Устройство для дифференциальной защиты многообмоточного трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой
Союз Советскик
Социалистическик
Республик
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Н 02 Н 3/28 с присоединением заявки № 3Ъоударстнанный комитат (23) Приоритет ао делам изобретений и открытий Опубликовано 23.08.82. Бюллетень № 7 Дата опубяикования описания 23.08.82 (53) УДК 621. 316. 925(088.8) (72) Авторы изобретения S.Ä. Майоров и Е.M. Ульяницкий Ростовский-на-Дону институт инжене ов железнодорожного транспорта (71) Заявитель! 541 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ МНОГООБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С РЕГУЛИРОВАНИЕ!! НАПРЯЖЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты многообмоточных трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой. Известно устройство для дифференциальной защиты многообмоточного трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой, содержащее датчики тока, формирователи рабочего и тормозного сигналов, блок середеления приращений, логический блок и исполнительный орган, в котором для отстройки от токов небаланса осуществляется торможение сигналом, полученным иэ токов плеч защиты, для отстройки от броское тока намагничивания — торможение второй гармоникой тока включения трансформатора, а для отстройки от токов небаланса, вызванных регулированием напряжения под нагрузкой (РПН), выполненные с реагированием на производную (приращение) дифференциального сигнала (1). !!едостатком известного устройства является невысокая чувствительность, определяемая необходимостью отстройки от бросков тока при работе РПН. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для дифференциальной защиты многообмоточного трансформатора 2, содержащее трансформаторы тока, к их вторичным обмоткам присоединены преобразователи ток - напряжение, на выходе которых включены формирователь рабочего сигнала, формирователь тормозного сигнала и первый компаратор, один из входов которого соединен с выходом формирователя тормозного сигнала, другой - с выходом положительных полуволн формирователя рабочего сигнала, выход отрицательных полуволн которого соединен с одним из входов формирователя тормозного сигнала, а выход пере907665 3 менного сигнала формирователя рабочего сигнала через фильтры первой и второй гармоник рабочего сигнала и формирователи модуля подключены к первым двум входам второго компаратора, блок компенсации токов небаланса, подключенный своими входами ко входам первого компаратора и к выходу положительной полуволны формирователя рабочего сигнала, а выходом - ко входам первого и второго компаратора, логический элемент И, подключенный к выходам компараторов (2). Недостатком известного устройства является невысокие чувствительность и селективность при крайних положениях переключателя РПН и резкопеременном режиме работы защищаемого трансформатора. Цель изобретения - повышение чувствительности, селективности и стабильности. Указанная цель достигается тем, что известное устройство для дифференциальной защиты многообмоточного трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой, содержащее трансформаторы тока, к вторичным обмоткам которых присоединены преобразователи ток-напряжение, к выходам преобразователей присоединены выполненные на операционных усилителях формирователь тормозного сигнала, формирователь рабочего сигнала, два компаратора, три формирователя абсолютных значений, фильтр первой гармоники, фильтр второй гармоники и элемент И, при этом выходы преобразоваЯО телей присоединены к входам формирователей рабочего и тормозного сигналов, отрицательный выход формирователя тормозного сигнала соединен с одним из входов первого компаратора, другой вход которого соединен с положительным выходом первого формирователя рабочего сигнала через фильтр первой гармоники и второй формирователь абсолютных значений присоединен к первому входу второго компаратора и через фильтр второй гармоники и третий формирователь абсолютных значений присоединен ко второму входу второго компаратора, отрицательный выход формирователя рабочего сигнала соединен с входом формирователя тормозного сигнала и с инвертирующим входом третьего формирователя абсолютных значений, положительный выход формирователя рабочего сигнала соединен с неинвертирующим входом третьего формирователя абсолютных значений, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, селективности и стабильности, оно доголнительно снабжено двумя интеграторами с ограничением выходного сигнала, при этом входы первого интегратора соединены с положительным и отрицательным выходами третьего формирователя абсолютных значений, выход первого интегратора присоединен к неинвертирующему входу третьего формирователя абсолютных значений и третьему входу второго компаратора, входы второго интегратора присоединены к положительному и отрицательному выходам формирователя тормозного сигнала, а выход второго интегратора присоединен к неинвертирующему входу формирователя тормозного сигнала. На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства, на фиг.2а приведены диаграммы, поясняющие принцип работы, устройства при включении трансформатора под нагрузку (или толчке нагрузки); на фиг.2 б — тоже, при переключении устройства РПН на одну ступень. При построении диаграмм учтено инвертирующее свойство операционных усилителей. Рабочий, тормозной сигналы и их сумма условно показаны несглаженными. Устройство работает следующим образом, Вторичные токи защищаемого силового трансформатора 1 с трансформаторов 2-4 тока поступают на преобразователи 5-7 ток-напряжение,напряжения выходов которых подаются на входы формирователя 8 рабочего сигнала и формирователя 9 тормозного сигнала. Формирователь 8 ра6очего (дифференциального) сигнала имеет выход 10 переменного сигнала, отрицательный выход 11 и положительный выход 12. Выход 10 переменного сигнала соединен со входами фильтра 1) первой гармоники и фильтра 14 второй гармоники рабочего сигнала, Выходы фильтров включены на формирователи 15 и 16 абсолютных значений.Вы5 90766 ходы этих формирователей соединены с двумя входами второго компаратора 17, еще на один вход которого подается напряжение уставки защиты. Этими блоками устройства осуществляется отстройка от броска тока намагничивания силового трансформатора путем торможения второй гармоникой тока включения. Компаратор 17 срабатывает при отношении второй гармо- 10 ники первичного тока к первой гармонике меньше 0,2 и, таким образом, обеспечивается отстройка от всех видов тока включения. Выходы положительной 12 и отрицательной 11 полуволн формирователя рабочего сигнала подключены ко входам формирователя 18 абсолютных значений, положительный 19 и отрицательный 20, выходы которого связаны со, io входами интегратора 21 с ограничением выходного сигнала, которое осуществляется ограничителем 22 (например, два кремниевых диода, включенные встречно-параллельно), а выход iS интегратора 21 соединен с неинвертирующим входом формирователя 18 и третьим входом второго компаратора 17. При этом компаратор 17 подтормаживается от среднего значения 30 тока небаланса, исключая излишние его срабатывания при переключении РПН. Благода„".- такому включению интегратора 21, на выходе 19 формирователя 18 выделяется напряжение, пропорциональное приращению дифференциального тока, которое подается на один из входов первого компаратора 23. 40 При внутреннем КЕ приращение тор.мозного сигнала также отсутствует и устройстео срабатывает при токе ,)къ 3pg рвгрт который может составлять величину до 2,5l от 1но ч Возврат интеграторов 21 и 26 в исходное состояние после снятия или уменьшения тока нагрузки осуществляется по входам 20 и 24,коэффициент передачи по которым принимается примерно вдвое меньшим,чем Тормозной сигнал формируется формирователем 9 тормозного сигнала путем суммирования положительных полуволн напряжений с отрицательной полу- 4S волной напряжения, полученной с выхода 11 формирователя рабочего сигнала. При этом тормозной сигнал получается пропорциональным минимальной сумме положительных или отрицательных полуволн токов плеч защиты. При этом способе торможения при внутренних КЗ тормозной сигнал отсутствует. Положительный 24 и отрицательный 25 выход формирователя 9 55 тормозного сигнала связаны со входами интегратора 26 с ограничителем 27 выходного сигнала, выход которого соединен с неинвертирующим входом 5 6 формирователя 9 тормозного сигнала, благодаря чему на выходе 25 последнего выделяется тормозной сигнал, пропорциональный приращению тока нагрузки трансформатора, подаваемый на второй вход первого компаратора 23, на третий вход которого также подается напряжение уставки. Выходы компараторов 17 и 23 объединяются элементом 28 И, с выхода которого снимается сигнал на отключение трансформатора. При включении трансформатора под нагрузку (или резком броске нагрузки) в случае, если устройство РПН находится не в среднем положении например, в одном из крайних1, появляется ток небаланса Л рет - Црег х Эидгр 1 à íà выходе 19 формирователя 18 напряжение, пропорциональное его приращению, которое будет постепенно (за время 1-3 с) снижаться до нуля в результате действия интегратора 21. На выходе 25 формирователя 9 тормозного сигнала появится сигнал, пропорциональный приращению тока нагрузки, затухающий в результате действия интегратора 26 так же как и предыдущий. На входе компаратора 23 эти сигналы скомпенсируют друг друга и он не сработает.. При переключении регулятора РПН при полной нагрузке трансформатора Зное, ток небаланса возрастает ступенями при каждом переключении РПН (подразумеваем, что все переключения в рассматриваемый промежуток времени направлен в одну сторону) мврег ст - регст ною =AIJ g П иращение тормозного сигнала при этом либо отсутствует, либо незначительно и устройство отстраивается от тока небаланса одной ступени РПН (с некоторым запасом) по уровню уставки. К моменту .следующего переключения РПН оказывается скомпенсированным напряжением выхода интегратора 21. 907665 по входам 19 и 24 формирователей 9 и 18. Дополнительной функцией интеграторов 21 и 26 является стабилизация по постоянному току формирователей 9 и 18, содержащих нелинейные элементы (диоды) и, следовательно, более подверженных влиянию колебаний температуры. Благодаря интеграторам, включенным в цепи отрицательной обратной связи формирователей 18 и 9 их выходные напряжения в установившемся режиме четко поддерживаются на нулевом уровне, что повышает стабильность устройства. Уровень ограничения выходных напряжений интеграторов 21 и 26 устанавливается ограничителями 22 и 27, соответствующим номинальным токам трансформатора. При токах больших номинального, устройство переходит в режим обычного торможения. Использование новых элементов-интеграторов с ограничением повышает чувствительность защиты, позволяя отстраивать ее по уровню уставки только от ДН рег одной ступени РПН. Торможение йриращением тормозного тока в пределах нагрузочных таков трансформатора повышает селективность устройства при включении трансформатора под нагрузку и колебаниях тока нагрузки. Включение интеграторов в цепи обратной связи нелинейных блоков-формирователя модуля рабочего сигнала и формирователя тормозного сигнала, стабилизирует последние и приводит к повышению стабильности всего устройства. Формула изобретения Устройство для дифференциальной защиты многообмоточного трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой, содержащее трансформаторы тока, к вторичным обмоткам которых присоединены преобразователи ток-напряжение, к выходам преобразователей присоединены выполненные на операционных усилителях формирователь тормозного сигнала, формирователь рабочего сигнала, два компаратора, три формирователя абсолют5 15 го ЗО 35 юо ных значений, фильтр первой гармоники, фильтр второй гармоники и элемент И, при этом выходы преобразователей присоединены к входам формирователей рабочего и тормозного сигналов, отрицательный выход формирователя тормозного сигнала соединен с одним иэ входов первого компаратора, другой вход которого соединен с положительным выходом первого формирователя абсолютных значений, выход переменного тока формирователя рабочего сигнала через фильтр первой гармоники и второй формирователь абсолютных значений присоединен к первому входу второго компаратора и через фильтр второй гармоники и третий формирователь абсолютных значений присоединен к второму входу второго компаратора, отрицательный выход формирователя рабочего сигнала соединен с входом формирователя тормозного сигнала и с инвертирующим входом третьего формирователя абсолютных значений, положительный выход формирователя рабочего сигнала соединен с неинвертирующим входом третьего формирователя абсолютных эначеJ ний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, селективности и стабильности, оно дополнительно снабжено двумя интеграторами с ограничением выходного сигнала, при этом входы первого интегратора соединены с положительным и отрицательным выходами третьего формирователя абсолютных значений, выход первого интегратора присоединен к неинвертирующему входу третьего формирователя абсолютных значений и третьему входу второго компаратора, входы второго интегратора присоединены к положительному и отрицательному выходам формирователя тормозного сигнала, а выход второго интегратора присоединен к неинвертирующему входу формирователя тормозного сигнала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Г 649085, кл. Н 02 H 3/28, 1976. 2. Авторское свидетельство СССР 1" 647791, кл. H 02 H 3/28 1975. 907665 и, фиг. Р Редактор H. Пушненкова Заказ 608/64 Тираж 670 Подписное 2НИКПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/ И у фю Ура Составитель Р. Сурба Техред Н.Бабинец Корректор О. Билак Фипиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4
