Устройство для дифференциально-фазной защиты

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

М, РЕСПУБЛИК

g(5g Н 02 Н 3/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ I!3 . . ; )3

К ABT(IKNOMV СЕИйатИПЬСтвм ььд1 :0 k ÿë (21.) 3491380/24-07 (22) 20.09.82 (46 ) 15,09. 84. Вюл. 9 34 (72) А.И.Шалин, С.М.Моисеев, С.И.Исаев и И.П.Тимофеев (71 ) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2968398/24-07, кл. Н 02 Н 3/28, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3317196/24-07, кл. Н 02 Н 7/06, 1982. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО jPIR ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ, основанной на сравнении ограниченных пс максимальному значению сигналов, пропорциональных суммам одноименных полуволн токов плеч защиты, содержащее блок датчиков тока, входы которого присоединены к трансформаторам тока плеч защиты, а к выходам присоединен многоплечевой диодный полумост, двуплечий элемент сравнения, присоединенный к его выходу выпрямитель, фазный орган, вход которого соединен с выходом выпрямителя, пусковой орган, элемент И, два входа которого соединены с пусковым и фаэным органами, формирова-, тель входного логического сигнала, подключенный к многоплечему диодному полумосту, основной выход которого подключен к элементу временной задержки и к первому входу первого элемента И-НЕ, второй элемент И-НЕ, входы которого соединены с выходом первого элемента И-НЕ и с выходом. элемента временной задержки, а выход соединен с элементом запрещения срабатывания, элемент разрешения срабатывания, вход которого соединен с выходом первого элемента И-НЕ, а выход объединен с выходом элемента эапрещения срабатывания и соединен с третьим входом элемента И, второй вход первого элемента И-НЕ присоединен к выходу элемента запрещения срабатывания, сумматор, первый вход которого соединен с выходом элемента торможения, выход сумматора присоединен к основному входу элемента дозирования, первый управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента, а второй — с выходом элемента ИЛИ; входы которого соединены с выходами элементов контроля длительности входного сигнала и бестоковой .паузы соответственно, первый вход элемента контроля бестоковой паузы служит входом напряжения, выход элемента дозирования присоединен к первому управляющему входу фазного органа, второй вход которого присоединен к основному выходу формирова-.. теля входного логического сигнала, компаратор, элемент выдержки времени, выход которого служит выходом сигнал о неисправности цепей напряжения, и узел проверки исправности защиты, основной вход которого присоединен к дополнительному выходу элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, .с целью повышения надежности функционирования защиты путем увеличения диапазона проверки исправности цепей и элементов защиты в процессе эксплуатации в него введены дифференциатор, элемент

ВЫПРЯМИТЕЛЬ-KONIIAPATOP, элемент формирования выходного сигнала и элемент 3AIIPEЪ, при этом вход дифференциатора присоединен к дополнительному выходу блока датчиков тока, а к его выходу присоединен вход элемента ВЫПРЯМИТЕЛЬ-КОМПАРАТОР, первые два резнстивных входа узла проверки исправности присоединены к выходам многоплечого диодного попумоста,третий контактный вход при1) 13866 соединен к выходу элемента сравнения, четвертый контактный вход — к дополнительному выходу блока датчиков тока, а пятый - блокировочный к отрицательному зажиму источника питания, основной вход элемента формирования выходного сигнала присоединен к выходу элемента И, его дополнительный вход присоединен к выходу узла проверки исправности, выход элемента формирования выходного сигнала служит выходом отключающего сигнала устройства защиты, основной вход элемента ЗАПРЕТ присоединен через компаратор к дополнительному выходу формирователя входного логического сигнала, запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ объединен с первым входом элемента контроля бестоковой паузы, вход элемента выдержки времени присоединен к входу элемента

ЗАПРЕТ, а его выход служит выходом сигнала о неисправности цепей напряжения, к выходу элемента ВЫПРЯМИТЕЛЬ-KOMIIAPATOP присоединен вход элемента контроля длительности входного сигнала и второй вход элемента контроля длительности паузы, входы элемента торможения, пускового органа, порогового элемента, второй вход сумматора, третий вход первого элемента И-НЕ присоединены к дополнительному выходу блока датчиков тока, узел проверки исправности содержит четыре резистора,три группы реле, две кнопки с замыкающими контактами и два диода, при этом одни крайние выводы цепочек из последовательно включенных резистора и размыкающего контакта реле первой группы служат первым и вторым входами узла проверки исправности, другие крайние вы воды этих цепочек объединены и служат третьим входом узла проверки исправности, к второму входу узла проверки исправности присоединен один вывод замыкающих контактов реле третьей группы, второй вывод которых служит четвертым входом узла проверки исправности, между третьим входом и нулевым проводом, а также четвертым входом и нулевым проводом включены цепочки из последовательно включенных резистора и размыкакщего контакта реле второй группы, один вывод цепочки из последовательно включенных размыкающих контактов реле первой и третьей групп служит пятым входом, а второй — выходом узла проверки исправности, один вывод обеих кнопок соединен с положительным зажимом источника питания, между вторыми выводами, которые служат дополнительными входами узла проверки исправности, и нулевым проводом включены соответственно обмотки реле первой и третьей групп, обмотки реле второй группы с одной стороны присоединены к нулевому. проводу, а с другой через диоды присоединены к дополнительным входам узла проверки исправности.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения периодических проверок исправности защиты на подстанциях без постоянного обслуживающего персонала, в него введены таймер, два двустабильных триггерных элемента, два элемента временной задержки, второй элемент И, элемент управления, второй элемент сравнения, элемент .возврата и элемент задержки сигнала, при: чем выход таймера соединен с основным входом первого двустабильного триггерного элемента, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с основным входом элемента управления, дополнительный вход которого объединен с первым входом второго элемента сравнения, выход второго элемента сравнения соединен через первый введенный элемент временной задержки с основным входом второго двустабильного триггерного элемента, к выходу которого присоединен вход элемента задержки сигнала, выход которого служит выходом сигнала о неисправности цепей защиты, вход элемента возврата соединен с выходом элемента формирования выходного сигнала, а выход — с входом возврата второго.. двустабильного триггерного элемента, дополнительный выход элемента задержки сигнала соединен с вторым входом второго элемента сравнения, первым выходом элемента управления и первым дополнительным входом узла проверки исправности, второй дополнительный вход которого соединен с вторым выходом элемента управления, вход второго введенного элемента временной задержки соединен с вторым выходом элемента управления, а выход — с входом возврата первого двустабильного триггерного элемента, второй вход второго элемЕнта И соединен с выходом компаратора, а дополнительный вход элеменЫ управления соединен с выходом первого элемента И.

1113866

Изобретение относится к релейной защите электроустановок и может быть использовано при защите силовых транс форматоров, автотрансформаторов, генераторов, синхронных компенсаторов, шин и ошиновок, реакторов и крупных электродвигателей на электростанциях и подстанциях.

Известно устройство защиты, содер жащее блок датчиков тока, выходы ко- 30 торого присоединены к многоплечему диодному полумосту, катоды и аноды которого объединены и являются его выходом, присоединенный к нему двуплечий элемент сравнения, состоящий из последовательно соединенных подключенных к выходу многоплечего диодного полумоста двух резисторов и последовательно соединенных двух стабилитронов, фазный орган, вход которого соединен с выходом выпрямительного моста, пусковой орган, элемент

И, два входа которого соединены с пусковым и фазным органами, а выходс выходи органом ф рмирователь 25 входного логического .сигнала, подключенный к многоплечему диодному полумосту, выход которого подключен к элементу временной задержки и к одному из входов первого элемента И-НЕ, второй элемент И-НЕ, входы которого соединены с выходом первого элемента

И-НЕ и с выходом элемента временной задержки, а выход связан с элементом запрещения срабатывания, элемент раз.решения срабатывания, вход которого 35 соединен с выходом первого элемента

И-НЕ, а выход объединен с выходом элемента запрещения срабатывания и соединен с третьим входом элемента

И, регулировочные резисторы, подклю- 4 ченные параллельно третьим обмоткам датчиков тока, преобразователь дифференциального тока, включенный между обшей точкой вторых обмоток датчиков H средней точкой элемента срав- 45 нения, его линейный выход соединен с входами пускового органа, порогового элемента, элемента торможения, первым входом сумматора и вторым входом. первого элемента И-НЕ, тре1 тий вход которого подключен к выходу элемента запрещения срабатывания, второй вход сумматора соединен с выходом элемента торможения, выход же сумматора подключен к основному входу элемента дозирования, первый уп-равляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента, а второй — с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов контроля длительности входно- 60 го сигнала и бестоковой паузы соответственно, причем вход элемента контроля длительности входного сигнала и первый вход элемента контроля бестоковой паузы объединены и соеди- 65 иены с выходом дифференцирования пре образователя дифференциального тока,,: второй вход элемента контроля бестоковой паузы является входом напряжения, выход элемента дозирования подключен! к первому управляющему вход 1 фазного органа, второй вход которого подключен к выходу формирователя входного логического сигнала, при этом катод первого стабилитрона элемента сравнения подключен к катодам, а анод второго стабилитрона элемента сравнения — к анодам многоплечего диодного полумоста,параллельно каждому стабилитрону элемента сравнения одноименными концами подключена последовательная цепь, состоящая из стабилитрона и резистора, а выход элемента сравнения через разделительный трансформатор подключен к входу выпрямительного моста С11.

Однако в связи.с наличием сравнительно большого количества полуцроводниковых элементов в схеме устройства существенно повышается вероятность отказов защиты в функционировании из-эа повреждений элементов устройства. Излишние и ложные срабатывания защиты, .а также отказы в срабатывании при повреждении защищаемого, объекта могут привести к большому экономическому ущербу.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для дифференциальной защити, содержащее в каждой фазе блок датчиков тока, выходы которого присоединены к многоплечему диодному полумосту, присоединенный к нему двуплечий элемент сравнения, фазный орган, вход которого соединен с выходом випрямительного моста, пусковой орган, элемент И, два входа которого соединены с пусковым и фазним органами, формирователь входного логического сигнала, подключенный к многоплечему диодному полумосту, выход которого подключен к элементу временной задержки и к одному из входов первого элемента И-НЕ, второй элемент И-НЕ, входы которого соединены с выходом первого элемента И-НЕ и с выходом элемента временной задержки, а выход связан с элементом запрещения срабатывания, элемент разрешения срабатывания, вход которого соединен с выходом первого элемента

И-НЕ, а выход объединен с выходом элемента запрещения срабатывания и соединен с третьим входом элемента

И, преобразователь дифференциального тока, подключенный к выходам элемента сравнения и блока датчиков тока, его линейный выход соединен с входами пускового органа, порогового элемента, элемента торможения, первым входом сумматора и вторым входом первого элемента И-НЕ, третий вход которого подключен к выходу зле1113866 мента запрещения срабатывания, второй вход сумматора соединен с выходом элемента торможения, выход сумматора подключен к основному входу элемента дозирования, первый управляюший вход которого соединен с выходом порогового элемента, а второй — с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов контроля длительности входного сМгНала и бестоковой паузы соответственно, вход элемента контроля длительности входного сигнала и первый вход элемента контроля бестоко-. вой паузы объединены и соединены с выходом дифференцирования преобразователя дифференциального тока, второй вход элемента контроля бестоковой паузы является входом напряжения, выход элемента дозирования подключен к первому управляющему Qp входу фазного органа, второй вход которого подключен к выходу формирователя входного логического сигнала, выход элемента сравнения через разделительный трансформатор подключен 25 к входу выпрямительного моста, устройство зашиты выполнено íà и съемных кассетах, фазные органы, преобразователи дифференциального тока, пусковые органы, элементы разреше- ( ния срабатывания, элементы запрещения срабатывания, элементы временной задержки, элементы торможения, элементы контроля длительности входного сигнала, контроля длительности З55 бестоковой паузы и преобразователи дифференциального тока всех трех фаз выполнены с контрольными выходами, формирователь входного логического сигнала одной фазы зашиты выполнен с дополнительным выходом, причем входы 4О л-й группы входов узла контроля исправности съемных кассет соединены с контрольными выходами тех элементов, которые размешены на и-й кассете, выходы элементов И всех трех 45 фаз соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом выходного органа, узел контроля цепей напряжения включает входной сумматор, основные входы которого подключены 5р к выходам блока датчиков напряжения, входной преобразователь сигнала, входы которого подключены к дополнительному выходу формирователя входного логического сигнала. и выходу узла у контроля исправности съемных кассет, выход входного греобразователя сигнала подключен к дополнительному входу входного сумматора, вспомогательные входы которого присоединены к элементам настройки и проверки, а выход входного сумматора через компаратор и элемент индикации присоединен к входу элемента выдержки времени 2).

Недостатком устройства является сложность. Кроме того, имеющийся в его составе узел контроля исправности съемных кассет защиты не фиксирует таких повреждений в схеме, которые не приводят к изменению сигналов на контрольных точках в режиме дежурства защиты, наПример, повреждений элементов, которые в режиме дежурства защиты обесточены. При появлении внешнего или внутреннего повреждения, т.е. в режиме тревоги, эти невыявленные повреждения могут привести к отказу контролируемой защиты в функционировании. Все это не позволяет обеспе-.чисть высокую надежность заШиты.

Цель изобретения — повышение надежности функционирования защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциальнофазной защиты, содержащее блок датчиков тока, входы которого присоединены к трансформаторам тока плеч зашиты, а к выходам присоединен многоплечевой диодный полумост, двуплечий элемент сравнения, присоединенный к его выходу выпрямитель, фазНый орган, вход которого соединен с выходом выпрямителя, пусковой орган, элемент И, два входа которого соединены с пусковым и фазным органами, формирователь входного логического сигнала, подключенный к многоплечему диодному полумосту, основной выход которого подключен к элементу временной задержКи и к первому входу первого элемента И-НЕ, второй элемент И-НЕ, входы которого соединены с выходами первого элемента И-НЕ и с выходом элемента временной задержки, а выход соединен с элементом запрещения срабатывания, элемент разрешения срабатывания, вход которого соединен с выходом первого элемента

И-НЕ, а выход объединен с выходом элемента запрещения срабатывания и соединен с третьим входом элемента

И, второй вход первого элемента И-НЕ присоединен к выходу элемента запрешения срабатывания, сумматор, первый вход которого соединен с выходом элемента торможения, выход сумматора присоединен к основному входу элемента дозирования, первый управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента, а второй с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов контроля длительности входного сигнала и бестоковой паузы соответственно, первый вход элемента контроля бестоковой паузы служит входом напряженич„ выход элемента дозирования присоединен к первому управляющему входу фазного органа, второй вход которого присоединен к основному выходу формирователя входного логи1113866 ки исправности, между третьим входом и и нулевым проводом, а также четвертым входом и нулевым проводом включены цепочки из последовательно включенных резистора и размыкающего контакта реле второй группы, один вывод цепочки из последовательно включенных размыкающих контактов реле первой и третьей групп служит пятым входом, а второй — выходом узла проверки исгравности, один вывод обеих кнопок соединен с положительным зажимом источника питания, между вторыми выводами, которые служат дополнительными входами узла проверки исправности, и нулевым проводом включены соответственно обмотки реле первой и третьей групп, обмотки реле второй группы с одной стороны присоединены к нулевому проводу, а с другой через диоды присоеЯ динены к дополнительным входам узла проверки исправности.

С целью обеспечения периодических проверок исправности защиты на подстанциях без постоянного обслуживающе25 го персонала в устройство введены таймер, два двустабильных триггерных элемента, два элемента временной задержки, второй элемент И, элемент управления,. второй элемент сравнения, 30 элемент возврата и элемент задержки сигнала, причем выход таймера соединен с основным входом первого двустабильного триггерного элемента, выход которого соединен с пер- 35 вым входом второго элемента И, выход которого соединен с основным входом элемента .управления, дополнительный вход которого объединен с первым входом второго элемента срав40 нения, выход второго элемента сравнения соединен через первый введенный элемент временной задержки с основным входом второго двустабильчого триггерного элемента, к выходу

45 которого присоединен вход-элемента. задержки сигнала, выход которого служит выходом сигнала о неисправности цепей защиты, вход элемента возврата соединен с выходом элемента формирования выходного сигнала, а выход — с входом возврата второго двустабильного триггерного элемента, дополнительный выход элемента задержки сигнала соединен с вторым входом второго элемента сравне55 ния, первым выходом элемента управления и первым дополнительным входом узла проверки исправности, второй дополнительный вход которого соединен с вторым выходом элемента уп60

65 ческого сигнала, компаратор, элемент выдержки времени, выход которого служит выходом сигнала о неисправности цепей напряжения, и узел проверки исправности защиты, основной вход которого присоединен к дополнительному выходу элемента И, введены дифференциатор, элемент ВЫПРЯМИТЕЛЬКОМПАРАТОР, элемент формирования выходного сигнала и элемент ЗАПРЕТ, при этом вход дифференциатора присоединен к дополнительному выходу блока датчиков тока, а к его выходу присоединен вход элемента ВЫПРЯМИТЕЛЬ-КОМПАРАТОР., первые два резистивных входа узла проверки исправности присоединены к выходам многоплечего диодного полумоста, третий контактный вход присоединен к выходу элемента сравнения, четвертый контактный вход к дополнительному выходу блока датчиков тока, а пятый — блокировочный к отрицательному зажиму источника питания, основной вход элемента формирования выходного сигнала присоединен к выходу элемента И, его дополнительный вход присоединен к выходу узла проверки исправности, выход элемента формирования выходного сигнала. служит выходом отключающего сигнала устройства защиты, основной вход элемента ЗАПРЕТ присоединен через компаратор к дополнительному выходу формирователя входного логического сигнала, запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ объединен с пер вым входом элемента контроля бестоковой паузы, вход элемента выдержки времени присоединен к входу элемента

ЗАПРЕТ, à его выход служит выходом сигнала о неисправности цепей напряжения, к выходу элемента ВЫПРЯМИТЕЛЬ-КОМПАРАТОР присоединен вход элемента контроля длительности входного сигнала и второй вход элемента контроля длительности паузы, входы элемента торможения, пускового органа, порогового элемента, второй вход сумматора, третий вход первого элемента И-НЕ присоединены к дополнительному выходу блока датчиков тока, узел проверки исправности содержит четыре резистора, три группы реле, две кнопки с замыкающими контактами и два диода, при этом одни крайние выводы цепочек из последовательно включенных резистора и размыкающего контакта реле первой группы служат йервым и вторым входами узла проверки исправности, другие крайние выводы этих цепочек объединены и служат третьим входом узла проверки исправности, к второму входу узла проверки исправности присоединен один вывод замыкающих контактов реле третьей группы, второй вывод которых служит четвертым входом узла проверравления, вход второго введенного элемента временной задержки соединен с вторым выходом элемента управления, а выход — с входом возврата первого двустабильного триггерного элемента, второй вход второго элемента

1113866

И соединен с выходом компаратора, а дополнительный вход элемента управления соединен с выходом первого элемента И.

На фиг. 1 и 2 приведены схемы предлагаемого устройства для дифферейцйально-фаэной защиты.

Устройство для дифференциальнофазной защиты <фиг. 11 содержит блок

1 датчиков тока, предназначенный для преобразования токов плеч защиты в сигналы, удобные для работы устройства. Входы блока 1 соединены с тран сформаторами тока плеч защиты, à основные выходы подключены к диодному многоплечему полумосту 2, предназначенному для разделения поступающих сигналов по знаку. К выходам полумоста 2 подключены входы формирователя 3 входного логического сигнала

3, предназначенного для формирования логического сигнала, зависящего от токораспределения. в плечах защиты, а также входы элемента 4 сравнения, предназначенного для сравнения ограниченных по максимальному значению сигналов, пропорциональных суммам одноименных полуволн токов плеч защиты. Выход элемента 4 сравнения через выпрямитель 5, предназначенный для выпрямления поступающего на него сигнала, присоединен к основному входу фазного органа 6, который предназначен для оценки фаз и величин поступающих на него сигналов. Основной выход фаэного органа 6 подключен к входу элемента

И 7, предназначенного для выполнения соответствующей логической операции. К дополнительному выходу блока 1 датчиков тока присоединен дифференциатор 8, предназначенный для формирования выходного сигнала, пропорционального производной входного сигнала по времени. К выходу дифференциатора 8 присоединен элемент В61ПРЯМИТЕЛЬ-КОМПАРАТОР 9, предназначенный для выпрямления входного сигнала и формирования равного единице выходного сигнала, если входной сигнал по абсолютной величине превосходит порог срабатывания компаратора.

К дополнительному выходу блока 1 подключен вход пускового органа 10 защиты, предназначенного для запуска защиты в режиме тревоги, и вход первого элемента И-HE 11, предназначенного для выполнения соответствующей логической операции. К выходу пускового органа 10 присоединен второй вход элемента И 7. К выходу первого элемента И-HE 11 присоединены входы второго элемента И-ИЕ "Ч.2, предназначенного для выполнения соответстaysxgeA логической операции, и элемента 13 разрешения срабатывания, предназначенного дпя запоминания поступающего на его вход сигнала иа время, достаточное для похождения импульса на отключение выключателя.

К выходу второго элемента И-НЕ 12 присоединен вход элемента 14 запрещения срабатывания, предназначенного для запоминания паузы в сигнале, поступающем на его вход, на время, большее времени максимальной продолжительности пауз во вторичном токе при его срыве. Выходы элементов 13 .и 14 объединены и присоединены к третьему входу элемента И 7. Выход формирователя 3 входного логического

15 сигнала подключен к второму входу фазного органа 6, к одному иэ входов первого элемента И-НЕ 11 и к входу элемента 15 временной задерж. ки, предназначенного для задержки сигнала, поступающего на его вход, на время, равное 1,5-2 мс. Выход элемента 15 соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ 12. К дополнительному выходу блока 1 подключены входы порогового элемента 16, предназначенного для формирования выходного сигнала в случае превышения входным сигналом порогового значе. ния, и элемента 17 торможения, предназначенного для формирования сигнала, тормозящего защиту в переходных режимах внешних коротких замыканий, при бросках тока намагничивания и т.д. К дополнительному выходу блока

6 1 подключен также вход сумматора 18, предназначенного для суммирования поступающих на его входы сигналов.

Второй вход сумматора 18 подключен

:к выходу элемента 17 торможения. К

1 выходам порогового элемента 16 и сумматора 18 присоединены входы элемента 19 дозирования, предназначенного для доэирования тормозного сигнала, выдаваемого на фазный орган 6.

Выход элемента 19 соединен с первым управляющим..входом фазного органа 6.

К выходу преобразователя 9 присоединены входы элемента 20 контроля длительности входного сигнала и элемента 21 контроля длительности пауэц зы, к основным выходам которых присоединены входы элемента ИЛИ 22, выход которого соединен с третьим входом элемента 19 дозирования. К входам и выходу элемента 4 сравнения

55 присоединены основные входы узла

23 проверки исправности, предназначенного для имитации режимов внешнего и внутреннего короткого замыкания. Первый дополнительный вход

gg узла 23 присоединен к дополнительному входу блока 1 датчиков тока, второй — к отрицательному зажиму источника питания, выход узла 23 присое. динен к дополнительному входу элемента 24 формирования выходного сиг1113866

10 ащиты, включенных между соответстующими входами и выходом элемента

4 сравнения, шунтирующих стабилитонов 35, включенных параллельно резисторам 34 и предназначенных для ограничения по величине суммарных сигналов плеч элемента 4 сравнения, и нагруэочного резистора 36, включенного между виходом элемента сравнения и нулевым проводом. Нагрузочный резистор 36 предназначен для выделения на нем выходного сигнала элемента 4.

Выпрямитель 5, фазный орган 6, элемент И 7 выполнены по стандартным схемам.

Дифференциатор 8 выполнен по типовой схеме и предназначен для формирования выходного сигнала, пропорционального производной входного сигнала.

Элемент ВЫПРЯМИТЕЛЬ-КОМПАРАТОР 9 содержит цепочки иэ последовательно включенных резисторов и диодов 37, 38 и 39, 40, включенные между входом элемента 9 с одной стороны и неинвертирующим и инвертирующим входами усилителя 41 в микросхемно исполнения с другой. Резисторы 42 и 43, включенные между соответствующими входами усилителя 41 и нулевым проводом, предназначены для обеспечения нормального обеспечения работы усилителя 41, а резистор 44, включенный между положительным зажимом источника литания и.инвертирующим входом, предназначен для первоначального смещения рабочей точки усилителя 41 и обеспечения необходимого порога срабатывания. Цепочка из последовательно включенных резистора 45 и диода 46, присоединенная одним выводом к выходу усийителя 41, а вторым — к нулевому проводу, предназначена длу шунтирования цепи о.-рицательного сигнала с выхода усилителя

41 и пропуска на выход элемента 9 только положительного сигнала. Общая точка резистора 45 и диода 46 служит выходом элемента 9.

Элементы 10-16 без изменения взяты из прототипа и выполнены по стандартным схемам.

Элемент 17 торможения может быть, например, выполнен в виде активного

RC-фильтра с использованием операционного усилителя К553УД1А, фильтр запирает первую, а также третью и высшие .гармоники дифференциального тока и может быть выполнен по любой.иэ известных стандартных схем.

Сумматор 18 также выполнен по стандартной схеме.

Элемент 19 дозирования содержит два транзистора 47, 48 и четыра резистора 49-52. Он выполнен по схеме транзисторных ключей, базы которых соединены с управляющими входами, нала, предназначенного для формиро- з вания выходного отключающего сигна- в ла защиты. Основной вход элемента

24 присоединен к выходу элемента И р

7 а его выход является выходом устУ

5 ройства защиты.

К.дополнительному выходу формирователя 3 входного логического сигнала присоединен вход компаратора

25, выход которого соединен с основным входом элемента ЗАПРЕТ 26, sa- 10 прещающий вход которого соединен с входом напряжения устройства .защиты.

Выход элемента ЗАПРЕТ 26 соединен с входом элемента 27 выдержки времени, предназначенным для задержки пос- 15 . тупающего на него сигнала на время, равное, например, 10-15 с.

Блок 1 датчиков тока содержит датчики 28 тока плеч защиты, выполненные в виде промежуточных трансформаторов тока с тремя обмотками каждый. Обмотки 29 являются первичными обмотками и предназначены для подключения к измерительным трансформаторам тока плеч защиты. Они имеют отпайки, их число витков, обтекаемое током, можно ступенчато изменять при необходимости согласовать намагничивающие силы от токов плеч защити. Обмотки 30 с подключенными к ним переменными резисторами предназначены для плавной регулировки намагничивающей силы плеч. Обмотки

31 являются вторичными и предназначены для подключения к многоплечему диодному полумосту 2. Цепочка

32 из резистора, шунтированногб симметричным стабилитроном, включенная между общей точкой обмоток 31 плеч защиты и нулевым проводом, служит для преобразования сигнала, про- 40 порционального дифференциальному току защиты, в соответствующее напряжение. Основные выводы обмоток 31 являются основными выходами блока 1, общая точка обмоток 31 и цепочки 32 служит дополнительным выводом блока 1.

Многоплечий диодный полумост 2 выполнен по типовой схеме с двумя диодами в цепи каждого плеча защиты.

Формирователь 3 входного логичес- 50 кого сигнала выполнен по типовой схеме. На входе этого формирователя установлена микросхема, суммирующая сигналы, снимаемые с выходов полумоста 2, причем сигнал положительной полярности суммируется со своим зна ком, а сигнал отрицательной полярности поступает. на инвертирующий вход микросхемы и суммируется с обратным знаком, т.е. сигнал на выходе этой микросхемы пропорционален сумме модулей токов всех плеч защиты. Выход этой микросхемы служит дополнительным выходом 33 формирователя 3.

Двуплечий элемент 4 сравнения состоит из резисторов 34 плеч сравнения. 65

1113866

12 коллекторы - с выходом. При этом резисторы 50, 52 (фиг. Ц соединяют управляющие входы элемента 19 с базами транзисторов 47 и 48 соответственно, резистор 49 соединяет основной вход элемента 19 с его выходом, а резистор 51 - коллектор транзистора 48 с выходом элемента 19, коллектор транзистора 47 соединен с выходом элемента 19. Эмиттеры транзисторов 47, 48 соединены с нулевым проводом. элемент 20 контроля длительности входного сигнала содержит ждущий мультивибратор 53 и элемент И 54, выход которого служит выходом элемента

20. Входы ждущего мультивибратора, выполненного rro стандартной схеме, и элемента И 54 объединены и служат входом элемента 20.

Элемент 21 контроля длительности паузы содержит ждущий мультивибратор

55, выполненный по стандартной схеме, и элемент И 56. Вход ждущего мультивибратора 55 служит входом напряжения элемента 21, к выходу мультивибратора 55 присоединен один вход элемента И 56,выход которого служит выходом элемента 21. Второй вход зле мента И 56 служит вторым входом элемента 21.

Элемент ИЛИ 22 выполнен по стандартной схеме.

Узел 23 проверки исправности содержит резисторы 57, 58, 59, 60 и реле 61, 62, 63 <или группы реле с параллельно включенными обмотками, если не хватает контактов одного реле, предназначенные для изменения сопротивления между входами узла 23, а также между входами и нулевым проводом. При этом цепочка из последовательно включенных резисторов 57 и размыкающего контакта реле

61 включена между первым и третьим основными входами узла проверки исправности, аналогичная цепочка из резисторов 58 и контактов реле 61 выполнена между вторым и третьим основными входами, между вторым и четвертым основными входами узла 23 включен замыкающий контакт реле 62.

Между третьим основным входом и нулевым проводом включена цепочка из последовательно соединенных резистора 58 и размыкающих контактов реле

63. Аналогичная цепочка 60, 63 вклю» чена между четвертым основным входом узла 23 и нулевым проводом. Между пятым основным входом узла 23 и его выходом включена цепочка из по- следовательно соединенных размыкающих контактов реле 61 и 62.

Кнопка 64, входящая в состав узла

23, служит вместе с реле 61 и 63 для имитации внешнего короткого замыкания, кнопка 65 совместно с реле 62 и

15 с нулевым проводом.

Элемент 24 формирования выходного сигнала содержит транзистор 70, предназначенный для работы в режиме ключа, база которого через резистор

71 присоединена к основному входу элемента 24, цепочку из последовательно включенного балластного ре25 зистора и светодиода 72, включенную между основным входом элемента 24 и нулевым проводом и предназначенную

63 — для ими ации режима внутреннего короткого замыкания. Один вывод обеих кнопок соединен с положительным зажимом источника питания, второй вывод кнопки 64 служит первым вспомогательным входом 66 узла 23. Второй вывод кнопки 65 служит вторым вспомогательным входом 67 узла 23. Между вторым выводом .кнопки 64 и нулевым проводом включена обмотка реле 61. Между вторым выводом кнопки 65 и нулевым проводом включена обмотка реле 62.

К вторым выводам кнопок подключены аноды диодов 68 и 69 соответственно.

Катоды этих диодов объединены и соединены с первым выводом обмотки реле 63, второй вывод которой соединен для индикации поступления сигнала на основной вход элемента 24, и реле

73, обмотка которого, шунтированная диодом 74, включена между коллектором транзистора 70 и дополнительным входом элемента 24. Один вывод замы" кающего контакта реле 73 соединен с положительным зажимом источника питания, другой служит выходом элемента 24.

Элемент 25 представляет собой компаратор, выполненный по стандартной схеме, например, на базе усилителя в интегральном исполнении.

Элемент ЗАПРЕТ 26 выполнен по стандарной схеме. Элемент 27 выдержки времени представляет собой стандартный элемент, обеспечивающий задержку поступающего на него сигнала на время, равное 10-15 с, и может быть выполнен, например, в виде стандартного полупроводникового реле времени. Вход элемента 27 служит выходом сигнала о неисправности цепей напряжения.

Кроме того, устройство может содержать таймер 75, предназначенный для выдачи на его выход один раз в

1-2 недели кратковременного импульсного сигнала. К выходу таймера 75 присоединен основной вход двустабильного триггерного элемента 76, предназначенного для фиксации факта появления сигнала на его основном входе. Выход элемента 76 соединен с одним входом элемента И 77, второй вход которого присоединен к выходу компаратора 25, а выход — к основному входу элемента 78 управления, пред13 назначенного для обеспечения управления процессом автоматической проверки исправности защиты. Дополнительный вход элемента 78 управления присоединен к выходу элемента И 7, первый выход присоединен к входу 67 элемента 23, второй — к входу 66 того же элемента. Между вторым выходом элемента 78 и входом возврата двустабильного триггерного элемента

76 включен элемент 79 временной задержки, предназначенный для задержки поступающего на его вход сигнала на время, равное, например 1 с.

Второй элемент 80 сравнения имеет два входа, один из которых присоединен к выходу элемента И 7, а второй к первому выходу элемента 78 управления. Элемент 80 предназначен для формирования выходного сигнала, пропорционального разности входных, 2 сигналов. К выходу элемента 80 сравнения через второй элемент 81 временной задержки, предназначенный для задержки поступающего на него сигнала на время, равное, например 0,1 с, присоединен основной вход второго двустабильного триггерного элемента

82, предназначенного для запоминания факта появления сигнала на его входе.

К входу возврата двустабильного триггерного элемента 82 присоединен выход элемента 83 возврата, предназначенного для возврата двустабильного триггерного элемента 82 в исходное состояние. Вход элемента 83 присоединен к выходу элемента 24 формирования выходного сигнала. К выходу двустабильного триггерного элемента 82 присоединен вход элемента 84 задержки сигнала, предназначенного для создания временной задержки поступающего на него сигнала на время, равное, например, 10-15 с, индикации поступающего на вход сигнала, а также выдачи блокирующего сигнала. Основной выход элемента 84 служит выходом сигнала о неисправности цепей защиты. Дополнительный выход элемента 84 соединен с первым выходом элемента 78 управления.

Таймер 75 выполнен в виде электрон ных часов по стандартной схеме, обеспечивающей выдачу кратковременного импульсного сигнала с периодичностью один раз в одну-две недели.

Элемент 76 выполнен по стандартФ ной схеме с основным и возвращающим входами, например, в микросхемном исполнении.

Элемент И 77 выполнен по стандартной схеме.

Элемент 78 может быть выполнен, например, следующим образом.

Он содержит подключенные к его основному входу диод 85 и емкость

3866

86, включенную между диодом 85 и йулевым проводом, предназначенные для сглаживания поступающего на вход

Ьлемента 75 сигнала. Общая точка дн5 ода 85 и емкости 86 через балластный резистор 87 соединена с базой транзистора 88, предназначенного для работы в режиме ключа. Между отрицательным зажимом источника питания и коллектором транзистора 83 включена обмотка малогабаритного реле 89, шунтированная диодом 90,предназначенным для защитй транзистора 88 от перенапряжения в процессе его закрывания.

Цепочка из двух последовательно

5 включенных диодов 91 соединяет до полнительный вход элемента 78 с одним выводом обмотки реле 92, второй вывод которой через замыкающие контакты реле 89 соединен с нулевым проО водом. Один вывод разминающих контактов реле 92 соединен с положительным зажимом источника питания, второй через замыкающий контакт реле

89 - с первым выходом элемента 78

25 управления.

Один вывод замыкающих контактов малогабаритного реле 92 соединен с положительным зажимом источника питания, а второй — с анодами диодов

30 93 и 94. Катод диода 93 соединен с общей точкой диодов 91 и реле 92, а катод диода 94 служит вторым выходом элемента 78 управления Элемент 83 возврата содержит малогабаЗ5 ритное реле 95, обмотка которого включена между входом элемента 83 и нулевым проводом, а замыкающие контакты включены между положительным зажимом источника питания и выходом

40 элемента 83. Кнопка 96, входящая в состав элемента 83, шунтирует контакты реле 95. Элемент 84 задержки сигнала содержит цепочку 97 из последовательно включенных балластного резистора и светодиода., включенную

45 между входом элемента 84 и нулевым проводом. Элемент 98 выдержки времени, входящий в состав элемента 84, выполнен по стандартной схеме, например, в виде полупроводникового реле времени с выдержкой времени 1-2 с.

Элемент 98 включен между входом элемента 84 и его основным выходом.

Между основным и дополнительным выходами элемента 84 включен диод 99, 55 предназначенный для предотвращения обратного проникновения сигнала на выход элемента 84.

Предлагаемое устройство для дифференциально-фазной защиты (фиг. 1)

60 оаботает следующим образом.

Токи от трансформаторов тока плеч защити поступают на входы блока

1 датчиков тока, где осуществляется их согласование посредством соответ65 ствующего выбора числа витков пер1113866

16 вичных обмоток 29 датчиков 28 тока с помощью регулировочных резисторов, подключенных параллельно регулировочным обмоткам 30 датчиков тока.

Сигналы от датчиков тока разделяются по знаку полупериода с помощью многоплечевого диодного полумоста

2 и поступают на вход элемента 4 сравнения, выполненного на резисторах 34, 36 и стабилитронах 35.

Параллельно резисторам 34 плеч - 10 схемы сравнения подключены резисторы

57 и 58 узла 23 проверки исправности защиты, которые имеют величину примерно на порядок меньшую по сравне- нию с резисторами 34. Параллельно ре- 15 зистору 36 элемента 4 сравнения под ключен резистор 59, который имеет также на порядок меньшее сопротивление, чем резистор 36. Резистор 60 подключен параллельно цепочке 32, принадлежащей блоку датчиков тока, и имеет величину примерно на порядок два меньшую, чем цепочка 32. Токи плеч защиты не доводятся резисторами

30 до полного баланса, небольшой .ток 25 небаланса, не оказывающий существенного влияния на поведение реле, протекает нормально по цепочке 32, шунтированной резистором 60. Реле 61, 62 и 63 обесточены и их контакты находятся в положении, указанном на фиг. 1.

В нормальном режиме работы защищаемого объекта напряжения на резисторах 32, 34, 36 незначительны, и защита не срабатывает — она находится в режиме дежурства.

При внутреннем коротком замыкании и совпадающих по фазе токах плечи элементов 34 и 35 попеременно обтекаются токами положительной и отри- 40 цательной полярности. Это приводит к появлению на резисторе 36 переменного напряжения. При малых токах внутреннего повреждения стабилитроны 35 заперты, и напряжение на резис-45 торе 36 имеет синусоидальный характер, в результате чего имеет место дифференциальный режим работы, когда ток срабатывания не зависит от величины сквозного тока. При превышении сквозным током граничной величины открываются стабилитроны 35 плеч элемента 4 сравнения, и защита переходит в фазный режим работы.

Поэтому предлагаемое устройство защиты работает как дифференциальное в области малых токов и как дифференциально-фазное в области больших токов повреждения. При переходе с дифференциальной на дифференциально-фазную характеристику устройство реализует дифференциаЛьную защиту с торможением. Это позволяет получить достаточную чувствительность к внутренним коротким замыканиям, сопровождающимся вытекающими токами на- 65 груэки при сохранении достаточной степени отстроенности защиты от токов небаланса, вызванных токами, при которых защита еще не переходит в фазный режим работы. Если при внутренних повреждениях, когда током обтекаются оба плеча элемента 4 сравнения попеременно,! напряжение на входе этого элемента не превышает напряжения стабилизации стабилитронов, входящих в состав плеч схемы сравнения, то при внешнем коротком замыкании, когда током обтекаются оба плеча элемента 4 сравнения одновременно, это напряжение достигает удвоенной величины напряжения стабилизации стабилитронов 35, если токи, плеч защиты имеют достаточно большу величину. Это обстоятельство используется в защите в качестве дополнительного признака внешнего короткого замыкания. Элемент 3 фиксирует напряжение на входе элемента 4, пропорциональное сумме модулей токов присоединений на уровне 1, 7-1, 8 напряжения стабилизации стабилитрона, и формирует прямоугольный сигнал, который подается на вход логического. устройства 1элементы 11 и 151 и на управляющий вход фазного органа б, увеличивая его угол блокировки. Следовательно, при внутренних повреждениях угол блокировки меньше, чем при внешних.

Для правильной работы устройства в условиях предельно искаженной информации от трансформаторов тока (например, защита шин|, когда фаэовая погрешность может превысить 150, предусматривается дополнительно логическая часть. В основу ее принципа действия положено следующее свойство переходного процесса в трансформаторах тока при преимущественно активной нагрузке. При возникновении короткого замыкания трансформаторы тока входят в насыщение не сразу, а спустя некоторое время, определяемое характером переходного процесса, параметрами трансформатора тока, нагрузки и предшествующим состоянием трансформатора тока. В течение зтого времени в тяжелом переходном процессе менее 5 мс1 первичный ток трансформируется во вторичную цепь практически полностью, и .ток намагничивания близок к нулю. Если индухция достигает величины, превышающей индукцию насыщения, происходит "срыв" вторичного тока, когда последний принимает практически нулевую величину, а мгновенное значение тока намагничивания — величину приведенного первичного тока. Таким образом, передний фронт тока намагничивания всегда отстает от переднего фронта вторичного тока. Известно, что дифференциальный ток состоит из алгебран18

1113866

17 ческой суммы мгновенных значений вторичных токов, но при внешних коротких замыканиях с тяжелыми переходными процессами дифференциальный ток становится равным току намагничивания одного из насытившихся трансфорS маторов тока. При внутренних- коротких замыканиях, если первичные токи присоединений близки по фазе друг к другу, дифференциальный ток практически равен арифметической сумме мгновенных значений вторичных токов.

Следовательно, при внутренних коротких замыканиях передние фронты выпрямпенного дифференциального и суммы входных токов совпадают, а при 15 внешних второй отстает от первого на время, не менее 1,5-2 мс, т.е. в дифференциальном токе появляются паузы. По факту такого отставания можно давать запрет на срабатывание . 20 устройства.

В качестве сигнала, фиксирующего передний фронт вторичного тока, ис,пользуется напряжение, снимаемое с элемента 4 сравнения с помощью формирователя 3, сформированные импульсы подаются на вход элемента 15 временной задержки, задерживающего сигнал на 1,5-2 мс, и на один из входов первого элемента И-HE 11, осу- 30 ществляющего логическую операцию И-НЕ.

Поскольку в течение указанного времени трансформаторы тока работают практически без погрешности, на втором входе элемента 11 сигнал, снимае- 35 мый с линейного выхода преобразователя 9 дифференциального тока, равен нулю, а на выходе - единице. При совпадении логических единиц на входах второго элемента И-НЕ 12 по истече- 40 нии 1, 5-2 мс на его выходе, хотя бы кратковременно, появляется логический ноль, который элементом 14 запрещения срабатывания запоминается на время, большее времени максимальной 45 продолжительности пауз во вторичном токе при его срыве, когда отсутствует удвоение напряжения на входе схемы сравнения, а значит и сигнал с выхода элемента 3. Логический ноль с выхода элемента 14, объединенного по схеме ИЛИ с выходом элемента 13, на котором в этом режиме также логический ноль, подается на один из входов элемента 7 и на третий вход элемента 11, предупреждая совпадение 55 единиц на трех его входах при срывах вторичного тока одного из трансформаторов в последующих периодах переходного процесса и выдаче в этом случае единицы с дополнительного 60 выхода элемента 1, напряжение на котором равно ограниченному по величине сигналу, пропорциональному дифференциальному току. Этот сигнал выделяется на элементе 32 вследствие 65 протекания по нему тока, пропорционального дифференциальному. Процесс повторяется в каждом периоде при наличии апериодической составляющей или полупериоде при ее отсутствии.

Таким образом, в течение всего переходного процесса на одном иэ входов элемента 7, осуществляющего операцию И, присутствует логический ноль и срабатывание пускового органа

10 и фазного органа 6 из-эа значительных погрешностей трансформаторов тока не вызывает появления сигнала на выходе элемента 7, т.е. не приводит к излишнему, срабатыванию элемента

24 и выдаче сигнала на отключение защищаемого объекта. При внутренних коротких замыканиях, когда токи, посылаемые источниками питания, совпадают по фазе, напряжение на входе элемента 4 не превышает напряжения стабилизации стабилитрона 35, и формирователь 3 не выдает запускающие импульсы на логическую часть схемы, состояние которой не изменяется в течение всего процесса. На выходе элемента 14 присутствует единица и при совпадении сигналов от элементов 10 и 6 защита срабатывает. Наличие логического устройства (а также управление углом блокировки > позволяет уменьшить угол блокировки фазного органа при сохранении высокой отстроенности от внешних коротких замыканий. Это связано с необходимостью обеспечения работы защиты в течение первого периода при максимально возможном искажении сигнала, так как во втором периоде возможно и в нескольких последующих ) искажение сигнала настолько велико, что элементы б и 10 могут не сработать, т.е. защита будет иметь задержку в срабатывании на значительное время, определяемое постоянной времени апериодической слагающей тока короткого замыкания.

Таким образом, уменьшение угла блокировки приводит к повышению устойчивости быстроты срабатывания защиты в рассматриваемом режиме. При внутренних коротких замыканиях со сдвигом по фазе токов, посылаемых источниками питания, существует интервал времени, когда током обтекаются оба плеча схемы сравнения, т.е. напряжение на схеме сравнения возрастает до удвоенного напряжения стабилизации стабилитрона 35„ и логическое устройство запускаетбя.

Однако в отличие от внешнего корот» кого замыкания одновременно с вторичным появляется дифференциальный ток, поэтому .после появления сигнала на выходе элемента 3 на второй вход 11 подается сигнал с дополнительного выхода элемента 1, и на

19

1113866

Ф выходе 11, хотя бы кратковременно, появляется ноль, который запоминается элементом 13 разрешения срабатывания на время, достаточное для прохождения импульса на отключение выключателя. Возможный сигнал запрета э этом режиме от элемента 14 снимается, и при срабатывании фазного б и пускового 10 органов элемент 7 выдает сигнал на элемент 24 формирования выходного сигнала. Сигнал, 10 поступивший .на вход элемента 24, приводит к открыванию транзистора

70,работающего в режиме ключа. При этом замыкается цепь питания обмот- ки реле 73 (от "минуса" источника 15 питания через размыкающие контакты реле 61 и 62 в узле 23 проверки исправности защиты 1 на обмотку реле

73, далее через транзистор 70 — иа нулевой провод. Реле 73 срабатывания gp выдает своими контактами сигнал на отключение защищаемого объекта.

При использовании предлагаемого устройства для защиты силовых трансформаторов (автотрансформаторов1 не- 25 обходимо отстроиться от броска тока намагничивания при включении защищаемого трансформатора на холостой ход.

Предлагаемое устройство защиты работает при броске тока намагничивания следующим образом.

С дополнительного выхода блока 1 датчиков тока сигнал поступает на входы порогового элемента 16 и элемента 17 торможения. При работе защищаемого трансформатора в переходном режиме элемент 17 торможения вырабатывает тормозной сигнал, запирая первую гармонику дифференциального тока.

При этом в режиме апериодического броска тока намагничивания в выходном сигнале элемента 17 торможения присутствует апериодическая слагающая и высшие гармоники, а в режиме периодического — высшие гармоники. 45

В связи с тем, что элемент 17 торможения является широкополосным фильтром, время запаздывания выходного сигнала значительно меньше времени, соответствующего углу блокировки защи- () ты, что позволяет ввести частичную компенсацию ложного выходного сигнала фильтра входным. Это релизуется введением сумматора 18, на один вход которого поступает напряжение с вы- 55 хода элемента 17 торможения, а на другой — с его входа, причем сигналы поступают с разными знаками. Степень компенсации, тормозного сигнала определяется из условия селективной рабо-6О ты защиты при бросках тока намагничивания. Сумматор содержит ограничитель напряжения, ограничивающий тормозной сигнал на уровне, соответствующем, напряжению стабилизации стабилитронов схемы сравнения. При внутренних коротких замыканиях применение компенсации и ограничения интенсивности выходного сигнала позволяет значительно уменьшить тормозной сигнал, что приводит к повышению быстродействия защиты. Однако при больших кратностях токов внутренних коротких замыканий, при наличии в них максимальных апериодических составляющих с максимальными постоянными времени возможно глубокое насыщение трансформаторов тока. Последние могут генерировать высшие гармоники и, несмотря на компенсацию, выходной сигнал сумматора 18 может иметь значительную величину, что может привести к существенным задержкам в срабатывании защиты.

Для повышения быстродействия защиты в этом режиме используется еще один отличительный признак короткого замыкания от. броска тока намагничивания. Поскольку насыщение сердечника. вызвано изменением магнитного потока оно не может происходить мгновенно.

Поэтому устойчивым признаком броска тока намагничивания является наличие бестоковых пауз э производной броска тока намагничивания как после подачи напряжения, так и на протяжении всего процесса включения. Сигнал с выхода элемента 9 поступает на вход элемента 20 контроля длительности входного сигнала и на токовый вход элемента 21 контроля паузы, на вход напряжения которого поступает сигнал с датчиков напряжения, связанных с трансформаторами напряжения, установленными на выводах защищаемого объекта. Элемент 21 контроля паузы контролирует длительность бестоковой паузы от момента выдачи напряжения на защищаемый объект до появления производной дифференциального тока. Если длительность этой паузы более 3 мс режим броска тока намагничивания, элемент 21 контроля паузы не выдает . сигнал управления через элемент ИЛИ

22 и элемент 19 дозирования пропускает весь тормозной сигнал с выхода сумматора 18 на фазный орган б, который загрубляется и не выдает сигнал на элемент И 7. Если длительность бестоковой паузы от момента выдачи напряжения до появления производной дифференциального тока менее 3 мс, что соответствует внутреннему короткому замыканию, элемент 21 контроля паузы вырабатывает сигнал управления.

Последний через элемент ViJIH 22 поступает на второй управляющий вход элемента 19 дозирования, который ограничивает величину тормозного сигнала до уровня, достаточного для отстройки от переходных токов небаланса внешних коротких замыканий. Этот

22

21

1113866 тормозной сигнал весьма мал, так как фазный орган б в значительной мере отстроен от внешних коротких замыканий. Для обеспечения быстродействия устройства после выдачи напряжения используется элемент 20 контроля длительности входного сигнала.

Этот элемент запускается сигналом с выхода элемента 9 и блокируется на 14 мс. Благодаря этому, в режиме апериодического броска тока намагни- 10 чивания на выходе элемента 20 контро.ля длительности входного сигнала напряжение постоянно равно нолю. Это объясняется тем, что форма апериодического броска тока намагничивания 15 представляет собой последовательность пикообразных импульсов, максимальная длительность которых не превышает

13, 5 мс, а между импульсами следуют бестоковые паузы. Однако, вследствие большой постоянной времени апериоуц ческого броска тока намагничивания, последняя плохо трансформируется трансформаторами тока плеч защиты и датчиками тока устройства защиты, при этом в кривой броска тока намагничивания вместо пауз появляются отрицательные полуволны малой крутизны. Для восстановления бестоковых пауз дифференциатор 8 дифференцирует входной сигнал. При внутренних коротких замыканиях в производной тока короткого замыкания через 14 мс нет бестоковых пауз, и элемент 20 контроля длительности входного сигнала выдает управляющий сигнал через элемент ИЛИ 22 на второй управляющий вход элемента 19 дозирования. Послед- ний ограничивает величину -.ормозного сигнала до уровня, достаточного для отстройки от переходных токов не- 40 баланса внешних коротких замыканий.

Для отстройки от периодических бросков тока намагничивания порог срабатывания элемента 20 контроля длительности входного сигнала и элемента 21 45 контроля длительности бестоковой паузы устанавливается на уровне 1,6 номинального тока. При очень больших токах внутренних коротких замыканий, превышающих максимальное значение 5Q броска тока намагничивания и тока небаланса, представляющих значительную опасность, для устойчивой работы системы, срабатывает пороговый элемент 16 и выдает сигнал на первый управляющий вход элемента 19 дозирования. Последний полностью снимает тормозной сигнал с второго управляющего входа фазного органа б, чем обеспечивается наиболее высокое быстродействие защиты.

Для проверки исправности защиты следует поочередно нажать кнопки 64 и 65 в узле 23 проверки исправности, При нажатии одной из этих кнопок 65 срабатывает соответствующее из реле

61 и 62 и размыкает свои размыкающие контакты, включенные между пятым входом элемента 23 Чкоторый соединен с отрицательным зажимом источника питанияЛ и его основным выходом. При этом снимается "минус" с ьывода обмотки реле 73, входящего в состав элемента 24. Теперь вне зависимости от поведения защиты сигнал на отключение защищаемого объекта не может быть выдан. Таким образом осуществляется блокировка защиты от неправильных действий в процессе проверки ее исправности.

При нажатии кнопки 64 срабатывакт реле 61 и 63 (срабатыванию реле 62 препятствует диод 69). При этом кроме блокировки защиты размыкающие контакты реле 61 и 63 разрывают цепи резисторов 57, 58, 59 и 60. В результате, токами плеч защиты и током небаланса обтекаются только резисторы

34, 36 и 32, которые теперь не шунтнруются резисторами 57, 58, 59 и

60. Их величина на один-два порядка выше, чем суммарное значение соот ветствующих сопротивлений до размыкания контактов реле 61 и 63. Поскольку ток, снимаемый с датчиков тока, при этом практически не изменяется, резко возрастают напряжения на плечах элементов 34 и 35 схемы сравнения и на цепи 32 дифференциального тока. В результате, имитируется режим внешнего короткого замыкания. Защита прн этом действует также, как и в режиме внешнего короткого замыкания, и не срабатывает, т.е. с выхода элемента И 7 на вход элемента 24 сигнал не выдается. Отсутствие сигнала на выходе элемента 7 проявляется в том, что не светится светодиод 72 в элементе 24. Нажав кнопку 64 и убедившись, что светодиод 72 не светится, можно перейти к имитации внутреннего короткого замыкания. Для этого отпускают кнопку

64 и нажимают кнопку 65. При нажатии кнопки 65 срабатывают реле 62 и 63

<срабатыванию реле 61 препятствует диод 68). При этом, как в предыдущем случае, защита блокируется и отключающий сигнал не проходит на выход элемента 24. Размыкающие контакты реле 63 разрывают цепи резисторов

59 и 60 в элементе 23, а замыкающий контакт реле 62 шунтирует цепь сигнала положительной полярности, снимаемого с многоплечего диодного полумоста 2. При этом токи отрицательной полярности с вторичных обмоток 31 датчиков 28 тока протекают через цепочку 32 на нулевой провод, с.нулевого провода через резистор 36, затем резистор 34 через соответствующий диод полумоста 2 возвращаются на об23

1113866 мотки 31 датчиков 28. Токи положительной полярности протекают через диоды полумоста 2, далее через контакты реле 62 возвращаются непосредственно на обмотки 31 датчиков 28 тока, минуя плечи элемента 4 сравнения и цепочку 32. В связи с этим возникают достаточно большие напряже,ния на одном плече элемента 4 срав нения, на его выходе и на цепочке 32, т.е. на дополнительном выходе блока 1, 0

Появление этих напряжений имитирует возникновение режима внутреннего короткого замыкания, и защита должна сработать, в результате чего на выходе элемента 7 должен появиться 5 сигнал, который поступает на вход элемента 24 и заставляет светиться диод 72.

Об исправности защиты судят по тому, что при нажатии кнопки 64 она не срабатывает, а при нажатии кнопки

65 срабатывает в противном случае

l защита считается неисправной и выюдится в ремонт.

Описанная проверка исправности защиты производится посредством сигналов, снимаемых с ее трансформаторов тока, т.е. не может проводиться в режиме холостого хода. Поэтому перед проверкой исправности следует убедиться в том, что защищаемый объект обтекается током. При этом не требуется, чтобы нагрузка приближалась к номинальной. Соответствующим подбором величин резисторов 32, 34, 36, 57,58, 59 и 60, а также настройкой датчиков посредством резисторов

30 удается добиться полноценной проверки даже при протекании по защищаемому объекту токов на уровне 10-20% номинального. 40

Для улучшения отстройки от переходных процессов в защите используется информация о напряжении.

Сигнал, пропорциональный напряжению 45 на защищаемом объекте, поступает на вход элемента 21. Известно, что цепи измерительных трансформаторов напряжения имеют довольно низкую надежность и относительно часто выходят из строя. При этом отстройка защиты от переходных процессов ухудшается, и она можЕт излишне сработать в режиме тревоги. Для своевременного устранения неисправности в предлагаемом устройстве защиты имеются элементы 25, 26 и 27. Если объект обтекается током нагрузки, превышающим

10-20% номинального, срабатывает компаратор 25, подключенный к дополнительному выходу элемента 3. С выхода 60 компаратора 25 сигнал-выдается на основной вход элемента ЗАПРЕТ 26.

На запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ выдается сигнал о напряжении на защищаемом объекте. Если сигнал о напряжении на защиту выдан, то элемент ЗАПРЕТ не пропускает дальше сигнал с компаратора 25. Если же защищаемый объект обтекается током нагрузки, т.е. включен для нормальной работы, а сигнал о напряжении исчез <повреждены цепи трансформаторов напряжения или отключен автоматический выключатель в этой цепи), то на выходе элемента ЗАПРЕТ 26 появляется сигнал, который спустя 1015 с поступает на выход элемента 27, а оттуда — на щит управления, где высвечивает табло "Неисправность цепей напряжения", после чего обслуживающий персонал устраняет поверждение в этих цепях.

Предлагаемое устройство для дифференциально-фазной защиты (фиг. 2) работает аналогичным образом.

Отличие заключается в том, что в устройстве согласно фиг. 2 процесс проверки исправности полностью автоматизирован, участие обслуживающего персонала в проверке не требуется. Это устройство может быть рекомендовано для применения, например, на подстанциях и других объектах безпостоянного обслуживания.

Произвести проверку исправности защиты можно вручную точно. так же, как это было описано, используя кнопки 64 и 65 в узле 23 проверки исправности.

Периодичность автоматической про верки определяется таймером 75, который выдает короткий импульсный сигнал, например, один раз в однудве недели. Этот сигнал переводит . двустабильный триггерный элемент 76 в сработавшее состояние, в котором тот и остается до окончания проверки. Смгнал с выхода элемента 76 поступает на один вход элемента И 77.

На вгорой вход элемента И 77, если защищаемый объект обтекается током нагрузки, поступает сигнал с компаратора 25. При наличии сигналов на обоих входах элемента 77 на его выходе появляется сигнал, который поступает на основной вход элемента 78 управления. Через диод 85 этот сигнал поступает на емкость 86, которая сглаживает поступающий сигнал. и далее через резистор 87 на базу транзистора 88. Транзистор 88, работающий в режиме ключа, открывается и запитывает малогабаритное реле

89. Контакты реле 89, замыкаясь, выдают "плюс" на первый выход элемента 78 управления. Отсюда сигнал поступает на вход 67 узла 23, имитируя внутреннее короткое замыкание.

Одновременно сигнал поступает на второй вход элемента 80 сравнения.

Если защита исправна и срабатывает при имитации внутреннего короткого замыкания, то на выходе элемента И 7

26

1113866

40 Двустабильный триггерный элемент

82 в случае необходимости возвращается в исходное состояние нажатием . кнопки 96, входящей в состав элемента 83. Если при возникновении корот45 кого замыкания на зашишаемом объекте предлагаемое устройство защиты сработало нормально, но отключения объекта не произошло из-за неисправности, например, цепей питания соле50 ноида отключения или привода выключения, то вследствие наличия в этом режиме сигнала только на одном входе элемента 80 сравнения, последний может сработать и ложно зафиксировать неисправность заШитЫ. Чтобы этого не произошло, сигнал с выхода элемента 24 поступает на вход элемента

83 возврата и приводит к срабатыванию реле 95 на все время сушествования сигнала на выходе элемента 24.

60 Реле 95, замыкая свои контакты, возврашает двустабильный триггерный элемент 82 в исходное состояние и не дает ему сработать в течение всего времени, пока имеется сигнал на выходе

65 элемента 24. появляется сигнал, который поступа-, ет на первый вход элемента 80 сравнения. Поскольку защита срабатывает не мгновенно, то и сигналы на входы элемента 80 сравнения поступают не совсем в одно и то же время. Кратко- 5 временное появление сигнала на выхо,де элемента 80 сравнения не приводит к появлению сигнала на выходе элемента 81 временной задержки, так как время задержки элемента 81 отстроено 10 от этой величины.

Сигнал с выхода элемента И 7 пос— ле срабатывания зашиты в процессе проверки поступает на дополнительный вход элемента управления и через 15 цепочку из последовательно включенных диодов 91 — на один вывод обмот.ки малогабаритного реле 92, второй вывод которой через замыкающие контакты реле 89 присоединен к нулевому проводу. Реле 92 срабатывает и становится на самоподпитку через свой замыкающий контакт и диод 93. Одновременно с этим "плюс" выдается на второй выход элемента 78 управления через диод 94, а с первого выхода снимается, так как размыкаются размыкаюшие контакты реле 92, включенные в цепь выдачи сигнала на первый выход. При появлении сигнала на втором выходе элемента 78 этот сигнал поступает на вход 66 уЗла 23 и имитирует режим внешнего короткого замыкания. Исправная защита при этом не работает. Одновременно с поступлением сигнала на вход 66 узла 23 он пос. . 35 тупает также на вход элемента 79 и спустя примерно 1 с на выходе этого элемента появляется сигнал, который возвращает двустабильный триггерный элемент 76 в исходное состояние до следуюшей проверки.

При возврате 76 в исходное состояние исчезает сигнал на его выходе, а значит и на входе элемента И

77. Снимается сигнал с выхода элемента 77, т.е ° с основного входа элемента 78. В результате реле 89 и

92 возврашаются в исходное состоя-р ние, возвращаются в исходное состояние реле 61, 62 и 63, входящие в состав узла 23, снимается блокировка с элемента 24 и защита продолжает нормально работать дальше. Весь процесс проверки исправности длится около 1,5 с.

Если в процессе проверки выявлена

I неи справ ность, т ..е . з ащита не сработала в режиме имитации внутреннего короткого замыкания или сработала при имитации внешнего короткого замыкания, то на входы элемента 80 сравнения поступают разные сигналы, на его выходе появляется сигнал, который через элемент 81 временной задержки поступает на основной вход двустабильного триггерного элемеита 82, который, срабатнвая, фиксирует факт неисправности защиты. Ес яи неисправность защиты выявлена прФ имитации внутреннего короткого замыкания, то, вследствие того, что на выходе элемента И 7 в этом режиме не появляется сигнал, не срабатывает реле 92 в элементе 78 управления и элемент 78 не переходит к ймитации следующего режима. Срабатывание двустабильного триггерного элемента 82 приводит к появлению сигнала на его выходе. Этот сигнал поступает на вход элемента 84 задержки сигнала и приводит к свечению светодиода в цепочке 97. Спустя 1-2 с после появления сигнала на входе элемента 98, на его выходе появляется сигнал, который поступает на щит управления и высвечивает табло "Неисправность цепей защиты". Одновременно: этот сигнал поступает на вход 67 узла 23, приводит к срабатыванию реле 62 и блокировке защиты. Таким образом, неисправная зашита блокируется до тех пор, пока неисправность не будет устранена. Аналогичные процессы происходят и при излишнем -рабатывании защиты в случае имитации внешнего короткого замыкания. Если энергетическая установка, на которой используется предлагаемое устройство защиты, не имеет постоянного обслуживающего персонала, то целесообразно передавать сигналы о неисправности защиты по каналам устройств телемеханики на диспетчерский пункт с тем, чтобы была выслана бригада для устранения возникшей неисправности в защите.

1113866

В качестве базового объекта для предлагаемых вариантов устройство для дифференциально-фаэной защиты принято устройство для дифференциальнофазной защиты, снабженное узлом контроля исправности съемных кассет зашя- 5 ты, использованное в комплектах .защита, установленных s Сахалииокой энергосистеме. !

Предлагаемое устройство защиты 10 является более простым - в его составе (в расчете на одну фазу) примерно на пять элементов меньше, т.е. количество входящих в его состав деталей меньше примерно на 20%> чем 5 у базового объекта. Кроме того, более высока глубина контроля, так как в предлагаемом устройстве защиты контролируются также неисправности и таких элементов, которые в нормальном режиме работы защищаемого объекта обесточены или не имеют сигналов на входах и выходах, а также такие повреждения элементов, которые s режиме дежурства защиты не изменяют режи- 25 ма работы схемы, например, обрыв стабилитронов элемента 4 сравнения, обрыв в элементе И 7, обрыв элементов 5, 6, 10 и так далее.

Кроме того, в предлагаемом устройстве защиты имеется возможность контроля правильности сборки токовых цепей защиты даже при токах нагрузки порядка 10-20% номинального, так как в процессе проверки все используемые сигналы автоматически увеличиваются на порядок и выше. Это может быть черезвычайно полезным, например, при введении в работу защиты трансформаторов или сборных шин на подстанциях, когда нагрузка подстанции еще очень мала и черезвычайно трудно существующими методами убедиться в правильности сборки токовых цепей. В предлагаемом устройстве простым нажатием кнопки имити- . руется режим внешнего короткого замыкания, при этом используются сигналы, снимаемые с реальных трансформаторов тока.При неправильной сборке цепей или повреждениях в токовых цепях это сразу же выявляется при проверке.

Все отмеченное позволяет существенно повысить надежность предлагаемой защиты, уменьшить количество ее отказов в функционировании примерно на 20% по отношению к базовому объекту.

Это, в свою очередь, приведет к повышению надежности работы защищаемого энергетического объекта и всей системы в целом.

1113866

Om ерамсрормаеоро8 лааг юж защити

Фиа. /

1113866

Составитель Л.Корнеева

Редактор Л.алексеенко Техред И. Асталош Корректор И.Пуска

Заказ 6630/43 Тираж 613 Подл и сноР

I3HHHIIH ГОсударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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