УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ШИН Российский патент 1994 года по МПК H02H3/28 H02H7/22 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам релейной защиты элементов электрических систем, и предназначено для использования на электрических станциях и подстанциях для отключения электрических повреждений шин, особенно напряжением 6-10 кВ.

Известна схема дифференциальной защиты шин [1], содержащая трансформаторы тока (ТТ) в фазах всех присоединений шин, вторичные обмотки которых соединены параллельно и нагружены токовым реле, включенным на сумму токов ТТ присоединений. Исполнительный контакт токового реле коммутирует промежуточное реле, через контакты которого производится подача напряжения на катушки отключения выключателей питающих присоединений.

Данной схеме присущи недостатки: необходимость установки отдельных трансформаторов тока в цепи присоединений к защищаемым шинам для устройства дифференциальной защиты; невозможность выполнения такой схемы в электроустановках, оборудованных трансформаторами тока с различными коэффициентами трансформации; невозможность использования имеющихся трансформаторов тока, если их погрешность при внешних коротких замыканиях (КЗ) превышает 10%.

Известное устройство для дифференциальной защиты электроустановки [2] содержит трансформаторы тока, к вторичным обмоткам которых присоединены первичные обмотки промежуточных трансформаторов тока (ПТТ) с двумя вторичными обмотками, дифференциально-токовый орган, включенный в контур, образованный одной системой вторичных обмоток промежуточного трансформатора тока, и полупроводниковый ключ, выход которого подключен параллельно дифференциально-токовому органу, и снабжено блоками косвенного контроля магнитного состояния основных трансформаторов тока, входы которых присоединены к другим вторичным обмоткам промежуточных трансформаторов тока, выходы соединены с входами элемента ИЛИ, подключенного к полупроводниковому ключу.

Данному устройству присущи недостатки: необходимость установки отдельных трансформаторов тока в цепи присоединений к защищаемым шинам для устройства дифференциальной защиты; невозможность выполнения без изменений в первичных цепях в существующих электроустановках, имеющих ограниченное количество трансформаторов тока, используемых для других существующих защит; сложность схемотехнического решения, обусловленная использованием блоков контроля насыщения, не выпускаемых промышленностью, основанных на применении дифференцирующих цепей, чувствительных к коммутационным помехам, при которых возможна, кроме того, неселективная работа устройства: использование в схеме блоков, не имеющих промышленного выпуска, ограничивает область применения схемы; высокие уровни напряжений вторичных цепей ПТТ, при которых обеспечивается эффективное шунтирование полупроводниковым ключом (симитором) входной цепи реагирующего органа, что снижает срок службы изоляции вследствие ускоренного электрического старения, либо требует выполнения изоляции вторичных цепей ПТТ повышенного класса.

Целью изобретения является расширение области применения повышения надежности и чувствительности.

На фиг. 1 представлена структурная схема главных и токовых цепей дифференциальной защиты шин; на фиг. 2 - схема ее оперативных цепей; на фиг. 3 и 4 - принципиальные электрические схемы токовых цепей дифференциальной защиты соответственно для двухрелейного (или трехрелейного) и однорелейного исполнения.

Устройство для дифференциальной токовой защиты содержит включенные в первичные цепи питающих присоединений 1-3 и отходящих от защищаемых шин присоединений 4-8 трансформаторы тока 9-16 релейной защиты, вторичные обмотки которых соединены с первичными обмотками промежуточных трансформаторов тока 17-24. К вторичным обмоткам всех ПТТ подключено дифференциальное токовое реле 25, а последовательно со вторичными обмотками ПТТ тех присоединений, ТТ которых при внешних КЗ не проходят по 10-процентной погрешности, - блокирующее реле 26. Замыкающий контакт 27 дифференциального реле соединен последовательно с размыкающим контактом 28 блокирующего реле 26 и дополнительным блоком 29, включающим указательные и промежуточные реле 30-34, обмотку 35. Замыкающие контакты 36-38 промежуточных реле включены в цепях катушек отключения выключателей 39-41 цепи питающих присоединений 1-3.

На чертеже указаны обмотки реле 42-49, токовых защит отходящих и питающих присоединений, реле 50 контроля вторичных цепей ТТ.

Устройство для дифференциальной защиты шин работает следующим образом.

В рабочем режиме токи любого из питающих присоединений 1-3, а также питаемых присоединений 4-8 преобразуются трансформаторами тока 9-16 присоединений, после чего проходят по первичным обмоткам промежуточных трансформаторов тока (ПТТ) 17-24, а также обмоткам токовых реле 42-49 устройств релейной защиты присоединений.

Вторичные токи ТТ всех присоединений преобразуются ПТТ так, чтобы коэффициенты трансформации первичных токов во вторичные цепи ПТТ были одинаковы для всех присоединений. Мгновенные значения токов ПТТ суммируются в их нагрузочной ветви - дифференциальном токовом электромеханическом (типа РТ-40) или полупроводниковом (например, на базе оптронов) или другом реле.

Так как в нормальном режиме работы шин алгебраическая сумма мгновенных значений токов питающих и питаемых присоединений (условно положительные направления токов - к шинам) равна нулю, то ток дифференциального реле практически равен нулю (из-за погрешностей трансформации имеет место ток небаланса, меньший уставки срабатывания). Контакт 27 данного реле разомкнут, катушки промежуточных и указательных реле 30-35 обесточены, контакты 36-38 реле 31-35 также разомкнуты, в результате чего обесточены и катушки 39-41 отключения выключателей питающих присоединений.

Присоединения к шинам, ТТ которых при внешних коротких замыканиях работают с погрешностью, превышающей 10% (например, при реконструкциях первичных схем сети, приводящих к увеличению токов КЗ, и сохранении ранее установленных ТТ), или работают с допустимой погрешностью, требуя, однако, большой уставки, нагружены на вторичной стороне ПТТ, кроме дифференциального, блокирующим реле 26.

В качестве таких присоединений на фиг. 1, 3, 4 показаны присоединения 6, 7. Ток срабатывания дополнительного блокировочного реле 32 выбирается из условия:
I_ср.доп≅ , где К_н - коэффициент надежности;
n_ТТ - коэффициент трансформации защитного ТТ;
n_ПТТ - коэффициент трансформации ПТТ;
К₁₀ - кратность первичного тока по отношению к номинальному значению при насыщении ТТ присоединения;
I_1ТТ,ном - номинальное значение первичного тока ТТ присоединения с дополнительным реле.

Приведенное условие обеспечивает срабатывание блокирующего реле 26 только при насыщении трансформаторов тока присоединений, когда погрешность трансформации превышает 10%, а ток небаланса близок к уставке срабатывания дифференциального реле, а соответственно блокировку срабатывания дифференциальной защиты шин при внешних КЗ, вызывающих указанную погрешность ТТ.

Процессы в схеме дифференциальной защиты при внешних коротких замыканиях различаются в зависимости от уровня тока КЗ.

Случаи внешних коротких замыканий при токах, не вызывающих глубокого насыщения защитных ТТ, работающих при этом с погрешностью, не превышающей 10% , сопровождаются достаточно точной трансформацией тока КЗ как трансформаторами питающих, так и трансформаторами отходящих присоединений. Ток дифференциального реле 1 в этом случае меньше тока его срабатывания и, следовательно, не вызывает отключение шин. Короткое замыкание отключается защитами отходящих от шин присоединений.

В случаях возникновения внешних коротких замыканий, сопровождающихся токами, вызывающими погрешность защитных ТТ, большую 10%, сумма вторичных токов ПТТ превышает ток срабатывания дифференциального реле, а ток плеча, работающего с насыщением ТТ, превышает ток срабатывания дополнительного блокирующего реле. Так как срабатывание размыкающих контактов дополнительного реле происходит быстрее срабатывания замыкающего контакта дифференциального реле, то цепь обмоток указательного и промежуточных реле 30-35 остается обесточенной. Питающие присоединения остаются включенными. Отключение короткого замыкания осуществляется защитами соответствующих отходящих от шин присоединений.

При коротких замыканиях в зоне действия дифференциальной защиты шин ток I_диф превышает уровень срабатывания реле 26, а ввиду отсутствия тока КЗ через ТТ отходящих присоединений и невозможности насыщения ТТ отходящих присоединений блокирующее реле не срабатывает и сохраняет свой контакт 28 в замкнутом состоянии. Срабатывание дифференциального реле вызывает замыкание контакта 27 цепи питания указательных 30, 32, 34 и промежуточных 31, 33, 35 реле. Последние своими контактами 36-38 подают напряжение на катушки 39-41 отключения выключателей питающих присоединений. Повреждение отключается от источников питания.

Положительный эффект заключается в расширении области применения дифференциальной защиты шин путем использования на подстанциях с любыми токами КЗ как на постоянном, так и на переменном оперативном токе, с трансформаторами тока, имеющими различные коэффициенты трансформации.

Такая дифференциальная защита шин может селективно работать на подстанциях с токами КЗ большими, чем токи, при которых трансформаторы тока отходящих присоединений работают с погрешностью, равной 10%. Кроме того, схема дифзащиты шин не требует дополнительной установки отдельных трансформаторов для ее осуществления.

Изобретение относится к релейной защите элементов электрических систем и может быть использовано на электрических станциях и подстанциях для отключения электрических повреждений шин. Сущность изобретения: устройство включает промежуточные трансформаторы тока, выравнивающие токи плеч, защитные трансформаторы тока, которые могут работать с погрешностью, способной вызвать недопустимый по сравнению с уставкой срабатывания небаланс при внешних коротких замыканиях. Дополнительным реле блокируется срабатывание дифференциальной защиты. Устройство обеспечивает повышенную чувствительность к токам внутренних повреждений за счет блокировки при болльших токах внешних коротких замыканий блокирующим реле, а также расширение области применения: схема может использоваться при любом количестве трансформаторов тока с различными коэффициентами трансформации. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ШИН, содержащее трансформаторы тока в питающих и отходящих от шин присоединениях, к вторичным обмоткам которых подключены первичные обмотки промежуточных трансформаторов тока, к вторичным обмоткам которых подключено дифференциальное токовое реле с замыкающим контактом, блокирующее реле, исполнительный блок, выходы которого предназначены для подключения к цепям отключения выключателей присоединений, источник оперативного тока, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, повышения надежности и чувствительности, в него дополнительно введен размыкающий контакт блокирующего реле, который включен последовательно с замыкающим контактом дифференциального реле и исполнительным блоком, выводы цепи подключены к зажимам источника оперативного тока, а в отходящих присоединениях, для трансформаторов тока которых
K₁₀˙I_{1т.т.ном}<I_{к.з.макс} ,
где K₁₀ - кратность первичного тока трансформатора тока, при которой погрешность равна 10%;
I_{1т.т.ном} - номинальное значение первичного тока трансформаторов тока;
I_{к.з.макс} - максимальное значение тока внешнего для шин короткого замыкания,
последовательно с вторичными обмотками промежуточных трансформаторов тока, соединенными между собой параллельно, подключена обмотка блокирующего реле, ток срабатывания которого выбран из условия
I_ср.доп≅ ,
где K_н - коэффициент надежности;
n_т.т , n_п.т.т - коэффициенты трансформации соответственно основного и промежуточного трансформаторов тока присоединения.