Устройство для защиты силового трансформатора

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите силовых трансформаторов при внутренних коротких замыканиях. Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия защиты. Указанная цель достигается тем, что в нее дополнительно введены пофазные рабочие органы, сравнивающие знаки входных сигналов, сформированных из токов обеих сторон защищаемого двухобмоточного силового трансформатора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

союз соеетсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИН ((9)UU(lII 1 525 I 98 (51)4 Н 02 H 3/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOlVlY СВИДЕ ГЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изонРетениям и атнРытиям пРи гкнт сссР (21) 4240636/24-07 (22) 05.05,,87 (46) 30.11.89, Вюл. У 44 (71) Горьковское отделение Всесоюзно-. го государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института энергетических систем и электрических сетей "Энергосетьпроект" (72) Е.П,Королев (53) 621.316,925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11(1200359, кл . Н 02 Н 7/04, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите., и может быть использована для защиты трансформаторов, блоков генератор трансформатор и генераторов при коротких замыканиях.

Целью изобретения является повышение чувствительности защиты к витховым замыканиям и быстродействия.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 24 — эпюры, поясняющие принцип действия устройства и его работу в различ-. ных режимах, . Устройства для защиты силового трансформатора 1 (фиг. !) содержит установленные с обеих сторон трансформаторы 2 и 3 тока, Вторичные обмотки трансформаторов 2 тока на стороне высшего напряжения через датчики 4-6 фазных токов соединены в тре" угольник, а датчики 7-9 разности фазных токов соединены в звезду, Вторич2

ТР АН СФОР МАТ ОР А (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите силовых трансформаторов при внутренних коротких замыканиях, Цель изобретения — повышение чувствительности и быстродействия защиты. Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены пофазные рабочие органы, сравнивающие знаки входных сигналов, сформированных из токов обеих сторон защищаемого двухобмоточного силового трансформатора °

1 з,п,ф-лы. 4 ил, /) ные обмотки трансформаторов 3 тока на стороне низшего напряжения через датчики. 10-12 фазных токов соединены в звезду.

Трансформатор 13 напряжения, подключен первичными обмотками к сети 14 М высшего напряжения, Выходы датчиков ЬР

4-6 фазных токов подключены соответ- Щ ственно к первому 15, второму 16 и третьему 17 входам, а вторичные обмотки трансформатора напряжения 13 — 1 ;,О к соответствующим входам органа блокировки 18 : четвертому 19, пятому 20 и шестому 21 Выходы датчиков 7-9 раз ности фазных токов подключены к первым входам 22, а выходы датчиков 10-12 фазных токов — к вторым вхопам 23 соответственно первого 24, второго 25

:А и третьего 26 рабочих органов, Третьи входы 27 рабочих органов 2426 соединены с выходом органа блокировки 18, а первые 28 и вторые 29 выходы рабочих органов подключены к со1525798 ответстнующим входам логического эле мента ИЛИ 30, Первый логический зле;мент И 31 соединен первым входом с выходом логического элемента ИЛИ 30, а выходом — с входом расширителя 32 импульсов, к выходу которого подключен исполнительный орган 33.

Каждый рабочий орган 24-26 содер:жит первый 34 и второй 35 формирователи прямоугольного напряжения, входы которых образуют соответственно пер-! вый 22 и второй 23 входы рабочего ор-

,гана, первый Зб, второй 37 формирова— тели модуля, входы которых соединены с входами соответственно первого 34 и второго 35 формирователей прямоугольйого напряжения, первый одновибратор

38, соединенный входом с выходом пер вого формирователя 34 прямоугольного . напряжения, первый блок несовпадения 39, первый вход которого подключен к входу первоro одновибратора 38, диф.ференциатор 40, соединенный входом с выходом первого одновибратора 38, а выходом — с вторым входом первого блока несовпадения 39, первый 41 и второй 42 блоки выборки и хранения, :управляющие входы которых подключены к выходу первого блока несовпадения

39, а рабочие входы — к выходам соответственно первого 36 и второго 37 формирователей модуля, первый блок .,совпадения 43, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора 38, а второй вход — с выходом .второго формирователя 35 прямоугольного напряжения, второй блок несонпадения 44, первый вход которо, ro подключен.к выходу первого одно;вибратора 38, а второй вход — к второ«40 му входу первого блока совпадения 43, второй блок совпадения 45, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора 38, а второй вход— с выходом первого блока совпадения 43, 15 второй 46 и третий 47 логические элементы И, первые входы которых подключены к выходам соответственно второго блока совпадения 45 и второго блока несовпадения 44, первый 48 и второй

49 сумматоры, первый 50 и второй 51 инерционные элементы, входы которых соединены с выходами. соответственно второго 41 и третьего 42 блоков выборки и хранения, а также с неинвер- 55 тирующими входами соответственно первого 48 и второго 49 сумматоров, а входы инерционных элементов 50 и 51 подключены к инвертирующим входам соответственно сумматоров 48 и 49, третий 52 и четвертый 53 формирователи прямоугольного напряжения, входы которых соединены с выходами соответственно первого 48 и второго 49 сумматоров, третий блок несовпадения 54, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно третьего 52 и четвертого 53 формирователей прямоугольного напряжения, а выход — к третьему входу третьего логического .элемента И 47, второй одновибратор

55, соединенный входом с первым входом третьего блока несовпадения 54, а выходом — с вторым входом третьего логического элемента И 47, Второй вход второго логического элемента И 46 образует третий вход 27 ра.:нчего органа, а выходы второго 46 и третьего 47 логических элементов И образуют соответственно первый 28 и второй

29 выходы рабочего органа,.

Второй вход 56 первого логического элемента И 31 является входом блокирования защиты на время действия переключателя регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), Устройство работает следующим образом, Орган блокировки 18 от бросков тока намагничивания силоного трансформатора выполнен по прототипу, его ра-. бота основана на принципе контроля угла между первыми гармониками тока и напряжения одноименных фаэ трансформатора 1. Практически это выполнено путем контроля мгновенного значения напряжения в сети в момент перехода тока той же фазы череэ максимум, При этом блокирующий сигнал в виде логического нуля на выходе органа блокировки появляется только в том случае, если угол между током и напряжением больше или равен установке, определяемой углом холостого хода исправного трансформатора. Во вс ех других режимах на третьи входы 27 рабочих органов 24-26 с выхода органа блокировки 18 поступает логический сигнал высокого уровня, разрешающий срабатывание защиты при наличии логической единицы на первом входе второго логического элемента И 46., Б нормальном режиме работы силового трансформатора 1 под нагрузкой напряжения на выходе всех датчиков 4-12 отличаются от нуля, При этом напряже25798

25

30 50 в5 l5 ния на первом 22 и втором 23 входах рабочих органов противоположны по зна ку, На выходах первого 34 и второго

35 формирователей прямоугольного напряжения формируются единичные сигналы, совпадающие по знаку с их входными сигналами. Сигнал с выхода блока

34 ограничивается по длительности в первом одновибраторе 38 до значения

t =2-3 мс. В блоке 43 проверяется сов падение знаков сигналов с выхода блока 35 и с выхода одновибратора 38.

На интервале длительности импульса от одновибратора 38 имеет место несовпадение знаков сравниваемых сигналов, и сигнал на выходе блока 43 равен нулю, После окончат я действия сигнала с выхода одновибратора 38 на выходе блока 43 появляется сигнал, повторяющий напряжение на его втором входе. Так как на первом входе второго блока совпадения 45 присутствует нулевой сигнал, то на его выходе сохраняется логический сигнал низкого уровня, а значит, сигнал низкого уров ня будет на первом выходе 28 рабочего органа, При этом в интервалах существования нулевого сигнала с выхода одновибратора 38 на входах второго блока несовпадения 44 присутствуют сигналы разной полярности, что обуславливает появление сигналов высоко— го. уровня на его выходе и на первом входе третьего логического элемента

И 47. Так как в установившемся режиме моменты выборки, определяемые моментами прихода импульсов с выхода первого блока несовпадения 39 на управляющие входы блоков выборки и хранения 41 и 42, не меняются, то не меняются и напряжения на их выходах, Следовательно, напряжения на выходах сумматоров 48 и 49, формирователей

52 и 53 прямоугольного напряжения и на обоих входах третьего блока несовпадения 54 равны нулю. На третьем входе третьего логического элемента И 47 присутствует сигнал низкого уровня с выхода третьего блока несовпадения 44 значит, и на втором выходе рабочего органа имеет место сигнал низкого уро ня, При этом все последующие блоки не возбуждаются и защита не срабатывает.

Если в режиме нагрузки произойдет увеличение или уменьшение тока в силовом трансформаторе, например, изза изменения нагрузки или напряжения в сети 14, то после очередной выборки одновременно изменяется з качение напряжений на обоих блоках 41 и 42 выборки и хранения либо в сторону увеличения, либо в сторону снижения в зависимости от характера возмущения, Оба сигнала пройдут - ерез сумматоры 48 и 49 и формирователи 52 и 53 прямоуголыых напряжений на входы третьего блока несовпадения

54. Так как знаки приращения этих сигналов одинаковы, то на выходе блока несовпадения 54 будет сохраняться сигнал низкого уровня и, следовательно, защита не сработает, Через время, определяемое постоянной времени инерционных элементов 50 и 51, сигналы на обоих входах сумматоров 46 и - 9 выравниваются и на их ьыходах, вковь ус1 тановятся нулевые значения напряже20 ннй, В связи с тем, что возможно некоторое различие в постоянных времени инерции инерционных элем нтов 50 и 51, а также различие в порогах чувствительности формирователей 52 и

53 прямоугольногс напряжения, появление нулей »а их выходах может быть неодновременным, Наличие сигнала высокого уровня на одном из входов третьего блОка не совпадения 54 обу словливает появление логического сигнала высокого уровня на его выходе, а следовательно, и íà третьеM входе третьего логического "-лемента И 47, Однако срабатывание "=ащиты не произойдет, так как сигнал высокого уровня на

35 втором входе третьего ло гическо го элемента И 47 с выхода второго одновиб ратора 55 присутствует в течение времени 1 =15 мс от момента появления сигнала высокого уровня на выходе третьего формирователя 52 прямоугольного напряжения, т, е, меньше времени существования сигнала высокого уровня на выходах блоков 52 и 53, Поэ45 тому в любой момент времени по крайней мере на одном из входов третьего логического элемента И 47 присутствует сигнал низкого уровня, что обуславливает сохранение сигнала низкого уровня на его выходе, а следовательно,и на втором выходе 29 рабочего органа.

Если в режиме нагрузки произошло витковое короткое замыкание в силовом транс55 форматоре (фиг, 2), при котором токи в трансформаторах тока 3, а следовательно, и через датчики 10-12 фазных

4 токов снизились (или не изменились), а в трансформаторах тока 2 возросли, 1525798

ro условия по состоянию первого выхо,да рабочего органа не изменятся, При этом соответственно снизится (или не изменится) значение напряжения выборки на выходе второго блока 42 вы:.борки и хранения, а на выходе блока

: выборки 41 возрастет, В результате ! ! на выходе первого сумматора 48 поя,вится- .затухающий экспоненциальный !

О, сигнал одного знака, а на выходе сум,:матора 49 — противоположного знака

,,(èëè нуль), !

В блоках 52 и 53 из этих сигналов формируются единичные прямоугольные . сигналы, совпадающие по знаку с соответствующими входными,Так как сигналы на обоих входах третьего блока 54 несовпадения разного знака (или имеется сигнал только на одном из вхо20

I, дов), то на его выходе в течение это; го времени присутствует логический сигнал высокого уровня, который поступает на третий вход третьего логического элемента И 47, 25

На второй вход третьего логическо"

ro элемента H 47 поступает. логический сигнал высокого уровня с выхода вто рого одновибратора 55. Длительность этого сигнала равна t, =-15 мс, Так как следующий сигнал высокого уровня от первого блока несовпадения 44 поступит на первый вход через время> не превы, шающее t,, то в момент совпадения сигналов высокого уровня на. всех трех входах третьего логического элемента И !

47 на его выходе появится логичес . кий сигнал высокого уровня, Наличие логического сигнала высокого уровня на любом входе второго логичес40, кого элемента ИЛИ 30 обусловливает появление сигнала высокого уровня. на его выходе, Этот сигнал поступает на первый вход первого логичес-кого элемента И 31, на втором входе

56 которого. присутствует логический сигнал высокого уровня, поступающий от устройства РПН (блокируемым явля ется сигнал низкого уровня, вырабатываемый в процессе срабатывания РПН}, Наличие логических сигналов высокого уровня на обоих входах элемента 31 обусловливает появление сигнала высокого уровня на его выходе, Далее .этот сигнал расширяется по длительности в первом расширителе 32 импуль- 55 сов до значения, необходимого для надежного срабатывания исполнительного органа 33, Работа защиты при внешнем коротком замыкании (фиг. 3) отличается от работы в нормальном нагрузочном режиме, описанном выше, тем, что из-за возможного переходного процесса в каждом полупериоде сигналов от датчиков тока 7"9 и 10-12 могут меняться значения выборки на выходах блоков выборки и хранения 4! и 42. Однако поскольку приращения выборки.на обоих блоках 41 и 42 всегда одного знака, то на выходе третьего блока несовпадения

54 сохраняется логический сигнал низкого уровня и срабатывание защиты не произойдет, Если в режиме нагрузки вступает в работу устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), то в моменты переключения отпаек обмоток силового трансформатора на второй вход 56 первого логического элемента И 31 поступает сигнал низкого уроння, исключающий возможнос гь срабатывания защиты, реагирующей на возникающее при этом кратковременное замыкание части витков трансформатора как на повреждение, I

При включении силового трансформатора 1 под напряжение в сеть 14 в режиме холостого хода током обтекаются только трансформаторы тока 2, Поэто- . му напряжения будут присутствовать на выходах датчиков токов 4-9. С выхода датчиков тока 7-9 сигналы посту- пают на первые входы 22 рабочих органов 24-26, Так как напряжение на втором входе 23 рабочего органа отсутствует, то на обои" нходах второго блока совпадения 45 будут присутствовать сигналы, совпадающие по знаку и по длительности. На выходе второго блока совпадения 45, а следовательно, и на первом входе второго логического элемента И 46 в интервалах совпадения будет присутствовать сигнал высокого уровня, На первом входе третьего логического элемента И 47 будет сохраняться логический нуль, так как на входах второго блока несовпадения

44 имеется либо совпадение сигналов по знаку, либо .нулевые сигналы. Поэтому rro второму выходу 29 рабочего органа защита не сработает, При исправном силовом трансформаторе 1 от броска тока намагничивания срабатынает орган блокировки .18 от бросков тока намагничивания.

1525798

Сигнал низкого уровня .с выхода органа блокировки поступает через третьи входы 27 рабочих органов 24-26,на второй вход второго логического элемента .И 46 и блокирует защиту.

Если в результате броска тока намагничивания при включении холостого силового трансформатора под напряжение в обмотке одной иэ фаз его возникло витковое короткое замыкание,,то условия для работы рабочих органов не изменятся, поэтому на первом входе второго логического элемента И 46 будут присутствовать периоди- 15 чески повторяющиеся кратковременные ,(длительностью t,) сигналы высокого уровня.

При повреждении обмотки трансформатора (витковое короткое замыкание} увеличиваются активные потери, что приводит к уменьшению угла между током в обмотке и напряжением соответствующей фазы и к возврату органа блокировки 18, Защита деблокируется, и 25 при следующем совпадении сигналов высокого уровня на обоих входах второго логического элемента И 46 в рабочем органе проиэойдвт срабатывание исполнительного органа 33.

При восстановлении напряжения на нагруженном трансформаторе может быть бросок тока намагничивания на фоне сквозного тока нагрузки. В этом режиме рабочие органы 24-26 работают так же,. как и в описанном выше режиме внешнего короткого замыкания, т,е, на выходе второго блока совпадения

45 присутствует логический сигнал низкого уровня, а на выходе второго блока несовпадения 44 - периодически повторяющиеся короткие логические сигналы высокого уровня, поступающие на первый вход третьего логического элемента И 47, Так как при восстановлении . напряжения на трансформаторе имеет место приращение токов в трансформаторах тока 2 и 3 одного знака, т,е, увеличение тока, то на обоих входах третьего блока несовпадения 54 будут присутствовать сигналы, совпадающие по знаку, 0

Следовательно, на его выходе будет сохраняться логический сигнал низкого уровня, который поступает на третий вход третьего логического элемента И 47, На втором входе элемента 47 логический сигнал высокого уровня будет присутствовать в течение С =15 мс после момента первой выборки блоком,41, В результате в любой момент време1 ни по крайней мере на одном из входов четвертого логического элемента И 47 будет присутствовать сигнал низкого уровня> что предотвратит срабатывание э ащиты.

При коротком замыкании в трансформаторе 1 с током, превышающим ток нагрузки, и наличии тока подпитки места короткого замыкания со стороны низшего напряжения сигналы на входах 22 и

23 рабочих органов 24- 26 совпадают по знаку (фиг, 4), После прохождения этих сигналов через формирователи 34 и 35 прямоугольного напряжения, первый одновибратор 38 и первый блок совпадения 43 будет иметь место совпадения сигналов одного знака на обоих входах второго блока совпадения 45 и второго блока несовпадения 44 ° . В результате логический сигнал высокого. уровня с выхода блока 45 поступает на первый вход второго логического элемента И 46, на втором входе которого к этому времени будет присутствовать логический сигнал высокого уровня с выхода органа блокировки 18 от бросков тока намагничивания, Совпадение логических сигналов высокого уровня на обоих входах второго логического элемента И 46 обусловливает сигнал высокого уровня на его выходе, что приводит к срабатыванию, исполнительного органа 33. Время срабатывания защиты в этом режиме зависит от момента возникновения короткого заьыкания, постоянной времени затухания переходного процесса в токе к,з„ и не превышает 5 мс, Ча работу защиты не влияет различие в уровнях токов в датчиках 7-9 и

10-12, обусловленных, например, переключениями РПН, так как. рабочие органы защиты выполнены на принципе сравнения знаков входных сигналов, В моменты переключения РПН осуществляется блокирование защиты на время переключения, Устройство позволяет выполнить защиту силовых тринсформаторов с током срабатывания. менее 5Х от номинального тока независимо от наличия РПН. При этом время действия защиты составляет около 5 мс при коротком замыкании в защищаемой зоне с током, превышакщим. ток нагрузки; не более 20 мс при витковом замыкании в обмотке трансформато ра в режиме нагрузки; не более 30 мс

l1 1525798 в случае возникновения виткового з амыкания при включении трансформатора под напряжение. формула изобретения

1. Устройство для защиты силового трансформатора, содержащее трансформаторы тока, предназначенные для установки с обеих сторон силового трансформатора, датчики разности фазных токов стороны высшего .напряжения, датчики фазных токов стороны высшего напряжения, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входом органа блокировки, трансформатор напряжения, предназнеченный для подключения к сети высшего напряжения, к вторичным обмоткам которого подключены соответственно четвертый, пятый и шестой входы органа блокировки,, рабочий орган, последовательно соединенные. первый элемент И, расширитель импулъсов, исполнительный блок, выход которого является выхо- 25 дом устройства, о т л и Й а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия, рабочий орган установлен в каждой фазе,, дополнительно введены три датчика фазных токов стороны низшего напряже.;ния, выходы последних подключены к . второму входу рабочего органа соответ( ствующей фазы, к первому входу которого подключены выходы датчиков раз35, ности фазных токов стороны высшего напряжения, третьи входы рабочих ор; ганов объединены и соединены с выходом органа блокировки, выходы рабо, чих органов подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход .котоt рого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого предназначен для подключения к блоку регулирования коэффициента трансформации силового трансформатора под нагрузкой, 2, Устройство по п,l, о т л и ч аю щ е е с я тем, что каждый из рабочих органов выполнен в виде четырех формирователей прямоугольного напряжения, дифференциатора, двух формирователей модуля, двух одновибраторов, двух блоков совпадения и трех блоков несовпадения, двух блоков выборки и хра-55 нения, двух инерционных элементов, двух сумматоров, второго и .третьего элементов И, причем входы первых формирователей прямоугольного . напряжения и модуля объединены и являются первым входом рабочего органа, входы вторых формирователей прямоугольного напряжения и модуля также объединены и являются вторым входом рабочего органа, выход первого формирователя прямоугольного напряжения подключен через последовательно соединенные первый одновибратор, первый вход второго блока совпадения с первым входом второго элемента И, второй вход которого является третьим входом рабочего органа, а выход — первым выходом рабочего органа,.выход второго формирователя прямоугольного напряжения подключен к первому входу первого блока совпадения и через первый вход второго блока несовпадения соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого является вторым выходом рабочего органа, выход первого одновибратора соединен с вторым выходом второго блока несовпадения и с вторым входом первого блока совпадения, вы ход которого соединен с вторым входом второго блока совпадения, второй вход первого блока совпадения соединен с входом дифференциатора, выход которого подключен к первому входу первого блока несовпадения, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя прямоугольного напряжения, а выход — с управлякхциьы входами первого и второго блоков выборки и хранения, прямые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго формирователей модуля, выход первого блока выборки и хранения подключен к прямому входу первого сумматора и через первый инерционный элемент к инверсному входу первого сумматора, выход которого через последовательно соединенные третий формирователь прямоугольного напряжения и второй одновибратор подключен к второму входу третьего элемента И, выход второго блока выборки и хранения соединен с прямым входом второго сумматора и через второй информационный элемент с инверсным входом второго сумматора, выход которого через четвертый формирователь прямоугольного напряжения подключен к первому входу третьего блока несовпадения, второй вход которого соединен с входом второго одновибратора, а выход с третьим входом третьего элемента И.

1525798

1525798

1525798