Устройство для дифференциальной защиты электроустановки

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Соцналнстнческнн

Республик (1))919006 (Sl ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) За я влено 25.08.80 (2 l ) 2979 189/24-07 с присоединением заявки И (23) Приоритет

Опубликовано 07.04.82. Бюллетень М13 (51 ) М. Кл.

Н 02 Н 3/28

3Ьоудвротваеый квинтет

СССР по делон кзобретеннй к открытий (53) Уд К621.316..925(088.8) Дата опубликования описания 10.04.82 (72) Авторы изобретения

N. Г. Пинт и А. N. Дмитренко

Э

t

3 )

4 » г=л»»»»»» (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО Д,)1 Я ДИФФЕРЕНИИАЛЬНОЙ

ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

Изобретение относится к релейной защите электрических систем и может применяться для зашиты силовых трансформатров большой мощности шин.

Известно устройство для дифференциальной защиты трансформаторов, со5 держащее реальное дифференцирующее звено, выход которого соединен с входом выпрямительного моста, а к выходу моста подключена цепочка из последователь10 но соединенных полупроводникового диода, резистора и обмотки реле с герконом, зашунтированной конденсатором (1)

Устройство применяется в защите типа ДЗТ-2 1 в качестве органа дифферен15 штальной отсечки и имеет время срабатывания, примерно равное 30 мс при кратности тока 2 по отношению к току срабатывания. Кроме того, оно может дополнительно замедляться при наличии значительной по величине апериодической составляющей в токе короткого замыкания. Однако устройство имеет недостаточно высокое быстродействие.

Известно устройство, являющееся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, схема которого включает в себя цепочку из последова-* тельно соединенных промежуточного трансформатора, фильтра нижних частот, формирователя абсолютных значений (выпрямителя на диодах) выходного сигнала фильтра; схемы сравнения и реагиру)ошего (выходного) органа, а также амплитудный селектор. Амплитудный селектор содержит амплитудный детектор положительных полуволн и амплитудный детектор отрицательных полуволн, входы которых соединены со вторичной обмоткой промежуточного трансформатора. С выходов амплитудных детекторов сигнал, явный разности их выходных напряжений, подается на вход выпрямителя, выход которого соединен со вторым входом схемы сравнения j2)

B связи с наличием в схеме устройства фильтра низких частот, а также тем, что оно по принципу действия бло>18006 кируется при несимметрии полуволн входного тока, оно обладает примерно таким же быстродействием, как и уст ройство, описанное выше. Основной недостаток устройства — также недостаточ=но высокое быстродействие.

11ель изобретения - повьпиение быстродействия дифференциальной зашиты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для дифференциальной 1Î защиты, содержащем быстродействующую токовую отсечку, состоящую из формирователя абсолютных значений дифференциель- . (, чого тока и быстродействующего органа тока, соединенйого с элементом И, эле- 35 мент ИЛИ, выходной орган, сумматор абсолютных значений токов плеч, соединенные последовательно формирователь разности. двух величин, амплитудный детектор положительных полуволн, схему щ сравнения, один из входов которой соединен с выходом формирователя абсолютных значений дифференциального тока, а выход с элементом ИЛИ, дополнительно введены два дифференцирующих звена, 25 причем выход формирователя абсолютных значений дифференциального тока соединен с входом первого дифференцируюшего звена, выход первого дифференцирующего звена соединен с первым входом форми- 50 рователя разности двух величин, второй вход формирователя разности двух величин соединен с выходом второго дифференцируюшего звена, вход которого соединен с выходом сумматора абсолютных значений токов плеч.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого у=тройства, "на фиг. 2 показана работа устройства, при односторойнем питании точки короткого gg замыкания в зоне действия защиты при нулевых начальных условиях на фиг* 3 " работа устройства при внешних коротких замыканиях.

Устройьтво содержит формирователь 1 ,абсолютных значений дифференциального тока, выход которого соединен с входом первого дифференцируюшего звена 2, выход которого соединен с входом формирователя 3 разноСти двух величин.

Выход формирователя разности двух величин соединен с входом амплитудного детектора 4 положительных полуволн, выход которого соединен с входом схемы 5 сравнения. Второй вход схемы 5 55 сравнения соединен с выходом формирователя 1 абсолютных значений дифференциального тока, а ее выход с входом логического элемента ИЛИ 6. Выход логического элемента ИЛИ 6 соединен со входом логического элемента И 7.

Второй вход логического элемента И 7 соединен с выходом быстродействуюшего органа 8 тока, вход которого соединен с выходом формирователя 1 абсолютных значений дифференциального тока. Выход логического элемента И 7 соединен с выходным органом 9 и вторым входом логического элемента ИЛИ 6. Второй вход формирователя 3 разности двух величин соединен с выходом второго дя ференцируюшего звена 10, вход которого соединен с выходом сумматора 11 абсолютных значений токов плеч, Устройство работает следующим образом, При нормальном режиме работы защищаемого объекта дифференциальный ток на входе формирователя абсолютных значений дифференциального тока незначителен (существенно меньше номинального тока), а сумма токов плеч близка к номинальному значению току защищаемого объекта. Сигнал на выходе дук ференцирующегo звена 10 значительно больше сигнала на выходе дифференпируюшего звена 2 и определяет, в основном, выходной сигнал схемы формирователя 3 разчости двух величин. На выходе амплитудного детектора 4 формируется огибающая амплитуда выходного сигнала формирователя 3, которая подается на тормозной вход схемы 5 сравнения. На рабочем входе схемы 5 сравнения присутствует значительно меньший сигнал, и «а выходе его формируется сигнал логического 0". Сигнал логического 0 при этом имеет место на выходах логических элементов ИЛИ 6 и И 7. Выходной орган не работает, В этом режиме не работает также быстродействующий орган тока, т«к как его установка выбираеч =я в несколько раз большей номинального тока (на силовых трансформаторах — по условию отстройки от броска тока намагничивания), Пифференшлальный ток и сумма токов плеч в режиме короткого замыкания с односторонним питанием в зоне действия зашиты практически одинаковы по величине и форме, поэтому на выходах дифференшлруюших звеньев 2 и 10 сигналы также одинаковы. Сигнал на выходе формироватет я 3 разности двух величии, а также на выходе амплитудного детекто06 плеч зашиты вследствие насыщения высоковольтного трансформатора тока, одновременно происходит резкое уменьшение суммы абсолютных значений токов плеч.

Сигналы на выходах дифференцируюших звеньев 2 и 10 в моменты возникновения импульсов тока небаланса резко возрастают, причем в противоположных направлениях. Амплитуда сигнала на выходе формироватечя разности двух величин равна сумме амплитуд сигналов дифференцирующих звеньев. Огибающая амплитуда сигналов формирователя 3 разности двух величин, сформированная на выходе амплитудного детектора 4 положительных полуволн, подается на тормозной вход схемы 5 .сравнения и обеспечивает ее блокирование при протекании тока небаланса, так как значительно превъпнает сигнал на рабочем входе. Спг«aïû на выходах .логических элементов ИЛИ 6, И 7 остаются равными нулю, выходной орган не работает. В этом режиме амплитуда импульсов тока нейаланса равна амплитуде тока внешнегo короткого замыкания, что приводит к срабатыванию быстродействующего органа 8 тока и появлению сигнала на соответствующем входе логического элемента И 7. Однако последний не переключается и>з-за отсутствия логической "1" на другом его входе.

Элементы 1 и 11 могут быть выполнены нз промежуточных малогабаритных трансформаторах и полупроводниковых выпрямителях. Дифференцирующие звенья

2 и 10 могут быть реализованы с помощью простейшей цепи, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора. Формирователь 8 разности двух величии и амплитудный детектор 4 положительных полуволн могут быть реализованы ка базе одного операционного микроинтегрального усилителя. Схема 5 сравнения также может быть реализована с помощью операш онного микроинтегралького усилителя, B режиме компаратора.

Логические элементы ИЛИ 6, И 7 могут быть реализованы в одном корпусе логической микросхемы, быстродействующий орган тока — на базе операционногo ycI:— литоля И (ИЛИ) транзисторов. Выходной орган может быть реализова с помощью реле с герконом, THpHcI oðà, оптронов, Поскольку устройство предназначено дчя применения в защите мощных силовых трансформаторов в качестве грубого органа (дифференциальной отсечки), пред40

5 9190 ра 4 положительных полуволн и тормозном выходе амплитудного детектора 4 положительных полуволн и тормозном входе .схемы 5 сравнения равен нулю.

На рабочем входе схемы 5 сравнения сигнал, пропорциональный выпрямленному дифференциальному току, вызывает переключение ее выхода в состояние логической "1", когда он превышает внутренний порог переключения схемы сравнения. 1о

Одновременно логическая "1" появляется на выходе элемента ИЛИ 6 и одном из входов логического элемента И 7. Через

2 ... 5 мс после переключения схемы 5 сравнения возрастающий по абсолютной l 5 величине дифференциальный ток вызывает устойчивое срабатывание быстродействуюшего органа 8 тока, на выходе которого в момент срабатывания также появляется сигнал JIol ecKoH "1". По- )0 явление логической "1" на его выходе и, следовательно, срабатывание выходного органа, вызывающего отключение защищаемого объекта от сети. Появление логической "1" на выходе элемента 25 !

IH 7 по цепи обратной связи через элемент ИЛИ 6 обеспечивает сохранение сигнала логической " 1" на соответствующем входе логического элемента И в моменты, когда переключается в со- 3о стояние логического 0" сигнал на выходе схемы 5 сравнения. Возврат устройства в исходное состояние происходит одновременно с возвратом быстродействующего органа 8 тока после исчезновения тока короткого замыкания.

Если короткому замыканию в зоне действия зашиты предшествует режим нагрузки с током, близким к номинальному, ка выходе амплитудного детектора 4 положительных полуволн и тормозном входе схемы 5 сравнения присутствует тормозной сигнал в момент начала короткого замыкания. Однако величина его в несколько раз меньше амплитуды 4 дифференциального тока даже ка грани срабатывания быстродействующего органа 8 тока, и не может помешать срабатыванию схемы сравнения, т. е. вызвать замедление в срабатывании предлагаемоIO го устройства.

При внешнем коротком замыкании форма дифференциального тока соответствует току небаланса переходного режима внешнего короткого замыкания при на15 личии большой апериодической слагающей и насыщении только одного плеча. В этом

Ю режиме резкое возрастание имп„ льса тока небаланса в момент его возникновения вызывается снижением тока в одном из

Формула изобретения

7 9190 назначенного для ускорения срабатывания защиты .и дублирования работы чувствительного органа при больших токах коротких замыканий, элементы 1, 11 и 9 могут быть использованы в защите одновременно и для реализации чувствительного органа: формирователь абсолютных значений дифференциального тока - для формирования рабочего сигнала, сумматор абсолютных значений токов плечдпя формирования сигнала процентного торможения, выходной орган - дпя фор мирования отключающего импульса.

Проведены испытания макетного образца предлагаемого устройства в режимах 15 внешнего короткого замыкания и короткого замыкания в зоне действия защиты.

При кратности периодической слагающей первичного тока короткого замыкания в зоне действия зашиты от 5 до 18 по zo отношению к номинальному току J, мак-. симальном начальном значении апериодической слагающей с постоянной времени затухания 1 10... 160 мс, предельной кратности трансформатора тока, моде- И пирующего искаженный вторичный ток, равной 10, время срабатывания устройс рва составляет 3 ... 5 мс во всех оежимах.

При внешних коротких замыканиях с теми же параметрами первичного тока и нагрузила ки одного из модельных трансформаторов тока устройство не срабатывает, При этом искажений тэка в другом нлеЧе. защиты нет. Ток срабатывания макета устройства при испытаниях устанавли-, вается равным 4 Эн.

Предлагаемое устройство срабатывает за 3 ... 10 мс, тем. самым уменьшая вреф мя срабатывания дифференциальной защиты по крайней мере в 3 - 6 раз. Кроме @1 того, не происходит замедления в сраба 1ъпзании при протекании тока короткого замыкания с апериодической составляющей.

Тем самым уменьшается ущерб, связанный с разрушением защищаемого объекта при внутреннем к. э., снижаются затраты на ремонт. Уменьшается время ремонта и потери иэ-юа простоя оборудования. Повышается устойчивость работы энергосистемы.

06 8.

Предлагаемое устройство может быть использовано при разработке комплексов защит мощных трансформаторов 330.

1150 кВ и блоков генератор — трансформатор 500 ... 1200 МВт на базе интеграль ных микросхем, Устройство для дифференциальной зашиты электроустановки, содержащее быстродействующую токовую отсечку, состоящую. из формирователя абсолютных значений дифференциального тока и быстродействующего органа тока, соединенного с элементом И, элемент ИЛИ, выходной орган, сумматор абсолютных значений токов плеч, соединенные последовательно формирователь разности двух величин, амплитудный детектор положительных полуволн, схему сравнения, один из входов которой соединен с выходом формирователя абсолютных значений дифференциального тока, а выход с элементом

ИЛИ, о т л и ч а ю ш е е с я тем, о, с целью повышения его быстродействия, дополнительно введены два дифференцируюших звена, причем выход фор мирователя абсолютных значений дифференциальнго тока соединен с входом первого дифференцирующего звена, выход первого дифференцируюшего звена соединен с первым входом формирователя разности двух величин, а второй вход формирователя разности двух величин соединен с выходом второго дифференцируюшего звена, вход которого соединен с выходом сумматора абсолютных значений токов плеч.

Источники информации, принятые во внимание IlpH экспертизе

1. Дмитренко А. М. Дйфференциапьная защита 1рансформаторов. — Электричество, 1975, ¹ 2, с. 14, рис. 4.

2. Ульяницкий E. М. Дифференциальное реле эашиты тоансформаторов, Известия ВУЗов. Электротехника, 1969, ¹ 2, с. 239, рис. 1, Составитель Л. Корнеева

Редактор E. Папп Техред М. Рейвес Корректор $, ПономЯРенко

Заказ 2 155/35 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Гя:ударствеиного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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