Устройство для дифференциальной защиты электроустановки

 

Изобретение относится к области электротехники (релейной защите электроустановок j и может быть использовано для защиты сборных шин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов , реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов, крупных электродвигателей. Цель изобретения - повышение селективности в .режиме за« ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

- СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д11 4 Н 02 Н 3/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕЧЕЛЬСТБУ (61) 907666 (21} 3854741/24-07 (22} 13.02.85 (46} 23.09.86. Бюл. Ф. 35 (71} Новосибирский электротехнический институт (72) Л.В. Багинский, И.В. Баннов н А.Ф. Саломатин (53) 621.316.925 -(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 907666, кл. Н 02 H 3/28, 1980..ЯО, 259 88 А 2

1541 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ

ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ (57) Изобретение относится к области электротехники (релейной защите электроустановок) и может быть использовано для защиты сборных шин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов, реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов, крупных электродвигателей. Цель изобретения— повышение селектнвности в .режиме за1?59388 мыкания большой части витков или всей последовательной обмотки авто— трансформатора. Устройство содержит блок 1 датчиков тока, который через формирователь 3 входного логического сигнала, через ждущий мультивибратор 23, элемент И 24, расширитель 25 импульсов, блок 13 срабатывания присоединен к фазовому органу 7. Устройство содержит также

Изобретение относится к электро" технике, а именно к релейной защите электроустановок, может быть использовано для защиты сборных шин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов (автотрансформаторов ) реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов и крупных электродвигателей электростанций и является усовершенствованием устройства по авт.св. Р 907666.

Цель изобретения — повышение селективности в режиме замыкания большой части витков или всей последовательной обмотки автотрансформатора.

На фиг. 1 изображена уструктурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — принципиальная схема формирователя входного логического сигнала; на фиг. 3 — принципиальная схема фазного органа; фиг. 4 — принципиальная схема блока разрешения срабатывания; фиг. 5 — принципи- схема блока запрещения срабатывайия; фиг. 6 — принципиальная -схема блок контроля длительности входного сигнала; фиг. 7 — принципиальная схема блока контроля паузы, фиг. 8 — эпюры токов и напряжений на элементах устройства в режиме замыкания большой части витков или всей последонательной обмотки автотрансформатора; фиг. 9 — то же, в режиме внешнего короткого замыкания.

Устройство для дифференциальной защиты электроустановки содержит (фиг. 1) блок датчиков тока, одно— именные вторичные концы которых подключены к многоплечевому диодному полумосту 2, выход которого подклюпреобразователь 9 дифференциального тока, блок 17 торможения, блок 21 контроля паузы, блок 19 дозирования.

Повышение селективности в режиме замыкания большой части витков достигается введением дополнительного элемента И 24, ждущего мультивибратора

23 и расширителя 25 импульсов. 9 ил. Дополнительное к авт.св. М -907666.

2 чен к формирователю 3 входного логического сигнала.

Выход диодного полумоста подключен также к блоку 4 сравнения, который связан через разделительный трансформатор 5 и выпрямительный мост 6 с основным входом фазного органа 7, выход которого подключен к одному из входов первого логического элемента

И 8. Преобразователь 9 дифференциального тока включен в дифференциальную цепь защиты, его линейный выход соединен с входами пускового органа

10 и первого логического элемента 11, 15 выход которого соединен с вторым логическим элементом 12 и блоком 13 разрешения срабатывания. Выход второго логического элемента 12 подключен к блоку .4 запрещения срабатывания.

Блок 15 временной задержки подключен к выходу формирователя 3. Пороговый элемент !6 подключен к линейному выходу преобразователя 9 дифферен25 циального тока, к которому также подключен блок 17 торможения, выход которого через сумматор 18 подключен к одному из входов блока 19 дозирования. Выход дифференцирования преобразователя 9 подключен к блоку 20

30 контроля длительности входного сигнала и к блоку 21 контроля паузы, выходы которых через элемент ИЛИ 22 подключены к другому входу блока 19 дозирования. Выход формирователя 3

З5 соединен с входом фазного органа 7, с одним из входов логического элемента 11 и подключен к ждущему мультивибратору 23, выход которого через второй элемент И 24 подключен к расширителю 25 импульсов, выход которо! 259 го

t5

ЭО

55 го подключен к фазному органу.

Выход первого логического элемента И 8 является выходом устройства.

Формирователь 3 входного лог".ческого сигнала, предназначенный для управления углом блокировки фазного органа, может содерж,"ть (фиг.2), например, сумматор и компаратор, причем входы сумматора являются входами формирователя 3. Выход сумматора соединен с входом компаратора, выход же ко ..паратора является выходом формирователя 3. Выход дифференцирования преобразователя 9 дифференциального тока соединен с вторым входом второго элемента И 24, а линейный выход преобразователя 9 — с входом сумматора 18. Выход блока 15 временной задержки соединен с вторым входом второго логического элемента 12. . Выход первого элемента 16 соединен с входом блока 19 дозирования, выход которого соединен с первым управляемым входом фазного органа 7.

„ Выход пускового органа 10 соединен с одним из входов первого элемента

И 8. Объединенные выходы блоков разрешения 13 и запрещения 14 соединены с третьим входом первого логического элемента 11 и одним из выходов первого логического элемента И 8.

Фазный орган, предназначенный для обеспечения устойчивости функционирования устройства в режимах внешних коротких замыканий с насыщением трансформаторов тока и включения силового трансформатора (автотраисформатора) на холостой ход, может содержать (фиг. 3), например транзисторный ключ, времяэадающую цепь, компаратор и развязывающие диоды, причем вход транзисторного ключа является входом фазного органа 7. Выход транзистор-. ного ключа соединен с входом времязадающей цепи, выход которой соединен с рабочим входом компаратора.

Рноды развязывающих диодов соединены с управляющими входами фазного органа 7. Катоды развязывающих диодов объединены и соединены с управ-. ляющим входом комнаратора, выход которого является выходом фазного органа 7.

Блок 13 разрешения срабатывания, предназначенный для выдачи логического сигнала разрешения срабатывания на логический элемент И 8 в ре388 4 жиме внутренних повреждений, может быть выполнен (фиг,4) из входного диода, конденсатора, логического элемента И-НЕ и выходного диода. Катод входного диода соединен с вхо" дом блока 13, а анод — с входом логического элемента, который объединен с конденсатором. Выход логического элемента соединен с анодом выход- ., ного диода, катод которого соединен с выходом блока 13.

Блок 14 запрещения срабатывания, предназначенный для вЫдачи логического сигнала запрещения срабатывания на логический элемент И 8 в режиме внешних повреждений в условиях предельно искаженной формы входных то" ков, выполнен, например по схеме (фиг. 5j, содержащей входной диод, конденсатор, два логических элемента И-НЕ и выходной диод. Катод входного диода соединен с входом блока

14, а анод — с входом первого логического элемента, который объединен с конденсатором. Выход первого логического элемента соединен с входом второго логического элемента, выход которого соединен с анодом выходного диода. Катод выходного диода соединен с выходом блока 14.

Блок 20 контроля длительности входного сигнала предназначен для сравнения длительности входного сигнала с максимально возможной шириной основания однополярного импульса тока включения силового трансформатора на холостой ход. Блок 20 может быть выполнен, например, по схеме (фиг. 6), содержащей ждущий мультивибратор и логический элемент И, выход которого является выходом блока 20. Вход ждущего мультивибратора соединен с одним из входов элемента И и является входом блока 20. Второй вход элемента И соединен с входом ждущего мультивибратора.

Блок 21 контроля паузы предназначен для контроля паузы между напряжением, подаваемым на трансформатор, и током .в дифференциальной цепи устройства защиты. Блок 21 может быть выполнен, например, по схеме (фиг. 7), содержащей ждущий мультивибратор и логический элемент И, выход которого является выходом блока 21. Вход ждущего муль+ивибратора является входом напрядения блока 2!. Другой вход блока 2! является также н первым вхо12593

Устройство позволяет получить

S0 участок характеристики, на котором защита работает как дифференциальная с торможением. Это позволяет получить достаточную чувствительность к внутренним коротким замыканиям, сопровождающимся вытекающими токами нагрузки при сохранении достаточной степени отстроенности защиты от токов небаланса, вызванных токами, при кото5 дом логического элемента И. Выход ждущего мультивибратора соединен с вторым входом логического элемента И.

Расширитель 25 импульса предназначен для расширения длительности выходного импульса элемента 21 до величины, необходимой для надежного срабатывания фазного органа 7.

Устройство работает следующим образом. 10

Токи от трансформаторов тока плеч защиты поступают на первичные обмотки датчиков тока. Грубое согласование величины входных токов осуществляется выбором числа витков первичных 15 обмоток датчиков тока, а точное

I регулированием переменных резисторов, подключенных параллельно третыж обMQTKBM датчиков тока. Сигналы от датчиков тока разделяются по знаку 20 полупериода с помощью многоплечевого диодного полумоста 2 и поступают на вход блока 4 сравнения 4.

При внутреннем коротком замыкании и совпадающих по фазе токах плечи 25 схемы сравнения попеременно обтекаются токами положительной и отрицательной полярности. Это приводит к появлению в сердечнике трансформатора 5 знакопеременного магнитного потока, 30 который наводит во вторичной обмотке

ЭДС. При малых токах внутреннего повреждения, не превышающих максимальный нагрузочный ток, стабилитроны блока сравнения заперты и ЭДС вторичной обмотки трансформатора 5 имеет синусоидальный характер. Имеет место дифференциальный режим работы, когда ток срабатывания не зависит от величины сквозного тока. При превы- 10 шении сквозным током величины максимально возможного тока нагрузки при внутреннем повреждении (2,5-3) номинального тока трансформатора стабилитроны открыВаются и практически шунтируют выход блока 4, защита перех6дит в дифференциально-фазный режим работы.

88 б рых защита еще не переходит в дифференциально-фазный режим работы. Если при внутренних повреждениях, когда током обтекаются оба плеча попеременно, напряжение на входе блока 4 не превышает напряжения стабилизации стабилитронов блока сравнения, то при внешнем, когда током обтекаются оба плеча блока 4, это напряжение вдвое больше при токах„ больших тока стабилизации. Это обстоятельство используется в защите в качестве дополнительного признака внешнего

Короткого замыкания. Блок 3 фиксирует напряжение на входе блока 4, пропорциональное сумме модулей токов присоединений на уровне (1,7-1,8) напряжения стабилизации стабилитронов, формирует прямоугольный сигнал, который подается на входы первого логического элемента 11 и блока 15 временной задержки, а также на ждущий мультивибратор 23 и на второй управляющий вход фазного органа 7, увеличивая его угол блокировки. Следовательно, при внутренних повреждениях угол блокировки будет меньше, чем при внешних.

При работе устройства в условиях предельно искаженной информации от трансформаторов тока отмечено следующее свойство переходного процесса впоследних при преимущественно актив-, ной нагрузке. При возникновении короткого замыкания трансформаторы тока входят в насьпцение не сразу, а спустя некоторое время, определяемое характером переходного процесса, параметрами трансформатора тока, нагрузки и предшествующим состоянием трансформатора тока. В течение этого времени (в тяжелом переходном процессе менее 5 мс) первичный ток трансформируется во вторичную цепь практически полностью и ток намагничивая либо практически отсутствует, либо достаточно мал и весьма медленно изменяется. Если индукция достигает величины, превышающей индукцию насыщения, происходит "срыв" вторичного тока, когда последний приобретает практически нулевую величину, а мгно1 венное значение тока намагничивания величину приведенного первичного тока. Таким образом, передний фронт тока намагничивания всегда отстает от переднего фронта вторичного тока.

1259388!

7

Дифференциальный ток состоит из алгебраической суммы мгновенных зна— чений вторичных токов, но при внешних коротких замыканиях с тяжелыми переходными процессами дифференциаль- н и ток становится равным току намагничивания одного из насытившихся трансформаторов 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 выпрямленного дифференциального и суммы входных совпадают, а при внешних — первый будет отставать от второго на время не менее 1,5-2 мс, т.е. в дифференциальном токе будут либо . 2б паузы (фиг.9), либо интервалы с весьма медленным его изменением в окрестностях минимума °

В режиме замыкания большой части витков последовательной обмотки авто- 25 трансформатора вследствие уменьшения сопротивления лучей схемы замещения между сторонами высокого и среднего напряжения резко возрастает сквоз ной ток, что для защиты является 30 признаком внешнего повреждения.

При этом устройство переходит в дифференциально-фазный режим, затем вырабатывается напряжение, равное удвоенному напряжению стабилизации стабилитронов, и формирователь 3 входного логического сигнала блокирует фазный орган 7. Одновременно с этим уменьшается рабочий сигнал на основном входе фазного органа,так как он

40 равен разности трапецеидальных напряжений на плечах блока 4 сравнения и по длительности в 2-3 раза меньше угла блокировки. Однако в автотран-, сформаторе при этом протекает ток повреждения, и он должен быть отключен. Для идентификации этого режима предназначены вновь введенные второй логический элемент И 24, ждущий мультивибратор 23 и расширитель 25 импульса. Ток повреждения обуславливает протекание дифференциального тока в устройстве, притом передний фронт суммы входных токов совпадает с производной дифференциального тока. Этот факт является отличительным качественным признаком рассмотренного режима.

В качестве сигнала, фиксирующего передний фронт вторичного тока, при наличии сквозного тока используется напряжение, снимаемое с блока 4 сравнения с помощью формирователя 3. Это напряжение поступает на вход ждущего мультивибратора 23, который запускается и выдает импульсы длительностью

1,5 мс на первый вход второго логического элемента И 24 (фиг. 8). Одновременно с выхода дифференцирования преобразователя 9 дифференциального тока на второй вход второго логического элемента И 24 поступают импульФ сы, соответствующие по длительности ширине основания модуля производной дифференциального тока. Происходит совпадение по времени сигналов на входах логического элемента И 24.

Это приводит к появлению на выходе последнего единичного логического сигнала, который расширяется в расширителе 25 импульсов на величину, необходимую для срабатывания фаэного органа 7. Пусковой орган 10 при этом также срабатывает. При совпадении сигналов от фазного 7 и пускового 10 органов на входах логического элемен а И 8 защита срабатывает.

При внешнем замыкании сигнал с выхода формирователя 3 опережает на

l,5-2 мс сигнал с выхода преобразователя 9 дифференциального тока (фиг.9) .

Поэтому к моменту поступления дифференциального тока на вход второго логического элемента И 24 на втором входе отсутствует сигнал, так как ждущий мультивибратор 23 через 1,52 мс переходит в исходное состояние.

При этом, на выходе второго логического элемента И 24 отсутствует сигнал, т.е. последний не влияет на работу устройства защиты при внешних эамьпсаниях.

Формула изобретения

Устройство для дифференциальной защиты электроустановки по авт.св.

9 907666, отличающееся тем, что, с целью повышения селектив— ности в режиме замыкания большой части витков или всей последовательной обмотки автотрансформатора, в него дополнительно введены второй логический элемент И, ждущий мультивибратор и расширитель импульса, причем вход ждущего мультивибратора

l подключен к выходу формирователя входного логического сигнала, а выход — к входу второго логического элемента И, второй вход которогг объединен с выходом дифференцирова259388 10 ния преобразователя дифференциального тока, а выход подключен к входу расширителя импульса, выход которого подключен к основному входу фазного органа.! 259 !88

Vlb

Vky.

Иых

Иых

4мх

Составитель Л. Бондаренко

Техред Й.Ходанич

Редактор И. Дербак

Корректор .В. Бутяга

Заказ 5132/53

Тирах 612

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4