Способ дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения электроустановки и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты шин низшего уровня напряжения от различного вида повреждений (проходной, подвесной или опорной изоляции, вводов выключателей и трансформаторов и т.д.), сопровождаемых различными видами коротких замыканий. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности, уменьшение массогабаритных показателей, повышение надежности и снижение трудозатрат на монтажно-наладочные и эксплуатационные работы. Для достижения технического результата сигнал переменного тока, характеризующий суммарный ток всех питающих шины линий, и переменный ток, характеризующий суммарный ток всех отходящих от шин линий, преобразуют в первый и второй сигналы постоянного тока, которые подают на вход поляризованного порогового органа. Причем первый сигнал постоянного тока подают в положительном направлении по отношению ко входу порогового органа, а второй сигнал постоянного тока - в отрицательном направлении. При превышении тока на входе порогового органа заданного уровня срабатывает защита, отключающая все линии от шин. За счет использования порогового органа, работающего на постоянном токе, повышается чувствительность защиты. За счет возможности использования трансформатора тока цепей защиты отходящих линий в цепях защиты шин уменьшаются массогабаритные показатели изобретения. Кроме того, в изобретении отсутствует необходимость согласовывать полярность включения обмоток трансформаторов тока отходящих от шин линий и питающих шины линий, что повышает надежность защиты и уменьшает трудозатраты на монтажно-наладочные и эксплуатационные работы. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты шин низшего уровня напряжения от различного вида повреждений (проходной, подвесной или опорной изоляции, вводов выключателей и трансформаторов и т.д.), сопровождаемых различными видами коротких замыканий.

Известен способ дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения, в соответствии с которым контролируют сумму токов всех источников питания, подключенных к шинам низшего уровня напряжения (силового трансформатора, секционного выключателя и. т. д.), и при превышении указанной суммы токов заданного порогового уровня, что имеет место при наличии к.з. на защищаемых шинах, защита приходит в действие, отключая все источники питания (силовой трансформатор и секционный выключатель, см. с. 596, 597 [1]).

Известный способ имеет следующие недостатки: низкую чувствительность, обусловленную применением в качестве порогового органа дифференциального реле переменного тока; сложность и высокие массогабаритные показатели из-за необходимости использования большого количества трансформаторов тока и реле; низкую надежность, так как имеется вероятность нарушения полярности включения обмоток трансформаторов тока.

Известно устройство дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения. Известное устройство содержит трансформаторы тока по суммарному числу фазовых проводов всех питающих шины линий и дифференциальные реле переменного тока по числу фаз в каждой линии (см. с. 596, 597 [1]). Недостатками известного устройства являются: 1) низкая чувствительность, обусловленная применением дифференциальных реле переменного тока; 2) сложность и высокие массогабаритные показатели из-за необходимости использовать большого количества трансформаторов тока и реле; 3) низкая надежность, так как имеется вероятность нарушения полярности включения обмоток трансформаторов тока.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение, указанных недостатков, то есть повышение чувствительности, уменьшение массогабаритных показателей, повышение надежности и снижение трудозатрат на монтажно-наладочные и эксплутационные работы.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения электроустановки, в соответствии с которым формируют токовый сигнал, величина которого соответствует геометрической сумме токов всех питающих шины линий и отходящих от шин линий, и при превышении величины токового сигнала заданного порогового уровня отключают все питающие шины линии и отходящие от шин линии от шин электроустановки, упомянутый токовый сигнал является разностью первого и второго сигналов постоянного тока, кроме того, формируют переменный ток, величина которого соответствует геометрической сумме токов всех питающих шины линий, первый сигнал постоянного тока получают путем выпрямления и фильтрации упомянутого сформированного переменного тока, для каждой из отходящих от шин линий формируют сигнал переменного тока, соответствующего току в этой линии, второй сигнал постоянного тока получают путем выпрямления и фильтрации геометрической суммы всех упомянутых сигналов переменного тока.

В частном случае реализации способа питающие шины линии отключают от шин электроустановки путем отключения вводного выключателя, связанного с выводами низшего уровня напряжения силового трансформатора и отключения секционного выключателя, связанного с вводным выключателем другой секции электроустановки.

Сигналом переменного тока каждой отходящей линии может в частном случае являться разность токов вторичных обмоток двух трансформаторов тока, установленных в двух фазах соответствующей отходящей от шин линии.

Для формирования сигнала переменного тока каждой отходящей от шины линии можно в частном случае использовать трансформаторы тока цепей защиты этой отходящей от шин линии.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что в устройстве дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения электроустановки, содержащем трансформаторы тока, первичные обмотки которых включены в рассечки цепей фаз питающих шины линий и отходящих от шин линий, формирователь токового сигнала, величина которого соответствует геометрической сумме токов всех питающих шины линий и отходящих от шин линий, выход которого подключен ко входу порогового органа реле, замыкающие контакты которого включены в цепь отключения выключателей, через которые выводы питающих шины линий и отходящих от шин линий соединены с шинами электроустановки, формирователь токового сигнала содержит первый и второй формирователи сигналов постоянного тока, выходы которых включены встречно параллельно, первый формирователь сигнала постоянного тока содержит преобразователь переменного тока в постоянный и согласующие узлы по числу питающих линий, вход каждого из которых является соответствующим входом первого формирователя сигнала постоянного тока и подключен к параллельно соединенным вторичным обмоткам трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в рассечки цепей фаз соответствующей питающей шины линии, выход каждого из согласующих узлов соединен с входом преобразователя переменного тока в постоянный, выход которого соединен с выходом первого формирователя сигнала постоянного тока, второй формирователь сигнала постоянного тока содержит преобразователь переменного тока в постоянный и согласующие элементы по числу отходящих от шин линий, вход каждого из которых подключен к встречно параллельно соединенным вторичным обмоткам двух трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в рассечки цепей двух фаз соответствующей отходящей от шин линии, выход каждого из согласующих элементов второго формирователя сигнала постоянного тока через соответствующий преобразователь переменного тока в постоянный соединен с выходом второго формирователя сигнала постоянного тока.

В качестве согласующих элементов первого и/или второго формирователя сигнала постоянного тока можно использовать согласующие трансформаторы.

Последовательно в выходную цепь первого и/или второго формирователя сигнала постоянного тока можно включить регулируемый резистор.

Пороговый орган реле можно выполнить поляризованным.

В частном случае реализации устройства одна из питающих шин линий предназначена для подключения к шинам через вводной выключатель выводов низшего уровня напряжения силового трансформатора одной из секций электроустановки.

В частном случае реализации устройства одна из питающих шин линий предназначена для подключения к шинам через секционный выключатель вводного выключателя, соединенного с выводами низшего уровня напряжения силового трансформатора другой секции электроустановки.

Первичные и/или вторичные обмотки согласующих трансформаторов могут быть выполнены с регулируемым числом витков.

Заявленное изобретение позволяет использовать в качестве порогового органа поляризованное реле постоянного тока, за счет чего повышается чувствительность защиты, реализуемой изобретением. За счет возможности использовать трансформаторы тока цепей защиты отходящих линий в цепях защиты шин уменьшаются массогабаритные показатели предложенного изобретения. Кроме того, в предложенном изобретении отсутствует необходимость согласовывать полярность включения обмоток трансформаторов тока отходящих от шин линий и питающих шины линий, что повышает надежность защиты и уменьшает трудозатраты на монтажно-наладочные и эксплуатационные работы.

На фиг. 1 изображена схема примера выполнения устройства, реализующего способ дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения; на фиг. 2 - пример выполнения преобразователя переменного тока в постоянный.

Устройство дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения, изображенное на фиг. 1, содержит шины 1 низшего уровня напряжения первой секции электроустановки. К шинам 1 подключены первыми выводами вводной выключатель 3, секционный выключатель 4, выключатели 13,14 первой и второй линий соответственно отходящих от шин низшего уровня напряжений. Второй вывод вводного выключателя 3 через включенные в рассечки фазовых проводов питающей линии первичные обмотки трансформаторов тока 5, 6, 7 соединен с выводами низшего уровня напряжения силового трансформатора 2 первой секции электроустановки. Второй вывод секционного выключателя 4 через включенные в рассечки фазовых проводов питающей линии первичные обмотки трансформаторов тока 8, 9, 10 соединен с шинами низшего уровня напряжений второй секции 23 электроустановки. Вторые выводы фаз А и С выключателей 21 и 22 через первичные обмотки трансформаторов тока 15, 16 и 17, 18 соответственно, а фазы В непосредственно подключены к выводам соответствующих фаз соответствующих первой и второй отходящих от шин 1 линий. Направление включения первичных обмоток трансформаторов тока 5-10 относительно шин 1 одинаково. Направление включения первичных обмоток трансформаторов тока 15-18 относительно шин 1 одинаково. Вторичные обмотки трансформаторов тока 5-7 соединены согласно параллельно и подключены к первичной обмотке согласующего трансформатора 11. При этом начала вторичных обмоток трансформаторов тока 5-7 соединены с началом первичной обмотки согласующего трансформатора 11, а концы вторичных обмоток трансформаторов тока 5-7 соединены с концом первичной обмотки согласующего трансформатора 11.

Вторичные обмотки трансформаторов тока 8-10 соединены согласно параллельно и подключены к первичной обмотке согласующего трансформатора 12. При этом начала вторичных обмоток 8-10 соединены с началом первичной обмотки согласующего трансформатора 12, а концы вторичных обмоток трансформаторов тока 8-10 соединены с концом вторичной обмотки согласующего трансформатора 12. Вторичные обмотки согласующих трансформаторов 11 и 12 соединены согласно параллельно между собой и подключены к входу (первому 29 и второму 31 входным выводам) преобразователя 24 переменного тока в постоянный.

Вторичные обмотки трансформаторов тока 15,16 соединены встречно параллельно между собой и подключены к последовательно соединенным входу порогового органа 21 реле отходящей линии и первичной обмотке согласующего трансформатора 19. При этом начало вторичной обмотки трансформатора тока 15 фазы А соединено через входную цепь порогового органа 21 с концом первичной обмотки согласующего трансформатора 19. Начало вторичной обмотки трансформатора тока 16 фазы C соединено с началом первичной обмотки согласующего трансформатора 19. Вторичные обмотки трансформаторов тока фаз А и С соединены встречно параллельно между собой и подключены к последовательно соединенным первичной обмотке согласующего трансформатора 20 и входу порогового органа 22 реле отходящей линии. При этом начало вторичной обмотки трансформатора тока 17 фазы А соединено через входную цепь порогового органа 22 с концом первичной обмотки согласующего трансформатора 20, а начало вторичной обмотки трансформатора тока 18 фазы С соединено с началом первичной обмотки согласующего трансформатора 20. Вторичные обмотки согласующих трансформаторов 19, 20 соединены согласно параллельно между собой и подключены к входу (первому 30 и второму 32 входным выводам) преобразователя 25 переменного тока в постоянный. Выход преобразователя 24, сформированный плюсовым выводом 33 и минусовым выводом 35, через регулируемый резистор 26 подключен к входу поляризованного порогового органа 28. Выход преобразователя 25, сформированный плюсовым выводом 37 и минусовым выводом 36, подключен через регулируемый резистор к входу поляризованного порогового органа 28. Плюсовой вывод выхода преобразователя 25 соединен через регулируемый резистор 27 с неполярным выводом входа порогового органа 28 и с минусовым выводом выхода преобразователя 24. Плюсовой вывод выхода преобразователя 24 соединен через регулируемый резистор 26 с полярным выводом порогового органа 28 и с минусовым выводом выхода преобразователя 24. Замыкающие контакты, управляемые выходным сигналом порогового органа 28, включены в цепь отключения шин 1 низшего уровня напряжения (не показана). Замыкающие контакты, управляемые выходным сигналом порогового органа 28 включены в цепь отключения шин 1 низшего уровня напряжения (не показана).

Частный случай выполнения преобразователя 24(25) переменного напряжения в постоянное приведен на фиг. 2. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, представленный на фиг. 2, состоит из двух фазосдвигающих цепочек, содержащих последовательно соединенные конденсатор 37 и резистор 40 и последовательно соединенные резистор 39 и конденсатор 38, из трехфазного выпрямительного моста на диодах 44-49 и из фильтров: сглаживающего на конденсаторе 41 и фильтра 6-й гармоники в виде последовательно соединенных конденсатора 42 и дросселя 43. Общий вывод конденсатора 37 и резистора 39 является первым входным выводом 29(30) преобразователя постоянного тока в переменный, а общий вывод резистора 40 и конденсатора 38 - вторым входным выводом 31(32) преобразователя переменного тока в постоянный. Общий вывод конденсатора 37 и резистора 40, общий вывод резистора 39 и конденсатора 38 и общий вывод конденсатора 38 и резистора 40 соединены с соответствующими выводами переменного тока трехфазного выпрямительного моста, к выходу (плюсовому выводу и минусовому выводу) которого подключены сглаживающий фильтр и фильтр 6-й гармоники. Плюсовой и минусовой выводы выпрямительного моста являются плюсовым 33(34) и минусовым 35(36) выходными выводами преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Поляризованный пороговый орган в частном случае может быть выполнен в виде поляризованного реле, конструкция которого приведена в [2] Конструкция цепи отключения шин низшего уровня напряжения может быть выполнена в соответствии с раскрытой на с. 20-21 [1] конструкцией цепи отключения защиты. В качестве элементов поляризованного реле и его исполнительных органов могут быть использованы как электромеханические реле, так и бесконтактные реле на полупроводниковой элементной базе и микропроцессорной технике.

Защита шин низшего уровня напряжения в соответствии с предложенным способом осуществляется следующим образом.

Токи вторичных обмоток трансформаторов тока 5-7, величины и направления которых соответствуют токам фаз А, B, C питающей шины 1 линии, связанной с выводами низшего уровня напряжения силового трансформатора 2, суммируются на первичной обмотке согласующего трансформатора 11. Токи вторичных обмоток трансформаторов тока 8-10, величины и направления которых соответствуют токам фаз А, В, С питающей шины 1 линии, подключенной к шине низшего уровня напряжения второй секции 23 электроустановки, суммируются на первичной обмотке согласующего трансформатора 12. Токи первичных обмоток трансформаторов 11 и 12, соответствующие геометрическим суммам токов всех фаз питающих линий, подключенных к шинам 1 через вводной выключатель 3 и секционный выключатель 4 соответственно, преобразуются соответствующим согласующим трансформатором, и на выводах цепи из согласно параллельно соединенных вторичных обмоток трансформаторов 11, 12 формируется переменный ток, величина которого соответствует геометрической сумме токов всех питающих шины линий. Упомянутый переменный ток преобразуется в преобразователе 24 в первый сигнал постоянного тока, который через регулируемый резистор 26 поступает на вход порогового органа 28.

Токи вторичных обмоток трансформаторов тока 15, 16, величины и направления которых соответствуют токам фаз А и С первой отходящей от шины 1 линии, геометрически вычитаются, и сформированный при этом переменный ток, соответствующий току в первой отходящей от шин 1 линии, через входную цепь порогового органа 21 поступает на первичную обмотку согласующего трансформатора 19, на вторичной обмотке которого формируется сигнал переменного тока, соответствующий току первой отходящей от шины 1 линии. Токи вторичных обмоток трансформаторов тока 17, 18, величины и направления которых соответствуют токам фаз А и С второй отходящей от шин 1 линии, геометрически вычитаются и сформированный при этом переменный ток, соответствующий току во второй отходящей от шин 1 линии, через входную цепь порогового органа 22 поступает на первичную обмотку согласующего трансформатора 20, на вторичной обмотке которого формируется сигнал переменного тока, соответствующий току второй отходящей от шин 1 линии. На выводах цепи из согласно параллельно соединенных вторичных обмоток трансформаторов 19, 20 формируется сигнал переменного тока, равный геометрической сумме сигналов переменного тока первой и второй отходящих от шин 1 линий, величина которого определяется геометрической суммой токов этих линий. Сигнал переменного тока, равный геометрической сумме сигналов переменного тока первой и второй отходящих от шин 1 линий, преобразуется в преобразователе 25 во второй сигнал постоянного тока, который через регулируемый резистор 27 поступает на вход порогового органа 28. Первый сигнал постоянного тока подается на вход поляризованного порогового органа в положительном направлении, а второй сигнал постоянного тока - в отрицательном направлении. Таким образом, на вход поляризованного реле поступает токовый сигнал, равный разности первого и второго сигналов постоянного тока. При превышении токового сигнала на входе поляризованного реле 28 заданного порогового уровня замыкающие контакты, управляемые выходным сигналом порогового органа 28, замыкаются, и в цепи отключения шин 1 формируется сигнал срабатывания защиты, отключающий выключатели 3, 4, 13, 14.

При отсутствии повреждений на шинах сумма токов, направленных к шинам секции, равна сумме токов, отходящих от шин секции, поэтому токовый сигнал, поступающий на вход поляризованного реле, определяется токами небаланса и не превышает заданного порогового уровня. Замыкающие контакты, управляемые сигналом с выхода порогового органа 28, находятся в разомкнутом состоянии и не происходит отключения присоединений от шин. При возникновении повреждения, сопровождаемого коротким замыканием на защищаемых шинах, к переменному току, поступающему на вход преобразователя 24, определяемому геометрической суммой токов всех питающих шины 1 линий, добавится, переменный ток, соответствующий току короткого замыкания. Соответственно к токовому сигналу на входе порогового органа добавится токовый сигнал, полученный путем преобразования упомянутого добавленного переменного тока, поэтому ток положительного направления на входе порогового органа резко возрастет и превысит пороговый уровень, что приведет к замыканию управляемых им замыкающих контактов и подаче оперативного тока к цепям управления отключением выключателей 4, 3, 13 и 14, которые отключают соответствующие присоединения от шин.

Изменяя числа витков первичных и/или вторичных обмоток согласующих трансформаторов 11, 12, 19, 20, можно выбирать ток срабатывания (уровень срабатывания) пороговых органов, компенсировать возможный небаланс токов, обусловленный погрешностями в работе трансформаторов тока.

Регулировочными резисторами 26, 27 можно менять степень отстройки от тока небаланса.

Источники информации 1. Чернобровов Н.В. Релейная защита. -М.:Энергия, 1971.

2. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций, М. : Энергия, 1979, С.77-78.

Формула изобретения

1. Способ дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения электроустановки, в соответствии с которым формируют токовый сигнал, величина которого соответствует геометрической сумме токов всех питающих шины линий и отходящих от шин, и при превышении величины токового сигнала заданного порогового уровня отключают все питающие шины линий и отходящие от шин линии от шин электроустановки, отличающийся тем, что упомянутый токовый сигнал является разностью первого и второго сигналов постоянного тока, кроме того, формируют переменный ток, величина которого соответствует геометрической сумме токов всех питающих шины линий, первый сигнал постоянного тока получают путем выпрямления и фильтрации упомянутого сформированного переменного тока, для каждой из отходящих от шин линий формируют сигнал переменного тока, соответствующего току в этой линии, второй сигнал постоянного тока получают путем выпрямления и фильтрации геометрической суммы всех упомянутых сигналов переменного тока.

2. Способ защиты по п. 1, отличающийся тем, что питающие шины линии отключают от шин электроустановки путем отключения вводного выключателя, связанного с выводами низшего уровня напряжения силового трансформатора, и отключения секционного выключателя, связанного с вводным выключателем другой секции электроустановки.

3. Способ защиты по п.1 или 2, отличающийся тем, что сигналом переменного тока каждой отходящей линии является разность токов вторичных обмоток двух трансформаторов тока, установленных в двух фазах соответствующей отходящей от шин линии.

4. Способ защиты по п.3, отличающийся тем, что для формирования сигнала переменного тока каждой отходящей от шин линии используются трансформаторы тока цепей защиты этой отходящей от шин линии.

5. Устройство дифференциальной защиты шин низшего уровня напряжения электроустановки, содержащее трансформаторы тока, первичные обмотки которых включены в рассечки цепей фаз питающих шины линий и отходящих от шин линий, формирователь токового сигнала, величина которого соответствует геометрической сумме токов всех питающих шин линий и отходящих от шин линий, выход которого подключен к входу порогового органа реле, замыкающие контакты которого включены в цепь отключения выключателей, через которые выводы питающих шины линий и выводы отходящих от шин линий соединены с шинами электроустановки, отличающееся тем, что формирователь токового сигнала содержит первый и второй формирователи сигналов постоянного тока, выходы которых включены встречно параллельно, первый формирователь сигнала постоянного тока содержит преобразователь переменного тока в постоянный и согласующие узлы по числу питающих линий, вход каждого из которых является соответствующим входом первого формирователя сигнала постоянного тока и подключен к параллельно соединенным вторичным обмоткам трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в рассечки цепей фаз соответствующей питающей шины линий, выход каждого из согласующих узлов соединен с входом преобразователя переменного тока в постоянный, выход которого соединен с выходом первого формирователя сигнала постоянного тока, второй формирователь сигнала постоянного тока содержит преобразователь переменного тока в постоянный и согласующие элементы по числу отходящих от шин линий, вход каждого из которых подключен к встречно параллельно соединенным вторичным обмоткам двух трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в рассечки цепей двух фаз соответствующей отходящей от шин линии, выход каждого из согласующих элементов второго формирователя сигнала постоянного тока через соответствующий преобразователь переменного тока в постоянный соединен с выходом второго формирователя сигнала постоянного тока.

6. Устройство защиты по п.5, отличающееся тем, что в качестве согласующих элементов первого и/или второго формирователя сигнала постоянного тока используются согласующие трансформаторы.

7. Устройство защиты по любому из пп.5, 6, отличающееся тем, что последовательно в выходную цепь первого и/или второго формирователя сигнала постоянного тока включен регулирующий резистор.

8. Устройство защиты по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что пороговый орган реле является поляризованным.

9. Устройство защиты по любому из пп.5-8, отличающееся тем, что одна из питающих шин линий предназначена для подключения к шинам через вводной выключатель выводов низшего уровня напряжения силового трансформатора одной из секций электроустановки.

10. Устройство защиты по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что одна из питающих шин линий предназначена для подключения к шинам через секционный выключатель вводного выключателя, соединенного с выводами низшего уровня напряжения силового трансформатора другой секции электроустановки.

11. Устройство защиты по любому из пп.6-10, отличающееся тем, что первичные и/или вторичные обмотки согласующих трансформаторов выполнены с регулируемым числом витков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2