Устройство для дифференциальной защиты трансформатора

 

ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕН И

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ С

Союз Советских

Социалистических

Республик

008 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28. 11. 79 (21) 2843970/2 с присоединением заявки рй (23) Приоритет

Опубликовано 07. 04. 82. Бктллетен

Л.

Н 7/04

Государстееииый комитет по делам изобретений и открытий .

К 621. . 925

8. 8) З,ата опубликования описания 10. а

> 1 - .11: а>.. :

t.

I (i 2) Автор изобретения

А.Ф. Березовский (7i) заявитель

Изобретение относится к устройствам дифференциальной релейной защиты трансформаторов.

Известно устройство для дифференциальной защиты трансформатора, которое„ с целью повышения надежности отстройки от бросков намагничивающего тока трансформатора и обеспечения фиксации режима внутреннего короткого замыкания в широком диапазо1О не погрешностей трансформаторов тока, содержит промежуточный трансформатор тока, вторичная обмотка которого подключена к резистору и выпрямительному мосту, соединенному с пер15 вичной обмоткой трансреактора, ко вторичной обмотке которого подсоединены два пороговых элемента, два логических элемента И, орган сравнения импульсов по длительности и выходное реле, причем с упомянутыми лсгическими элементами и органом запоминания соединены выходы формирователя прямоугольных импульсов, соответствующих H=÷åòíûì и четным полуволнам дифференциального тока gl).

Недостатками известного устройства являются относительная сложность, особенно из-за наличия формирователя прямоугольных импульсов, и недостаточная схемная надежность, так как когда входной уровень пороговых элементов близок по величине к максимумам напряжения на выходе трансреактора, ширина выходных импульсов пороговых элементов почти одинакова, что может вызвать ложное отключение, например, в режиме апериодического броска тока намагничивания при насыщении основных трансформаторов тока защиты; аналогичное ложное отключение может быть, когда входной ypo= вень пороговых элементов, рассматриваемый также относительно, близок к нулю, если из-за случайной помехи формирователь прямоугольных импульсов начинает счет не с первого, а или раньше первого, или со второго по20 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЦИТЫ

ТРАНСФОРИАТОРА

3 91900 лупериода дифференциального тока, вследствие чего четные полупериоды становятся нечетными и наоборот, то возможны как ложное отключение, так и отказ дифзащиты. 5

Наиболее близкой к предлагаемому является полупроводниковая дифференциальная защита трансформатора с время-импульсным способом отстройки от переходных токов небаланса и to торможением, которая содержит трансреактор, выпрямительный мост, релейный формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, элемент времени, орган запоминания, второй инвертор и исполнительный орган 2).

Недостаток известной системы состоит. в том, что она не всегда может быть отстроена от апериодического броска тока намагничивания, трансфор- о мированного глубоко насыщенным трансформатором тока.

Цель изобретения - повышение надежности и селективности путем улучшения отстройки от броска тока намагничивания при глубоком насыщении трансформатора тока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциальной защиты трансформатора, содержащее по- зо следовательно соединенные промежуточный трансреактор, выпрямительный мост, релейный формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, элемент времени, орган запоминания, второй инвертор, as исполнительный орган, дополнительно введена подключенная на выходе выпрямительного моста цепочка последовательно соединенных резисторов, один из которых зашунтирован конденсато- 40 . ром, а параллельно второму включен вход релейного формирователя прямоугольных импульсов, причем цепочка резисторов подсоединена к мосту через дроссель (или реле отсечки), параллельно которому через регулируемый резистор включен шунтирующий диод.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 графики дифференциального тока и его so производной в режимах короткого замыкаНия в зоне защиты, где пунктиром показаны дифференциальный ток и его производная, когда в токе имеется апериодическая составляющая и трансформаторы тока защиты не насыщены, а сплошной линией — при глубоком насыщении трансформаторов тока, при8 4 чем график производной заштрихован вертикально; на фиг. 3 — то же, в режимах апериодического броска тока. намагничивания, где пунктиром показан апериодический- бросок тока намагничивания, а сплошной линией - то же, при глубоком насыщении трансформаторов тока защиты, причем график производной заштрихован вертикально.

При построении графиков производных вычисляются их средние значения на отдельных участках, а затем с учетом среднего приближенно намечаются мгновенные значения.

Устройство содержит промежуточный трансреактор 1, первичная обмотка которого включена в цепь дифференциального тока, а ко вторичной обмотке подсоединен вход выпрямительного моста 2. На.выходе моста 2 включена цепочка 3 последовательно соединенных резисторов 4 и 5, из которых резистор 5 зашунтирован конденсатором 6, параллельно резистору 4 включен вход релейного формирователя 7 прямоугольных импульсов, последовательно соединенные инвертор 8, элемент 9 времени, орган 10 запоминания, второй инвертор 11 и исполнительный блок 12. Последний может иметь тормозные входы:

13 — для токов в плечах дифференциальной защиты и 14 - для второй гармоники в дифференциальном токе. Реле

15 дифференциальной отсечки включено на выходе выпрямительного моста 2.

Дпя расширения возможностей регулировки параллельно дросселю (или реле 15, подключенному к мосту 2) подсоединена цепочка иэ регулируемого резистора 16 и шунтирующего диода 17.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим влияние реле 15 (или дросселя), включенного последовательно с цепочкой 3. Для упрощения предположим, что равна нулю индуктивность потоков рассеяния обмоток трансреактора 1 это близко к реальному положению.

Вариант А. Сопротивление регулируемого резистора 16 равно бесконечности (цепь шунтирующего вентиля 17 разорвана), При этом варианте индуктивность реле 15 (или дросселя) продлевает угасающий импульс тока -через резистор 4, подэаряжает конденсатор

6 и, когда новый входной сигнал напряжения превышает напряжение на кон5 919 денсаторе 6, уменьшает вновь появившийся ток через резистор 4 или уменьшает новое наростание этого тока, если он не прерывается.

Вариант Б. Сопротивление регулируемого резистора 16 равно нулю. ЭДС, поддерживающая уменьшающийся ток в дросселе, открывает вентиль 17 при следующем соотношении:

0сг- 0ь lO А ) 4 гА где 1 и г* -.соответственно ток и активное сопротивление в дросселе (или реле 15);

r — сопротивление резис4 тора;

U r - напряжение входного сигнала;

0Б напряжение на конден щ саторе 6.

Выпрямительный мост 2 перестает пропускать ток, когда

0 0сг.

2S

Когда напряжение 0 „ вновь появившегося сигнала начинает превышать напряжение 0 на конденсаторе, то снова в резисторе 4 появляется ток

Осг - Оь

l4

4 повторяющий форму разности напряжений (0с - Ug) и уменьшающий ток I через вентиль 17, пока не станет равным току в дросселе, т.е. до соот35 ношения

4 А

Затем при сохранении этого равенства ток в дросселе i начинает возрастать, а ЭДС самоиндукции е изменяет направление и противодействует ему.

Таким образом, в условиях варианта Б при снижении напряжения входного сигнала ток в резисторе 4 уменьшает- 45 ся без затягивания, вызванного индуктивностью дросселя (или реле 15), а ток через дроссель перераспределяется с закрывающегося выпрямительного моста 2 на диод 17.

Когда напряжение нового входного сигнала превышает напряжение на конденсаторе 6, новый ток в резисторе 4 повторяет форму разности упомянутых напряжений пока не станет равным то- 55 ку в дросселе, который перераспреде.ляется с закрывающегося диода 17 на выпрямительный мост 2.

008

Ь

Можно ожидать, что наиболее выгодным является вариант, промежуточный между A и Б.

Рассмотрим аварийные и эксплуатационные энергетические режимы защищаемого силового трансформатора.

P е ж и м I. Короткое эамыка" ние в зоне дифференциальной защиты при синусоидальном токе беэ апериоцической составляющей.

P е ж и м II. Аналогичен режи чу I, но еще имеется апериодическая составляющая, которая практически не трансформируется трансреактором.

При режимах I u il цепочка 3 создает для каждой входной синусоидальной полуволны саморегулирующийся трапецеидальный пороговый уровень и обеспечивает на входе релейного формиро" вателя 7 близкие к минимальным паузам, длительность которых не зависит от амплитуды сигнала.

P е ж и м ill. Короткое замыкание в зоне дифференциальной защиты при токе с первой и третьей гармоникой, но без апериодической составляющей. При этом на вход цепочки 3 поступает периодический сигнал

ПС СП

0,5 О, 5 где ПС и СП вЂ” импульсы средние по форме между прямоугольной и синусоидальной, причем П ставится с той стороны, где импульс ближе к прямоугольному, в знаменателе указана длительность импульсов s долях периода (Т). А таких условиях цепочка 3 на вход релейного формирователя 7 пере" дает сигнал с минимальными паузами, длительность которых не зависит от амплитуды исходного сигнала.

P е ж и м IV. Апериодический бросок тока намагничивания, который близок к неполной синусоиде с основанием 180-240, сдвинутый вверх. При этом на входе цепочки 3 появляется затухающий сигнал, который можно обозначить

ПС + ПС 0

P 5 — 0,66 0,5 — 0,34

+ где 0 — пауза.

Цепочка 3 работает в режиме, состоящем из аналогичного режиму Ill паузы.

Р е ж и м V. Периодический бро,сок тока намагничивания.

В таких условиях на входе цепочки 3 появляется затухающий сигнал, равный

7 919009

ПС+С+СП О вЂ” —,а

Здесь цепочка 3 работает аналогично режиму IV.

P е ж и м VI. Аналогично режиму

IV, но при глубоком насыщении трансформаторов тока защиты (фиг. 3). На вход цепочки 3 поступает сигнал, который можно обозначить пс+с, с lO

0,63 0,37

Выбором емкости конденсатора 6 можно сделать так, что малый импульс

С оказывается меньше разрядного напряжения на этом конденсаторе и поэтому на резисторе 4 возникает пауза

0 7

0 аналогично режимам V u IV.

P е ж и м VII..Àíàëîãè÷åí режиму II, но при глубоком насыщении 20 трансформаторов тока защиты (фиг.2).

На вход цепочки 3 поступает сигнал, который можно обозначить тр С ТрС

0,25 - 0,33 0,75 - 0,67 где TP C - импульс, средний по форме между трапецией и синусоидой.

Сравнивая графики производных дифференциального тока, представленные на фиг. 2 и фиг. 3 видим, чтб если 3О конденсатор 6 подобрать так, чтобы он в режиме 6 своим порогом не пропустил малый импульс С к формирователю 7, то в режиме Vtl это не может привести к созданию увеличенной паузы. торый выбран, например, так, что эа паузу (или часть ее) практически успевает разрядиться на резистор 5, В этом режиме сигнал на входе цепочки

3 можно обозначить

П 0

0,5 0,5 где в числителе даны обозначения импульса или паузы, а в энаменателе— их длительность в долях периода (Т).

P е ж и м 5 . .Ha выходе выпрямительного моста 2 появляется периодический однополупериодный сигнал

С О

0,5 0,5 где С - синусоидальная полуволна (или близкая к ней). При этом на резисторе 4 вследствие заряда,конденсатора 6 возникает импульс, отличающийся

/ от синусоидальной полуволны косым возрастающим срезом у основания, и поэтому выходной импульс меньше по длительности. Таким образом, благодаря цепочке появляется клиновидный пороговый саморегулирующийся уровень, расширяющийся приблизительно к середине периода.

P е ж и м g . На выходе выпрямительного моста 2 появляется периодический двухполупериодный сигнал

С С

О, 5 0,.5

При этом цепочка 3 создает для каждой входной синусоидальной полуволны саморегулирующийся трапецеидальный пороговый уровень, расширяющийся к своему концу.

P е ж и м ъ . На выходе моста 2 появляется, например, периодический сигнал

С ас О

0,5 0,15 0,35

На тот случай, если в режиме V I I все же возникает увеличенная пауза и вызывает ложную блокировку дифференциальной защиты, предусмотрено реле 15 дифференциальной отсечки. Возможно включение реле 15 дифференциальной отсечки в цепь первичной обмотки трансформатора. В этом случае анализ идеализированных составляющих режимов работы упрощены и может быть выполнен более подробно.

P е ж и м a . Если на выходе выпрямительного моста 2 периодически появляются прямоугольные импульсы (П) о с паузами (О), равными длительности импульсов, то на резисторе 4, т.е. на входе релейного формирователя 7, получаем приблизительно трапецеидальные импульсы (Т ) такой же длительности, причем мгновенное значение импульса уменьшается от начала к концу эа счет заряда конденсатора 6, когде Ас - синусоидальный импульс, относительно малый по длительности и амплитуде. Если амплитуда малого синусоидального импульса оказывается маньше, чем напряжение на конденсаторе 6 при разряде на резистор 5, то этот импульс не дает выходного на резисторе 4, и пауза на выходе цепочки 3 оказывается длительнее, чем на входе.

Таким образом, в предлагаемом устройстве простая цепочка 3 и схема ее подключения позволяют получить саморегулирующийся порог, который можно не пропустить относительно малый импульс в режиме VI, причем мало веро9 91900 ятно, чтобы этот порог создал ложные паузы в режиме Vll. Добавление к реле отсечки (или к специальному дросселю) шунтирующего диода с регулируемым резистором позволяет видоизменять упомянутый саморегулирующийся порог. формула изобретения

Устройство для дифференциальной защиты трансформатора, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансреактор, выпрямительный 1$ мост, релейный формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, элемент времени, орган запоминания, второй инвертор, исполнительный орган, о т л и ч а ю щ е е с..я . тем, что, с целью повышения его надежности и селективности путем улучшения отст8 l0 ройки от броска тока намагничивания при глубоком насыщении трансформатора. тока, дополнительно введена подключенная на выходе выпрямительного моста цепочка последовательно соединенных резисторов, один из которых зашунтирован конденсатором, а параллельно второму включен вход упомянутого релейного формирователя прямоугольных импульсов, причем цепочка резисторов подсоединена к мосту через дроссель (или реле отсечки), параллельно которому ч".рез регулируемый резистор включен шунтирующий диод.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 675520, кл. Н 02 Н 7/04, 25.07.79.

2. Федосеев A.М. Релейная защита электрических систем. И., "Энергия", 1976, рис. 9-26, 9-21.

919008

Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2156/36

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

Составитель В. Зимаков

Редактор Л. Горбунова Техред Е, Харитончик ((орректор M. lllapo