Устройство для дифференциальной защиты

 

1. УСТРОЯСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ, соде1 аиее блок датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сравнения со средней точкой, фазный орган, соединенный с выходом схемы сравнения через выпрямитель , пускэвой орган, включенный между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, первый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом фазного и пускового органов, а выход - с входом выходного органа, отличаю.щее с я тем, что, с целью повышения селективности защиты при внешних повреждениях, дополнительно введены два компаратора, второй элемент И, расширитель импульсов, инвертор, блок дифференцирования, формирователь сигналов запрета, дифференциальное сопротивление нагрузки, при этом последнее включено последовательно, с пусковым органом между общей точ-. кой. вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, причем средняя точка схемы сравнения соединенная с одним концом дифференциального сопротивления нагрузки. заземлена, а катоды и анода многоплечевого диодного полумоста соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами первого и второго компараторов соответственно/причем инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход второго компаратора являются их управляющими входами, выходы компараторов соединены с входами второго элемента И, выход котЬрого связан с входом расширителя импульсов и выходом форячирователя сигналов запрета , шлход расширителя импульсов соединен с входом инвертора и управляющим входом второго компаратора, а управляющий вход первого компарато-- ра связан с выходом инвертора и тре- S . тьим входом первого логического эле (Л мейта И,незаземленный конец дифференциального сопротивления нагрузки toeдинён с входом блока дифференцирования , выход которого соедине с входом формирователя сигналов запрета. ,2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что формирователь сигналов запрета содержит третий и четвертый компараторял, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор и второй инвертор причем вход фор мирователя сигналов запрета соедисл нен с неинвертирующим входом третьесо го и инвертирующим входом четвертого компаратора, при этом инвертирую00 щий вход третьего компаратора предназначен для подключения к плюсовому .зажиму источника опорного напряжения , а неинвертирующий вход четвертого компаратора - для подключения к минусовому зажиму источника опорного напряжения, выходы третьего и четвертого компараторов подключенык анодам двух диодов, катоды которых объединены в общую точку с входом второго инвертора, одним концом нагрузочного резистора и конденсатора, другие концы которых зазе1члены, вы

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

% Ю

РЕСПУБЛИН

3(Д),Н 02 Н 3/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A870PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3318742/24-07 (22) 17.07.81 46 ) 23. 05. 83.Бюл. ю19 (72) Л.В. Багинский и И.П. Тимофеев (7).) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 402414, кл. н 02 H 3/28, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР .

Р 311330, кл. Н 02 Н 3/28, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР

9. 729218, кл. Н 02 Н 3/28, 1977. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ, содержащее блок датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сравнения со средней точкой, фазный орган, соединенный с выходом схемы сравнения через выпрямитель, пускевой орган, включенный между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, первый логический элемент

И, первый и второй входы которого соединены с выходом фазного и пускового органов, а выход — с входом выходного органа, о т л и ч а ю -щ е— е с я тем, что, с целью повышения селективности защиты при внешних повреждениях, дополнительно введены два компаратора, второй элемент

И, расширитель импульсов, инвертор, блок дифференцирования, формирователь сигналов запрета, дифференциальное сопротивление нагрузки, при этом последнее включено последовательно, с пусковьм органом между общей точ-. кой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, причем средняя точка схемы сравнения соединенная с одним концом дифференциального сопротивления нагрузки, „.SU,, 1019538 заземлена, а катоды и аноды многоплечевого диодного полумоста соединены с иеинвертирующим и инвертирующим входами первого и второго компараторов соответственно причем инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход второго компаратора яв яются их управляющими входами, выходы компараторов соединены с входами второго элемента И, выход котЬрого связан с входом расширителя импульсов и выходом формирователя сигналов запрета, выход расширителя импульсов соединен с входом инвертора и управляющим входом второго компаратора, а управляющий вход первого компаратора связан с выходом инвертора и тре- Е тьим входом первого логического элемейта И,незаземленный конец дифференциального сопротивления нагрузки соединен с входом блока дифференцирования, выход которого соединен с входом формирователя сигналов запрета.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирова- Ф тель сигналов запрета содержит трети фею . и четвертый компараторы, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор ® и второй инвертор причем вход формирователя сигналов запрета соединен с неинвертирующим входом третье- СЛ

Fo и инвертирующим входом четверто- фф го компаратора, при этом инвертирующий вход третьего компаратора предназначен для подключения к плюсовому зажиму источника опорного напряжения, а неинвертирующий вход четвертого компаратора — для подключения к . минусовому зажиму источника опорного напряжения, выходы третьего и четвертого компараторов подключены к анодам двух диодов, катоды которых объединены в общую точку с входом втoporo инвертора, одним концом нагрузочного резистора и конденсатора, другие концы которых заземлены, вы1019538 ход второго инвертора соединен с катодом третьего диода, анод которого

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты сборных шин электростанцИЙ и подстанций, ошиновок силовых трансформаторов и автотрансформаторов, 5 высоковольтных электродвигателей и синхронных компенсаторов.

Известно устройство для дифферен;циальной защиты шин, содержащее группу параллельно включенных выпрямительных полумостов, тормозные и рабочие сопротивления,"реагирующий ор ган, причем тормозной сигнал, пропорционален абсолютному значению положительных или отрицательных полуволн токов присоединений 513.

Недостатками данного устройства являются низкая селективность и быстродействие в переходных режимах работы, а также снижение чувствительности к внутренним-замыканиям при наличии вытекающих токов нагрузки.

Известно также устройство для дифференциально-фазной защиты, содержащее нелинейные датчики тока, схему преобразования входных величин, схему 5 сравнения на резисторах, шунтированных стабилитронами и присоединенный к ней через емкости реагирующий орган, и обладающее более высокой селективностью в переходных режимах 2 . ЗО

Однако это устройство не может обеспечить селективность действия защиты в переходных режимах внешнего короткого замыкания в условиях пре". дельно искаженной информации от транс- 35 форматоров тока.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для дифференциально-фазной защиты сборных шйн, содержащее датчики тока, включенные в каждое4О плечо защиты, многоплечевой диодный полумаст, присоединенную к нему двухплечевую схему сравнения на резисторах и стабилитронах, фазный орган, связанный со схемой сравнения через 45 выпрямительный мост, логический блок

И, два входа которого соединены с выходами пускового и фазного органов, два формирователя входных логических сигналов, блок запрещения и разрешения срабатывания, блок временной задержки и два логических элемента И- НЕ, Известное устройство отстрОено от внешних коротких замыканий" при глубоких насыщениях трансформаторов тока путем использования признака "иделль-55 ной" трансформации трансформаторов является выходом формирователя сигналов запрета. тока до момента насыщения сердечника в первой полуволне переходного процесса 3 .

Однако если трансформатор тока работает в области средних "индукций возможна ложная выдача разрешающего на срабатывание защиты сигнала. Кроме того, при глубоких насыщениях трансформаторов тока напряжение на входе формирователя логического сигнала может оказаться недостаточным для его запуска (особенно в случае, если вследствие развития системы кратность тока короткого замыкания превысила предельную для трансформатора тока, и блокирующий сигнал не будет вырабатываться именно тогда, когда погрешность трансформатора тока максимальна. Все это существенно снижает отстроенность защиты в режимах внешних коротких замыканий при работе трансформаторов тока как при глубоких насыщениях, так и в области средних индукций.

Целью изобретения является ïoâûшение селективности защиты при внешних повреждениях при сохранении высокого быстродействия в различных режимах внутренних коротких замыканиях.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциальной защиты, содержащее блок датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сравнения со средней точкой, фазный орган, соединенный с выходом схемы сравнения через выпрямитель, нусковой орган, включенный между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, первый логический элемент и, первый и второй входы которого соединены с выходом фазного и пускового органов, а вы" ход — с входом выходного органа, дополнительно введены два ко лпаратора, второй элемент И, расширитель импульсов, инвертор, блок дифференцирова- . ния, формирователь сигналов запрета, дифференциальное сопротивление нагрузки, при этом последнее включено последовательно с пусковым органом между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы

1019538 сравнения, причем средняя точка схемы сравнения, соединенная с одним концом дифференциального сопротин-. ления нагрузки, заземлена, а катоды и аноды многоплечевого диодного полумоста соединены с неиннертирующими -инвертирующим входами первого и второго компараторон соотнетстненно, причем инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход второго сомпаратора являются их управляющими входами, выходы компараторов соединены с входами второго элемента И, выход которой связан с входом расширителя импульсов и выходом формирователя сигналов запрета, выход расширителя импульсов соединен с.входом инвертора и управляющим входом второго компаратора, а управляющий вход перного компаратора связан с выходом инвертора и третьим входом 20 первого логического элемента И, неэаэемленный конец дифференциального сопротивления нагрузки соединен с входом блока дифференцирования, выход которого является входом формиро- 25 вателя сигналов запрета, при этом формирователь сигналов запрета содержит третий и четвертый компараторы, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор и второй инвертор, причемз0 вход формирователя сигналов запрета соединен с неинвертирующим входом третьего и инвертирующим входом четвертого компаратора, при этом инвертирующий вход третьего компаратора предназначен для подключения к плю35 совому зажиму источника опорного напряжения, а неинвертирующий вход четвертого компаратора - для подклю-. чения к.минусовому зажиму источника опорного напряжения, выходы третве- 4О го и четвертого компараторон подключены к анодам двух диодов, катоды которых объединены в общую точку с входом инвертора, одним концом нагруэочного резистора и конденса 45 тора, другие концы которых заземлены выход второго инвертора соединен с катодом третьего диода, анод которого является выходом формирователя сигналов запрета.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства защиты; на фиг.2 и 3, приведены осциллограммы, токов и напряжений в цепях устройства защи» ты при внешнем и при внутреннем коротких замыканиях со сдвинутыми по фазе- токами.

На фиг.2 и 3 обозначены

+ ;„7 — вторичные токи трансформаторов тока защищаемого объекта, поступающие во нходные цепи устройства защиты. 60

3q - ток в дифференциальной цепи устройства защиты, образованной между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, 65, Жп — начальный ровень запуска компараторов 11 и .12; сниженный после фиксации ОП режима внешнего короткого замыкания. уровень запуска компараторов 11 и 12, уровень запуска компараторов

18 и 19 ° а также сигналы на выходах соответствующих блоков устройства.

Устройство защиты используется для защиты сборных шин 1, которые могут иметь несколько присоединений с линейными трансформаторами тока.

Устройство защиты содержит блок

2 датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту 3, катоды.и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схемесравнения со средней точкой 4. Фазный орган 5 соединен с выходом схемы 4 сравнения через выпрямитель 6. Пусковой орган 7 включен между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы с

4 сравнения. Первый логический эле -. мент И 8, первый и второй входы которого соединены с выходами фазного 5 и пускового 7 органов, по,ключен к входу выходного органа 9. Дифференциальное сопротивление нагрузки 10 включено последовательно с пусковым органом 17 между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы 4 сравнения, причем средняя точка схемы 4 сравнения соединена с одним концом дифференциального сопротивления нагрузки 10 и заземлена.

Неинвертирующий вход первого компаратора 11 соединен с катодами,а инвертирующий вход второго компаратора

12 — с анодами многоплеченого диодного полумоста 3, причем инвертирующий вход первого компаратора 11 и неинйертирующий вход второго компаратора

12 являются их управляющими входами.

Входы второго элемента и 13 соединены с выходами компараторов 11 и 12, а выход — со входом расширителя 14 импульсов и с выходом формирователя

15 сигналов запрета. Выход расширителя 14 импульсов соединен со входом первого инвертора 16 и управляющим входом второго компаратора 12. Выход инвертора 16 подключен к управляющему входу первого компаратора 11 и к третьему входу первого логического элемента И ь. Вход блока 17 дифференцирования соединен с незаземленным концом дифференциального сопротивления 10, а выход — со входом формирователя 15 сигналов запрета. Вход формирователя,,15 сигналов запрета соединен с неинвертирующим входом третьего компаратора 18 и иннертирующим входом четвертого компаратора 19, принс.л на инвертирующий вхОд третьеl019538

ro компаратора 18 подается положи тельное опорное напряжение, а на инвертирующий вход четвертого компаратора 19 — отрицательное. Выход третьего компаратора 1о подключенк аноду 5 первого диода 20, выход четвертого компаратора 19 — к аноду второго диода 21, катоды диодов 20 и 21, объединены:.н общую точку со входом второго инвертора 22 и с одним концом резистора 23 и конденсатора 24 другие концы которых заземлены. Выход второго инвертора 22 соединен с катодом третьего диода 25,-анод которого является выходом формирователя

15 сигналов запрета. 15

Устройство работает следующим образом.

Сигналы от блока датчиков тока первичные обмотки которых подключены к трансформаторам тока плеч зашиты, 2О разделяются по знаку полупериода .с помощью многоплечевого диодного полумоста 3 и поступают на вход схемы 4 сравнения.

При внутренних коротких замыка- 25 ниях в течение каждого периода обтекаются током попеременно оба резистора схемы 4 сравнения и, если напряжение на стабилитронах схемы 4 ,сравнения не превышает напряжений стабилизации, то по сопротивлению нагрузки схемы 4 сравнения и в пусковом органе 7 протекает переменный ток. Если напряжение на стабилитронах схемы 7 сравнения превышает напряжение стабилизации, то часть тока шунтируется стабилитронами, и по сопротивлению нагрузки схемы сравнения протекает переменный ток с ограни-. ченной амплитудой. Защита сработает, если сработает фазный 5 и пусковой

7 органы и на третьем входе первого логического элемента И 8 будет сигнал высокого уровня. Время срабатывания защиты составляет 3-3,5 мс и определяется углом блокировки фазного 45 органа 5. При внешнем коротком замыкании или нормальном режиме одновременно существуют токи положительной и отрицательной полярности и, если трансформаторы тока и датчики тока 5О работают без погрешности, сигналы на входе фазного 5 и пускового 7 органов равны нулю. Следует заметить, что по цепи пускового органа в такой схеме протекает дифференциальный ток. 55

В переходном режиме внешнего короткого замыканйя один из трансформаторов тока (как правило — трансформатор тока поврежденного присоединения) обычно насыщается. Током обтекаются оба плеча схемы 4 сравнения (при насы-, щении трансформатора тока хотя бы кратковременно). При этом в начале каждой полувол..ы, совпадающей по знаку с апернодической слагающей, Я ток небаланса содержит практически апериодическую слагающую, а периодическая слагающая близка к нулю. Поэтому производная от тока небаланса в эти моменты времени также близка к нулю.

Сигналы с плеч схемы 4 сравнения подаются на компараторы 11 и 12, положительный (относительно средней точки, которая для этого заземлена) на неинвертирующий вход компаратора

11, отрицательный — на инвертирующий вход компаратора 12. Уровень запуска последних r "îòñòðîåí от напряжения

1 на плечах схемы сравнения при номинальном сквозном токе.

Поскольку напряжения на обеих плечах схемы сравнения появятея одновременно, компараторы 11 и 1 также срабатывают одновременно и на входах второго элемента И 13 появляются потенциалы высокого уровня, что является одним из признаков внешнего короткого замыкания. Поскольку в начале периода ни один из трансформаторов тока еще не насыщен, ток в дифференциальной цепи отсутствует, и сигнал с.выхода элемента И 13 подается на вход расширителя 14 имч пульсов, где он удлиняется до 1820 мс. Напряжение логической "1" с выхода расширителя 14 импульсов подается на вход первого инвертора 16.

При этом напряжение логического

"0" с выхода инвертора 16 подается на третий вход первого элемента И 8, предупреждая неселективное срабатывание защиты при ложном действии фазного 5 и пускового 7 органов. Вследствие снижения напряжения на управляющем входе первого компаратора 11, связанного с выходом первого инвертора 16. и повышения положительного напряжения на управляющем входе второго компаратора 12, связанного с выходом расширителя 14 импульсов, производится снижение уровня запуска обоих компараторов 11 и 12. таким образом, в последующих периодах, когда вследствие насыщения трансформаторов тока сигналы на плечах схемы сравнения значительно уменьшаются, формирование сигналов на входах второго элемента И 3 производится на низком уровне, чем обеспечивается устойчивый запуск логической части схемы в последующих за первым периодах переходного процесса. В режиме внешнего короткого замыкания при работе трансформатора тока в области средних индукций для отстройки от небаланса на предполагаемом участке "идеальной" трансформации в ..последующих после первого периодах переходного процесса, а также для идентификации режима внутреннего короткого замыкания со сдвинутыми

1019538 по фазе токами используется .производная дифференциального тока.

Напряжение с- сопротивления 10 подается на вход блока.17 дифференцирования, с выхода которого сигнал, пропорциональнй производной диф 5 ференциального тока, подается на инвертирующий и.неинвертирующий входы двух компараторов 1ь и 19, формирующих на определенном. уровне из разнополярного сигнала положительные импульсы. Выходы компараторов

18 и 19 соединены по схеме ИЛИ {(диоды 20 и 21). В исходном состоянии или при отсутствии дифференциального тока на выходе обоих компараторов . 15

18 и 19 будет отрицательное напряжение и на выходе второго инвертора

22, вход которого соединен с катодами диодов 20 и 21, имееы потенциал высокого уровня. Таким образом, 20 третий диод 25, катод которого подключен к выхОду инвертора 22, а анод является выходом формирователя 1ь сигналов запрета, закрыт и шунтирования сигналов с выхода второго эле- р5 мента И 13 не происходит.

В режиме внутреннего короткого замыкания со сдвинутыми по фазе токами (фиг.3) в течение времени совпадения сигналов на входах второго элемента И 13 на выходе компаратора

30.

18 и 19 будет потенциал высокого уровня, а на выходе второго инверто- ра 22 - низкого. Поэтому сигналы с выхода элемента .И 1л шунтируются открти диодом 25 и иа вход ра, 35 рителя 14 импульсов сигналы не поступают. Блокирования защиты логической частью в этом режиме не происхо- дит.

В режиме внутреннего короткого 40 замыкания при одностороннем питании или отеутствии сдвига по фазе .между токами компараторы 11 и 12 срабатывают поочередно в каждой полуволне тока короткого замыкания и совпадения сигналов на элементе И 2 не будет.

При внутреннем коротком замыкании с вытекающим:. таком нагрузки, превышающим порог срабатывания Ц а компараторов 11 и 12 также будет совпадение сигналов на входах элемента-.

И 13, Если взаимный угол между втекающим током короткого заикания и вытекающим током нагрузки близок к 180 то в момент совпадения сигналов на входах элемента:.И 13 компараторы

18 и 19 кратковременно. возвращаются в исходное состояние. Однако задержка на возврат;(резистор 23 F конденсатор 24) инвертора 22 в течение 1—

1,6 мс достаточна, чтобы на выходе инвертора 22 в этом режиме сигнал логического "0" был непрерывным. Поэтому сигналы с выхода элемента И 13 шунтируются через открытый диод и бло-.;, кирования защиты также не произойдет.

Если в результате внешнего короткого замыкания возникнет короткое замыкание в зоне защиты, по той же фазе, то при наиболее неблагоприятном моменте возникновения короткого замыкания в зоне возможна задержка в срабатывании защиты до 20 мс, обусловленная задержкой на возврат расширителя 13 импульсов. При коротком замыкании в зоне на другой фазе время срабатывания обусловлено только углом блокировки фазного Органа.

Таким образом, предлагаемое, устройство защиты обеспечивает по сравнению . с известными устройствами высокую отстроенность во всех возможных режимах внешнего короткого замыкания при сохранении высокого быстродействия в различных режимах внутреннего короткого замыкания и может найти широкое применение для защиты шин и трансформаторов подстанций и элект ростанций.

1019538

1019538

1019538

ВНИИПИ Заказ 3719/48 Тираж 617 Подписное

Филиал ППП,"Патент", r.Óæãoðoä, ул, Проектная,4