СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ШИН ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2001 года по МПК H02H3/26 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты шин от различного вида повреждений (подвесной или опорной изоляции, вводов выключателей и трансформаторов и т.д.), сопровождаемых различными видами коротких замыканий.

Известен способ дифференциальной защиты шин трехфазной электрической установки, в соответствии с которым в каждой системе шин формируют для каждой фазы результирующий ток, содержащий информацию о сумме токов всех присоединений и сдвинутого на 180 электрических градусов тока шиносоединительного выключателя, определяют суммарный ток, равный сумме результирующих токов всех систем шин, и отключают присоединения системы шин при одновременном превышении результирующего тока одной из ее фаз и суммарного тока заданных пороговых уровней (1).

Недостатком известного способа является сложность его реализации, заключающаяся в необходимости устанавливать в каждую фазу токовое реле и, как следствие, значительная потребляемая мощность по цепям переменного тока защиты, кроме того, известный способ обладает низкой чувствительностью, так как не может обеспечить достаточно высокого уровня токов на входе пороговых органов.

Известно устройство дифференциальной защиты шин трехфазной электрической установки, содержащее включенные в рассечки силовых цепей присоединений трансформаторы тока, а также токовые реле в каждой фазе каждой системы шин (1).

Недостатком известного устройства является сложность из-за наличия в каждой фазе отдельного токового реле и, как следствие, значительная потребляемая мощность по цепям переменного тока защиты, кроме того, известное устройство обладает низкой чувствительностью, так как не может обеспечить достаточно высокого уровня токов на входе токовых реле.

Техническим результатом является устранение указанных выше недостатков.

Технический результат достигается за счет того, что при реализации способа дифференциальной защиты шин трехфазной электрической установки, содержащей, по меньшей мере, одну пару систем шин, соединенных между собой в каждой паре через трехфазный шиносоединительный выключатель, в соответствии с которым в трансформаторах тока преобразуют токи каждой из фаз каждого присоединения, подключенного к соответствующей шине через свой выключатель, а также токи каждой фазы шиносоединительного выключателя со стороны каждой из систем шин, для каждой из систем шин формируют результирующую трехфазную последовательность токов путем геометрического суммирования токов, полученных в результате упомянутых преобразований токов соответствующих фаз всех присоединений соответствующей системы шин со сдвинутым на 180 электрических градусов полученного в результате упомянутого преобразования током соответствующей фазы другой системы шин, протекающего через шиносоединительный выключатель, соединяющий соответствующую систему шин с другой системой шин, со стороны другой системы шин, для каждой из систем шин осуществляют геометрическое суммирование токов всех фаз результирующей трехфазной последовательности токов, подавая на соответствующие первичные обмотки, расположенные на среднем стержне насыщающегося трехстержневого трансформатора тока соответствующего токового реле, токи фаз результирующей трехфазной последовательности токов соответствующей системы шин, при этом в цепи вторичной обмотки упомянутого насыщающегося трехстержневого трансформатора тока, расположенной на одном из его крайних стержней и в цепи дополнительной обмотки из двух встречнопоследовательно соединенных секций, одна из которых расположена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода, а другая на его другом крайнем стержне, формируют результирующие токи, величина каждого из которых определяется величиной результирующего магнитного потока, созданного токами первичных обмоток насыщающегося трехстержневого трансформатора тока, путем геометрического суммирования токов дополнительных обмоток насыщающихся трехстержневых трансформаторов тока токовых реле всех систем шин формируют суммарный результирующий ток, величина которого определяется геометрической суммой токов всех фаз результирующих последовательностей токов всех систем шин, при одновременном превышении величины суммарного результирующего тока и величины результирующего тока вторичной обмотки насыщающегося трехстержневого трансформатора тока токового реле одной из систем шин соответствующих пороговых уровней подают сигнал на отключение присоединений этой системы шин.

Для достижения технического результата в устройство для реализации способа дифференциальной защиты шин трехфазной электрической установки, содержащей, по меньшей мере, одну пару систем шин, соединенных между собой в каждой паре через трехфазный шиносоединительный выключатель, каждая фаза каждого присоединения которой подключена к соответствующей шине через соответствующий выключатель, содержащее трансформаторы тока по одному на каждую фазу каждого присоединения и по два на каждую фазу шиносоединительного выключателя, первичные обмотки трансформаторов тока включены в рассечки силовых цепей соответствующих фаз соответствующих присоединений и в рассечки силовых цепей соответствующих шиносоединительных выключателей со стороны каждой из систем шин, при этом направление включения первичных обмоток всех трансформаторов тока относительно соответствующих шин одинаково, вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз присоединений одной и той же системы шин соединены согласно параллельно между собой и встречно параллельно с вторичными обмотками включенных со стороны другой системы шин трансформаторов тока соответствующих фаз соответствующих шиносоединительных выключателей, кроме того, устройство содержит для каждой системы шин цепь отключения выключателей, введены пусковой пороговый орган и для каждой системы шин токовое реле, в состав которого входят насыщающийся трехстержневой трансформатора тока, избирательный пороговый орган и управляемые его выходным сигналом замыкающие контакты, при этом на среднем стержне каждого насыщающегося трехстержневого трансформатора тока расположены соединенные одноименными выводами три первичные обмотки, каждая из которых подключена к соединенным параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока соответствующей фазы соответствующей системы шин, вторичная обмотка каждого насыщающегося трехстержневого трансформатора тока, расположенная на одном из его крайних стержней, подключена ко входу избирательного порогового органа, каждый насыщающийся трехстержневой трансформатор тока содержит дополнительную обмотку из двух встречнопоследовательно соединенных секций, одна из которых расположена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода, а другая - на его другом крайнем стержне, дополнительные обмотки насыщающихся трехстержневых трансформаторов тока реле тока всех систем шин подключены к входу пускового порогового органа, в цепь отключения выключателей каждой из систем шин включены последовательно замыкающие контакты, управляемые выходным сигналом избирательного порогового органа, и замыкающие контакты, управляемые выходным сигналом пускового порогового органа.

В частном случае реализации можно каждый из избирательных пороговых органов с управляемыми выходными сигналами пороговых органов замыкающими контактами и/или пусковой пороговый орган с управляемыми выходным сигналом порогового органа замыкающими контактами выполнить в виде выпрямительного моста, вход которого является входом избирательного порогового органа, а параллельно выходу выпрямительного моста подключены конденсатор и цепь из встречно последовательно соединенных тормозной и рабочей обмоток поляризованного реле с замыкающими контактами. Можно также каждый из избирательных пороговых органов и/или пусковой пороговый орган выполнить в виде статического реле максимального тока.

Применение в изобретении насыщающегося трехстержневого трансформатора тока для суммирования токов трехфазных последовательностей позволяет увеличить токи в пороговых органах без изменения коэффициентов трансформации трансформаторов тока, уменьшить количество реле, снизить рабочие точки на кривых намагничивания, что позволяет работать защите при меньших токах небаланса, за счет чего достигается технический результат.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема одного из возможных вариантов выполнения устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 представлен один из частных случаев выполнения порогового органа, используемого в предложенном изобретении; на фиг. 3 приведен пример подключения замыкающих контактов в цепях отключения выключателей по системам шин.

Устройство, представленное на фиг. 1 чертежа, содержит: первую и вторую системы шин 1, 2, пофазно соединенные друг с другом через трехфазный шиносоединительный выключатель 7. К системе шин 1 через трехфазные выключатели (группы пофазных выключателей) 3, 4 подключены первое и второе трехфазные присоединения. К системе шин 2 через трехфазные выключатели (группы пофазных выключателей) 5, 6 подключены третье и четвертое трехфазные присоединения. В цепи каждой фазы первого, второго, третьего и четвертого трехфазных присоединений последовательно с соответствующими выключателями 3-6 включены первичные обмотки соответствующих трансформаторов тока 8-11. В цепи каждой фазы шиносоединительного выключателя 7 последовательно с выключателем на стороне каждой из систем шин включены первичные обмотки трансформаторов тока 12, 13. Начала первичных обмоток всех трансформаторов тока расположены на стороне соответствующих систем шин. Вторичные обмотки трансформаторов тока 9, 8, 13, включенных в цепи одноименных фаз присоединений и шиносоединительного выключателя, соединены параллельно. При этом вторичные обмотки трансформаторов 13 включены встречно вторичным обмоткам трансформаторов 9 и 8. Вторичные обмотки трансформаторов тока 11, 10, 12, включенных в цепи одноименных фаз присоединений и шиносоединительного выключателя, соединены параллельно. При этом вторичные обмотки трансформаторов 12 включены встречно вторичным обмоткам трансформаторов 11 и 10.

Устройство содержит для первой системы шин 1 токовое реле из насыщающегося трехстержневого трансформатора тока 14 и избирательного порогового органа 21, который выполняет функции исполнительного органа токового реле. Для второй системы шин 2 устройство содержит токовое реле из насыщающегося трехстержневого трансформатора тока 14' и избирательного порогового органа 21', который выполняет функции исполнительного органа токового реле.

Вторичные обмотки трансформаторов тока 9, 8, 13, подключенные к присоединениям и шиносоединительному выключателю фазы А, подключены параллельно первой первичной обмотке 15 трансформатора 14. Вторичные обмотки трансформаторов тока 9, 8, 13, подключенные к присоединениям и шиносоединительному выключателю фазы В, подключены параллельно первой первичной обмотке 16 трансформатора 14. Вторичные обмотки трансформаторов тока 9, 8, 13, подключенные к присоединениям и шиносоединительному выключателю фазы C, подключены параллельно первой первичной обмотке 17 трансформатора 14. Вторичные обмотки трансформаторов тока 11, 10, 12, подключенные к присоединениям и шиносоединительному выключателю фазы A, подключены параллельно первой первичной обмотке 15' трансформатора 14'. Вторичные обмотки трансформаторов тока 11, 10, 12, подключенные к присоединениям и шиносоединительному выключателю фазы В, подключены параллельно первой первичной обмотке 16' трансформатора 14'. Вторичные обмотки трансформаторов тока 11, 10, 12, подключенные к присоединениям и шиносоединительному выключателю фазы C, подключены параллельно первой первичной обмотке 17' трансформатора 14'. Начала обмоток трансформаторов тока 8-11 соединены с концами соответствующих обмоток трансформаторов 14, 14'. Первичные обмотки 15, 16 и 17 и первичные обмотки 15', 16' и 17' в каждом из трансформаторов 14, 14' расположены на среднем стержне магнитопровода и соединены между собой концами. Вторичные обмотки 21(21') трансформаторов 14(14') расположены на одном из крайних стержней соответствующих трансформаторов 14(14') и подключены к входам соответствующих избирательных пороговых органов 21(21'). Каждый из трансформаторов 14, 14' содержит дополнительную обмотку, состоящую из двух, соединенных встречно последовательно секций 19, 18 и 19', 18', соответственно. При этом секции 18,18' расположены на средних стержнях соответствующих трансформаторов 14, 14', а секции 19,19' на других крайних стержнях соответствующих трансформаторов 14, 14'. Дополнительные обмотки трансформаторов 14, 14' соединены между собой одноименными выводами и подключены к входу общего пускового порогового органа 22. Избирательный пороговый орган 21 управляет замыкающими контактами 29, включенными последовательно с замыкающими контактами, управляемыми пусковым пороговым органом 22 в цепь выключения выключателей 4, 3, 7 первой системы шин 1 (фиг. 3). Избирательный пороговый орган 21' управляет замыкающими контактами 30, включенными последовательно с замыкающими контактами, управляемыми пусковым пороговым органом 22 в цепь выключения выключателей 5, 6, 7 второй системы шин 2 (фиг. 3). На фиг. 3 изображен также плюсовой вывод источника напряжения, который подключается к цепям управления соответствующих выключателей при одновременном замыкании пар замыкающих контактов 28, 29 и 28, 30. Замыкающий контакт 31 рубильника нарушения фиксации обеспечивает возможность управлять выключением выключателей присоединений каждой из систем шин 1, 2 при переключении их на одну из шин (например, при выполнении ремонтных работ на другой системе шин).

На фиг. 2 чертежа приведен один из возможных вариантов выполнения каждого их пороговых органов 21, 21' и 22. Пороговый орган содержит выпрямительный мост 23, выводы переменного тока которого являются входом порогового органа, а выводы постоянного тока зашунтированы конденсатором 27 и подключены к встречно последовательно соединенным рабочей 24 и тормозной 25 обмоткам поляризованного реле, которые управляют соответствующими замыкающими контактами (для избирательного порогового органа 21 контактами 29, для избирательного порогового органа 21' контактами 30, а для пускового избирательного порогового органа контактами 28). Тормозная обмотка 25 подключена к отрицательному выводу выпрямительного моста полярным выводом, а рабочая обмотка 24 подключена полярным выводом к положительному выводу выпрямительного моста 23. Тормозная обмотка 25 зашунтирована регулировочным резистором 26.

В частном случае, каждый из пороговых органов может быть выполнен на интегральных микросхемах в виде статического реле максимального тока, например в соответствии с приведенными в (2) конструктивными исполнениями. Пример исполнения трехстержневого насыщающегося трансформатора тока, который, в частном случае, может быть использован в настоящем изобретении, приведен в (3). Пример исполнения поляризованного реле, которое можно использовать при реализации устройства, в соответствии с настоящим изобретением приведен в (4).

Защита шин от возможных повреждений реализуется в соответствии с предложенным изобретением следующим образом. В нормальном нагрузочном режиме сумма токов, направленных к системе шин, равна сумме токов, отходящих от системы шин, поэтому ток каждой фазы результирующей трехфазной последовательности, который для системы шин 1 равен сумме токов вторичных обмоток трансформаторов тока соответствующих фаз 8, 9 со сдвинутым на 180 электрических градусов током вторичной обмотки трансформатора тока соответствующей фазы 13, а для системы шин 2 равен сумме токов вторичных обмоток трансформаторов тока соответствующих фаз 11, 10 со сдвинутым на 180 электрических градусов током вторичной обмотки трансформатора тока соответствующей фазы 12, определяется только током небаланса за счет погрешностей трансформаторов тока. Сумма токов всех фаз в каждой результирующей трехфазной последовательности также определяется токами небаланса. Поэтому токи во вторичных обмотках 20 и 20' трансформаторов 14 и 14' и суммарный результирующий ток дополнительных обмоток из секций 18, 19 и 18', 19' также определяются токами небаланса и не превышают уровней срабатывания избирательных пороговых органов 21, 21' и пускового порогового органа 22. Замыкающие контакты 28-30 находятся в разомкнутом состоянии и не происходит отключения присоединений от систем шин. При возникновении повреждения, сопровождаемого коротким замыканием в какой-либо из систем шин, например, в системе шин 1, к результирующей последовательности токов первой системы шин добавится ток короткого замыкания, поэтому токи вторичной обмотки 20 и секций 18, 19 дополнительной обмотки резко возрастут, что приведет к превышению токов на входах пороговых органов 21 и 22 уровней срабатывания, замыканию замыкающих контактов 29 и 28 и подаче оперативного напряжения к цепям управления отключением выключателей 4, 3 первого и второго присоединений и к цепи управления шиносоединительного выключателя 7, которые отключают соответствующие присоединения от первой системы шин. При наличии короткого замыкания в системе шин 2 защита осуществляется аналогичным образом.

Первичные обмотки 15(15'), 16(16'), 17(17') можно выполнить как с одинаковыми, так и с разными числами витков, при этом в первом случае устройство будет реагировать лишь на несимметричные короткие замыкания, а во втором случае возможно фиксирование как несимметричных, так и симметричных видов повреждений.

Изменяя число витков вторичной обмотки 20 (20') трансформатора 14(14'), можно выбирать ток срабатывания (уровень срабатывания) пороговых органов.

Для отстройки от тока небаланса применяется тормозная обмотка 25 поляризованного реле, при этом регулировочным резистором 26 можно менять степень отстройки от тока небаланса.

Источники информации
1. Таубес И. Р. Дифференциальная защита шин 110-220 кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 12-21.

2. Линт Г.Э. Серийные реле защиты, выполненные на интегральных микросхемах. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 37-54.

3. Овчинников В.В. Реле РНТ в схемах дифференциальных защит. - М.: Энергия, 1973, с. 27-39.

4. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций. - М.: Энергия, 1979, с. 77-78.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты шин от различного вида повреждений (подвесной или опорной изоляции, вводов выключателей и трансформаторов и т. д.), сопровождаемых различными видами коротких замыканий. Техническим результатом является повышение чувствительности и упрощение. Технический результат достигается за счет того, что отключение присоединений от соответствующей системы шин осуществляют при одновременном превышении суммы токов всех фаз результирующей трехфазной последовательности токов соответствующей системы шин и суммы токов всех результирующих последовательностей заданных пороговых уровней, для чего используются для каждой системы шин только одно токовое реле, содержащее насыщающийся трехстержневой трансформатор тока, и один избирательный пороговый орган. А для всех систем шин - один пусковой пороговый орган. Применение в изобретении насыщающихся трехстержневых трансформаторов тока для суммирования токов трехфазных последовательностей позволяет увеличить токи в пороговых органах без изменения коэффициентов трансформации трансформаторов тока, уменьшить количество реле, снизить рабочие точки на кривых намагничивания, что позволяет защите работать при меньших токах небаланса, за счет чего достигается технический результат. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ дифференциальной защиты шин трехфазной электрической установки, содержащей, по меньшей мере, одну пару систем шин, соединенных между собой в каждой паре через трехфазный шиносоединительный выключатель, в соответствии с которым в трансформаторах тока преобразуют токи каждой из фаз каждого присоединения, подключенного к соответствующей шине через свой выключатель, а также токи каждой фазы шиносоединительного выключателя со стороны каждой из систем шин, для каждой системы шин формируют результирующую трехфазную последовательность токов путем геометрического суммирования токов, полученных в результате упомянутых преобразований токов соответствующих фаз всех присоединений соответствующей системы шин со сдвинутым на 180 эл. град. полученного в результате упомянутого преобразования током соответствующей фазы другой системы шин, протекающего через шиносоединительный выключатель, соединяющий соответствующую систему шин с другой системой шин, со стороны другой системы шин, отличающийся тем, что для каждой системы шин осуществляют геометрическое суммирование токов всех фаз результирующей трехфазной последовательности токов, подавая на соответствующие первичные обмотки, расположенные на среднем стержне насыщающегося трехстержневого трансформатора тока соответствующего токового реле, токи фаз результирующей трехфазной последовательности токов соответствующей системы шин, при этом в цепи вторичной обмотки упомянутого насыщающегося трехстержневого трансформатора тока, расположенной на одном из его крайних стержней и в цепи дополнительной обмотки из двух встречно-последовательно соединенных секций, одна из которых расположена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода, а другая - на его другом крайнем стержне, формируют результирующие токи, величина каждого из которых определяется величиной результирующего магнитного потока, созданного токами первичных обмоток насыщающегося трехстержневого трансформатора тока, путем геометрического суммирования токов дополнительных обмоток насыщающихся трехстержневых трансформаторов тока токовых реле всех систем шин формируют суммарный результирующий ток, величина которого определяется геометрической суммой токов всех фаз результирующих последовательностей токов всех систем шин, при одновременном превышении величины суммарного результирующего тока и величины результирующего тока вторичной обмотки насыщающегося трехстержневого трансформатора тока токового реле одной из систем шин соответствующих пороговых уровней подают сигнал на отключение всех присоединений этой системы шин. 2. Устройство для реализации способа дифференциальной защиты шин трехфазной электрической установки, содержащее, по меньшей мере, одну пару систем шин, соединенных между собой в каждой паре через трехфазный шиносоединительный выключатель, каждая фаза каждого присоединения которой подключена к соответствующей шине через соответствующий выключатель, содержащее трансформаторы тока по одному на каждую фазу каждого присоединения и по два на каждую фазу шиносоединительного выключателя, первичные обмотки трансформаторов тока включены в рассечки силовых цепей соответствующих фаз соответствующих присоединений и в рассечки силовых цепей соответствующих шиносоединительных выключателей со стороны каждой из систем шин, при этом направление включения первичных обмоток всех трансформаторов тока относительно соответствующих шин одинаково, вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз присоединений одной и той же системы шин соединены согласно параллельно между собой и встречно параллельно с вторичными обмотками включенных со стороны другой системы шин трансформаторов тока соответствующих фаз соответствующих шиносоединительных выключателей, кроме того, устройство содержит для каждой системы шин цепь отключения выключателей, отличающееся тем, что введены пусковой пороговый орган и для каждой системы шин токовое реле, в состав которого входят насыщающийся трехстержневой трансформатор тока, избирательный пороговый орган и управляемые его выходным сигналом замыкающие контакты, при этом на среднем стержне каждого насыщающегося трехстержневого трансформатора тока расположены соединенные одноименными выводами три первичные обмотки, каждая из которых подключена к соединенным параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока соответствующей фазы соответствующей системы шин, вторичная обмотка каждого насыщающегося трехстержневого трансформатора тока, расположенная на одном из его крайних стержней подключена к входу избирательного порогового органа, каждый насыщающийся трехстержневой трансформатор тока содержит дополнительную обмотку из двух встречно-последовательно соединенных секций, одна из которых расположена на среднем стержне трехстержневого магнитопровода, а другая - на его другом крайнем стержне, дополнительные обмотки насыщающихся трехстержневых трансформаторов тока реле тока всех систем шин подключены к входу пускового порогового органа, в цепь отключения выключателей каждой из систем шин включены последовательно замыкающие контакты, управляемые выходным сигналом избирательного порогового органа, и замыкающие контакты, управляемые выходным сигналом пускового порогового органа. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый из избирательных пороговых органов с управляемыми выходными сигналами пороговых органов замыкающими контактами содержит выпрямительный мост, вход которого является входом избирательного порогового органа, а параллельно выходу выпрямительного моста подключены соответствующие конденсатор и цепь из встречно последовательно соединенных тормозной и рабочей обмоток поляризованного реле с замыкающими контактами. 4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что пусковой пороговый орган с управляемыми выходным сигналом порогового органа замыкающими контактами содержит выпрямительный мост, вход которого является входом избирательного пускового порогового органа, а параллельно выходу выпрямительного моста подключены соответствующие конденсатор и цепь из встречно последовательно соединенных тормозной и рабочей обмоток поляризованного реле с замыкающими контактами. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый из избирательных пороговых органов выполнен в виде статического реле максимального тока. 6. Устройство по одному из пп.2, 3 и 5, отличающееся тем, что пусковой пороговый орган выполнен в виде статического реле максимального тока.