Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки

 

ц688947

О Л И С А Н kil E йЗОЬРЕТЕЙйЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i" .+ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.09.76 (21) 2406390/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.79. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 30.09.79 (51) М. Кл. Н 02 Н 3/28

Государственный комитет (53) Ъ ДК 621 316

° 925 (088.8) по делам изобретений н открытий (72) Автор изобретения д г- т, СЙ

А. И. Шалин (71) Заявитель

Новосибирский электротехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЪНО-ФАЗНОИ

ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

Изобретение относится к релейной защите трансформаторов и автотрансформаторов электрической части электрических станций и подстанций и может использоваться для защиты силовых трансформато- 5 ров, автотрансформаторов и блоков генератор-трансформатор при возникновении внутренних коротких замыканий и развивающихся витковых замыканий.

Известно устройство дифференциально- 10 фазной защиты, содержащее нелинейные датчики тока, схему сравнения, резисторы которой шунтированы стабилитронами, диодную схему преобразования, реагирующий орган и блок торможения при бросках 15 тока намагничивания i(1).. Однако это устройство не может обеспечить селективности защиты в переходных режимах внешних коротких замыканий, сопровождающихся большими фазовыми погрешностями, при 20 сохранении быстродействия в режимах внутренних коротких замыканий.

Эксперименты показали, что при достаточно высоком быстродействии описанное выше устройство допускает в режимах 25 внешних коротких замыканий погрешность в токах плеч защиты, равную приблизительно 30 эл. град., что может оказаться недостаточным в переходныхрежимах,особенно при использовании каскадных транс- Зо форматоров тока.

Известно также реле дифференциальнофазной защиты, содержащее входные трансформаторы, присоединенные к трансформаторам тока, установленным на выводах защищаемого объекта, схему преобразования входных величин, присоединенную к ней двухплечевую схему сравнения и реагирующий орган с присоединенным к нему блоком торможения при бросках тока намагничивания. Каждое плечо схемы сравнения состоит из шунтирующего конденсатора, тормозного резистора и последовательно с ним соединенного рабочего резистора, зашунтированного стабилитроном, причем выводы рабочих резисторов подсоединены к реагирующему органу через диоды, включенные в прямом направлении по отношению к диодам схемы преобразования, а выводы тормозных резисторов — через диоды в обратном направлении. (2)

Однако это реле в большинстве случаев не может обеспечить селективности в режиме с допустимой кратковременной перегрузкой трансформатора тока срабатывания, меньшего 30 номинального тока защищаемого трансформатора.

Действительно, если, например, это реле установлено на автотрансформаторе или трансформаторе, имеющем регулирование напряжения на сторонах, равное в сумме - (16 — 20%) и работающем с перегрузкой, 688947 >

1б

3 равной 40 ф, то ток небаланса в описанном режиме будет равен 0,225 — 0,28 номича;нного тока только за счет нсбаланса из-за регулирования. Отсюда очевидна невозможносп сни>кения тока срабатывания (i о крайней мере в режиме псрегрузки) ниже

0,3 — 0,35 номинального тока при использовании описанного выше реле. Такой ток срабатывания может не обеспечить достаточно высокой чувствительности защиты при некоторых витковых замыканиях взащища см о м тр ан сфор м а тор е.

Прототипом нзобрстения является последнее из перечислснных реле.

Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности устройства при сохранении его быстродействия.

Поставленная цель достигастся тем, что в устройство для дифференциально-фазпой защиты электроустановки с регулятором напряжения, введены фильтр третьей гармоники дифференциального тока, блокторможения в установившемся режиме, два дифференцирующих блока, два блока временпбй памяти, три ключа и блок выдержки времени, при этом вход фильтра третьей гармоники дифференциального тока соединен с блоком преобразования выходных величин, выход — с первым входом первого блока временной памяти и первым из ocHoB0h1x входов первого ключа, входы блока торможения в установившемся режиме соединены с выходамп блока преобразования выходных величин, выход соединен с входом первого дифференцирующего блока, вторым основным входом первого ключа, а также с основным и управляющим входами второго ключа, выход первого дифференцнрующего блока соединен со вторым входом первого блока временнбй памяти, третий вход которого соединен с регулятором напряжения защищаемого объекта, а выход — с упр авляющим входом первого ключа, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход преобразователя дифференциального "îêà соединен с основным входом третьего ключа и с входом второго дифференцирую щего блока, выход которого соединен с первым входом второго блока временнбй памяти, его выход с управляющим входом третьего ключа, выход которого через блок выдержки времени соединен с третьим входом блока сравнения, выход второго ключа соединен с четвертым входом блока сравнения, а выход блока торможения в переходных режимах соединен с четвертым входом первогоблока временнбй памяти и вторым входом второго блока временной памяти.

На черте>кс изображена структурная схема устройства., Выходы трансформаторов тока соединены с блоком 1 преобразования выходных величин, а его выходы — с блоком торможения в установившемся режиме 2 (БТ) .

Л >, 10

;0 а>

6э

БТ 2 предназначен для обеспечения необходимой тормозной характеристики устройства и имеет сш.нал на выходе, пропорциональный разности суммы модулей токов

;лсч защиты и дифференциального тока.

Такой алгоритм действия БТ 2 обеспечивает максимальный тормозной сигнал на его выходе при внешнем коротком замыкании со сдвигом токов на 180 эл. град. и отсутствие "îðìîçíîãî сигнала при внутреннем коротком замыкании и отсутствии сдвига между токами. При необходимости вместо описанного блока может быть применен любОй другой, дающий аналогичный эффект.

По цепи дифференциального тока БТ 2 связан с преобразователем дифференциального тока 3 (ПДТ), блоком торможения в переходных режимах 4 (БТП) и фильтром "îðìîæåíèÿ по третьей гармонике дифференциального тока 5 (ФТГ).

Схема преобразователя дифференциального тока 3 содер кит элемент, расщепляющий поступающий на него сигнал, пропорциональный дифференциальному току, в трехфазную систему с последующим выпрямлением и сглаживаиием и предназначена для преобразования переменного сигнала, пропорционального дифференциальному току, в соответствующий сигнал постоянного тока.

LiTII 4 предназначен для тормо>кения защиты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешнего короткого замыкания. Он может быть выполнен на основе схемы, сравнивающей амплитуды волн полуцсриодов дифференциального тока, выделяющей четные гармоники из дифференциального тока, и на других известных принципах.

ФТГ 5 предназначен для торможения устройства в режиме работы защищаемого трансформатора с перевозбуждением, например, если он включен на отключенную с обратной стороны линию электропередачи высокого напряжения.

К выходу ПДТ 3 подключен дифференцирующий блок б (ДБ), который предназначен для выявления резкого изменения сигнала на выходе схемы преобразования дифференциального тока 3.

K выходу ДБ б подключен блок временнбй памяти 7 (ВП), предназначенный для запоминания наличия сигнала на его входе на время, равное, например, 2 — 3 периодам промышленной частоты.

К выходу блока ВП 7 подключен ключ 8, предназначенный для коммутации сигнала, снимаемого с ПДТ 3, на блок выдержки времени 9 (ВВ).

Блок выдержки времени 9 предназначен для задержки подаваемого с ключа 8 сигнала на время, равное, например, 1/4 периода промышленной частоты.

К, выходу блока BB 9 подключен вход 10

688947

5 блока сравнения 11 (БС). Блок сравнения

11 имеет четыре входа и один выход.

Вход 10 БС 11 предназначен для действия на срабатывание, вход 12 — для загрубления устройства до уровня тока срабатывания защиты, равного, например, 0,4 номинального и выше в зависимости от величины поступающего на него сигнала, вход 13 — для интенсивного торможения при внешних коротких замыканиях, вход

14 — для торможения в переходных режимах.

К выходу БС 11 присоединен реагирующий орган 15, предназначенный для выдачи сигнала на отключение защищаемого трансформатора.

Ключ 16 по цепи управления присоединен к блоку торможения БТ 2 и предназначен для коммутации сигнала, также поступающего с БТ 2 на вход 13 БС 11.

Дифференцирующий блок ДБ 17, подкл1оченный к выходу блока БТ 2, предназначен для выполнения функций, аналогичных функциям блока ДБ 6.

Блок временной памяти 18 (ВП) также выполняет функции, апялогичнь1с функциям блока ВП 7, но запоминает сигнал па время, равное, например, 4 — 6 периодам промышленной частоты.

Ключ 19 предназначен для ко>1м тацип целого ряда загрубляю1цих сип1алов я вход 1? БС 11. К таким сигналам относятся сигнал о работе устройства регулирования няпря>кения под нагрузкой, сигналы от

ФТГ 5, БТ 2. Кроме того, ключ 19 дает возможность регулирования начального загрубляющего сигнала, обеспечивающего ток срабатывания защиты прн открытом положении ключа 19, на уровне, например, 0,3 — 0,5, номинального токя защищаемого трансформатора.

Входы блоков временнбй памяти ВП 7 и

ВП 18 соединены с выходом блока БТП 4 для того, чтобы беспечить с помощью этих блоков открытое состояние ключей 8 и 19 в течение всего времени переходного процесса.

Вход 14 блока сравнения 11 соединен с выходом блока БТП 4 для обеспечения торможения при переходных процессах бросКОВ тОКа 1ЗЯМЯГПИти1ВаНИЯ И ВНЕШНИХ КОРОтких замыканиях.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При коротком замыкании в зоне защиты сигнал ня выходе ПДТ 3 резко увеличивается и на выходе дифференцирующего блока ДБ 6 появляется положительный сигнал, под ллздс:cTHHc которогл срабатывает блок лоеменнлй памяти ВП 7, запоминая факт появления положительного сигнала на своем входе на время, равное 2 — 3 периодя11 промышленной частоты. Под воздействиe.;1 сигнала, поступающего с блока

ВП 7, ключ 8 открывается на то же самос

50 ял

65 время, равное 2 — 3 периодам, н пропускает сигнал с ПДТ 3 через блок ВВ 9 па блок сравнения БС 11. Так как на тормозныс входы блока сравнения 11 в этом режиме сипилы не поступают, HH его выходе пляьляется сигнал, поступающий ня реагирующий орган 15. Последний срабатывает и выдает сигнал на отключение зящчщяемого объекта.

Если внутреннсс короткое замыкание сопрово>кдаегся появлением зна штсльно япериодичсской составляющей в первичном токе и переходными процессами в трансформаторах тока, то в течение всего времени переходного процесса на выходе блока

БТП 4 имеется сигнал, поддержпвсцощий бчок ВП 7 и кляч 8 в открытом состляп1ш. т. е. обеспечивающий выдачу спг11я Io, пропорциональяого дпфферснц11альному току. на вход 10 блока сравнения 1!. На вход 14

БС 11 в этом режиме поступает сигнал от

БТП 4, который оказывает действие, обратное дсйстлшо сигна lя, поступающего на вход 10 БС 11, т. с. тормозящий защиту.

Кооме того, в этом ре>1симс. сигнал с блока

БТП 4 открывает такнсе блок ВП 18 н

«л1лч 19. С кляча 19 па вход 12 БГ 11 тяк>кс подается дополнительный Toрмознлй

СПГПя 3. ЗяГт> бЛя1ощнй тОК СрябатЫЛаиня зяпшг11 птри>:срнл до уровня 0,4 номинальНОГΠ— 11са ЗаиЦШ,ЯЕМОГЛ тРЯНСфОРМЯтЛРЯ.

Гряоятылянпе зянц1ты проис.слдпт в тот

>1лмент, когда де"fcTHHe сигнала, пропорЦПЛНаЛЬ11ОГО Д11ффЕРЕНЦИаЛЬПЛМ ТОКУ И плст пя1ощсго ня глод 10 БС 11. плесдолсет тормозное действие с11гналлв, плступагоHIHх ня лходьг 14 и 12 БС 11.

Бь1стрлдсйстлис устройства. как и быстродсйСтЛПЕ ПЗВЕСтНЫХ т СTDOI".CTB ОбЕСПЕЧПлается за счет прави IhHQI o выбора типа

БТП 4 и лел1 -1пны сигнала, подаваемого с него пя БС 11.

При л11ткллом зам11кяппн 11я зящшцяемлм трансформаторе дпфферснциальньш ток может бьгть весьма мял (ор11ентиролочт:л 15 — 20О/О номинального To!IB). Прн этом заметного псреходногл процесса в трансформаторах тока плеч защиты ожидать не прпхочится, ня выходе БТП 4 также прягстически Ffc будет сигнала 11 зящптя сработает со своим мч.1и тясц 11ым током срабатывания, ряв11ы .1 o!>IIc HTèðoI!n÷ л 10О1 нохгпнальнлго тлкя пл пепи, 61лт. 1, П "IT 3,,ЧБ 6, ВП 7. ключ 8, ВВ 9, БГ 11, Р0 15.

ЧУЛСтвнтЕЛЬПОСтЬ ЗЯ1ППт1.1 Л ЗтлМ ЛС >1СИ>1Е оппелеляется 1 оггструк11пей П IT 3. 61лкя

ДБ 6 и макси>1ял1-111,1м у1.лвсгс >1 сулстлптс льности f>car!.ру:л1пегс. л1>гя1тя 15, Прн дойетВПП CTOOéCTÃ.,". ПЕГуЛ1тповяиня и и;-< Г1 и >1С Ä 1I H З Р П т Н 1ц я Е 1 Л Г Л т и Я и CAn1т тг Я т 0 гт Я

ПЛЛ ПяГЛ1ЗКС и 1 РПН1 тС К Л,ИСЪСЬтЕЛС11-,Я, 1 -1 !n" "Лт>11 тЯК>ттл т1Л>,:Стт ЛЛЗЛЯСт1т

З1ячта-Л т;.СГO ПОД ВЛЗДЕйСтЛПЕМ СНГНЯЛЯ С .ггБ 6 лжет сработ." г1, блок ВП 7. ключ 8 гкроется и на вход 10 БС 11 поступит спг688947 то

7 нал, пропорциональный дифференциальномуу току. Для того, чтобы защита в этом режиме не подействовала ложно, сигнал от

РПН заводится на блок ВП 18, который открывает ключ 19 и загрубляет защиту на все время действия РПН до уровня примерно 0,4 номинального тока защищаемого трансформатора (или выше, если на ключ

19 поступа,от дополнительные топмозныс сигналы от блоков БТ 2 или ФТГ 5). Вслч— чина тока срабатывания защиты в этом режиме мояет быть изменена, если токи небаланса в номинальном режиме окажутся соизмеримыми с этой величиной (напримеп, при большом диапазоне регулирования напряжения). Б,лок выдержки времени

ВВ 9, задеряивая рабочий сигнал примерно на 1/4 периода промышленной частоты, обеспечивает в этом режиме надежное несрабатывание защиты за счет опере>катощего действия тормозного сигнала.

При включении защищаемого трансфопматора на хо",,îñòîé ход может возникнуть большой по величине бросок тока намагничивания. В этом случае vcTpollcTBQ запускается по рабочей цепи, как было описано вьцпе и на вход 10 БС 11 поступает работи :. сигнал. Недействие защиты обеспечивается за счет тормозттого действия БТП 4.

Если при включении защищаемого трансформатора броска тока намагничивания не возникает, а дифференциальный ток увеличивается на величину установившегося значения тока намагничивания, то отключение защиты обеспечивается выбором минимального тока срабатывания, большего установившег ся тока намагничивания, т. е. регулировкой чувствительности реагирующего органа PO 15.

При увеличении тока намагничивания защищаемого трансформатора за счет его перевозбуждения, например, при отключении с обратного конца линии электропередачи высокого напряжения, второй конец которой остался подключенным к затцитттаемому трансформатору, несрабатывание защиты обеспечивается за счет фильтра тормояеттия от третьей гармоники дифференциального тока ФТГ 5, сигнал с выхода которого приводит к срабатыванито блока

ВП 18 и открытию ключа 19, через который этот сигнал поступает на вход 12 БС 11 и топмозит у стройство в течение всего времени работы защищаемого траттсформатОра с перевозбуждением.

При подключении к защищаемому трансформатору дополнительной нагрузки дифференциальный ток также может скачкообразно возрасти. При этом несрабатьтвание защиты обеспечивается за счет блока торможения БТ 2, Как от.тетзлос ° т; е, сигнал на выходе БТ 2 пропопцно.та.лн разности суммы модулей токов плеч защиты .r модуля дифференциального тока. Этот сигнал максимален при сдвиге токов в пле2О

З5 то т:т

:1 1

8 тах защиты»a 180 эл. град. и равен нулю при сдв тге, равном О. При работе защищаетяого трансформатора под нагрузкой сигнал IIB выходе БТ 2 увеличивается с ростом тот;а нагрузки. Таким образом при с«а ткообвазпом посте нагрузки сигнал на выходе блока БТ 2 также скачкообразно возрастает и на выходе блока ДБ 17 появляется голoII<ительттый сигнал, который запускает блок ВП 18, в результате чего открьтвастся «лто т 19 и сигнал с БТ 2 поступает тта вход 12 БС 11, обеспечивая загрублстт те за;циты в функции от тока нагрузки заицпцаемого тпансформатора. Ток срабатьтвания защиты при этом всегда остается гыше тока небаланса.

При коротком замыкании вне зоны защитьт сигнал «а выходе блока торможения

БТ 2 резко возрастает. Если он превышает велттчину, соответствующую вытекатощему пз оттьт защиты току, примерно равному

200 /, номинального, открывается ключ 16 сигнал с блока БТ 2 поступает на вход 13

БС 11, обеспечивая интенсивное торможение и несрабатывание защиты в этом режиме.

Если внешнее короткое замыкание со«ровоядается переходным процессом, то несрабатывание защиты обеспечивается дополнительно блоком торможения БТП 4.

Таким образом предлагаемое устройство для дифференциально-фазной защиты об-Iàд ет высокой чувствительностью, в том числе к развивающимся витковы» за тьткапиям, а также высокой селективностьто как в рсяи»е нормальной работы, так и при в«евших коротких замыканиях.

Высокое быстродействие защиты обеспечивается использоваттием блока торможе«пя БТП 4. сигттал на выходе которого

cт ладь,вастся из двух cocòàâëÿþùèõ, одной, пропоппиональной разности амплитуд различных пол»периодов дифференциального тока, и дттуготт, пропорциональной велитттт втопой г ттмоники этого тока.

В ка тсствс БТГ1 4 может быть использован любой дп той а«а.",or! ттт.тй блот<, ОбесгечиватОтцпй достаточное быстродействие и ттадеж«ое топмо>кение в переходных режимах внетттттттх !коротких замт-тканий.

На кафедпе электрических станций Нопсттбт с«ого электротехнического института в настоящее время пазрабатывается нолт-авто»ати11 . .nr» стпойство для контполя ис«павности блоков описанного выше устройства защиты. Опыт разпаботки такого рода тестовых устройств показывает, что их применение позволяет сохпа итт аппаратттт то надежность устройства несмотря на усложнение его схемы на уровне известных с строттств.

Ппедлагаечое устройство было испытано в НИЛ кафедры электри .."скттх cTBHIIèé

Новосибипского электротехни еского института. Эксперименты показали, что мини688947

10 мальный ток срабатывания устройства может быть ориентировочно принят равным

10% номинального, а в установившихся режимах. внешних коротких замыканий устройство допускает погрешность в модуле токов плеч, равную 70 — 90%, сопровождаюшуюся угловой погрешностью в б0 — 80 эл. град.

Несрабатывание зашиты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешних коротких замыканий обеспечивалось соответствующей регулировкой блока торможения БТП 4.

Формула изобретения

Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки с регулятором напряжения, содержащее трансформаторы тока, устанавливаемые по концам зашищасмого объекта, к которым присоединен блок преобразования выходHbIx величин и подключенный к нему через блок торможения в переходном режиме блок сравнения с реагируюшим органом на выходе, и преобразоватепь дпфференциа lbHQI тока, присоединенный также к 61оку преобразования выходных величин, о т л и ч а ю ш е ес я тем, что, с целью повышения- чуRcTHHтельности и селсктивиости, в него введены фильтр третьей гармоники дифференциального тока, блок торможения в установпв1IIcAIcH режиме, два диффсрснцируfoIIIHx блока, два блока временнбй памяти, три ключа и блок выдержки времени, при этом вход фильтра третьей гармоники дифференциа,IbHoIQ тока соединен с блоком преобразования выходных величин, выход в с первым входом первого блока временной памяти и первым из ocHQBHblx входов первого ключа, входы блока торможения в установившемся режиме соединены с выходами блокд преобразования вы: одных вели ин, а выход — с входом первого дифференцируюшего блока, вторым основным входом первого ключа, а также с основным и уг равляющим входами второго к1юча, выход первого дифференцир .ющего блока соединен со вторым входом первого блока временнбй памяти, третий вход которого соединен с регулятором напряжения защищаемого объекта, а выход — с управляющим входом первого ключа, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход преобразователя дифференциального тока соединен с основным входом третьего ключа и с входом второго дчффепенциру|ощего блока, выход которого соединен с первым входом второго блока временной памяти, его выход — с управля1011IHxI Bxодом третьего ключа, выход которого через блок выдержки воеменп соединен с третьим входом блока сравнения, выход втооого ключа соединен с четвертым входом блока сравнения, а выход блока тОПМожЕНИЯ В ПЕРЕXO+HbIX РЕжИМаХ СОЕДИпсн с четвертым входом первого блока временной памяти и вторым входом второго

П 701<.I ВПЕМЕППОЙ 113M IITH

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Зэ ¹ 311330, кл. Н 02 Н 3/28, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 473254, кл. Н 02 Н 3/28, 1975.

688947

Составитель Л. Корнеева

Техред Н. Строганова

Редактор В. Левитов

Корректор A. Галахова

Заказ 2106/7 Изд. Ке 555 Тираж 866 Подписное

НПО «Поиск» Г осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2