Устройство для дифференциальнофазной защиты электроустановки с регулятором напряжения

 

Сокзз Советских

Социалистическкх

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и 744832 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 281076 (21 ) 2416023/24-07 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 300680. Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 300680 (5!)М. Нл.

Н 02 Н 3/28

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДН 621.316.

925(088 8) (72) Автор изобретения

А. И. Шалин

Новосибирский электротехнический институт (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

С РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ

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

Известно реле дифференциально-фаз:ой защиты, содержащее входные трансформаторы, присоединенные к трансформаторам тока, установленным на выводах защищаемого объекта, схему пре- !5 образования входных величин, присоединенную к ней двухплечевую схему сравнения и реагирующий орган с присоединенным к нему блоком торможения при бросках тока намагничивания. 20

Каждое плечо схемы сравнения состоит из шунтирующего конденсатора, тормозного резистора и последовательно с ним соединенного рабочего резистора, зашунтированного стабилитро- 25 ном, причем выводы рабочих резисторов присоединены к реагирующему органу через диоды, включенные в прямом направлении по отношению к диодам схемы преобразования, а выво- 3Q ды тормозных резисторов — через диоды в обратном направлении (1) .

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

Если это реле установлено на автотрансформаторе или трансформаторе-, имеющем регулирование напряжения на различных сторонах, равное в сумме +(16-20)Ъ и работающем в настоящее время с перегрузкой, равной 40%, ток небаланса в описанном режиме равен 0,225-0,28 номинального тока только за счет небаланса из-за регулирования. Отсюда вытекает невозможность снижения тока срабатывания (по крайней мере в режиме перегрузки) 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 в защищаемом трансформаторе.

744832

Известно также устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки, содерж=-щее трансформаторы тока, устанавливаемые по концам защищаемого объекта, к которым присоединен блок преобразования выход- ных величин, подключенный к нему через блок торможения в переходном режиме, блок сравнения с реагирующим органом на выходе и преобразователь дифференциального тока, присоединенный также к блоку преобразования выходных величин, Фильтр третьей гарМоники дифференциального тока, блок торможения в установиншемся режиме, два дифференцирующих блока, два блока временной памяти, три ключа и 15 блок выдержки нремени, при этом вход фильтра третьей гармоники дифферен циального тока соединен с блоком преобразования выходных величин, выход с первым входом первого блока вре- 3() менной памяти и первым из основных входов первого ключа, входы блока тор-. можения в установившемся режиме соединены с выходами блока преобразования выходных величин, его выход соединен с входом первого дифференцирую- щего блока, вторым основным входом первого ключа, а также с основным и упранляющим входами второго ключа, выход первого дифференцирующего блока соединен со вторым входом первого блока временной 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 вхсдом третьего ключа и с входом второго дифференцирующего блока, выход g(j которого соединен с первым входом второго блока временной 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 первого блока временной памяти и вторым нходом второго блока временной памяти Я .

Однако это устройство может сра.— ботать ложно при появлении в его цепях мощной импульсной помехи, пос— тупившей, например, со стороны токовых цепей или непосредственно наведенной н цепях реле от внешнего электромагнитного поля при близких короткоэамыканиях, разрядах молнии и т. д. И действительно, при скачкообразном увеличении сигнала на входе второго дифференцирующего блока, он замыкает рабочую цепь реле и, если при этом не запустились цепи торможения, реле может сработать ложно. То же самое может произойти, например, при таком повреждении н-.орого дифференцирующего блока, когда на его выходе скачком появляется сигнал при неизменном сигнале на входе и при любом другом повреждении н схеме реле, приводящем к открыванию третьего ключа.

Цель изобретения — понышение помехозащищенности и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для дифференциальНс-фазной защиты электроустановки с регулятором напряжения, содержащем трансформаторы тока, установленные по концам защищаемого объекта с присоединенным блоком преобразования входных величин, подключенный к нему блок торможения в установившемся режиме, к которому по цепи дифференциального тока присоединены преобразователь дифференциального тока, блок торможения в переходном режиме, гармонический фильтр, а к выходу блока торможения в установившемся режиме присоединен через дифференцирующий блок первый блок временной памяти и перный ключ, блок сравнения с реагирующим органом, выход преобразонателя дифференциального тока через дифференцирующий блок, второй блок временной памяти, второй ключ, временной блок присоединен к блоку сравнения и непосредственно ко второму ключу, выход блока торможения в переходном режиме присоединен к первому блоку временной памяти, ко второму блоку временной памяти и к блоку сравнения, выход гармонического фильтра присоединен к первому блоку временной памяти и к первому ключу, который присоединен по цепи управления к третьему ключу и к блоку торможения н установившемся режиме, а выход третьего ключа присое;динен к блоку сравнения, временной блок выполнен в виде блока памяти величины предшествующего режима, при этом выход преобразователя дифференциального тока дополни-тельно соединен со входом блока сравнения.

На чертеже изображена структурная схема реле.

Предлагаемое реле содержит блок 1 преобразования входных величин, при. соединенный к трансформаторам тока защиты и предназначенный для преобразования вторичных токов трансформаторов тока н величины, удобные для работы защиты. Выходы блока 1 соединены с блоком 2 торможения в установив.емся режиме. Блок 2.торможения предназначен для обеспечения необходимой тормозной характеристики реле и имеет сигнал на выходе, пропорциональный разности уммы модулей токов плеч защиты и дифференциального тока. Такой алгоритм действия блока 2 обеспечивает максимальный

744832 тормозной сигнал на выходе при внешнем коротком замыкании со 180" сдвигом токов и отсутствие тормозного сигнала при внутреннем коротком замыкании и отсутствии сдвига между токами. По цепи дифференциального тока блок 2 связан с преобразователем 3 дифференциального тока, блоком 4 торможения в переходных режимах и гармоническим фильтром 5.

Преобразователь 3 дифференциаль1О ного тока содержит устройство, расщепляющее поступающий на него сигнал, пропорциональный дифференциальному току, на несколько составляющих (две или три) с последующим выпрямлением и сглаживаниеим и предназначен для преобразования переменного сигнала, пропорционального дифференциальному току, в соответствующий сигнал постоянного тока. Блок 4 торможения в переходных режимах пред- 20 назначен для торможения защиты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешнего короткого замыкания. Он может быть выполнен на основе схемы, сравнивающей амплитуды 25 волн полупериодов дифференциального тока, выделяющей четные гармоники дифференциального тока, и других известных принципах.

Гармонический фильтр 5 может быть 30 выполнен в виде фильтра третьей или пятой гармоники и предназначен для торможения защиты в режиме работы защищаемого трансформатора с перевозбуждением, например, если он включен на отключенную с обратной стороны линию электропередачи высокого напряжения.

К .выходе блока 3 подключен диффеРенцирующий 6JIQK 6 KQTopHA пред 4 назначен для выявления резкого изменения сигнала на выходе преобразователя 3 дифференциального тока.

К выходу дифференцирующего блока

6 подключен блок 7 временной памяти, предназначенный для запоминания наличия сигнала на его входе на время, равное, например, 5-6 периодам промышленной частоты.

К выходу блока 7 подключен ключ

8, предназначенный для коммутации сиг-50 нала, снимаемого с преобразователя

3, на блок 9 памяти.

Блок 9 памяти предназначен для запоминания величинь сигнала на его входе на время, равное, например, 2 с. Этот блок может состоять иэ емкости, шунтированной высокоомным резистором, и заряжающейся с малой постоянной времени до величины напряжения, поступающего на блок 9 памяти с ключа 8, и истокового повторителя, вход которого соединен с указанной емкостью, а выход является выходом блока 9. Изменением величины резистора, шунтирующего емкость, можно менять время, на которое запоминается поступивший на блок 9 памят1 сигнал, в необходимых пределах. Истоковый повторитель, обладающий большим входным сопротивлением (порядка

10 NoM и более для серийных микросхем), обеспечивает необходимую величину выходного сигнала блока 9 памяти, не уменьшая практически времени разряда упомянутой выше емкости.

При необходимости блок 9 памяти может быть выполнен на любом другом принципе.

К выходу блока.9 подключен вход

10 блока 11 сравнения.

Вход 12 блока 11 сравнения подключен к выходу преобразователя 3 дифференциального тока.

Блок 11 сравнения имеет. пять входов и один выход и может быть выполнен на серийном операционном усилителе в микросхемном исполнении или любом другом аналогичном устройстве.

Вход 10 блока 11 сравнения предназначен для того, чтобы с выдержкой времени, определяемой блоком 7 временной. памяти, компенсировать положительный сигнал, поступающий на вход 12 блока 11 сравнения. Сигнал, поступающий на вход 10, является тормозящим.

Вход 12 блока 11 предназначен для действия на срабатывание.

Вход 13 блока 11 предназначен для загрубления реле до уровня тока срабатывания, равного, например, 0,4 номинального и выше, в зависимости от величины поступающего на него сигнала.

Вход 14 блока 11 предназначен для интенсивного торможения реле при внешних коротких замыканиях.

Вход 15 блока 11 предназначен для торможения защиты в переходных режимах.

K выходу блока 11 сравнения присоединен реагирующий орган 16, предназначенный для выдачи сигнала на отключение з щищаемого трансформатора.

Ключ 17 по цепям управления присоединен к блоку 2 торможения и предназначен для коммутации сигнала, также поступающего с блока 2 на вход 14 блока 11 сравнения.

Дифференцирующий блок 18, подключенный к выходу блока 2 торможения, предназначен для выполнения функций, аналогичных функциям дифференцирующего блока 6.

Блок 19 временной памяти также выполняет функции, аналогичные функциям блока 7 временной памяти, но за поминает сигнал на время, равное

7-9 периодам промышленной частоты.

Ключ 20 предназначен для коммутации целого ряда загрубляющих сигналов на вход 13 блока 11 сравнения. К та744832 ким сигналам относятся сигнал о работе устройства регулирования напряжения под нагрузкой, сигналы от гармонического фильтра 5 и блока 2 торможения.

Кроме того ключ 20 дает возможность регулирования начального эагрубляющего g сигнала, обеспечивающего ток срабатывания защиты при открытом положении ключа 20 на уровне равном 0,3-0,5 номинального тока защищаемого трансформатора. Q

Входы блоков 7 и 19 временной памяти соединены c в ы.х оoд оoм . б лока 4 торможения в переходных режимах для того, чтобы обеспечить с помощью этих блоков открытое состояние ключа 20 и закрытое состояние ключа 8 в течение всего времени переходного процесса.

Вход 15 блока 11 сравнения соединен с выходом блока 4 для обеспечения торможения защиты при переходных процессах бросков тока намагни-чивания и внешних коротких эам-,жаний.

Предлагаемое реле работает,-;ледуищим образом.

При коротком замыкании в зоне защиты, сигнал на выходе преобразо-,ФЯ вателя 3 дифференциального тока резко увеличивается, и на выходе дифференцирующего блока б появляется положительный сигнал, под воздейст-вием которого срабатывает блок 7 вре- ) менной памяти, запоминая факт появления погожительного сигнала на своем входе на время, равное 5-6 периодам промышленной частоты. Под воздействием сигнала, поступающего " блока 7 временной памяти„ ключ 8 закрывается на то же Самое время, не пропускания на блок 9 памяти сигнала, пропорционального новому, увеличившемуся значению дифферен4Ц циального тока. Блок 9 памяти запоминает - íà÷åíèå сигнала,,пропорционального величине дифференциального тока до его увеличения. Этот c:-тнал и выдается на вход 10 блока 11 сравнения.

На вход 12 блока 11 поступает сигнал, пропорциональный новому увеличившемуся значению дифференциального тока.

В результате этого на выходе блока о

11 сравнения на время, равное 5-6 периодам промышленной частоть-, появляется сигнал, пропорциональный разности увеличившегося значения дифференциального тока и его пре-- л5 дыдущего значения. Под воздействи-. ем этого сигнала срабатывает реагирующий орган 16 и выдает сигнал на отклю-;ение защищаемого объекта, Если внутреннее короткое замыкание сопровождается появлением значительной периодической составляющей в первичном токе и переходными процессами s трансформаторах тока, то в течение всего времени переходного проце"са на выходе блока 4 имеется сигнал, поддерживающий блок 7 временной памяти в открытом состоянии, а ключ 8 — в закрытом состоянии, обеспечивая воздействие на блоке 11 сравнения разности сигналов, поступающих на его входы 12 и 1" ;: ..авной изменению сигнала,про:::"з .:, «онального дифференциальному .-..: ó,. На вход 15 блока 11 сравнения в зтам режиме поступает сигнал от

1 ,блока 4 который ока.зывает на реле

1 тормозное действие. Кроме того в этом режиме сщ.нал с блока 4 открывает также блок 19 и ключ 20. С ключа 20 на вход 13 блока 11 сравнения также выдается дополнительный тормозной сигнал, эагрубляющий ток срабатывания защиты примерно до уровня 0,4 номинального тока защищаемого трансформатора.

Срабатывание защиты происходит в тот момент, когда действие сигнала, пропорционального дифференциальному току, и поступающего на Dõñä 12 блока 11 сравнения, преодолевает тормозное действие сигналов, поступающих на входы 10, 13 и 15 блока 11 cpàâíeíèÿ.

Быстродействие предлагаемого реле, как и быстродействие известных защит, обеспечивается за счет правильного выбора типа блока 4 торможения в переходных режимах и величины сигнала, подаваемого с него на блок 11 сравнения.

При витковом замыкании на защищаемом трансформаторе изменение дифференциального тока может быть весьма мало {15-2 :Ъ номинального тока). При этом заметного переходного процесса в трансформаторах тока не будет, на выходе блока 4 также практически не будет сигнала и защиты сработает со своим минимальным током срабатывания., равным 10% номинального тока по цепи блока 1, блока 3, блока 11, реагирующего органа 16.

« .увствителъность за..иты з этом режи:ме определяется конструкцией блока

3 B. T кже уровне": ièÃксимальной чувствительности реагирую. =-гс органа 16.

При действии у<.тройства регулирования напряжения защищаемого трансфор :àTîðà под нагрузкой (РПН« ток в дифференциальной пепи также может возрасти, в результате чего ключ 8 закрывается и на входы 12 и 10 блока 11 опять поступают различные по величине сигналы, что может привести к лож— ному действию защиты.ДЛя предотвращения ложного действия в этом режиме сигнал от РПН заводится на блок 19 временной памяти, который открывает ключ 20 и эагрубляет защиту на все время действия РПН до уровня примерно

0,4 номинального тока защищаемого трансформатора (или вьые, если на

744832

При подключении к защищаемому трансформатору дополнительной нагрузки дифференциальный ток также может скачкообразно возрасти. При этом недействие защиты обеспечивается эа счет блока 2 торможения. Сигнал на выходе блока, 2 пропорционален разности суммы модулей токов плеч защиты и модуля дифференциального тока. Этот сигнал максимален при

180 сдвиге токов в плечах защиты и равен нулю при сдвиге, равном 0

При работе защищаемого трансформатора под нагрузкой сигнал на выходе блока 2 торможения увеличивается с

60 ключ 20 поступают дополнительные тормозные сигналы от блока 2 торможения или гармонического фильтра 5.

Величина тока срабатывания защиты в этом режиме может быть увеличена, если токи небаланса в нормальном режиме окажутся соизмеримыми с ней (например, при большом диапазоне регулирования напряжения).

При включении защищаемого транс.форматора на холостой ход может возникнуть большой по величине бросок тока намагничивания. В этом случае защита запускается по рабочей цепи и на вход 12 блока 11 сравнения поступает сигнал больший, чем на вход

10. Недействие же защиты обеспечивается за счет тормозного сигнала, поступающего на вход 15 блока 11 с блока 4 торможения в переходных режимах.

Если при включении защищаемого 20 трансформатора броска тока намагничивания не возникает, а дифференциальный ток увеличивается на величину установившегося значения тока намагничивания, то недействие защи- 25 ты обеспечивается выбором ее минимального тока срабатывания большим установившегося тока намагничивания, т. е. регулировкой чувствительности реагирующего органа 16. 30

При увеличении тока намагничивания защищаемого трансформатора эа счет его перевозбуждения, например, при отключении с обратного конца линии электропередачи высокого напряже- З5 ния,второй конец которой остался подключенным к защищаемому трансформатору,недействие защиты обеспечивается за счет тормозного действия сигнала, снимаемого с гармонического фильтра

5(c входящим в его состав выпрямителем),включенного на выход блока 1 преобразования входных величин. Сигнал с выхода гармонического фильтра 5 приводит к срабатыванию блока 19 и открытию ключа 20, через который этот 45 сигнал поступает на вход 13 блока

11 сравнения и тормозит защиту до необходимого уровня в течение всего времени работы защищаемого трансформатора с перевозбуждением. 50 ростом нагрузки. Таким образом, при скачкообразном росте нагрузки сигнал на выходе блока 2 также скачкообразно возрастает и на выходе дифференцирующего блока 18 появляется положительный сигнал, который запускает блок

19 временной памяти, в результате чего открывается ключ 20 и сигнал с блока 2 поступает на вход 13 блока 11, обеспечивая загрубление защиты н функции от тока нагрузки защищаемого трансформатора. Ток срабатывания защиты при этом всегда остается выше тока небаланса.

При коротком замыкании вне зоны защиты сигнал на выходе блока 2 торможения резко возрастает. Если он превышает величину, соответствующую вытекающему из зоны защиты току, примерно равному 200% номинального, открывается ключ 17 и сигнал с блока 2 поступает на вход 14 блока

11, обеспечивая интенсивное торможение и недействие защиты в этом режиме.

Если внешнее короткое замыкание сопровождается переходным процессом, то недействие защиты обеспечивается дополнительно блоком 4 торможения в переходных режимах.

Если в результате повреждения, возникшего в блоках 6, 7 и 18, или эа счет импульсной помехи, наведен-. ной в этих цепях, защита кратковременно запускается, т. е. на некоторое время (в пределах 2 с) закрывается ключ 8, то ложного действия защиты не происходит, так как сигналы, поступающие на входы 10 и 12 блока 11 уравновешивают друг друга, а также ,за счет собственного времени срабатывания блока 11 совместно с реагирующим органом 16.

Таким образом, при сохранении быстродействия, селективности и чувствительности известного предлагаемое дифференциально-фазное реле обладает более высокой помехозащищенностью и надсжностью.

Опыты показывают, что предлагаемое устройство позволяет дополнительно повысить аппаратную надежность защиты и обеспечить уровень этой надежности, несмотря на усложнение схемы, на уровне, достигнутом для существующих защит.

Минимальный ток срабатывания защиты, использующей предлагаемое реле, может быть ориентировочно принят равным 10% номинального, в установившихся режимах внешних коротких замыканий защита допускает погрешность в модуле токов плеч, равную 70-90%, сопровождающуюся угловой прогрешностью в 60-80 эл. град.

Недействие защиты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешних коротких замыканий обес744832

Формула изобретения печивается соответствующей регулировкой блока 4 торможения.

Устройство для дифференциальнофазной защиты электроустановки с регулятором напряжения, содержащее трансформаторы тока, установленные по концам защищаемого объекта с присоединенным блоком преобразования входных величин, подключенный к нему блок торможения в установившемся режиме, к которому по цепи дифференциального тока приСоединены преобразователь дифференциального тока, блок торможения в переходном режиме, гармонический фильтр, а к выходу блока торможения в установившемся режиме присоединен через дифференцирующий блок первый блок временной памяти и,ервый.ключ, блок сравнения с реагирующим .органом, выход преобразователя дифференциального тока через дифференцирующий блок, второй блок временной памяти, второй ключ, временной блок присоединен к блоку сравнения н непосредственно ко второму ключу, выход блока торможения в переходном режиме присоединен к первому блоку временной памяти, ко второму блоку временной памяти и к блоку сравнения, выход гармонического фильтра присоединен к первому блоку временной памяти и к первому ключу, который присоединен по цепи управления к третьему ключу и к блоку торможения в установившемся режиме, а выход третьего ключа присоединен к блоку сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоэащищенности и надежности, временной блок выполнен в виде блока памяти величины предшествующего режима, при этом выход преобразователя дифференциального тока дополнительно соединен со входом блока сравнения.

2О Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 173254, кл. Н 02 Н 3/28, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

g$ по заявке Р 240б390/24-07, кл. Н 02 Н 3/28, 1976.

ЦНИИПИ Зак аз 3829/20

Тираж 783 Подписное

Филиал ППП - Патент, г. Ужгород, ул.Проектная, 4