Устройство для защиты от замыканий на землю

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора, работающего на сборные шины. Цель изобретения - повышение чувствительности защиты. При замыкании на землю в обмотке статора генератора вектор вторичного тока I<SB POS="POST">2</SB>,фильтра 1 складывается из векторов тока небаланса фильтра и тока замыкания на землю. Напряжение с выхода преобразователя 4, пропорциональное току I<SB POS="POST">2</SB>, подается на вход формирователя ортогональных составляющих 5, на другой вход которого подается линейное напряжение U<SB POS="POST">л</SB>, а на выходе получаются два напряжения, пропорциональные I<SB POS="POST">2</SB><SP POS="POST">.</SP>COSφ и I<SB POS="POST">2</SB><SP POS="POST">.</SP>SINφ и подаваемые на выходы формирователя 6 приращений, на третий вход которого поступает сигнал с выхода блока 7 управления. На вход блока 7 управления подается сигнал, пропорциональный 3U<SB POS="POST">O</SB>, а сигнал с второго выхода поступает на схему 8 сравнения, на два других входа которой поступают сигналы с двух выходов формирователя 6. Схема 8 сравнения содержит два выпрямителя или квадратора и стробируемый компаратор, выход которого является выходом защиты. При замыкании на землю в обмотке статора генератора на выходе защиты имеет место сигнал определенной длительности. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц 4 Н 02 Н 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ПНРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР (21) 4181176/24-07 (22) 14.01,87 (46) 07.07.89. Бюл. К 25 (71) Томский политехнический институт (72) Р.А. Вайнштейн и А. Ф. Карбышев (53) 621.316,925 (088,8) (56) Руководящие указания по релейной защите, Защита генераторов, работающих на сборные шины. — М.-Л., Госэнергоиздат, 1961, с.45-52, Федосеев А.M. Релейная защита электрических систем. — M ° . Энергия, 1976, с. 396-399.

Чернобровов Н.В. Релейная защита °в

M. Энергия, 1976, с. 444, рис.15-17.

„.80„„1492409 А 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ 3AMblКАНИЯ НА ЗЕИЛЮ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора, работающего на сборные шины. Цель изобретения — повьппение чувствительности защиты. При замыкании на землю в обмотке статора генератора вектор вт..ричного тока i с фильтра 1 складывается из векторов тока небалачса фильтра и тока замыкания на землю. Напряжение с выхода преобразователя 4, пропорциональное току I, подается на вход форми14924О9 рователя ортогональных составляющих

5, на другой вход которого подается линейное напряжения Ц«, а на выходе получаются два напряжения, пропорциональные 1 cosP u I ° sing u подаваемые на входы формирователя 6 приращений, на третий вход которого пос тупа е т сиг нал с выхода блока 7 управления. На вход блока 7 управления подается сигнал, пропорциональный 3U, а сигнал с второго выхода

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты or замыканий на землю обмотки статора генератора, работающего на сборные шины. 20

Цель изобретения — повышение чувствительности защиты.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для защиты от замыкания на землю обмотки статора генератора, 25 работающего на сборные шины; на фиг. 2 — векторная диаграмма вторичных величин трехтрансформаторного фильтра тока нулевой последовательности до и, после замыкания на землю; на фиг.3 — 30 схема фор«ырователя ортогональных составляющих; í".. фиг. 4 — схема формирователя приращений; на фиг. 5 схема блока управления; на фиг. 6— эгюры сигналов, поясняющие работу блока управления; на фиг. 7 -- схема блока сравнения.

Устройство (фиг. 1) содержчт трехтрансформаторный фильтр 1 тока нулевой noc Ie+oBBTGJIbnocTH - датчик 2 ли 40 нейного напряжения, датчик 3 напряжения нулевой последовательности, преобразователь 4, формирователь 5 ортогональных составляющих, формирователь 6 приращений, блок 7 упранле- 45 ния, стробируемую схему 8 сравнения.

Вход преобразователя 4 подключеч к грехтрансформаторному фильтру 1 тока нулевой последовательности, а выход соединен с первым входом форми50 рователя 5 ортогональных составляющих, второй вход которого подключен к датчику 2 линейного напряжения.

Первый и второй (информационные) входы формирователя 6 приращений соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователей 5 ОртО гональных составляющих, третий (управляк лий) вход формирователч 6 припоступает на схему 8 сравнения, на два других входа которой поступают сигнапы с двух выходов формирователя

6. Схема 8 сравнения содержит два выпрямителя или квадратора и стробируемый компаратор, выход которого является выходом защиты. При замыкании на землю в обмотке статора генератора на выходе защиты имеет место сигнал определенной длительности, 5 з.п.ф-лы, 7 ил, ращенчй соединен с первым выходом блока 7 управления, вход которого подключен к датчику 3 напряжения нулевой последовательности. Два выхода формирователя 6 приращений соединены с первым и вторым входами стробируемой схемы 8 сравнения, третий вход которой соединен с вторым выходом блока 7 управления. Выход стробируемой схемы 8 сравнения является выходом защиты.

Устройство реагирует на сумму модулей или квадратов приращений ортогональных составляющих вторичного тока трехтрансформаторного фильтра ток» нулевой последовательности при замыкании на землю.

В момент замыкания на землю запоминаются текущие значения ортогональных составляющих тока небаланса в системе координат, задаваемой линейным напряжением генератора, и затем сравниваются со значениями ортогонапьных составляющих вторичного тока трехтрансформаторного фильтра при замыкании, что обеспечивает отстройку от тока небаланса, независимо от его величины, Векторной диаграмме вторичных величин трехтрансформаторного фильтра тока нулевой последовательности

)до и после эа«ыкания на землю (фиг,2) обозначены U — вектор линейного напряжения, принятый за ось координат;

Т „р — вектор тока небаланса; 0 угол между U«H I нр1 Ia aeKToÐ тока замыкания на землю; Π— угол между U и I ; I< IÎ + тор вторичного тока фильтра при замыкании на землю; q — угол между U и I2, °.Фаза вектора небаланса Ы = агВ х

«(I>g/Uz) и взаимный фазовый сдвиг

5 14924 векторов I„ и 1 изменяются случайо ным образом в диапазоне 360 °

Приращения ортогональных составляющих при замыкании равны

Устройство работает следующим образом. 10

В нормальном режиме, до возникновения замыкания на землю, на вход преобразователя 4 с выхода трехтрансформаторного фильтра 1 поступает а при замыкании на землю Т2. 15

Преобразователь 4 может быть реализован в виде резистора, включенного в нулевой провод трехтрансформаторного фильтра 1 (фиг. 1).

25

35

45 На вторые входы сумматоров 14 и

15 с выходов блоков 16 и 17 выборки и хранения поступают напряжения, пропорциональные ортогональным составляющим тока небаланса:

При этом на выходе сумматоров 14 и 15 формируются приращения ортого55 нальных составляющих.!

6Ux Ux Ux=

1 »- pgÄ Ipx =Т

Ie6x о» у g zg ЙБу 0у

Выходное напряжение преобразователя 4, пропорциональное в нормальном режиме току небаланса I„g, а при замыкании на землю I поступает на первый вход формирователя 5 ортогональных составляющих, на второй вход

1 которого поступает напряжение U< с выхода датчика 2 линейного напряжения. На выходе формирователя 5 ортогональных составляющих формиру. гся два напряжения, пропорциональные в нормальном pexHMe U x I н » нг сов !!у 1и6у н здпК

I а при замыкании на землю — Ux == Izx-I соз1 ; U> Iz> = I, sing.

Схема наиболее простой реализации формирователя 5 ортогональных составляющих (фиг. 3) содержит два детектора (две фаэочувствительные схемы) 9 и 10, выходы. которых являются выходами формирователя, информационные входы детекторов соединены и являются первым входом формирователя, Опорный вход детектора 9 соединен с выходом усилителя — ограничителя 11, а опорный вход детектора

10 соединен через усилитель — ограничитель 12 с выходом фаэовращателя

13, обеспечивающего фазовый сдвиг входного сигнала на 90 . Входы фазовращателя 13 и усилителя-ограничителя 11 соединены между собой и являются вторым входом формирователя ортогональных составляющих, подключаемым к выходу датчика линейного напряжения. формирователь 6 приращений (фиг.4) содержит два сумматора 14 и 15 и два

09 6 блока 16 и 17 выборки и хранения, информационные входы которых соединены с соответствующими входами сумматоров. На укаэанные входы формирователя 6 приращений поступают выходные сигналы формирователя 5 ортогональных составляющих. Выходы блоков 16 и 17 выборки и хранения соединены с вторыми входами сумматоров

14 и 15. Выходы сумматоров 14 и 15 являются выходами формирователя 6 приращений. Управляющие входы блоков

16 и 17 выборки и хранения соединены между собой и являются третьим входом формирователя 6 приращений, на который подается логический сигнал

X I, сформированный на первом выходе блока 7 управления, причем сигнал

Х, = 0 при 3!! Uqc и Х, = 1 при

3!1, U>с,, где U> — порог срабатывания (уставка) блока 7 управления по напряжению нулевой последовательности

В нормальном режиме (до замыкания на землю) Х = 0 и ключи выборки и хранения находятся в замкнутом состоянии. Входные сигналы U è Uy поступают на входы сумматоров 14 и

15 непосредственно и через блоки I< и 17 выборки и хранения, при этом сигналы Ь!1„ и А!1 на выходах сумматоров 14 и 15 равны нулю.

При замыкании на землю Х, = 1 и ключи выборки и хранения находятся в разомкнутом состоянии. При этом на первые входы сумматоров 14 и 15 поступают напряжения, пропорциональные ортогональным составляющим вторичного тока трехтрансформаторного фильтра 1:

/ 1

Ь„= I«= I cosIg; U Т „=1 sinp.!

1„=? Н „=Т„ СОВ ; !1„=? „ =X„> SinIx ..!

a U) U(— U)= Iz) — I„g о =1

1492409

Блок 7 упранления формирует наряду с логическим сигналом Х<, управляющим работой блоков 16 и 17 выборки и хранения формирователя 6 приращений, также сигнал стробирования Х, для управления работой стробируемой схемы 8 сравнения, Блок 7 управления (фиг ° 5) содержит элемент 18 сравнения (орган максимальногo напряжения), вход которого является входом блока 7 управления, а выход элемента 18 сравнения соединен с входом логического элемента И 19 и входом интегратора 20 со сбросом и является первым выходом блока 7 управления. Выход интегратора 20 со сбросом через дна компаратора 21 и 22 соединен с входами RSтриггера 23 или элемента ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом логического элемента И 19.

Выход элемента И 19 является вторым выходом блока 7 управления.

При замыкании на землю в момент времени t< (фиг. 5 и 6) срабатывает элемент 18 сравнения и формирует сигнал Х < = 1, который поступает на первый выход блока 7 управления, вход элемента И 19 и на информационный и управляющий входы интегратора 20 со сбро ом„

Ключ К размыкается и происходит заряд емк ости С, В моменты времени

t< и t> последовательно срабатывают компараторы 21 и 22, формируя на входах RS-триггера 23 или элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ логические сигналы Х,< и Х „, которые последовательно переводят RS-триггер 23 или элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ н состояние логической единицы (при Х „,= 1 и Х = О), а затем логического нуля (при Х „, = 1 и Х „ = 1). При этом на выходе элемента И 19 и оответстненно на втором выходе блока управления формируется сигнал Х

Выдержка времени должна задаваться исходя из быстродействия фильтра 1, преобразователя

4 и формирователя 5 ортогональных составляющих, чтобы к моменту времени t выходные напряжения формиро2 вателя 5 с достаточной степенью точности соответствовали входному сигналу защиты. Длительность стробирующего импульса Х, равная выбирается исходя из быстродействия блока 8 сравнения.

При замыкании на землю на первый и второй входы стробируемого блока

8 сравнения поступают сигналы, про5 порциональные приращениям ортогональных составляющих вторичного тока трех тр ансформатор ного фильтр а:

gU„= I cos P; 5U = I sin P .

Блок 8 сравнения (фиг. 7) содержит стробируемый компаратор 24, выход которого является выходом блока

8 сравнения. На нходах стробируемого ,компаратора 24 включены выпрямители (формирователи модуля) или квадраторы

25 и 26, входы которых являются первым и вторым входами стробируемого блока 8 сравнения. Стробируемый вход

20 компаратора 24 является третьим входом блока 8 сравнения.

Наиболее простой реализацией блока

8 сравнения является схема, содержащая стробируемый компаратор 24, на входах которого включены выпрямители.

При этом схема сравнения реагирует на величину ц„=1 vi(+ )au>)= 1 ((соя /+(вь1 ф).

Зависимость V„= f (P) имеет максимум при P = 45 : — I 12.

Защита имеет повьппенную чувствительность к собственному емкостному току генератора при внешних замыканиях. Например, при уставке срабаты40 нания защиты I< = 5A собственный емкостный ток генератора должен быть менее 3,5 А.

При наличии кнадраторов 25 и 26 н блоке 8 сравнения защита реагирует

45 "" величину

U„= (bU )2 + (И )2 = Ip независимо от величины . 3, что повы5 шает отстройку от собственного емкостного тока генератора.

Алгоритм измерения защиты обеспечивает формирование на входах блока

8 сравнения при замыкании на землю сигналов, величины которых пропорциональны току нулевой последовательности независимо от величины тока небаланса трехтрансформаторного

14 i 2 <()0 фильтра, поэтому защиту необходимо отстраивать только ат собственного емкостного тока генератора при внешнем замыкании на землю.

Ф о р и у л а и з о б р е т е н и я

1. Устройство для защиты от замыкания на землю, содержащее трехтранс- 10 форматорный фильтр тока нулевой пос— ледовательности, трансформаторы токаа к отор or o с набже ны клеммами для присоединения первичных обмоток к фазам сети, и блок сравнения, выход которого является выходом защиты, отличающее с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены преобразователь тока в напряжение, датчик линейного на- 20 пряже ния, датчик напряже ния нулевой последовательности, формирователь ортогональных составляющих, формирователь приращений, блок управления, при этом вход преобразователя тока в напряжение подключен к выходу трехтрансформаторного фильтра тока нулевой последовательности, а выход соединен с первым входом формирователя ортогональных составляющих, второй вход которого соединен с датчиком линейного напряжения, первый и второй выходы формирователя ортогональных составляющих соединены соответственно с первым и BropbiM входами формирователя приращений, третий 35 вход которого соединен с первым выходом блока управления, вход которого соединен с датчиком напряжения нулевой последовательности, а второй выход блока управления соединен с 40 третьим входом блока сравнения, два других входа которого соединены с выходами формирователя приращений.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирова- 45 тель приращений выполнен в виде первого и второго сумматоров, первого и второго блоков выборки и хранения, при этом информационные входы последних соединены с первыми входами 50 соответствующих сумматоров и являются первым и вторым входами формирователя приращений, управляющие входы блоков выборки и хранения соединены между собой и являются третьим вхо- 55 дом формирователя приращений, а выходы блоков выборки и хранения соединены с вторыми входами cootBp Tc T вующих сумматоров, выходы которых являются выходами формирователя приращений.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок сравнения выполнен в виде стробируемого компаратора, выход которого является

I выходом блока сравнения, стробируемый вход компаратора является третьим входом блока сравнения, а информационные входы компаратора соединены с выходами соответствующих выпрямителей, входы которых являются первым и вторым входами блока сравнения, 4. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь тока в напряжение выполнен в виде резистора, включенного в нулевой провод трехтрансформаторного фильтра тока нулевой последовательности.

5. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что,формирователь ортогональных составляющих выполнен в виде двух усилителей-ограничителей, фазовращателя и двух детекторов, информационные входы которых соединены между собой и являются первым входом формирователя ортогональных составляющих, выходы детекторов являются выходами формирователя, а управляющие входы детекторов соединены с выходами усилителей-ограничителей, вход второго усилителя-оганичителя соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединен с входом первого усилителя-ограничителя и является вторым входом формирователя.

6. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде элемента сравнения, вход которого является входом блока управления, а выход — первым выходом блс,ка управления и соединен с информационным и управляющим входами интегратора, выход которого соединен с входами двух компараторов, выходы которых соединены с входами элемента ИСКЛЮЧЛЮЩЕК ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а выход является вторым выходом блока управления.

1492409

1492409

1492409

Составитель И.Офицерова

Техред Л.Олийнык Корректор О.Кравцова, Редактор Н,Тупица

Заказ 3887/53 Тирах 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ухгород, ул. Гагарина, 101