Устройство защиты шин и питаемых присоединений

 

Изобретение относится к релейной защите электрических систем и может быть использовано, например, в качестве быстродействующей защиты шин 6-10 кВ и резервной защиты питаемых присоединений. Целью изобретения является повьшение чувствительности устройства к коротким замьшаниям на шинах. Поставленная цель достигается за счет использования в устройстве основанной на фазовом принципе блокировки при внешних коротких замыканиях (к.з.) на питающих присоединениях. При к.з. на одном из питающих присоес „отр. динении /, 3 токи в них оказываются противоположными по фазе и с выходов двухполярных датчиков 25-27 тока через диоды 28-33 на резисторы 34, 35 подаются сигналы, соответствующие синусоидальному напряжению при двух- S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5Н 4 Н 02 Н 3/28

Ф h алто. и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4084390/24-07 (22) 07.07.86 (46) 30.10.88. Бюл. ¹ 40 (71) Ивановский энергетический институт им. В.И.Ленина (72) В.Ф. Коротков, Л.М. Колесов и Н.В. Покровский (53) 621.316.925(088.8) (56) Колесов Л.М., Коротков В.Ф., Макаров А.В. Быстродействующая защита сборных шин на интегральных операционных усилителях. — Целлюлоза, бумага и картон, реф. информация

ВНИПИЭИлеспрома, 1980, ¹- 4, с. 8-9.

Колесов Л.М., Коротков В.Ф., Долгополов В.П. Быстродействующая токовая защита шин 6-10 кВ на предприятиях ЦБП. — В сб.: Новая техника в электроснабжении промышленных предприятий, Московский дом научно-технической пропаганды, 1983, с. 101105.

„„SU„„1434521 А1 (54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ШИН И ПИТАЕМЫХ ПРИСОЕДИНЕНИЙ (57) Изобретение относится к релейной защите электрических систем и может быть использовано, например, в качестве быстродействующей защиты шин

6-10 кВ и резервной защиты питаемых присоединений. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства к коротким замыканиям на шинах. Поставленная цель достигается за счет использования в устройстве основанной на фазовом принципе блокировки при внешних коротких замыканиях (к.з.) на питающих присоединениях.

При к.з. на одном из питающих присоединений 2, 3 токи в них оказываются противоположными по фазе и с выходов двухполярных датчиков 25-27 тока через диоды 28-33 на резисторы 34, 35 подаются сигналы, соответствующие синусоидальному напряжению при двух1434521

Оолупериодном напряжении. В момент максимума напряжения на одном иэ резисторов 34, 35 имеется напряжение на другом резисторе, что приводит к отсутствию сигнала на выходе логического элемента НЕ 53 и блокировке защиты. При к.з. на шинах или питаемых г(рисоединениях токи в питающих при" соединениях 2, 3 совпадают по фазе на резисторы 34, 35 подаются сигнаы, соответствующие синусоидальному апряжению при однополупериодном

1 ыпрямлении. В момент максимума сигнала на одном из резисторов 34, 35 сигнал на другом резисторе равен нулю. При этом на выходе элемента

1 Е 53 имеется сигнал, разрешающий действовать защите. При к.з. на ши ах в питающих присоединениях 2, 3

1 протекают токи к,з., а в питаемых

4-6 — токи нагрузки. Срабатывают перИзобретение относится к релейной защите электрических систем и может быть использовано, например, в качестВе быстродействующей защиты шин 610 кВ и резервной защиты питаемых 5 присоединений.

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства к коротким замыканиям (к.э.) на шинах.

На фиг. 1 показаны схема сети и структурная схема устройства защиты для секции шин с. двумя питающими присоединениями и тремя питаемыми присоединениями, одно из которых имеет мощную синхронную нагрузку; на фиг. 2 и 3 — графики, поясняющие работу устройства. На фиг. 1 показаны спедующие элементы электрической сети: 1 — секцйя шин, защищаемая устройством; 2 и 3 — питающие присоединения; 4 — питаемое присоединение с мощной электродвигательной нагрузкой; 5 и 6 — питаемые присоединения, к которым подключены трансформаторы

7-11 тоха и выключатели 12-16 присое- 25 динений.

Устройство защиты шин и питаемых присоединений содержит датчики 17-18 тока питающих присоединений, выходы вый 36 и второй 38 измерительные элементы, а третий 39 не срабатывает, и устройство действует на отключение шин без выдержки времени. При к.э. ча одном из питаемых присоединений ,4-6 на входе одного из датчиков 20-22 тока поврежденного присоединения имеется ток к,э., срабатывают второй 38 и третий 39 измерительные элементы, и устройство действует на отключение шин с выдержкой времени. Таким образом, при наличии нескольких питающих присоединений за счет наличия блокировки устройства при внешнем к.з. на одном из них, отпадает необходимость при выборе параметров срабатывания устройства отстраиваться от суммы токов небаланса и токов подпитки от электродвигателей нагрузки, что обеспечивает более высокую чувствительность к к,з. на шинах. 3 ил. которых включены на соответствующие входы элемента 19 суммирования. Выходы датчиков 20-22 тока питаемых присоединений соединены с соответствующими входами первого элемента

23 выделения максимального сигнала.

Один из входов второго элемента 24 выделения максимального сигнала соединен с выходом элемента 19 суммирова ния, а второй вход — с выходом первого элемента 23 выделения максимального сигнала. Двухполярные датчики

25-27 тока подключены к трансформаторам тока 7 и 8 питающих присоединений и к трансформатору 9 тока питаемого присоединения с мощной электродвигательной нагрузкой (двухполярные датчики тока устанавливаются на тех питаемых присоединениях с электродвигательной нагрузкой, для которых при согласовании тока срабатывания защиты шин с током срабатывания блокировки этого присоединения не обеспечивается требуемая чувствительность защиты шин). Однополярные первые выводы выпрямительных диодов 28-30 первой группы и диодов 31-33 второй . группы объединены и соединены соответственно с одним иэ выводов резис1434521 шин.

Объединенные однополярные выводы диодов 28-30 первой группы соединены с первым выводом резистора 34 и первым входным зажимом дифференцирующего усилителя-ограничителя 46. Объединенные однополярные выводы диодов

31-33 второй группы соединены с первым выводом резистора 35 и первым входным зажимом усилителя-ограничи50

55 торов 34 и 35. К однополярным выводам двухполярных датчиков 25-27 тока подключены вторые выводы диодов 2830 первой группы, а к выводам противоположной полярности двухполярных датчиков тока подключены вторые выводы диодов 31-33 второй группы.

При числе питающих присоединений, отличном от двух, числе питаемьгх присоединений, отличном от трех, и числе питаемых присоединений с мощной двигательной нагрузкой, отличном от одного, изменяется соответственно число однополярных и двухполярных датчиков тока, число выпрямительных диодов в каждой группировке и число входов элемента суммирования и первого элемента выделения максимального сигнала. К выходу элемента 19 суммирования подключен первый измерительный элемент 36, выход которого соединен с одним из входов первого логического элемента И 37. К выходу второго элемента 24 выделения максимального сиг- 25 нала подключен второй измерительный элемент 38. С выходом первого элемента ?3 выделения максимального сигнала соединен третий измерительный элемент 39, с выходом которого соединены входы первого логического элемента НЕ 40 и элемента 41 времени.

Выход первого логического элемента

НЕ 40 соединен с вторым входом первого логического элемента И 37. Выход первого логического элемента И 37 соединен с одним из входов первого ,логического элемента ИЛИ 42, второй вход которого соединен с выходом элемента 41 времени. Выход первого логи- 40 ческого элемента ИЛИ 42 соединен со входом первого исполнительного элемента 43. Выход второго измерительного элемента 38 соединен со входом второго исполнительного элемента 44.

Выходы исполнительных элементов 43 и

44 соединены со входами второго логического элемента И 45, сигнал с выхода которого поступает на отключение теля 47. Вторые выводы резисторов

34 и 35 соединены с объединенными общими выводами двухполярных датчиков

25-27 тока и вторыми входными зажи"= мами дифференцирующего усилителяограничителя 46 и усилителя-ограничителя 47. Выход дифференцирующего усилителя-ограничителя 46 соединен с первым входом второго логического элемента ИЛИ 48, выход которого соединен с одним из входов третьего логического элемента И 49. Вход вто" рого логического элемента НЕ 50 соединен с выходом дифференцирующего усилителя-ограничителя 46 и первым входом второго логического элемента

ИЛИ 48.

Выход второго логического элемента НЕ 50 соединен с одним их входов четвертого логического элемента И 51, второй вход которого соединен с выходом третьего логического элемента

И 49.Выход третьего логического элемента И 49 соединен также со вторым входом второго логического элемента

ИЛИ 48. Выход усилителя-ограничителя

47 соединен со вторым входом третьего логического элемента И 49. Выход четвертого логического элемента И 51 соединен со вхоцом расширителя 52 импульсов, выход которого через третий логический элемен HE 53 соединен с третьим входом первого логического элемента И 37.

Устройство защиты шин и питаемых присоединений работает следующим образом.

Информационные параметры сигналов на выходах датчиков 17-18 и 20-22 тока пропорциональны токам в соответствующих присоединениях и зависят от коэффициентов преобразования датчиков.

Коэффициенты передачи датчиков

17 и 18 тока питающих присоединений выбираются такими, чтобы первый 36 и ьторой 38 измерительные элементы не срабатывали в режимах без к.з.

Коэффициенты передачи датчиков

20-22 тока питаемых присоединений выбираются такими, чтобы третий измерительный элемент 39 не срабатывал при протекании в питаемых присоединениях токов нагрузки при к.s, на шинах.

Сигналы на выходах двухполярных датчиков 25-27 тока по форме соот5 1434 ветствуют токам присоединений, в цепях которых они установлены,, При к.з. на шинах токи в питающих присоединениях 2 и 3 совпацают по фазе. С ними совпадает- по фазе и ток

5 подпитки от синхронных электродвигателей нагрузки питаемого присоединения 4. Сигналы на выходах всех датчиков 25-27 тока также совпадают по азе. Поэтому в каждый полупериод ткрыт один из диодов 28-30 первой руппы или один из диодов 31-33 втоой группы и на резисторы 34 и 35 одаются прерывистые сигналы, по орме соответствующие синусоидальноу напряжению при однополупериодном выпрямлении. При этом, например, в момент максимального значения сигнала на резисторе 34 сигнал на резисторе 35 равен нулю и наоборот {фиг. 2).

Дифференцирующий усилитель-ограниитель 46 выполнен таким, что в моент времени, когда производная входого сигнала положительна, на его

ыходе имеет место сигнал постоянно о уровня. Поэтому моменту времени, Магда мгновенное значение сигнала а ре=-исторе 34 максимально, соответтвует момент исчезновения сигнала на выходе дифференцирующего усилителя30 рграничителя 46. !

Усилитель-ограничитель 47 преобразует сигнал с изменяющимся уровнем на резисторе 35 в сигнал постоянного уровня. 35

На фиг. 2 показаны временные диаграммы сигналов на выходах соответствующих элементов при к.з. на шинах. 4О

Из этих диаграмм следует, что в момент исчезновения сигнала на выходе дифференцирующего усилителя-ограничи теля 46 сигнал на выходе усилителяограничителя 47 равен нулю. При та" ком временном соотношении указанных сигналов равны нулю сигналы на выходах третьего 49 и четвертого 51 логических элементов И и расширителя

52 импульсов, что определяет наличие сигнала на выходе третьего логического элемента НЕ 53 и, следовательно, на одном из входов логического элемента И 37 °

При к.з. на шинах информационный параметр сигнала на выходе элемента 55

19 суммирования соответствует полному току к,з., а информационные параметры сигналов на выходах датчиков

521 б

20-22 тока питаемых присоединенийтокам нагрузки.

При этом

У .„ . 4, = Уп,, cp,нр1 1 урн, иэ = у ит уср. из ц д уотх у Г

Следовательно, в рассматриваемом режиме срабатывают первый 36 и второй 38 измерительные элементы и на г их выходах появляются сигналы. Третий измерительный элемент 39 не срабатывает и сигнал на его выходе и, следовательно, на входе первого логического элемента HE 40 не появляется.

Таким образом, на всех трех входах первого логического элемента И 37 имеются сигналы, следовательно на выходе этого элемента появляется сигнал, который через логический элемент

ИЛИ 42 поступает на вход первого.исполнительного элемента 43, вызывая его срабатывание. Срабатывание второ-! го измерительного элемента 38 вызы|вает срабатывание второго исполнительI ного элемента 44, На оба входа второго логического элемента И 45 поступают сигналы, вызывая появление сигнала на его выходе и действие устройства на отключение шин.

При внешнем к.з. на одном из питающих присоединений информационный параметр сигнала на выходе элемента

19 суммирования соответствует сумме тока небаланса и тока подпитки от электродвигателей нагрузки. При этом фаза тока поврежденного питающего присоединения противоположна фазе токов других питающих присоединений.

Поэтому в обеих группах. диодов 28-30 и 31-33 одновременно открыты по одному диоду. На резисторы 34 и 35 подаются сигналы, примерно соответствующие форме напряжению при двухполупериодном выпрямлении (фиг. Э).

В момент исчезновения сигнала на выходе дифференцирующего усилителя-ограничителя 46 имеет место сигнал на . выходе усилителя-ограничителя 47, .по определяет появление сигналов на выходах третьего 49 и четвертого

51 логических элементов И. Прерывистый сигнал с выхода третьего логического элемента И 51 расширителем

52 импульсов преобразуется в непрерывный сигнал, что обуславливает полное отсутствие сигнала на выходе

1434521

8 третьего логического элемента HE 53 и, следовательно, на входе первого логического элемента И 37. Благодаря этому обеспечивается блокировка действия устройства на отключение 5 шин, если информационный параметр сигнала Урд окажется достаточным для срабатывания первого 36 и второго 38 измерительных элементов.

Аналогично осуществляется блокировка действия устройства на отключение шин без выдержки времени и при внешнем к.з. на питаемом присоединении 4, на котором установлен двухполярный датчик 27 тока. 15

При внешнем к.з. на любом питаемом присоединении информационный параметр на выходе элемента 19 суммирования соответствует сумме токов к.з, питающих присоединений, а на выходе датчика тока поврежденного питаемого присоединения — полному току к.з °

При этом <õ. изэ = a x у р, изб т.е. третий измерительный элемент 39 срабатывает, что обуславливает исчезновение сигнала на выходе первого логического элемента НЕ 40 и, следовательно, на одном из входов первого логического элемента И 37. 30

При срабатывании первого измерительного элемента 36 (при близких к.з.) когда

Увк.чз = У У р 1 сигнал на выходе первого логического элемента И 37 не появляется и устройство не действует на отключение шин без выдержки времени.

Однако при срабатывании третьего измерительного элемента 39 запускает- 40 ся элемент 41 выдержки времени, после срабатывания которого срабатывают элемент ИЛИ 42 и исполнительный элемент 43. При внешнем к.з. на питаемом присоединении информационный параметр, определяемый током поврежденного присоединения, т.е. полным током к.з., большим У д,д- определяемым суммой токов питающих присоединений. Поэтому сигнал на выходе второго элемента 24 выделения максимального сигнала определяется током поврежденного питаемого присоединения и имеет место соотношение

У Ех, ИЭ 2. = У от х Уср. иэ2 т.е. срабатывает второй измерительный элемент 38 и, следовательно, исполнительный элемент 44. Срабатывание исполнительных элементов 43 и 44 вызывает срабатывание второго логического элемента И 45 и действие устрой,ства на отключение шин, которое в данном случае происходит с выдержкой времени, осуществляя резервирование отказов выключателей и защит питаемых присоединений.

Таким образом, предлагаемое устройство срабатывает на отключение шин без выдержки времени при к.з. на шинах, не срабатывает при внешних к.з. на питающих присоединениях и срабатывает на отключение шин с выдержкой времени при внешних к.з. на питаемых присоединениях, сопровождающихся отказами их выключателей или защит.

При наличии нескольких питающих присоединений за счет наличия блокировки устройства при внешнем к.з. на одном из них отпадает необходимость при выборе параметров срабатывания устройства отстраиваться от

I суммы токов небаланса и токов поднитки от электродвигателей нагрузки, что обеспечивает более высокую чувствительность устройства к к.з. на шинах.

Формула изобретения

Устройство защиты шин и питаемых присоединений, содержащее датчики тока с выводами для подключения к каждому присоединению защищаемой секции шин, элемент суммирования, два элемента выделения максимального сигнала, три измерительных элемента, элемент выдержки времени, два логических элемента И, один логический элемент

ИЛИ, один логический элемент НЕ и два исполнительных элемента, причем выход каждого датчика тока питающего присоединения связан с соответствующим входом элемента суммирования, выход элемента суммирования связан с входом первого измерительного элемента и одним из входов второго элемента выделения максимального сигнала, выход которого подключен к входу второго измерительного элемента, выход каждого датчика тока питаемых присоединений соединен с соответствующим входом первого элемента выделения максимального сигнала, а его выход подключен к входу третьего измерительного элемента и связан с вторым входом второго элемента выделения максимального сигнала, выход

1434521

10 первого измерительного элемента соединен с одним из входов первого логического элемента И, выход которого

Связан с одним из входов логического

Элемента ИЛИ, выход третьего измерительного элемента связан с входом

Элемента времени и подключен к входу

Логического элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом перoro логического элемента И, выход лемента времени связан с вторым ходом логического элемента ИЛИ, выод логического элемента ИЛИ подклюен к входу первого исполнительного лемента, выход которого соединен с ! рдним из входов второго логического элемента И, вьмод второго измерительЙого элемента связан с входом второго исполнительного элемента, выход которого подключен к второму входу второго логического элемента И, сигйал с выхода которого поступает на отключение шин, о т л и ч а ю щ еф с я тем, что, с целью повышения

1тувствительности к коротким замыканиям на шинах, в устройство дополнительно введены имеющие объединенный редний вывод двухполярные датчики, токов с выводами для подключения к всем: питающим присоединениям и части питаемьм присоединений с электррдвигательной нагрузкой, две группы выпрямительных диодов, два резистора, усиЛитель-ограничитЕль, дифференцирующий усилитель-ограничитель, второй логический элемент ИЛИ, второй и третий логические элементы НЕ, третий и четвертый логические элементы И, расширитель импульсов, а первый логический элемент И выполнен с тремя входами, причем один из однополярных выводов диодов каждой группы объе, динены между собой, к однополярному выводу каждого двухполярного датчика тока подключен второй вывод соответствующего диода первой группы, а к выводу противоположной полярности каждого двухполярного датчика подключен второй вывод соответствующего диода второй группы, объединенные выводы диодов первой группы соединены с первым выводом первого резистора и первым входным выводом дифференцирующего усилителя-ограничителя, объединенные выводы диодов второй группы соединены с первым выводом второго резистора и первым входным выводом

15 усилителя-ограничителя вторые выводы

1 первого и второго резисторов объединены между собой, соединены с объединенными средними выводами всех двухполярных датчиков тока и подключены к второму входному выводу усилителяограничителя и второму входному выводу дифференцирующего усилителяограничителя, выход дифференцирующего усилителя-ограничителя соединен с входом второго логического элемента НЕ и одним из входов второго логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов третьего логического элемента И, выход второго логического элемента НЕ соединен с одним из входов четвертого логического элемента И, выход третьего логического элемента И соединен с вторым входом второго логического элемента ИЛИ и вторым входом четвер35 того логического элемента И, выход усилителя-ограничителя соединен с вторым входом третьего логического элемента И, выход четвертого логического элемента И связан со входом

40 расширителя импульсов, выход которого через третий логический элемент HF связан с третьим входом первorо логического эле— мента И.

1434521

ЬУ

ЬЗ

1434521

Составитель А.Озерецковский

Техред М.Дидык Корректор

Редактор А.Ревин

Заказ 5563/55

Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета over по делам изобретений и открытий

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

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