Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен блок преобразования входных величин, блок сравнения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодов блока преобразования входных величин, пусковой блок, включенный через разделительный трансформатор и выпрямительный мост между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабилитронами блока сравнения, фазный блок, включенный между резисторами и стабилитронами блока сравнения блок управления временем блокировки, вход. которого соединен с блоком сравнения, а выход - с управляющим входом фазного блока, логический элемент И, входы которого соединены с выходами пускового и фазного блоков, а выход является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьпяения устойчивости функционирования , в него введены блок формирования производной дифференциального тока и блок управления, при этом вход блока формирования производной дифференциального тока подключен к выпрямительному мосту, выход - ко второму входу блока управления, а блок управ (Л ления содержит последовательно соединенные формирователь импульсов, вход которого является первым входом блока управления, соединенным с блоком сравнения, выявитель признака идентификации режима, второй вход которого объединен с входом транзисторного ключа и является вторым входом блока управления, запоминающий ел блок и транзисторный ключ, выход ко торого является выходом блока управления , соединенного с управляющим Э6 входом фазного блока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (! 9) (! 1) 4(s() Н 02 Н 3/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO. ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 36901 73/24-07 (22) - 1 1. 01. 84 (46) 15.05.85. Бюл. ¹ 18 (72) Л.В.Багинский, Ю.А.Гуляев., А.В.Дмитриев, В.П.Ерушин и С.И.Исаев (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР №- 7297 18, кл. Н 02 Н 3/28, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 985878, кл. Н 02 Н 3/28, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАЦИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен блок преобразования входных величин, блок сравнения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодов блока преобразования входных величин, пускозой блок, включенный через разделительный трансформатор и выпрямительный мост между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабилитронами блока сравнения, фазный блок, включениьФ между резисторами и стабилитронами блока сравнения, блок управления временем блокировки, вход, которого соединен с блоком сравнения, а выход — с управляющим входом фазного блока, логический элемент И, входы которого соединены с выходами пускового и фазного блоков, а выход является выходом устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения устойчивости функционирования, в него введены блок формирования производной дифференциального тока и блок управления, при этом вход блока формирования производной дифференциального тока подключен к выпрямительному мосту, выход — ко второму входу блока управления, а блок управления содержит последовательно соединенные формирователь импульсов, вход которого является первым входом блока управления, соединенным с блоком сравнения, выявитель признака идентификации режима, второй вход которого объединен с входом транзисторного ключа и является вторым входом блока управления, запоминающий блок и транзисторный ключ, выход которого является выходом блока управления, соединенного с управляющим входом фазного блока.

1156184

Изобретение относится к релейной

Г защите и может быть использовано для защиты электроустановки, в частности сборных шин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов (автотрансформаторов), реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов и высоковольтных электродвигателей электростанций и подстанций.

Известно устройство для дифференциально-фазной защиты сборных шин, содержащее датчики тока, включенные в каждое плечо защиты, схему сравнения на резисторах и стабилитронах, пусковой орган, фазный орган, подклю-15 ченный к выпрямительному мосту, два логических элемента, причем выход второго соединен с входом первого и входом блока запрещения срабатывания (1j .

Однако в этом устройстве при работе ТХ в области средних индукций при внешних коротких замыканиях (КЗ) возможно снятие запрещающего сигнала логическим блоком, что может привес- 5 ти к неселективному действию защиты.

При внутренних КЗ с большими вытекающими токами нагрузки возможно блокирование защиты.

Наиболее близким к изобретению 30 является устройство для дифференциально-фазной защиты, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен диодный блок преобразования входных величин, блок срав-З5 нения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодного блока преобразования входных величин, пусковой g0 блок, включенный через разделительный трансформатор и выпрямительный мост между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабилитронами блока сравнения, фазный блок, включенный между резисторами и стабилитронами блока сравнения, блок управления временем блокировки, один вход которого соединен с блоком сравнения, а выход — с фазным блоком, логичес- 50 кий элемент И, входы которого соединены с выходами фаэного и пускового блоков P2) .

Однако известное устройство характеризуется недостаточной устойчивос- 55 тью. функционирования. При этом оно требует" запоминания запрещающего сигнала первого периода переходного проЦесса на несколько периодов при внешних КЗ. Поэтому при переходе внешнего КЗ во внутреннее возникает задержка в срабатывании. Кроме того, при пусках синхронных компенсаторов и мощных высоковольтных электродвигателей может возникать насьпцение ТТ одного плеча, причем ХТ второго плеча практически не насьпцается, в этом режиме возникает ложный сигнал, который не перекрывается временем блокировки.

Целью изобретения является повышение устойчивости функционирования.

Цель достигается тем, что в устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен диодный блок преобразования входных величин, блок сравнения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодов блока преобразования входных величин, пусковой блок, включенный через разделительный трансформатор и выпрямительный мост между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабили ронами блока сравнения, фазный блок, включенный между резисторами и стабилитронами блока сравнения, блок управления временем блокировки, вход которого соединен с блоком сравнения, а выход — с управляющим входом фазного блока, логический элемент И, входы которого соединены с выходами фазного и пускового блоков, а выход является выходом устройства, введены блок формирования производ-. ной дифференциального тока, вход которого подключен к выпрямительному мосту, а выход — ко второму входу блока управления, и блок управления, содержащий формирователь импульсов, вход которого является входом блока и соединен с блоком сравнения и входом блока управления времени блокировки, выявитель признака идентификации режима, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а вход — с выходом блока формирования производной диф,ференциального тока, запоминающее устройство, вход которого подключен к Выходу выявителя признака иденти-. фикации режима, транзисторный ключ, управляющий вход которого соединен

1156184

КЗ ограничивается моментом иаксимума дифференциального тока, причем эа признак внешнего КЗ принято отставание переднего фронта производной диф- ференциального тока от вторичного тока. Таким образом, ограничение входного ложного сигнала на внешнем

К3 обеспечивает высокую отстроенность

2$ защиты от этого режима.

На фиг. t изображена структурная схема устройства для дифференциальнофазной защиты; иа фиг. 2 — осциллограииы токов иебаланса при внешнем (а) и внутреннем (б) КЗ; на фиг. 3— эпюры, поясняющие работу устройства при внутреннем (а) и внешним (б) К3; на фиг. 4 и 5 " осциллограммы токов и напряжений при испытании устройства в переходных режимах внутреннего и внешнего КЗ.

Устройство (фиг. 1) содержит блок

1 датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен блок 2 преобразования входных величин, блок 3 сравнения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодов блока 2 преобразования входных величин, пусковой

4S блок 4, включенный через разделительный трансформатор 5 и выпрямительный мост 6 между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабилитронаии блока 3 сравнения, фазный блок 7, блок 8 управления временем блокировки, вход которого соединен с блоком

3 сравнения, а выход — с управляющим входои фазного блока 7, логический элемент И 9, входы которого соедине5S ны с выходами пускового 4 и фаэного 7 блоков, а выход является выходом устройства, блок 10 формирования проиэс выходом запоминающего устройства, вход — с выходом блока формирования производной дифференциального тока, а выход - с управляющим входом фазного блока. S

В устройстве обеспечивается сверхсуммарный положительный эффект, обусловленный совокупностью указанных признаков, заключающийся в том, что они реализуют качественно новый приэ- lO нак идентификации режима, на основе которого осуществляется ограничение длительности ложного входного сигнала при внешних КЗ. Учитывая характер переходного тока небаланса длитель- 1$ ность входного сигнала при внешних водной дифференциального тока, вход которого подключен к выпрямительному мосту 6, и блок 11 управления, первый вхоп которого подключен к блоку

3 сравнения, второй и третий — к выходу блока 10 формирования производной дифференциального тока, а выход— к управляющему входу фазиого блока 7.

Блок 11 управления содержит формирователь 12 импульсов, вход которого является входом блока, выявитель 13 признака идентификации режима, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя 12 импульсов, а вход является вторыи входом блока, запоминающее устройство 14, вход которого подключен к выходу выявителя

13 признака идентификации режима, и транзисторный ключ 15,управляющий. вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 14, вход является третьим входом блока, а выход — выходом блока.

Формирователь 12 импульсов может быть выполнен на полевом транзисторе и дифференцирующей KC-цепи, выявитель

13 признака идентификации режима— на транзисторе n — р — n-типа, работающем в ключевом режиме, запоминающее устройство 14 может быть выполнено в виде RC-цепи.

Устройство работает следующим образом.

Токи от ТТ плеч защиты поступают на первичные обмотки блока t датчиков тока. Сигналы от датчиков тока разделяются по знаку полупериода с помощью . блока 2 преобразования входных величин и поступают на вход блока 3 сравнения. При внутреннем КЗ и совпадающих по фазе токах плечи блока 3 сравнения попеременно обтекаются токами положительной и отрицательной полярности и напряжения на плечах образуют входные сигналы фазного блока 7. При внешних КЗ полуволны тока существуют одновременно в обоих плечах блока 3 сравнения. Если эти токи невелики (соизмеримы с номинальными), то на фазный блок 7 подводится разность напряжений блока 3 сравнения, пропорциональная дифференциальному току.

При больших токах внешнего КЗ в соот.ветствие с принципом действия прототипа предлагаемого устройства напряжения на плечах блока 3 сравнения стабилизируются и на входе фазного блока 7 образуется сигнал, равный раз1156184 ности длительности полуволн токов, существующих на плечах блока 3 сравнения. Таким образом схема начинает действовать как дифференциально †фаэная.

Чтобы обеспечить надежное срабатывание в первом периоде переходного процесса в том числе и при сдвинутых по фазе токах необходимо иметь время

10 блокировки фазного блока 7 3 мс. Однако такое время не обеспечит селективной работы защиты при внешних К3 со значительным содержанием апериоди— ческой слагающей (фиг. 2), поэтому

15 необходимо принятие мер для обеспечения селективности защиты. Характер осциллограмм переходного тока небаланса (фиг. 2б) таков, что время от его начала до максимума (t() всегда меньше, чем от максимума до конца (t<).

При внутренних К3 и насыщении ТТ (фиг. 2а) t<) t . В связи с этим введено oIраничение длительности входного сигнала фазного блока 7 максимумом

Б дифференциального тока в режиме внешнего К3. Однако ограничение длительности входного сигнала фазного блока

7 приводит к снижению чувствительности защиты при внутренних КЗ особенно со сдвинутыми по фазе токами и при 30 внутренних К3 с вытекающими токами нагрузки, когда из-за ограничения длительности входного сигнала фазный блок 7 искусственно укорачивает полезный сигнал. Снижение чувствитель- 3 ности возможно также в режиме внутренних КЗ на землю, сопровождающихся высокочастотной составляющей, обусловленной разрядным током защищаемого объекта; Для предотвращения .сниже-40 ния чувствительности в устройстве используется такое управление ограничением длительности входного сигнала фазного блока 7 по качественным признакам внешнего КЗ, чтобы это 45 ограничение имело место только при внешних К3. В качестве признака внеш.него КЗ используется отставание IIe.реднего фронта производной дифференS0 циального тока от первого из вторичных токов, появившегося в блоке 3 сравнения. Для этого блок 1 датчиков тока формирует сигн ал, пропорциональный дифференциальному току защи— ты, который трансформируется разделительным трансформатором 5, выпрямляется мостом б и поступает на вход блока 10 формирования производной дифференциального тока. Блок 10 формирования производной дифференциального тока дифференцирует и инвертирует входной сигнал и положительными полуволнами (фиг. 3) выходного напряжения через постоянно открытый транзисторный ключ 15 блокирует фазный блок 7 в режиме внешних К3. При этом блок 11 управления сопоставляет передние фронты отрицательной полуволны производной дифференциального тока и первого из появившихся в блоке 3 сравнения вторичного тока и выявляет отставание первого от послед- него не менее чем на 1,5 — 2 мс. Поэтому выходной сигнал запоминающего устройства 14 отсутствует. При внутренних К3 выявитель 13 признака идентификации режима фиксирует совпаде-. ние сопоставляемых передних фронтов и вырабатывает управляющий импульс, который удлиняется запоминающим устройством l4 до момента осуществления ограничения длительности входного сигнала фазного блока 7. В результате транзисторный ключ 15 закрывается и ограничение длительности не происходит, Таким образом, реализация вышеописанного признака идентификации режима позволяет сократить в несколько раз в режиме внешнего К3 сложный сигнал, а в режиме внутреннего КЗ избежать сокращения длительности полезного сигнала. Благодаря этому повышается отстроенность устройства для дифференциально-фазиой защиты от внешних К3 и чувствительность к внутренним КЗ. Время идентификации режима составляет 1-2 мс.

1156184

1156184

UJ

01г

5z

Фиг. 4

1156184

Составитель Л.Корнеева

Редактор М.Бандура Техред О.Ващинина Корректор С.Шекмар

Заказ 3189/51 Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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