Устройство для дифференциальной защиты электроустановки

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, содержащее блок датчиков тока, одии 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, реагирующий орган, соединенный с выходом схемы сравнения через выпрямитель, пусковой орган, включенный последовательно с дифференциальным сопротивлением нагрузки между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения , которая при этом заземлена, логический элемент И, первый и второй входы которого соедине1ны с выгходом фазного и пускового органов, ; а вьIXo - с входом выходного органа ,два компаратора, причем неинвертирующий вход первого компаратора соединен с катодами, инверти рующий вход второго - с анодами мкогоплечевого диодного полумоста, а их выходы являются,первым и вторым входами второго элемента И, расширитель импульсов, выход которого соединен с входом .инвертора, а выход последнего - с третьим входом первого элемента И, блок дифференцирования , вход которого соединен с незаземлешгьм концом дифференциального со.прот11вления, нагрузки, а выход является входом формирователя сигналов запрета, при этом формирователь сигналов запрета содер.г жит два компаратора, три диода, 5 . нагрузочный резистор, конденсатор (Л и инвертор, причем вход формирователя соединен с неинвертирующим с входом первого и инвертирующим вхо,; дом второго компаратора, инвертирующий вход первого компаратора соединен с плюсом источника питания, а неинвертирующий вход второго компаратора - с минусом, выходы Компараторов подключены к анодам двух диодов, катоды которых объединены в общ5по точку с входом инвертора, одним концом нагрузочного резисто4 СО ЭО ;ра и конденсатора, другие концы ко торых заземлены, выход инвертора соединен с катодом третьего диода, анод которого является выходом формирователя сигналов запрета, о тличающееся тем, что, с ,целью повышения надежности работы устройства путем обеспечения устойчивого формирования блокирующего сигнала при внешних коротких замыканиях и быстродействия переориентации защиты 1;ри переходе от внешнего

(19) (! () СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(s)) Н 02 Н 3/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3673240/24-07 (22) 19.12.83 (46) 23..02.85. Бюл. 1(- 7 (72) Л.В.Багинский, М.Б.Додонов и И.П.Тимофеев (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 758357, кл. Н 02 Н 3/2S, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР ..1(7297!8, кл. Н 02 И 3/28, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 1» 3318742/24-07, .:кл. Н 02 Н 3/28, 1982. (54)(57) l. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЪНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, содержащее блок датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которьм объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сравнения со средней точкой, реагирующий орган, соединенный с вы- ходом схемы сравнения через выпрямитель, пусковой орган, включенный последовательно с дифференциальным сопротивлением нагрузки между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, которая при этом заземлена, логический элемент И, первый и вто.- рой входы которого соединены с вы-. ходом фазного и пускового органов, а выход — с входом выходного органа,g äâà компаратора, причем неинвертирующий вход первого компаратора соединен с катодами, инвертирующий вход второго — с анодами многоплечевого диодного полумоста, а их выходы являются, первым и вторым входами второго элемента И, расширитель импульсов, выход которого соединен с входом .инвертора, а выход последнего — с третьим входом первого элемента И, блок дифференцирования, вход которого соединен с незаэемленным концом дифференциального сопротнвления,нагрузки, а выход является входом формирователя сигналов запрета, при этом формирователь сигналов запрета содер,» жит два компаратора, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор и инвертор, причем вход формирователя соединен с неинвертирующим входом первого и инвертирующим вхо;. дом второго компаратора, инвертирующий вход первого комнаратора соединен с иплюсом источника питания, а неинвертирующий вход второго компаратора — с "минусом", выходы компараторов подключены к анодам двух диодов, катоды которьм объединены в общую точку с входом инвертора, одним концом нагрузочного резистора и конденсатора, другие концы ко:торых заземлены, выход иньертора соединен с катодом третьего диода, анод которого является выходом фор" .мнрователя сигналов запрета. о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с ,целью повышения надежности работы устройства путем обеспечения устойчивого формирования блокирующего сигнала при внешних коротких замыканиях и быстродействия переориентации защиты при переходе от внешнего

1141498 короткого замыкания во внутреннее, введены два формирователя опорного напряжения, два элемента KIN третий элемент И и ждущий мультивибратор, при этом первый вход первого формирователя опорного напряжения соединен с катодами, а первый вход второго - с анодами многоплечевого диодного полумоста, их вторые входы соединены с первым и вторым выходами ждущего мультивибратора соответственно, выход первого формирователя опорного напряжения соединен с инвертирующим входом первого компаратора, а выход второго — с неинвертирующим входом второго компаратора, выходы обоих компараторов соединены с входамн первого элемента ИЛИ, выход которого является первым входом третьего элемента И, второй вход последнего соединен с третьим входом второго элемента И, выходом формирователя сигналов запрета и через резистор связан с плюсом" источника питания, третий вход третьего элемента И соединен с вторым выходом ждущего мультивибратора, а выход — с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом вто рого элемента И и входом ждущего мультивибратора, а выход- с входом расширителя импульсов.

2. Устройство по и. 1, о .т л и.ч а ю щ е е с я тем, что первый формирователь опорного напряжения

Изобретение относится к релейной защите 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 дифференциально-фазной защиты электроустанонки, содержащее блок сравнения, пусковой и фазный органы, пороговые органы, ограничитель напряжения, блок гальванического разделения ценей, обладающее высокой чувствительностью и быстродействием (!).

15 содержит три диода, три резистора и конденсатор, причем анод первого диода является первым входом формирователя, катод соединен с одним концом первого резистора, другой конец которого связан с.вторым резистором и конденсатором с заземленным вторым концом, другой конец второго резистора соединен с анодами второго и третьего диодов, катод второго диода соединен с одним концом третьего резистора и является вторым входом формирователя, катод третьего диода соединен с другим концом третьего резистора и является выходом формирователя.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что второй формирователь опорного напряжения содержит два диода, стабилитрон, три резистора и конденсатор, причем катод первого диода является первым входом формирователя, анод соединен с одним концом первого резистора, другой конец которого связан.со вторым резистором и конденсатором с заземленным вторым концом, другой конец второго резистора соединен с катодом второго диода и анодом стабилитрона, катод стабилитрона соединен с одним концом третьего резисто ра и является вторым входом формирователя, анод второго диода соединен с другим концом третьего резисторт и является выходом формирователя .

Однако для надежности отстроенности от внешних коротких замыканий (КЗ) необходимо значительное увеличение угла блокировки в этом режиме, для него используется признак возрастания напряжения на блоке сравнения до удвоенного значения порога ограничения напряжения и запоминание этого признака на несколько периодов 1на случай его исчезновения при глубоких насыщениях трансформаторов тока (ТТ). Такой принцип ислолнения защиты может привести к за держке в срабатывании при переходе внешнего КЗ во внутренне, а также

114!498 к отказу защиты при определенных условиях внутренних КЗ со сдвинуты-. ми по фазе токами.

Известно также устройство для дифференциально-фаэной защиты сборных шин, содержащее датчики тока, включенные в каждое плечо защиты, многоплечевой диодный полумост, схему сравнения на резисторах .и стабилитронах, формирователи входных логических сигналов, блоки запреще.-.. ния и разрешения срабатывания. Отстроенность этого устройства от

:.внешних КЗ при глубоких насьпцениях

TT обеспечивается путем использования признака "идеальной" трансформации ТТ до момента насьнцения сердечника (21.

Однако этот признак в устройстве может быть верно использован в большинстве случаев лишь в первом периоде переходного процесса, если он является периодом первоначального насьпцения. Если ТТ работает в области средних индукций (в области характеристики намагничивания, расположенной непосредственно за ее перегибом), возможна ложная выдача разрешающего на срабатывание защиты сигнала при внешних КЗ. Кроме того, при глубоких насьпцениях ТТ напряжение на входе формирователя логического сигнала может оказаться недостаточным для его запуска, и блокирующий сигнал не будет вырабатываться именно тогда, когда погрешность ТТ максимальна. Обеспечить гарантированную отстроенность защиты от,внешних

КЗ в этом устройстве можно, заблоки,ровав логической частью защиту по информации от первого периода на такое время, когда разностиая фазовая погрешность в самом неблагоприятном переходном процессе будет меньше угпа блокировки фаэного органа. Однако при этом возможна задержка в сраба гывании защиты при переходе внешнего

КЗ во внутреннее или при внутреннем КЗ со сдвинутыми по фазе токами.

Известно также устройство защиты, содержащее датчик тока, включенные в каждое плечо защиты, многоплечевой диодный полумост, схему сравнения на резисторах и стабилитронах, фазный (реагирующий) и пусковой органы, два компаратора, блок дифференцирования, формирователь сигналов запрета, расширитель импульсов, логические элементы, обладающие высоким уровнем отстроенности от внешних повреждений и высоким быстродействием - при внутренних днако область использования изО вестного устройства ограничена объектами, номинальный ток которых незначительно отличается от номинальных токов ТТ присоединений, посколь-!

О ку уровень запуска логической части устройства, определяющей отстроенность защиты от внешних КЗ, необходимо отстраивать от максимального сквозного тока в рабочем режиме. На

f5 сборных шинах мощных ГЭС мощность подключенных генераторов может быть резко различной или в течение суток или в определенные времена года. При этом будет резко различным и уровень О токов внешних КЗ, который можег в минимальном режиме работы станции . оказаться менее максимального сквозного тока в рабочем режиме. Это относится и к сборным шинам мощных

g5 узловых подстанций, максимальный сквозной ток которых значительно отличается от номинальных токов

ТТ присоединений. Кроме того, устойчивость идентификации внешних

ЗО КЗ этим устройством .в периодах, следующих за периодом первоначального насьпцения одного из ТТ, невысока.

Таким образом, известное устройство на наиболее ответственных объектах энергосистем имеет недостаточный уровень надежности и устойчивости идентификации режимов внешних и внутренних КЗ в течение переходного процесса.

4О, Цель изобретения — повьппение надежности работы устройства путем обеспечения устойчивого формиро-. вания блокирующего сигнала при внешних коротких замыканиях /КЗ / и бы45 строй переориентации защиты при переходе от, внешнего КЗ во внутреннее.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциальной защиты электроустановки

1 содержащее блок датчиков ток, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которых объединены II подключены к дву: плечевой схеме сравнения со средней точкой, фазный (реагирующий) орган, 1141498 соединенный с выходом схемы сравнения через выпрямитель, пусковой орган, включенный последовательно с дифференциальным сопротивлением нагрузки между общей точкой вторич- 5 ных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, которая при этом заземлена, логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом фазного и пускового органов, а выход — с вхо- дом выходного органа, два компаратора, причем неинвертирующнй вход первого компаратора соединен с катодами, инвертирующий вход второго с анодами многоплечевого диодного полумоста, а их выходы являются перBbiM и вторым входами второго элемента И, расширитель импульсов, выход которого соединен с входом инвертора, а выход последнего — с третьим входом первого элемента И, блок дифференцирования, вход которого соединен с незаземленным концом дифференциального сопротивления нагруз ки,а выход является входом формирователя сигналов запрета, при этом формирователь сигналов, запрета содержит два компаратора, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор и ЗО инвертор, причем вход формирователя соединен с неинвертирующим входом первого и инвертирующим входом второго компаратора, инвертирующий вход первого компаратора соединен с "плю- З

5 сом" источника питания,.а неинвертирующий вход второго компаратора — с

"минусом", выходы компараторов подключены к анодам двух диодов, катоды которых объединены в общую точку с входом инвертора, одним концом нагрузочного резистора и конденсатора, другие концы которых заземлены, выход инвертора соединен с катодом третьего диода, анод которого явля- 4 ется выходом формирователя сигналов запрета, .введены два формирователя опорного напряжения, два элемента ИЛИ, третий элемент И и ждущий мультивибратор, при этом первый вход первого 50 формирователя опорного напряжения соединен с катодами, а первый вход второго — с анодами многоплечевого диодного полумоста, их вторые входы соединены с первым и вторым выходамн ждущего мультивибратора соответственно, выход первого формирователя ! опорного напряжения соединен .с инвертирующим входом первого компаратора, а выход второго — с неинвертирующим входом второго компаратора, выходы обоих компараторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого является первым входом третьего элемента И, второй вход последнего соединен с третьим входом второго элемента И, выходом формирователя сигналов запрета и через резистор связан с "плюсом" источника питания, третий вход третьего элемента И соединен с вторым выходом ждущего мультивибратора, а выход— с первым входом второго элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И и входом ждущего мультивибратора, а выход — с входом расширителя импульсов.

Первый формирователь опорного напряжения содержит три диода, три резистора и конденсатор, причем анод первого диода является первым входом формирователя, катод соединен с одним концом первого резистора, другой конец которого связан с вторым резистором и конденсатором с заземленным вторым концом, другой конец второго резистора соединен с анодами второго и третьего диодов, катод второго диода соединен с одним концом третьего резистора и является вторым входом формирователя, катод третьего диода соединен с дру1 гим концом третьего резистора и явля ется выходом формирователя.

Второй формирователь опорного напряжения аналогичен первому за исключением того, что первый и третий диоды имеют обратную полярность включения, а вместо второго диода используют стабилитрон.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства дифференциальной защиты; на фиг. 2 эпюры работы устройства при внешнем

КЗ; на фиг. 3 — эпюры работы устройства при внутреннем КЗ со сдвинутыми по фазе токами.

Устройство защиты используется на сборных шинах 1, которые имеют несколько присоединений с линейными трансформаторами тока. Устройство защиты (фиг. 1) содержит блок 2 датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены. а други! присоединены к и!!ого!!!!е и му,!!!

? между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы 4 сравнения, причем средняя точка схемы 4 сравнения соединена с одним концом дифференциальпого сопротивления 10 нагрузки и заземлена. Неинвертирующий вход первого

; компаратора 11 соединен с катодами, 1 а инвертирующий вход второго компаратора 12 — с анодами многоплечевого диодного полумоста 3, причем инвертирующий вход первого компаратора 11 и неинвертирующий вход второго компаратора 12 являются их управляющими входами. Два входа второго элемента И2 13 соединены с выходами компараторов 11 и 12.

Вход блока 14 дифференцирования соединен с незаземленным концом.диф- ференциального .сопротивления IO, а выход — с входом формирователя 15 сигналов запрета. Вход последнего соединен с неинвертирующим входом компаратора 16 и инвертирующим входом компаратора 17, причем, инвертирующий вход компаратора 16 соединен с "плюсом" источника питания, а неинвертирующий вход компаратора

17-с "минусом". Выход компаратора одключен к аноду диода 18, а выход омпаратора 17 — к аноду диода 19, атоды диодов 18 и 19 объединены в

° ° бщую точку .с входом инвертора 20, одним концом нагрузочного резистора

21 и конденсатора 22, другие концы которых заземлены. Выход инвертора 20 соединен .с катодом диода 23, анод которого является выходом формирователя 15 сигналов запрета. Первый вход первого формирователя 24 опорного напряжения соединен с катодами, а первый вход второго формирователя

25 — с анодами многоплечевого диодного полумоста 3. Вторые входы формирователей 24 и 25 соединены с .первым и вторым выходом ждущего мультивибратора 26 соответственно. Выход первого формирователя 24 опорного напряжения соединен с инвертирующим входом первого компаратора 11, выход второго формирователя 25 — с неинвертирующим входом второго компаратора 12.. Выходы компараторов ll и 12 соединены с входами первого элемента ИЛИ 27, выход крторого является первым входом третьего элемента И3 28. Второй вход третьего элемента И3 28 соединен с третьим .входом второго элемента И2 13, выходом формирователя 15 сигналов запрета и через резистор 29 — с "плю1l сом источника питания ° Третий вход третьего элемента ИЗ 28 соединен с вторым выходом ждущего мультивибратора 26, а выход — с первым входом второго элемента ИЛИ 30, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И2 13 и входом ждущего иультивибратора 26, à выходс входом расширителя 31 импульсов.

Выход последнего связан с входом

30 инвертора 3?, выход которого является третьим входом первого логического элемента И1 8. Первым входом первого формирователя опсрного напряжения 24 является анод первого диода 33, катод которого соединен с одним концом первого резистора 34, другой конец которого связан с вторым резистором 35 и конденсатором

36 с заземленным вторым концом. Друg гой конец второго резистора 35 соединен с анодами второго 37 и третьего 38 диодов. Катод второго диода

: 37 соединен с одним концом третьего резистора 39 и является вторым входом формирователя 24. Катод третьего диода 38 соединен с другим концом третьего резистора 39 и;;вляется выходом формирователя 24. Второй формирователь опорного напряжения 25 аналогичен первому формирователю 24 за исключением того, что перзый его диод 40 и третий диод 41 имеют обратную полярность включения, а вместо второго диода используется стабилитрон 42. Назначение первого 43, второго 44, третьего 45 резис оров и конденсатора 46 также аналогично соответствующим резисторам 34, 1141498

35, 39 и конденсатору 36 первого формирователя 24 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы от блока 2 датчиков тока разделяются по знаку полупериода с помощью многоплечевого диодного полумоста 3 и поступают на вход схе10 мы 4 сравнения, где ограничиваются по амплитуде до величины напряжения стабилизации стабилитронов. При этом по пусковому органу 7 и сопротивлению 10 протекает дифференциальный ток, а с выхода схемы 4 сравнения

15 снимается напряжение, пропорциональное длительности несовпадения ограниченных по амплитуде сигналов с ее плеч при токах, более тока стабили20 зации, при токах же менее тока стабилизации — пропорциональное дифференциальному току. Защита срабатывает, если срабатывает реагирующий

5.и пусковой 7 органы и на третьем

25 входе логического элемента И1 8 будет при этом сигнал высокого уровня. Время срабатывания защиты составляет 3- 4 мс и определяется углом блокировки реагирующего органа 5.

Описанная часть схемы не может обеспечить необходимый уровень отстроенности от внешних КЗ при указанном быстродействии, поскольку фазовые погрешности ТТ (или датчика тока) в переходных режимах могут превышать 200, а угол блокировки о из условия работоспособности при внутренних КЗ со сдвинутыми по фазе токами целесообразно иметь не 4g более 60-70О. Кроме того, уровень тока стабилизации (переход в фазный режим работы) в защите сборных шин, питающих мощную нагрузку с большой додей асинхронных двигателей, может оказаться достаточно высоким по условию отстройки от вытекающего тока нагрузки при внутреннем несимметричном КЗ на эемпю. Этот уровень может оказаться выше минимальных токов КЗ,способных вызвать достаточно тяжелый переходный.процесс, когда защита работает как дифференциальная. Поэтому, как и в известном устройстве, в зашите 55 предусматривается логическая часть, принцип действия которой основан на следующих свойствах переходного процесса в ТТ при преимущественно активной нагрузке.

В переходном процессе даже при самых неблагоприятных условиях ТТ входит в насьпцение не сразу, а спустя определенное время, в течение которого трансформация тока осуществляется практически без погрешнос» ти. Таким образом, при внешнем КЗ появление тока небаланса, равного току намагничивания насытившегося ТТ, будет во времени отставать от момента появления напряжения на схеме

4 сравнения. Однако при последующих за первым периодах такой характер переходного процесса возможен лишь при глубоких.насьпцениях ТТ и активной нагрузке, близкой по величине предельной (переходной процесс первого рода). При этом ТТ в каждой положительной полуволне (совпадающей по знаку с апериодической слагающей) входит в насьпцение, а в от- рицательной — выходит, и трансформация вновь происходит без погрешности.

В большинстве случаев нагрузка ТТ и ток КЗ значительно меньше предельных, что при больших постоянных времени первичной сети может также обусловить насьпцение ТТ, однако характер этого процесса (назовем его процессом второго рода) будет иным. При этом в периодах, следующих эа периодом первоначального насьпцения, ТТ в течение нескольких периодов не выходит из насыщения, мгновенное значение тока намагничивания (ток небаланса) не равно нулю в начале положительных полуволн первичного тока, ток небаланса носит, как правило, однополярный характер. Однако при переходном процессе первого рода в одном плече защиты н переходном про- . цессе второго рода — в другом возможен и разнополярный ток небаланса.

Идентификация режима в периодах, последующих sa периодом первоначального насьпцения, осложняется в первом роде переходного процесса, вопервых, значительным уменьшением времени "идеальной" трансформации вследствие быстрого насыщения ТТ одного плеча защиты и, во-вторых, снижением напряжения на схеме сравнения менее порога запуска логической части. При втором роде переходного процесса» кроме того, в начале полуволн дифференциальный ток не равен нулю, 1141498

12 т.е. отсутствует "идеальная" трансформация даже на ограниченном интервале времени. Восстановление бестоковых пауз в устройстве достигается путем дифференцирования тока небаланса.

Поставленная цель достигается путем повьппения устойчивости идентификации режимов внешних и внутренних КЗ в переходных процессах. учитывая свойства переходного про- цесса в ТТ, в первом периоде при внешнем КЗ фиксируют несовпадение производной дифференциальной тока и напряжений на плечах схемы сравнения в интервале времени, когда последние совпадают между собой.

Чтобы не было необходимости запоминать этот признак на весь переход- 20 ный процесс, порог запуска логической части в последующих периодах при внешнем К3 необходимо снизить. С целью повышения устойчиво сти идентификации режима внешнего

КЗ в периодах, следующих после периода первоначального насьпцения одного из ТТ, начиная со второго пе.риода и до конца переходного про;цесса фиксируется нессвпадение про- 30, изводной дифференциального тока с первым появившимся из напряжений схемы сравнения. Кроме того, для повышения устойчивости идентификации режимов внешних и внутренних КЗ в пере-у5 ходных процессах при защите шин узловых подстанций и ГЭС, порог ее запуска зависит от амплитудного значения рабочего тока предаварийного режима, так как максимум мгновенно- 40

ro значения тока КЗ отличается от последнего как минимум в 1,5-2 раза и имеет место в первом периоде пе- . реходного процесса. Поскольку рабочий ток на шинах, мощных узловых под- 45 станций и ГЭС как правило не изменяется скачком в 1,5-2 раза за время одного периода (исключая пуски сверхмощных электродвигателей, при которых, однако, возникают переход- 5О ные процессы, аналогичные КЗ), запуск логической части схемы в рабочих режимах производиться не будет, если плавно изменяющийся порог запуска по положительным полуволнам напряжения на плечах схемы 4 срав,нения (У, ) и отрицательным (Учч ) будет превышать максимум мгновепного значения предшествующего тока нагрузки в Кп=1,5-2,0 раза.

При внутренних К3 напряжения на плечах схемы сравнения U u U ли6о не совпадают, либо производная от дифференциального тока i Id совпадает с напряжениями U u U на интервале совпадения последних. В предлагаемом устройстве, как и в известном, при внутреннем КЗ и наличии вытекающего тока нагрузки с о взаимным углом, близким к 180 на а 6

1 пряжения У и U совпадают, при этом

id принимает нулевые значения в интервале этого совпадения, что может быть воспринято устройством как признак внешнего КЗ, если величина вытекающего тока нагрузки превышает уровень запуска логической части.

Для устранения возможных действий устройства в таких режимах вводится задержка на возврат измерительного органа, фиксирующего величину

11

Алгоритм работы логической части схемы можно описать следующим образом.

l. По напряжениям плеч схемы сравнения U u U задается пепео а менный пороговый уровень Цу =U„, плавно отслеживающий амплитудные их значения и с запасом, превьппающим их. При быстром (в течение одного периода) возрастании напряжений U u U а 6 более, чем в К раз по этим напряжениям на переменном уровне U < и U„<

О формируются хотя бы один раз в течение периода логические сигналы

U„, (Пб) .

2. Из выпрямленных сигналов производной от дифференциального тока на определенном уровне (i dg) формируются логические сигналы (iid которые удлиняются на время

3. При совпадении логических сига б налов U и .U и отсутствии при этом логического сигнала li dj, удлиненI ного на t5, формируется сигнал "3aпрет", при этом сигнал Запрет" удлиняется примерно на 25 мс и блокирует защиту; запускается элемент памяти, который на время существования переходного процесса снижает уровень формирования логических curUí÷ " Uí а

4. Из входных сигналов Б и U в течение всего переходного процесса (после фиксации внешнего K3) форми14

1141498

13 руются логические сигналы Uä и U„ а на более низком уровне, не зависящем от амплитуды входных сигналов. Сигналы "Запрет" в последующих после первого периодах формируются при отсутствии логического сигнала li d{ в момент появления первого из сигналов

U или U+. н . н

Логическая функция "Запрет R соответствующая описанному алгоритму, может быть выражена следующим образом;

1О. R ={0 AU < h l r d I 0 1 ч

v{r

4 где П вЂ” оператор задержки логического сигнала на величину

П - оператор памяти.

При этом формирователи 24 и 25 опорного напряжения (фиг. 1) реализуют следующие требования: при плавных и незначительных изменениях входа ного напряжения U u U (менее, чем в Krr раз) пороговое напряжение

Б „ (У о„) должно с запасом превышать входное, а при быстром (в течение од- о ного периода) увеличении входного сигнала в Кп раз к моменту поступления максимума при наиболее неблаго.приятных углах включения амплитуда входного сигнала должна достигать 35 величины порогового напряжения

U>> (U„„); после выдачи сигнала "3aпрет" пороговое напряжение должно снизиться до минимального уровня

U> и не зависеть от величины вход- 40 ного сигнала; закон изменения порогового напряжения должен восстанавливаться после истечения выдерж- ки времени t>, задаваемой элементом памяти, с учетом возможного возра- 4$ стания токов нагрузки в послеаварийном режиме.

Компараторы 11 и 12 (фиг. 1) предназначены для формирования логических сигналов „п и 11„ или U„ H UHs SO а б зависимости от уровня опорйого йапряжения. Формирователи опорных напряжений,ФОН1-24 и ФОН2-25 изменяют уровень опорного напряжения

U„> в зависимости от интенсивности 55 входных сигналов U (U ): если начальа б . ное опорное напряжение U „меньше

U (U ), то ФОН1-24 и ФОН2-25 стремятся увеличить l1r,„ до U (U ). а 8

Чтобы в рабочем режиме логическая часть не запускалась, на рабочий вход компараторов 11 и 12 подается . только часть напряжения U и 11 соо ответственно. При этом изменение

Urrg во времени происходит таким образом, что при возрастании амплитуды последующей полуволны 11 (U ) по сравнению-.с предыдущей менеъ, чем в K„ pas, величина превышает

U (Ь ) и логические сигналы 0 и U

„ и а не формируются.

При внешнем К3 (фиг. 2) компараторы ll и 12 срабатывают одновременно, поскольку в первом периоде (или части периода) ТТ еще не насыщены и ток в дифференциальной цепи отсутствует. Логические сигналы

I i d{ формируются при помощи дифференциатора. 14 и двух компараторов

16 и 17 на заданном уровне i d>. с

Удлинение и инвертирование сигналов

}i d { производится при помощи кон° I денсатора 22 и инвертора 20, На диодах !8 и 19 собрана схема ИЛИ.

Поскольку в начальной части переход° ного процесса сигналы (i d) отсутствуют, на всех трех входах элемента И 13 будут потенциалы высокого уровня. С выхода. элемента И 13 сигнал подается на вход ждущего мультивибратора 26, выполняющего функции элемента памяти, и через элемент

ИЛИ2 30 - на вход расширителя 31 импульсов, где он удлиняется до

25 мс, инвертируется (инвертор 33) и в виде непрерывного сигнала низкого уровня поступает на третий вход элемента И 8,"блокируя срабатывание защиты. Ждущий мультивибратор

2б формирует импульсы длительностью

t гарантирующей затухание переход- . нйх токов небаланса..При этом с его первого выхода на второй вход первого формирователя 24 опорного напряжения подается логический сигнал низкого уровня, а с второго выхода на второй вход второго формирователя

25 — сигнал высокого уровня, благодаря чему формирователи 24 и 25 снижают уровень опорного напряжения до минимально . необходимого (Urr U< ) по условиям устойчивого запуска компараторов ll и 12 при глубоких насыщениях ТТ. Таким образом., с момента появления первого логического импульса R на выходе элемента И2 13

1141498 в течение всего переходного процесса вызывающего насыщение ТТ, формирование логических импульсов по напряжению с плеч схемы 4 сравнения производится на сниженном уровне. По- 5 скольку в конце отрицательной полуволны. производная от тока небаланса невелика, логические сигналы (i dl к началу положительной полуволны второго и последующих периодов изчезают. При этом необходимо, чтобы задержка сигнала i dl на время t> не приводила бы к осуществованию последнего в .начале следующей положительной полуволны.. 15

При втором роде переходного процесса в ТТ передний фронт вторичного тока насыщенного ТТ отстает от переднего фронта ненасыщенного (до 2,5 мс), поэтому момент совпадения напряже- 10 ния на плечах схемы сравнения в начале положительных полуволн после насыщения одного из ТТ практически совпадает с появлением небаланса в дифференциальной цепи (ti dl). Это привело бы к снятию блокирующих сигналов логической части. Поэтому в последующих полуволнах после определения факта внешнего КЗ в первой полуволне устройство меняет алгоритм работы:30 для формирования импульсов R уже достаточно наличие логических сигналов

UH или U на выходах компараторов 11 а и 12 и соответственно отсутствие (i d) .с выхода формирователя сигна35 лов запрета 15 (фиг. 2) . Указанный алгоритм реализуется при помощи схе-. мы ИЛИ! 27, ИЗ 28 и ..вступает в действие лишь после срабатывания ждущего мультивибратора 26, т.е. после 40 появления логической единицы на третьем входе элемента ИЗ 28.

В режиме внутреннего КЗ с односторонним питанием плечи схемы сравнения током обтекаются поочередно, поэтому совпадения сигналов U u U I а на входах элемента И2 13 не будет, логическая функция R не сформируется.

В режиме внутреннего К3 с двухсторонним питанием,со сдвинутыми по фа- О зе токами (фиг. 3) в течение некоторого времени возможно совпадение о о сигналов U u U на входах элеменч v та И2 13, однако при этом не равен нулю сигнал 1i d) и функция К попрежнему равна нулю.

При внутреннем КЗ и наличии вытекающего тока нагрузки с взаимным yrлом, близким к !80о, превышающим уровень формирования сигналов V u

5 ч

Пч, будет совпадение сигналов на двух входах элемента И 13 при наличии сигнала i d1. Однако еслн взаимный угол близок к 180О, то Й момент совпадения сигналов U u U

v сигнал l i Й может отсутствовать в течение некоторого времени. Для перекрытия последнего введена задержка на возврат 1 i de на время t, длительность которой в расчетном случае должна быть достаточной, чтобы на выходе инвер ора 20 постоянно был логический нуль.

Таким образом, описанный алгоритм работы защиты обеспечивает высокую устойчивость идентификации внешних . и внутренних К3 как в первом периоде переходного процесса, так и в каждом последующем, включая периоды .максимального намагничивания одного из ТТ, что,обеспечивает высокую отстроенность защиты от внешних КЗ. при сохранении высокого быстродействия — при внутренних, в том числе при переходе внешнего КЗ во внутреннее.Использование изменяемого порога запуска логической части устройства в зависимости от тока предшествующего режима, его резкое снижение в последующих после первого периодах переходного процесса при одновременном изменении алгоритма формирования сигналов Запрет" обеспечивают достижение поставленной цели.

По сравнению с базовым объектом за который принята начавшая: . выпускаться промышленностью дифференциальная защита шин с торможением (ДЭШТ), предлагаемое устройство защиты обладает лучшей отстроенностью от внешних КЗ и быстродействием— при внутренних КЗ. Устройство обладает высокой отстроенностью при внешних КЗ, сопровождающихся наиболее неблагоприятными переходными процессами в цепях защиты. При этом отстроенность устройства не снижается при использовании его для защиты двойной системы сборных шин, а также сборных шин мощных узловых подстанции или ГЭС, максимальный сквозной ток которых значительно отличается от номинальных токов ТТ. Быстродействие же защпты не снижается как при наличии апериодической слагающей в токе КЗ, так и сдвинутых по фа18

1141498

17 зе токах или вытекающих из места повреждения токов нагрузки и составляет 4-5 мс, если длительность первой полуволны тока КЗ на уровне тока срабатывания устройства соответствует углу блокировки фазного органа

60-65 о. Ток срабатывания устройства защиты, если не предусматриваются специальные блокировки от обрыва токовых цепей, составляет 1,21,3 номинального тока наиболее мощного присоединения.

1141498

il 141498

И1 2

Составитель Л.Корнеева

Редактор Н.Яцола Техред. О.Ващишина

Корректор М. Леонтюк

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

Заказ 508/41 Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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