования по модулю с помощью усилителей-ограничителей и их алгебраического суммирования.

Выпрямитель 7 представляет собой выпрямитель переменного сигнала с выхода элемента 6 сравнения, выполненный на базе интегрального операционного усилителя.

Устройство предназначено для совместной работы с существующей дифференциальной защитой трансформатора (автотрансформатора) от внутренних повреждений с целью повышения ее чувствительности к витковым замыканиям.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При ВНТКоВОМ замыкании н защищаемом трансформаторе на выходах фильтров 1-3 токов появляются токи, которые в элементе 5 преобразовання; разделяются по знакам полупериодон. В

1001277 элементе б сравнения сигналы одноименного знака суммируются, причем на определенном уровне рост суммарных сигналов одноименных знаков прекращается схемой ограничения. Выходное напряжение элемента b сравнения полу- 5 чается путем еще одного суммирования двух последних сигналов, что поз. воляет при внешних коритких замыканиях до наступления амплитудного ограничения иметь на выходе элемента б сравнения сигнал, пропорциональный разности токов плеч трансформатора, а при внутренних коротких замыканиях — их сумме.

Далее сигнал с выхода элемента б 15 сравнения выпрямляется и поступает на вход реагируюШего органа 8. Если длительность выпрямленного сигнала превышает время блокирования реагирующего органа 8, последний срабатывает и выдается сигнал на отключение трансформатора.

При несимметричных токах нагрузки на реагирующий орган 8 поступают сигналы от фильтров 1-3 токов. При этом величина тока небаланса определяется в основном регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора. Причем в устройство поступает небаланс от протекания только рассматриваемой симметричной составляющей тока, что позволяет иметь уставку реагируюшего органа 8, достаточную для выявления всех витковых замыканий в трансформаторе. Если сквозной несимметричный ток превышает величину, при которой в элементе б сравнения начинается ограничение сигнала (эта величина выбирается несколько большей максимального тока рассматриваемой симметричной сос- 40 тавляюшей в рабочем режиме), сигнал с выхода элемента б сравнения представляет собой значение напряжения, . пропорциональное входным сигналам, сравниваемым только по фазе, т.е. . 45 устройство переходит в дифференци.ально-фаэный режим, в котором оно нечувствительно к токам.небаланса.Поэтому при несимметричных внешних коротких замыканиях, когда ток небаланса, обусловленный регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора, может быть значительным, устройство работает в дифференциально-фаэном режиме.

Таким образом, входная информация устройства и конечный результат обработки входных сигналов остаются прежними: обрабатываются входные сиг нали устройства после фильтров симметричных составляющих плеч зашиты, используется сочетание дифференциального и дифференциально-фазного принципов действия, Отличие в том, что в прототипе для достижения указанного эффекта использовалась прос- 65 тая совокупность двух различных по принципу действия устройств в одном реле: дифференциаль loI Q oI.oII I oj> гана (обрабатываюшего входную информацию по дифференциальному принципу действия) и фазного органа (с дифференциально-Фазным принципом действия). Наличие этих двух разнотипных устройств обусловило необходимость блока управления, выбирающего один из двух принципов обработки сигнала и блокируюшего дифференциальный токовый или фазный .орган. В предлагаемом устройстве сочетание дифференциально-фазного и дифференциального принципов действия достигается в блоке

4 обработки входных сигналов с выходов фильтров симметричных составляющих,. который аналогичен блоку управления в прототипе по виду обрабатываемой информации, посредством од-. ного канала обработки Входной информации. При этом в значительной мере упрощается конструкция устройства и, следовательно, его надежность.

В режиме броска тока намагничивания кратностью выше. 0,31 нт на выходе блока 9 отстройки появляется тормозной сигнал, исключающий возможность срабатывания реагируюшего ор- гана 8 в этом режиме, так как при такой кратности надежно работают фильтры блока 9 отстройки. Отстройка от этого режима с малой кратностью тока (менее 0,31 нт), когда фильтры не могут выработать достаточный тормоз- ной сигнал, осуществляется за счег выбора времени срабатывания реагирующего органа 8, превышающего длительность однополярного импульса броска тока намагничивания кратности

0,31 нт. Исследования формы кривой тока указанного режима кратностью

0,31 нт показали, что ширина основания однополярного импульса при этом не превышает б мс, следовательно, время блокирования реагирующего органа должно быть больше этой величины. Устройство-прототип содержит реагирующий орган в общем виде. При этом подразумевается наиболее простой тип реагирующего органа — реагирующий на средневыпрямпенное значение рабочего сигнала. Однако этот тип реагирующего органа обладает недостаточной селективностью в конечной части переходного процесса броска тока намагничивания, что связано с недостоточной чувствительностью фильтра блока отстройки от бросков тока намагничивания. Дальнейшее увеличение чувствительности фильтра нецелесообразно, так как ведет к задержкам в срабатывании при внутренних коротких замыканиях. Следовательно, устройСт" во-прототип обладает меньшей отстроенностью от бросков тока намагничивания.

1001277

При сверхтоках короткого замыкания как внутреннего, так и внешнего, при которых надежно работает основная защита, от блокировки при сверхтоках

10 на элемент И 11 поступает запрещающий сигнал в виде логического нуля.

Элемент И 11 выдает сигнал срабатывания устройства при наличии сигнала срабатывания реагирующего органа

8 и отсутствии запрещающего сигнала от блокировки при сверхтоках 10.

В качестве фильтров 1-3 тока могут быть использованы фильтры токов нулевой последовательности, либо фильтры токов обратной последовательности . Если трансформаторы тока диффе ренциальной защиты трансформатора имеют схему соединения "звезда-звезры токов как обратной, так и нулевой последовательности, однако более целесообразным прецставляется использование фильтров токов нулевой последовательности. Если же трансформаторы тока дифференциальной защиты трансформатора имеют схему соединения "звезда-треугольник", токи нулевой последовательности в плечах дифференциальной схемы трансформаторов тока отсутствуют, и, следовательно, в схеме могут быть приведены только фильтры токов обратной последовательности.

Устройство позволяет, благодаря сочетанию дифференциального и дифференциально-фазного принципов действия, повысить устойчивость несрабатывания защиты в переходных режимах, которые могут привести к ложному срабатыванию, и иметь чувствительность, необходимую для выявления всех витковых задыканий в трансформаторе (автотрансформаторе).

Повышение чувствительности возможно потому, что реагирующий орган

8 в дифференциальном режиме необходимо отстраивать от тока нвбаланса, обусловленного током, п и котором наступает ограничение сигнала в элементе 6 сравнения, т.е. при котором устройство переходит в дифференциально-фазный режим (0,2-0,3) 1 нт.

Величина этого тока определяется максимальным током используемой симметричной составляющей, которая может длительно существовать в рабочем режиме.

Устройство прошло лабораторныв испытания в статических режимах и на электродинамической модели преходных токов короткого замыкания и бросков тока намагничивания, а также производственные испытания на группе из трех однофазных автотрансформаторов общей мощностью 800 ИВА, с высшим напряжением 500 кВ. Испытания показывают, что устройство имеет чувст-, 20

65 да", то могут быть использованы фильтвитвльность 0,08 1 нм при регулировании коэффициента трансформации силового трансформатора 16Ъ, время срабатывания не более 40 мс и не реагирует на броски тока намагничивания кратностью до 101 нт.

Таким образом, устройство, имея более простую, чем в прототипе, конструкцию, обладает всеми его достоинствами, т.е. высокими чувствительностью и быстродействием, кроме того, имеет более высокую устойчивость несрабатывания в режиме броска тока намагничивания.

Формула изобретения

1. Устройство для дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора), содержащее подключенные к соответствующим трансформаторам тока, установленным по сторонам защищаемого объекта, фильтры одной из симметричных составляющих токов несимметричного режима, блок отстройки от бросков тока намагничивания, блокировку от сверхтоков с входами, присоединенными к трансформаторам тока, реагирующий орган и блок обработки сигналов с выходов фильтров симметричных составляющих, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения селективности защиты в режиме бросков тока намагничивания и перевозбуждений защищаемого трансформатора, а также упрощения конструкции, блок обработки сигналов с выходов фильтров симметричных составляющих выполнен в виде последовательно соединенных элемента преобразования входных величин, элемента сравнения и выпрямителя и присоединен к рабочему входу реагирующего органа, выполненного в виде электронного реле времени миллисекундного диапазона с регулируемым порогом срабатывания, тормозной вход которого соединен с выходом блока отстройки от бросков тока намагничивания, а выход реагирующего органа присоединен к вновь введенному элементу И, второй вход которого соединен с блокировкой от поверхности от сверхтоков, а выход является выходом устройства.

2. Устройство по п. 1> о т л и ч а ю щ е е с я тем, что элемент сравнения в блоке обработки сигналов содержит два усилителя-ограничителя и сумматор, при этом выходы усилителей-ограничителей соединены с входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 473524, кл. Н 02 Н 3/28, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

9 64908б, кл. Н 02 Н 3/28, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

9 743105, кл; Н 02 Н 3/28, 1981.

1001277

Составитель Л. Корнеева

Редактор А, Власенко Техред м.Тепер Корректор Г.Orap

Заказ 1430/65 .Тираж: 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4