Устройство для защиты конденсаторной батареи

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите конденсаторных батарей, применяемых в установках компенсации реактивной мощности в сетях 10-35 кВ. Целью изобретения является повышение надежности путем улучшения чувствительности и селективности. Цель достигается введением в устройство трехфазного датчика напряжения 5, (фильтра напряжения прямой последовательности 6, двух амплитудных детекторов 7 и 8, счетчика импульсов 20 и логического элемента ИЛИ 23. В случае быстрого изменения напряжения в лкгбой фазе сети происходит скачкообразное изменение амплитуды напряжения прямой последовательности. С помощью второго инерционного элемента 10,второго сумматора 12 и второго формирователя модуля 15 сигнал, пропорцио- /Л нальный скачку напряжения в сети,подается на второй тормозной вход второго дифференциального реле 17. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

C0LlHAËÈCTÈ×ÅÑÍÈХ

РЕСПУБЛИК

458 А1 (19) (111 (511 4 Н 02 Н 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ail,Ü il

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4114062/24-07 (22) 01.09.86 (46) 07.02.88.Бюл. У 5 (71) Горьковское отделение Всесоюзного государственного проектно-изыскательского н научно-исследовательского института энергетических систем и электрических сетей "Энергосетьпроект" (72) Е,П.Королев, С.М.Куцовский . и Э.М.Либерэон (53) 621 ° 316 ° 925 (088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

У 712894, кл. Н 02 Н 7/16, 1978.

Патент США 1(3909672, кл. Н 02 Н 7/16, 1968. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ

Ф (57) Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите конденсаторных батарей, применяем(х в установках компенсации реактивной мощности в сетях 10-35 кВ.

Целью изобретения является повышение надежности путем улучшения чувствительности и селективностн. Цель достигается введением в устройство трехфазного датчика напряжения 5, фильтра напряжения прямой последовательности 6, двух амплитудных детекторов

7 и 8, счетчика импульсов 20 и логического элемента ИПИ 23. В случае быстрого изменения напряжения в любой фазе сети происходит скачкообразное изменение амплитуды напряжения прямой последовательности. С помощью второго инерционного элемента 10 âòîрого сумматора 12 и второго формиро» вателя модуля 15 сигнал, пропорциональный скачку напряжения в сети,подается на второй тормозной вход второго дифференциального реле 17..1 ил.

1372458

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите конденсаторных батарей, применяемых в установках компенсации реактивнбй мощности.

Цель изобретения - повышение надежности путем улучшения чувствитель" ности и повышения селективности saщиты.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства..

Устройство содержит датчик 1 тока, включенный на ток между незаэемленными нейтралями двух соединенных в звезду секций конденсаторной батареи (КБ) 2, подключенной через выключатель 3 к сети 4, трехфазный дат» чик 5. напряжения сети, фильтр 6. напряжения прямой последовательности, первый и второй амплитудные детекторы 7 и 8,. первый и второй инерционные элементы 9 и 10 с рабочим и управляющим входаии, первый и второй сумматоры 11 и 12 с инвертирующим и неинвертирующим входами, блок 13 компенсации, первый и второй формирователи 14 и 15. модуля, первое и второе дифференциальные реле 16 и 17, первый и второй элементы 18 и 19 времени о задержкой на срабатывание, счетчик 20 импульсов, индикатор 21, дешифратор 22, логический элемент

ИЛИ 23 и выходной орган 24.

Трехфазный датчик напряжения (трансформатор) 5 формирует фаэные напряжения сети. Фильтр 6 напряжения прямой последовательности преобразует систему трехфазных напряжений в однофазное напряжение прямой последовательности относительно одной иэ фаэ. Амплитудные детекторы 7 и 8 формируют выходное напряжение, пропорциональное амплитуде входного сигнала. Инерционные элементы 9 и 10 при наличии на управляющем входе сигнала низкого уровня поддерживают на выходе с заданной относительно большой постоянной времени напряжение поступавшее в предшествующем режиме на рабочий вход. Ири поступлении на управляющий вход сигнала высокого уровня происходит ускорение .инерционного элемента и его выходное напряжение без замедления устанавливается равным напряжению на рабочем входе Сумматоры 11 и 12 с инвертирующим и неинвертирующим входами формируют разность поступающих на его входы сигналов.

1г

Блок 13 компенсации формирует выходное напряжение, пропорциональное току небаланса между нейтралями в нормальном режиме. Формирователи 14 и 15 модуля преобразуют энакопеременное входное напряжение в однополярное. Первое и второе дифференциальные реле IÜ и 17 производят сравнение разности входных сигналов с ус тавкой и в случае ее превышения формируют на выходе сигнал высокого уровня. Элементы IS и 19 времени осуществляют задержку прохождения сигнала с целью исключения излишних срабатываний под воздействием импульсных помех и переходных процессов в первичных и вторичных цепях..

Счетчик 20 импульсов преобразует последовательность поступающих на вход импульсов в двоичный код.Индикатор 21 в цифровой десятичной форме производит отображение числа поврежденных конденсаторов. Дешифратор 22 формирует на выходе сигнал высокого уровня, когда заданное во входном сигнале в двоичном коде число превы- сит заданное значение. Выходной орган 24 обеспечивает отключение КБ 2 от сети 4 выключателем 3.

Устройство работает следующим образомом.

Сигнал, пропорциональный току (i,) между нейтралями секций КБ,. с датчика 1 тока поступает на вход амплитудного детектора 7, к выходу которого подключены рабочий вход инерционного элемента 9, второй вход первого дифференциального реле 1Ь и неинвертирующий вход первого сумматора II.Ha первый вход первого дифференциального реле 16 поступает сигнал с блока

13 компенсации, пропорциональный току небаланса между нейтралями, обусловленному начальныи разбросом значений емкостей в разных фазах КБ. Уставка реле 16 выбирается по условию отстройки от предельна допустимых эксплуатационных изменений параметров конденсаторов, составляющих батарею 2 в нормальном режиме.

Если длительность сигнала высокого уровня на выходе реле 16 превышает время задержки (С „) элемента 18 времени, то сигная через логический элемент ИЛИ 23 поступает на выходной орган 24, производящий отключение выключателя 3.. 1372458

Так как на неинвертирующий вход первого сумматора 11 сигнал поступает непосредственно с первого амплитудного детектора 7, а на инвертирующий вход - через инерционный элемент

9, то при быстром изменении входного сигнала на выходе сумматора 11 формируется напряжение, пропорциональное разности значений тока между нейтралями в предшествующем и новом установившемся режимах, Через заданное время, определяемое постоянной времени инерционного элемента и состоянием управляюще. о входа, его выходное напряжение устанавливается равным напряжению, поступающему на рабочий вход. Поэтому в установившемся режиме и при медленном изменении тока обусловленном, например, темпера-2р турными факторами или старением элементов КБ, разностный сигнал, формируемый сумматором 11, равен нулю.

Модуль выходного напряжения сумматора 11, формируемый блоком 14,предс- 5 тавляет собой рабочий сигнал, который поступает на первый вход второго дифференциального реле 17. На второй вход последнего поступает тормозной сигнал, формируемый цепочкой, состоя- З0 щей иэ последовательно соединенных трехфазного датчика 5 напряжения, фильтра 6 напряжения прямой последовательности, второго амплитудного детектора 8, второго инерционного элемента IO второго сумматора 12 и второго формирователя 15 модуля.

При неизменном напряжении в сети или при его медленном изменении напряжения на входе и выходе второго инерционного элемента 10 равны,поэтому выходное напряжение второго сумматора 12, а следовательно, и тормозной сигнал равны нулю.

В случае быстрого изменения напряжеиия в любой фазе сети происходит скачкообразное изменение амплитуды напряжения прямой последовательности формируемой блоками 6 и 8. С помощью второго инерционного элемента 10 вто- .

1О рого сумматора 12 и второго формиро» вателя 15 модуля сигнал, пропорциональный скачку напряжения в сети,подается на второй тормозной вход второго дифференциального реле 17.

Уставка второго дифференциального реле выбирается по условию срабатывания от рабочего сигнала по первому входу, возникающего при выходе из строя одного конденсатс а КБ и равенстве нулю тормозного сигнала на втором входе реле 17, Поэтому в режиме изменения напряжения в сеял без повреждения конденсаторов на выходе реле 17 сохраняется сигнал низкого уровня и не происходит срабатывания счетчика 20, индикатора 21 и выходного органа 24.

В случае превышения разностью рабочего и тормозно" î сигналов эаданного значения, например, при повреждении конденсатора в одной из секций

КБ 2 на выходе второго дифферен,иального реле 17 устанавливается сигнал высокого уровня, который через время задержки элемента 19 времени поступает на вход счетчиков 20 импульсов, увеличивая его содержимое на единицу, и на управляющие входы первого и второго инерционных элементоч

9 и IO переводя их в режим безынерционных повторителей напряжения.При этом напряжения на выходах элементов

9 и 10 без замедления устанавливаются равными напряжениям на их рабочих входах, разность напряжений на обоих входах сумматоров 11 и 12 становится равной нулю и происходит возврат диф ференциального реле 17 и элемента

19 времени.

Если содержимое счетчика импульсов превышает заданное число, то на выходе дешнфратора 22 вырабатывается сигнал высокого уровня, поступающий через логический элемент ИЛИ 23 на выходной орган.

Одновременно новое содержимое счетчика 20 высвечивается в цифровой форме на индикаторе 21.

В нормальном режиме напряжение на выходе первого амплитудного детектора 7 пропорционально току небаланса обусловленному технологическим и температурным разбросом значений емкостей конденсаторов, составляющих

КБ 2. При этом несрабатывание первого дифферЕнциального реле 16 обеспечивается отстройкой от максимального значения э . „ по уставке, а второго дифференциального реле 17 - тем, что при неизменном или медленно изменяющемся значении тока небаланса рабочий сигнал, фррмируежй элементами

9, 11 и 14, равен нулю.

При выходе из строя единичного конденсатора в одной из секций КБ 2 с последукяцим отключением его встро,1372458 енным предохранителем происходит быстрое изменение тока небаланса. При этом амплитудное значение установившегося тока небаланса может не пре5 вьпнать уставки первого дифференциального реле 16. Одновременно рабочий сигнал, пропорциональный изменению амплитуды тока i », поступает на пер- . вый вход второго дифференциального реле 17. Так как при повреждении единичного конденсатора КБ напряжение сети остается неизменным, то подаваемый на второй вход реле 17 тормозной сигнал равен нулю. Поэтому разность рабочего и тормозного сигналов превышает уставку второго дифференциального реле 17 и на его выходе появляется сигнал высокого уровня. Так как постоянная времени установления инер- 20 ционного элемента 9 значительно превышает время задержки второго элемента 19 времени, сигнал высокого уровня с его выхода проходит на счетчик

20 импульсов, увеличивая его содержи- 25 мое на единицу, и на управляющие входы обоих инерционных элементов,осуществляя их ускоренный выход в режим повторителей входных напряжений.

Содержимое счетчика 20 импульсов, представляющее собой число поврежденных конденсаторов, высвечивается на цифровом индикаторе 21 и одновременно сравнивается с уставкой дешифратора - числом поврежденных конденса35 торов, при котором напряжение на оставшихся в работе конденсаторах не превышает допустимого значения. Если число поврежденных конденсаторов превьш1ает уставкy дешифратора-у то сиг 40 нал высокого уровня через логический элемент ИЛИ 23 поступает на выходной орган 24, который воздействует на выключатель 3, осуществляющий отключение КБ 2 от сети 4. 45

Ускорение инерционных элементов служит для сокращения времени возврата схемы в исходное состояние и повьг" щения коэффициента готовности устройства к работе.

В случае лавинообразного харайтера выхода из строя конденсаторов или при металлических и дуговых к ° s. ряда уровень тока иебаланса превышает уставку первого дифференциального реле 16, по каналу которого обеспечивается срабатывание выходного орга» на 24, При включении Kb под напряжение или при быстром изменении напряжения в сети в результате внешних к.з. или коммутации нагрузки, возможен кратковременный бросок тока между нейтралями секций КБ, обусловленный переходными процессами в первичных и вторичных цепях защиты. Уровень этого броска может превышать уставки первого и второго дифференциального реле 16 и 17. Однако сигнал срабатывания на выходной орган 24 и счетчик

20 импульсов не проходит, так как время задержки элементов 18 и 19, времени превьппает длительность указанных переходных процессов.

При изменении напряжения в сети происходит также изменение установившегося значения тока небаланса,причем указанное изменение i0„ имеет наибольшее значение при включении и отключении Kb и при внешних трехфаэных к ° з,, сопровождающихся снижением напряжения в сети до нуля. В этих режимах ток небаланса либо возрастает от нуля до своего установившегося значения в нормальном режиме, либо уменьшается от уровня последнего до нуля ° При этом рабочий сигнал, формиpyemiA элементами 9, 11 и 14, пропорционально изменению i 0„может превысить значение уставки второго дифференциального реле 17. Однако одновременно с помощью элементов 5, 6, 8, 10, 12 и 15 формируется тормозной сигнал, пропорциональный изменению напряжения сети. Поэтому разность рабочего и тормозного сигналов не превьппает уставку дифференциального реле 17. Если в этом режиме происходит повреждение конденсатора, то увеличение рабочего сигнала не компенсируется возрастанием тормозного сигнала, что приводит к срабатыванию второго дифференциального реле 17 и увеличению суммарного числа поврежденных конденсаторов в счетчике 20 на единицу, !

Предлагаемое устройство предназначено для защиты КБ мощностью 10 т

12 Мвар на фазу в сетях 10-35 кВ и обеспечивает выявление повреждения отдельных конденсаторов. Сигнализация числа поврежденных конденсаторов дает возможность своевременно произвести их замену, предотвращая дальнейший выход из строя конденса- . 1372458

Составитель Ю. Постников

Техред М.Моргентал

Редактор О.Юрковецкая

Корректор А.Тяско

Заказ 492/48

Тирах 649

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная, 4 торов, который может принять лавинообразный характер.

Формула изобретения

Устройство для защиты конденсатор-. ной батареи, содержащее датчик. тока незаземленной нейтрали двух соединенных в звезду секций конденсаторной ip батареи, первое дифференциальное реле, к первому входу которого подключен блок компенсации, а к выходувход первого элемента времени с задержкой на срабатывание, индикатор (5 и выходной орган, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем улучшения чувствительности и повьапения селективности защиты, дополнительно введены 2р трехфазный датчик напряжения сети,, два амплитудных детектора, фильтр напряжения прямой последовательности, два инерционных элемента с рабочим и управляющим входами, два сумма- 25 тора с инвертирующим и неинвертирующим входами, два формирователя модуля, второе дифференциальное реле,второй элемент времени с задержкой на срабатывание, счетчик импульсов, де- 3О шифратор и логический элемент ИЛИ, при этом вход первого амплитудного детектора соединен- с выходом упомянутого датчика тока, а выход — с вторым входом первого дифференциального реле, рабочим входом первого инерционного элемента и неинвертирующим входом первого сумматора, инвертирую щий вход которого подключен к выходу первого инерционного элемента, а выход - к входу первого формирователя модуля, к выходу которого подключен первый вход второго дифференциального реле, вход фильтра напряжения прямой последовательности соединен с выходамю трехфазного датчика напряжения сети, а выход - с входом второго амплитудного детектора, соединенного выходом с рабочим входом второго инерционного элемента и инвертирующим входом второго сумматора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом второго инерционного элемента, а выход через второй формирователь модуля подключен к второму входу второго дифференциального реле, соединенного выходом с входом второго элемента времени с задержкой на срабатывание, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго инерционных элементов и к входу счетчика импульсов, выход которого подключен к входу индикатора непосредственно и через дешифратор к первому входу логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента времени с задержкой на срабатывание, а выход - с входом выходного органа.