Устройство для фиксации периодического броска намагничивающего тока

 

Ч У а« ф е.

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП И

ИЗОБРЕТЕНИЯ (п172 9726

Ф

« ,,б» - с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 150877 (21) 2516300/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано 250480, Бюллетень Мо 15

Дата опубликования описания 30. 04.80 (51)м. к.2

Н 02 Н 7/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 316. .925.2(088.8) (?2) Авторы изобретения

Г. В. Бердов, M. M. Середин и А. В. Лебедев

Южное отделение ордена Октябрьской Революции Всесоюзного

Государственного проектно-изыскательского и научноисследовательского института энергетических систем и электрических сетей (7) ) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ

ПЕРИОДИЧЕСКОГО БРОСКА НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО TOKA

В

Изобретение относится к области релейной защиты трансформаторов и автотрансформаторов, в цепях дифференциальной защиты которых могут протекать периодические броски намагни- S чивающего тока, содержащие или не содержащие апериодическую слагающую, от которых по условию увеличения чувствительности и быстродействия защиты требуется повышенная отстройка. 10

Известны устройства, в которых отстройка от периодического броска намагничивающего тока (бнт) достигается за счет использования характерных признаков, присущих апериодическому бнт. При этом для торможения защиты при периодическом бнт могут использоваться признаки апериодического бнт, который протекает одновременно с периодическим бнт в двух других фазах. В 20 устройстве для дифференциальной защиты трансформаторов, в котором вторичные обмотки реле типа PHT-560 с насыщающимися трансформаторами тока соединены в треугольник . При этом 25 обеспечивается взаимное влияние между реле всех трех фаз, которое выражается в том, что при протекании апериодических бнт по двум фазам происходит насыщение магнитных систем ре- 3G ле PMT-560, установленных в этих фазах, вследствие «чего сопротивление их вторичных обмоток уменьшается и они оказывают шунтирующее действие на пе- риодический бнт, протекающий через реле в третьей фазе (1).

Недостатком этого устройства является тс, что при насыщении защитных трансформаторов тока апериодическими бнт, протекающими в двух фазах, вторичный ток трансформаторов тока в этих фазах не будет содержать апериодическую слагающую и реле PHT-560 з этих фазах подмагничиваться не будет. Поскольку периодический бнт трансформируется защитными . трансформаторами тока без искажений, защиту в этом случае необходимо отстраивать от его полного значения.

Известны также устройства, в которых для торможения защиты при периодических бнт используются характерные при знаки формы кривой тока непосредственно периодического бнт.

Например, в защите ДЗТ- 21УЗ, для усилия отстройки от периодических бнт используется фильтр второй гармоники, выделяющий слагающую гармоники из периодического бнт (2) .

729726

Недостатком фиксации режима при протекании периодического бнт ло второй гармонике тока является то, что лри насыщении защитных трансформаторов тока алериодическими слагающими первичных токов лри коротких замыка5 ниях во вторичном токе появляется вторая гармоника, которая будет препятствовать срабатыванию защиты.

Поскольку качество фильтра в защите

ДЭТ- 21УЗ не высокое,он будет пропускать гармоники с порядковым номером больше двух. Поэтому защита будет тормозиться также при насыщенных перегруженных трансформаторах тока симметричными синусоидальными токами короткого замыкания. Это подтверждается исследованиями защиты ДЗТ-21УЗ, проведенными в Южном отделении института Энергосетьлроект .

Наиболее близким к изобретению является устройство для дифференциаль- 20 . ной защиты трансформатора f3) .

Известно устройство, содержащее промежуточный трансформатор тока, ко вторичной обмотке которого лодсоединено сопротивление, вылрямительный мост, к выходу которого подключены цепь, состоящая из последовательно соединенного стабилитрона и параллельной

RC-цепи, и формирователь прямоугольных импульсов, нагруженный на последовательно соединенные инверторы, селектор импульсов по длительности, орган запоминания сигналов и выходное реле, которые представляют собой орган для сравнения длительности импульсов на выходе формирователя лря35 моугольных импульсов с заданной длительностью. Это устройство обеспечивает измерение бестоковых пауз в дифференциальном токе и сравнение их с заданной длительностью. Если длитель- 40 ность бестоковой паузы превышает заданную длительность, сигнал на выходе устройства отсутствует (4).

Недостатком прототипа является следующее. При периодических бнт длитель-4 ность бестоковых пауз незначительна и может составлять около 3 мс. В данном случае, значительно повышаются требования к стабильности уставки по длительности паузы и, кроме того, в ря- ®0 де случаев не удается избежать замедления в переходных режимах короткого замыкания в защищаемой зоне при насыщении трансформаторов тока защиты.

Таким образом, устройство не позволяет надежно зафиксировать периодический бнт по информации в бестоковых паузах в дифференциальном токе.

Целью изобретения является повышение надежности фиксации периодического броска намагничивающего -тока. Щ

Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее трансформатор с выпрямительиыми диодами, подключенными к его вторичной обмотке, формирователь прямоугольных импульсов $$ с RC-цепью и стабилитроном на входе и орган сравнения длительности временных интервалов импульсов с заданным, подключенный к выходу формирователя прямоугольных импульсов, дополнительно введен второй формирователь прямоугольных импульсов, c RC-цепью на входе и стабилитроном, выход которого соединен со входом органа сравнения, лри этом точки соединения резистора и емкости укаэанных RC-цепей через одинаково включенные выпрямительные диоды и ограничительные резисторы соединены с концами вторичной обмотки трансреактора средняя точка которой соединена с другими выводами конденсаторов, а стабилитро включены между токами соединения выпрямительных диодов и ограничительных резисторов и ее средней точкой.

Благодаря совокупности признаков известного устройства и ограничительных признаков предлагаемого устройства в нем измеряются и сравниваются между собой времена, в течение которых напряжения на емкостях КС-цепей, заряжаемых от наводимой на концах вторичной обмотки трансреактора ЭдС, пропорциональной положительной и отри-. цательной полуволнам производной дифференциального тока, превышают заданный уровень. При этом в режиме периодического бнт и режимах коротких замыканий лри различной степени насыщения магнитолровода трансформатора тока соотношение между длительностями превышения значения. напряжения на емкостях КС-целей заданного уровня различно, что позволяет зафиксировать режим периодического бнт.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства, на которой изображен формирователь 1 прямоугольных импульсов (ФПИ), орган 2 сравнения импульсов по длительности (ОСИД), трансреактор 3, резисторы 4-7, ста билитроны 8-9, выпрямительные диоды

10-11 емкости 12 и 13.

На фиг. 2 представлена схема формирователей прямоугольных импульсов (1) на транзисторах 14, 15 вместе со входными цепями, на которой изображены ограничительные диоды 16, 17, базовые резисторы 18 и 19, коллекторные резисторы 20 и 21.

На фиг. 3 представлена схема органа сравнения импульсов по длительности, на которой изображены операционный усилитель 22, реализующий совместно с резисторами 23-26 функцию вычитания; элементы 27-31, 32-40 выдержки времени на появление сигнала; элемент

41, выполняющий операцию сложение по модулю 2 .

На фиг. 4, 5 приведены потеициаль. ные диаграммою работы предлагаемого устройства при периодических бнт симметричном (4) и смещенном относительно оси времени (5).

729726

На фиг. 6 представлена потенциальная диаграмма работы предлагаемого устройства при синусоидальном токе короткого замыкания а и при искаженном токе в случае насыщения трансформатора тока симметричным синусоидальным током б .

На фиг. 7 приведена потенциальная диаграмма работы предлагаемого устройства при насыщении трансформатора тока апериодической составляющей первич- О ного тока короткого замыкания.

На фиг. 4-7 приняты следующие обозначения: 42 — ток в первичной обмотке трансреактора; 43 — напряжение на вторичной обмотке трансреактора; 44, 45 напряжения на емкостях 12, 13 RC-цепей; 46, 47 — напряжения на коллекторах транзисторов 14, 15 (на выходах формирователей прямоугольных импульсов);

48 — напряжение на выходе операционного усилителя 22; 50 — напряже- О ния на емкостях 30, 32 элементов выдержки времени на появление сигнала;

51, 52, 53 — напряжения на выходах элементов 31, 40, 41 органа сравнения импульсов по длительности. 25

Рас<-.мотрим пример конкретного выполнения и работу предлагаемого устрой. ства.

При .протекании по первичной обмотке трансреактора бросков намагничива- 3О ющих токов и токов короткого замыкания на его вторичной обмотке наводится эдс. Емкости 12 и 13 заряжаются соответственно через цепи 4, 10 и 5, 11 от воли положительной и отрицатель-З .ной полярностей эдс вторичной обмотки трансреактора, а разряжаются соответственно через сопротивления 6 и 7 и вхоцные сопротивления формирователей прямоугольных импульсов (см. фиг. 1) .

Сигналы на выходах формирователей 4О

)1 появляются при превышении сигналами на их входах заданных уровней. В предлагаемом устройстве формирователи выполнены на транзисторах 14 и 15 (см. фиг. 2). 45

Разряд емкостей 12 и 13 осуществляется через цепи 6, 16 и 17, 17. Диоды

16, 17, кроме создания цепей разряда емкостей 12 13, служат также для ограничения напряжения на базах тран- Я) зисторов 14 и 15.

Выходной сигнал снимается с коллек. торов этих транзисторов.

Сравнение сигналов на выходах формирователей l,по результату которого д осуществляется фиксация периодического бнт), осуществляется с помощью органа сравнения, схема которого приведена на фиг. 3. Орган сравнения состоит из вычитателя,собранного на операционном усилителе 22 и резисторах 2326;элементов для измерения бестоковых пауз в сигнале на выходе вычитателя для каждой полярности сигнала, собранных соответственно на элементе 27, инверторе 28, цепи 29, 30, пороговом элементе и на элементе 32, инверторе знака 33, 34 порогового элемента 40; элемента 4 1, выполняющего операцию сложения по модулю 2 сигналов с выходов элементов

31 и 40.

Рассмотрим работу устройства при периодических бнт по потенциальной диаграмме (см. фиг. 4) .

До протекания тока транзисторы 14 и 15 (см. фиг. 2) открыты, на выходах формирователей прямоугольных импульсов сигналы отсутствуют, сигнал на выходе усилителя 22 (cM. фиг. 3) отсутствует. Емкости 30 и 39 заряжены„ сигналы на выходах элементов 31 и 40

1, сигнал на выходе элемента 41 — О.

Положительные и отрицательные вол- ны напряжения 43, наводимого на вторччной обмотке трансреактора при протекании но его первичной обмотке периодического броска тока, имеет различную форму. Наибольшая бестоковая пауза в сигнале одной полярности, при наибольших возможных значениях ширины основания апериодических бнт в двух

О других фазах, составляет около 160 а в сигнале другой полярности — около 180

Отметим, что при меньших значениях ширины основания апериодических бнт разница между длительностями бестоковых пауз в рассматриваемых сигналах возрастает — в сигнале одной полярности становится меньше 160, а в сигнале другой полярности больше 180.

Пусть емкость Cl заряжается от импульсов, имеющих бестоковую паузу

160 или меньше. При этом 44 не достигает уровня назряжения, при котором транзистор 14 данного формирователя

1 открывается. В результате сигнал на выходе этого формирователя становится равным 1 (46). Другая емкость 13 за время бестоковых пауз сигнала противоположной полярности, длительность которыхjHe меньше 180о,успевает разряжаться до значений напряжения, при ко: торых транзистор 15 данного формирователя открывается и сигнал на его выходе 47 исчезает. В результате, на вход вычитателя подается единичный и прерывистый сигналы, а на ez"о выходе появляется разностный прерывистый сиг нал 48 одной полярности. Этот сигнал переводит элемент 28 в состояние О, напряжение на емкости 49 исчезает в результате разряда емкости 30 через элемент 28, сигнал на выходе элемента 31 становится равным нулю. После окончания импульса на выходе вычитания сигнал на выходе злемен=a 28 становится равным 1 и емкос-.;ь 0 начинает заряжаться через резистор 26. Поскольку постоянные времени заряда е..л. костей 30 и 39 выбраны исходя 1з то-. го, что за время наибольшей возможной бестоковой паузы между сигналамн

729726 одной полярности на выходе вычитате- ля (<20 мс) они не успевают зарядиться до значений напряжений срабатывания 31, 4Q, сигнал на выходе элемента 31 в рассматриваемом случае будет, равен нулю. Сигнал на выходе элемента 40 (52) остается равным 1, посколь— ку сигнал на выходе вычитателя однополярный. В результате сигнал на выходе элементов 41 (53), фиксирующий режим периодического бнт, принимает значение 1.

При включениях трансформаторов на холостой ход в случае равномерного включения фаз, а также при некоторых сочетаниях начальных условий (фазы напряжения в момент включения, остаточных потокосцеплений в стержнях магнитопровода) в периодическом бнт может содержаться апериодическая составляющая. Однако соотношение между длительностями бестоковых пауз в по. — 20 ложительных волнах напряжения на вторичной обмотке трансреактора, пропорциональном производной первичного тока, такое же, как и при симметричном периодическом бнт. Работа предлагаемого 75 устройства в этом случае иллюстрируется потенциальной диаграммой (см. фиг. 5) .

При коротких замыканиях в зоне действия защиты по первичной обмотке трансреактора может протекать ток, имеющий различную форму. При протекании синусоидального тока короткого . замыкания (см. фиг. 6, а) бестоковые паузы между импульсами положительной 35 и отрицательной волн напряжения на вторичной обмотке трансреакторов составляет 1800, обе емкости 12 и 13 за время бестоковых пауз успевают разрядиться до значений напряжения, при которых транзисторы Tl и Т2 открывают- @» ся и сигналы на выходах формирователей

1 исчезают. В результате сигналы на выходах формирователей (1) 46, 47 носят прерывистый характер, а их разность

48 становится двухполярной. 45

В результате этого на входы обоих элементов, измеряющих бестоковые пау-, зы, подаются прерывистые сигналы с интервалами, за которые емкости 30 и 39 не успевают зарядиться до значений срабатывания элементов 31 и 40. При этом сигнал на выходе 41 равен О. Сигнал на выходе 41 появляется только кратковременно в пределах минимального времени от начала протекания тока до момента исчезновения сигнала на выходе данного формирователя. Это время составляет около 15 мс.

Таким образом, при синусоидальном токе короткого замыкания фиксирующий сигнал на выходе схемы отсутствует. 60

При насыщении защитного трансформатора тока форма вторичного тока искажается (см. фиг. 6, 6).

В положительной и отрицательной волнах напряжения на вторичной обмот- 65 ке трансреактора возникают доПолнительные бестоковые паузы, обусловленные бестоковыми паузами в первичном токе трансреактора, которые способствуют дополнительному разряду емкостей 12 и 13. Основная пауза так же, как и в случае синусоидально о тока, равна 100, поэтому предлагаемое устройство при насыщении тт. работает так же,как и при идеальной трансформации тока кз (см. фиг. 6, б). При глубоком насыщении трансформатора тока апериодической составляющей первичного тока (длительность пауз между волнами одной из двух полярностей может стать меньше 180 (на фиг. 7 — паузы между волнами — отрицательной полярности) .

Однако сама отрицательная волна напряжения 43 имеет бестоковую паузу, за время которой емкость успевает несколько разрядиться. Благодаря этому емкость 13 за время протекания положительной волны успевает, разрядиться до значения напряжения, при котором на выходе формирователя 1 исчезает сигнал. Работа схемы в этом режиме иллюстрируется потенциальной диаграммой (см. фиг. 7). При значительном росте тока короткого замыкания напряжение на емкостях 12 и 13 ограничивается стабилитронами на уровне, который обеспечивает правильную работу устройства.

Предлагаемое устройство позволяет надежно зафиксировать режим периодического бнт.

Преимущество данного устройства заключается также в том, что при его использовании полностью отсутствует задержка срабатывания при коротком замыкании в зоне действия защиты.

Исключаются ложные срабатывания дифференциальной защиты трансформатора и соответствующий недоотпуск электроэнергии потребителям, а также повышается надежность дизащиты при коротких замыканиях.

Формула изобретения

Устройство для фиксации периодического броска намагничивающего тока, содержащее трансреактор с выпрямительными диодами, подключенными к его вторичной обмотке, формирователь прямоугольных импульсов c RC-цепью и стабилитроном на входе и срган сравнения длительности временных интервалов импульсов с заданным, под- ключенный к выходу формирователя пря" моугольных импульсов, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности фиксации периодического броска намагничивающего тока, дополнительно введен второй формирователь прямоугольных импульсов с RCцепью на входе и стабилитроном, выход котороГо соединен со входом органа сравнения, при этом точки соединения резистора и конденсатора указанных

729726

RC-цепей через одинаково включенные выпрямительные диоды и ограничительные резисторы соединены с концами вторичной обмотки трансреактора, средняя точка которой соединена с другими выводами конденсаторов, а стабилитроны включены между точками соединения выпрямительных диодов и ограничительных резисторов и ее средней точкой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дроздов A. Д. Электрические цепи с ферромагнитными сердечниками в релейной э ащите ° М. „Энергия, 1975, с. 185-189.

2. Федосеев А. М. Основы релейной защиты. М., Энергия, 1976, с. 441442.

3. Подгорный Э. В., Ульяницкий Е.М.

Справочник принципов отстройки дифференциальных реле от токов включения силовых трансформаторов. И., Электричество, 9 10, 1969.

4. Авторское свидетельство СССР

М 384173, кл. Н 02 Н 7/04, 1973, Ф»".

- 729726

Заказ 1298/48

Тираж 783

Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Зима ков

Редактор А ° Морозова Техред Н.Бабурка Корре к тор В. Бу т я ra