Способ дифференциальной защиты электроустановки

Изобретение относится к защите электроустановок от коротких замыканий (КЗ) и, в частности к защите генераторов и/или трансформаторов. Технический результат заключается в возможности без снижения чувствительности защиты обеспечить селективность ее действия при внешних КЗ, сопровождающихся интенсивными переходными процессами. Для этого в способе пофазно формируют дифференциальный ток, пропорциональный разности вторичных токов на входе и выходе защищаемой электроустановки, и тормозной ток, состоящий из двух слагаемых, первое из которых пропорционально корню квадратному из векторного произведения указанных вторичных токов, а значения второго вычисляют путем интегрирования дополнительного тока, равного разности между суммой модулей указанных вторичных токов и модулем дифференциального тока, затягивают спад второго слагаемого тормозного тока, сравнивают дифференциальный ток с уставкой и тормозным током и по результатам сравнения выдают сигнал на срабатывание защиты. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к защите электроустановок от коротких замыканий (КЗ), в частности к защите генераторов и/или трансформаторов.

Уровень техники

Дифференциальная защита основана на пофазном сравнении вторичных токов i₁ и i₂, полученных от трансформаторов тока, установленных на противоположных сторонах защищаемого объекта. В дифференциальных защитах с торможением для улучшения селективности действия защиты при внешних КЗ дифференциальный ток, равный разности токов (i₁-i₂), сравнивают с уставкой срабатывания и отдельно формируемым тормозным током i_m, при превышении которых дифференциальным током вырабатывают сигнал на отключение защищаемой электроустановки.

Известен способ дифференциальной защиты, по которому для улучшения отстройки от внешних КЗ и бросков тока небаланса используют (в сочетании с торможением или без него) времяимпульсный принцип, основанный на анализе длительности пауз в кривой дифференциального тока [1].

Недостаток способа [1] - низкая помехоустойчивость, что понижает надежность работы защиты. Кроме того, при токах внутреннего КЗ, близких к уставке срабатывания, и наличии апериодической составляющей в токах КЗ, время срабатывания защиты существенно увеличивается.

Современные защиты выполняют на базе программируемых, микропроцессорных терминалов.

Известен выбранный в качестве прототипа способ дифференциальной защиты электроустановки, реализованный в программируемом микропроцессорном терминале дифференциальной защиты [2]. Согласно способу-прототипу терминалом пофазно реализуются, в частности, функции формирования дифференциального тока, формирования тормозного тока, пропорционального корню квадратному из векторного произведения фазных токов, измеренных на разных сторонах защищаемой электроустановки, и функции реагирующего органа, в котором происходит сравнение дифференциального тока с уставкой и тормозным током.

Недостаток прототипа - при работе защит, реализующих способ [2], наблюдаются режимы внешних КЗ, в которых вследствие переходных процессов, в том числе и в цифровых фильтрах, тормозной ток может становиться равным нулю на время, достаточное для срабатывания защиты. Это вынуждает снижать чувствительность защиты для обеспечения селективности ее действия при внешних КЗ, сопровождающихся интенсивными переходными процессами.

Задача изобретения - обеспечить селективность действия защиты при внешних КЗ, сопровождающихся интенсивными переходными процессами, без снижения ее чувствительности.

Раскрытие изобретения

Предметом изобретения является способ дифференциальной защиты электроустановки, заключающийся в том, что пофазно формируют дифференциальный ток, пропорциональный разности вторичных токов на входе и выходе защищаемой электроустановки, и тормозной ток, состоящий из двух слагаемых, первое из которых пропорционально корню квадратному из векторного произведения указанных вторичных токов, а значения второго вычисляют путем интегрирования дополнительного тока, равного разности между суммой модулей указанных вторичных токов и модулем дифференциального тока, затягивают спад второго слагаемого тормозного тока, сравнивают дифференциальный ток с уставкой и тормозным током и по результатам сравнения выдают сигнал на срабатывание защиты (отключение электроустановки).

Это позволяет решить задачу изобретения - исключить необходимость снижения чувствительности защиты во избежание ее срабатывания при внешних КЗ, сопровождающихся интенсивными переходными процессами.

Изобретение имеет следующие уточнения, относящиеся к частным случаям осуществления способа:

- значения второго слагаемого тормозного тока вычисляют как разность текущих значений двух интегралов, каждый из которых вычисляют с усреднением в скользящем окне наблюдения, один - на первой половине, а другой - на всей длительности периода промышленной частоты;

- затянутый спад второго слагаемого тормозного тока формируют в виде экспоненты с постоянной времени, выбранной в соответствии с максимальным временем затухания апериодической составляющей первичного тока короткого замыкания.

Краткое описание чертежей

Осуществление способа иллюстрируют фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 представлена функциональная блок-схема предлагаемого способа, на фиг.2 - временные диаграммы токов, поясняющие с учетом развития способа работу защиты в случаях внешнего и внутреннего (по отношению к защищаемой установке) короткого замыкания. На фиг.3 представлена структурная схема микропроцессорного терминала защиты, реализующего предложенный способ.

Осуществление изобретения

Поскольку дифференциальная защита работает пофазно, дальнейшее изложение относится к каждой фазе защиты.

Блок-схема на фиг.1, иллюстрирующая работу дифференциальной защиты по предлагаемому способу, содержит следующие функциональные блоки:

- формирователь 1 дифференциального тока;

- формирователь 2 первого слагаемого тормозного тока;

- формирователь 3 второго слагаемого тормозного тока;

- реагирующий орган 4.

Дальнейшее изложение предполагает программную реализацию этих функциональных блоков в микропроцессорном терминале защиты.

Блок 1, используя значения вторичных фазовых токов i₁, i₂, измеренных по разные стороны защищаемого объекта, формирует дифференциальный ток в виде разности этих токов:

i_Δ.=i₁-i₂;

Блок 2 формирует первое слагаемое тормозного тока как корень квадратный из векторного произведения токов:

где .

Блок 3 в соответствии с предлагаемым способом формирует второе слагаемое тормозного тока.

Для этого сначала вычисляют мгновенные значения дополнительного тока i_доп=|i₁|+|i₂|-|i₁-i₂|.

Затем полученные значения i_доп используют для вычисления значений второго слагаемого i_m2 тормозного тока. Значения i_m2 определяют путем интегрирования i_доп, например, как разность текущих значений двух интегралов от i_доп, каждый из которых вычисляют с усреднением в скользящем окне наблюдения, один - на первой половине, а другой - на всей длительности периода промышленной частоты.

После достижения максимума ток i_m2 начинает убывать. При этом его спад формируют так, чтобы затягиванием спада предотвратить срабатывание защиты в режимах внешних КЗ. Спад может быть сформирован, например, в виде экспоненты с постоянной времени, выбранной в соответствии с максимальным временем затухания апериодической составляющей первичного тока короткого замыкания.

От блоков 1, 2 и 3 в блок 4 поступают цифровые значения дифференциального тока и слагаемых тормозного тока. В блоке 4 дифференциальный ток сравнивают с уставкой и с суммой слагаемых тормозного тока. Если дифференциальный ток превышает уставку и указанную сумму, блок 4 вырабатывает сигнал на срабатывание защиты и отключение электроустановки.

Примеры работы защиты в случаях внешнего и внутреннего КЗ иллюстрирует фиг.2. Токи, предшествующие КЗ, на фиг.2 не показаны. Кроме того, для упрощения иллюстрации на фиг.2 условно принято, что:

- КЗ возникает в момент перехода токов через ноль;

- апериодическая составляющая в токе КЗ отсутствует;

- трансформатор тока, по которому протекает ток i₁, при КЗ насыщается и угол его насыщения равен 90°.

Показанные на фиг.2 линии текущих значений интегралов обозначены i_m21 и i_m22 соответственно.

Как видно из диаграмм, представленных на фиг.2, в случае внешнего КЗ ток i_доп≠0 и соответственно ток i_m2, формируемый как описано выше, также не равен 0. Спад второго слагаемого тормозного тока, формируемый в виде экспоненты i_m2спад (см. фиг.2), обеспечивает кратковременную блокировку действия защиты до тех пор, пока не затухнут переходные процессы, вызванные произошедшим КЗ, и первое слагаемое тормозного тока не достигнет установившегося значения.

В примере, показанном на фиг.2, в установившемся режиме внешнего КЗ сохраняется только экспоненциальная составляющая тока i_m2. Это объясняется тем, что в установившемся режиме на втором периоде от начала КЗ значения i_m21 и i_m22 равны друг другу. Как видно на фиг.2 при внутреннем КЗ

|i₁|+|i₂|=|i₁-i₂|.

При этом i_доп=0, соответственно слагаемое i_m2 тормозного тока также равно 0 и не блокирует защиту.

В результате в отличие от прототипа защита надежно отстраивается от переходных процессов при внешних КЗ.

Аналогичные результаты были получены при рассмотрении случаев возникновения внешних и внутренних КЗ при разных начальных углах тока и варьировании другими допущениями, перечисленными выше.

Использование изобретения позволяет без уменьшения чувствительности дифференциальной защиты к внутренним КЗ повысить надежность ее отстройки от внешних КЗ, сопровождающихся интенсивными переходными процессами.

Промышленная применимость

Предлагаемый способ может быть реализован устройством в виде запрограммированного микропроцессорного терминала защиты, структурная схема которого приведена на фиг.3.

На фиг.3 показаны подключенные к системной магистрали ("общей шине") 5:

- блок 6 аналого-цифрового преобразования;

- блок 7 выходных цепей;

- блок 8 (программируемый) цифровой обработки;

На входы блока 6 от трансформаторов 9 тока подаются вторичные

фазные токи где i_А1, i_В1, ic₁ с одной и i_А2, i_В2, ic₂ с другой стороны защищаемой электроустановки 10.

Блок 7 выдает сигнал на отключение электроустановки 10.

Блок 8 запрограммирован с возможностью пофазной реализации, в частности, следующих функций:

- формирование цифровых значений дифференциального тока;

- формирование цифровых значений слагаемых тормозного тока;

- сравнение дифференциального тока с уставкой и тормозным током, выдача команды на отключение электроустановки 10 при превышении дифференциальным током уставки и тормозного тока (функция реагирующего органа).

Микропроцессорный терминал, осуществляющий предлагаемый способ, работает следующим образом (см. фиг.3).

Блок 6 преобразует входные аналоговые величины токов в цифровые значения и через магистраль 5 передает их в блок 8. Блок 8 в соответствии с заложенной в него программой обработки использует получаемые цифровые значения вторичных токов для осуществления функций дифференциальной защиты в соответствии с предлагаемым способом. При этом в случае выполнения условий срабатывания защиты блок 8 выдает на магистраль 5 команду управления блоком 7, который формирует сигнал на отключение электроустановки 10.

Источники информации

1. Н.В.Чернобровов, В.А.Семенов. Релейная защита энергетических систем. Москва, Энергоатомиздат, 1998, стр.595-606.

2. ABB MODURES. Цифровая защита генераторов. Тип REG 216. Рабочие инструкции. Издание АББ Реле-Чебоксары. Январь 1994.

1. Способ дифференциальной защиты электроустановки, заключающийся в том, что пофазно формируют дифференциальный ток, пропорциональный разности вторичных токов на входе и выходе защищаемой электроустановки, и тормозной ток, состоящий из двух слагаемых, первое из которых пропорционально корню квадратному из векторного произведения указанных вторичных токов, а значения второго вычисляют путем интегрирования дополнительного тока, равного разности между суммой модулей указанных вторичных токов и модулем дифференциального тока, затягивают спад второго слагаемого тормозного тока, сравнивают дифференциальный ток с уставкой и тормозным током и по результатам сравнения выдают сигнал на срабатывание защиты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения второго слагаемого тормозного тока вычисляют как разность текущих значений двух интегралов, каждый из которых вычисляют с усреднением в скользящем окне наблюдения, один - на первой половине, а другой - на всей длительности периода промышленной частоты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что затянутый спад второго слагаемого тормозного тока формируют в виде экспоненты с постоянной времени, выбранной в соответствии с максимальным временем затухания апериодической составляющей первичного тока короткого замыкания.