РЕЛЕ ЗАЩИТЫ С ОТСТРОЙКОЙ ОТ ТОКА ВКЛЮЧЕНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Российский патент 2009 года по МПК H02H7/04 

Устройство относится к электротехнике, а именно к реле защиты линий с силовыми трансформаторами от коротких замыканий в распределительных сетях в виде токовой отсечки, когда допускается по условиям устойчивости небольшое увеличение времени срабатывания защиты и одновременно требуется повышение ее чувствительности.

Устройство может быть использовано и для дифференциальной отсечки трансформатора, когда определяющим является условие отстройки от броска тока намагничивания.

Технический результат изобретения заключается в том, что между общими точками индуктивности и конденсатора, образующими высокодобротный резонансный контур, настроенный на промышленную частоту и питающийся от двухполупериодного выпрямителя тока первичного преобразователя, и входом релейного формирователя включена интегрирующая RC цепочка или электронный интегрирующий блок. Причем параллельно контуру включено дополнительно переменное сопротивление, задающее расчетную добротность контура без нарушения цепи контурной индуктивности.

Известно реле дифференциальной защиты с отстройкой от апериодического тока включения серии РНТ /1/. За счет наличия сложной короткозамкнутой обмотки в насыщающемся трансформаторе относительное содержание затухающей постоянной составляющей потока увеличивается и продлевается процесс насыщения и отстройки от броска тока намагничивания силового трансформатора. Однако реле оперирует с текущими величинами, не использует и не накапливает отличительные свойства тока за прошедшие интервалы времени.

Известен аналог предлагаемого изобретения /2/. В этом устройстве использован LC фильтр первой гармоники тока, пропорционального выпрямленному анализируемому току, который при броске наращивает колебания и устраняет нежелательные заполнения пауз фрагментами трансформированного тока от измерительных трансформаторов. Чем больше добротность LC контура, тем эффективнее восстановление пауз. Для измерения тока в LC контуре и установки необходимой добротности последовательно с индуктивностью L включены дополнительный резистор, а затем вход релейного формирователя.

Недостатком такого решения является следующее. В случае установления обслуживающим персоналом возможности увеличения добротности и повышения чувствительности защиты, в крайнем случае необходимо устранять дополнительный резистор и снижать входное активное сопротивление релейного формирователя до значений, близких к нулю. В этом случае теряется связь между фильтром и формирователем. Может оказаться, что потребуется и увеличение сечения провода катушки индуктивности, что потребует ее перемотки и переустановки. Усиление на входе релейного формирователя приходится увеличивать, что снижает помехоустойчивость. С другой стороны при низкой добротности экономически целесообразно дополнительный резистор заменить дополнительным сопротивлением более тонкого провода катушки. Тем не менее, часть сопротивления нужно будет оставить между входными зажимами релейного формирователя. Все это затрудняет возможность реализации повышения чувствительности защиты путем изменения добротности LC контура. Таким образом реализация изменения чувствительности должна выполняться во внешней цепи LC контура, что не известно. Однако в этом отношении наиболее близким решением, связанным с использованием высокодобротного LC контра при отстройке реле защиты от бросков намагничивающего тока, является устройство /3/.

В указанном прототипе во внешней цепи LC контура использованы резистор, диоды и реагирующий орган. Добротность контура может быть высокой. Однако фильтр настроен на вторую гармонику промышленной частоты и не имеет возможности корректировать бестоковые паузы при броске.

В основу предлагаемого изобретения положено свойство контурной индуктивности L' производить при высокой ее добротности интегрирование напряжения на контуре U

Предлагается эту операцию производить во внешней цепи контура интегрирующей цепочкой R₁, С₁, или электронным интегратором, например на операционном усилителе. В этом случае при большой постоянной времени R₁·C₁ и малом отборе энергии от контура его добротность высока, а помехи на входе релейного формирователя эффективно гасятся конденсатором С₁, к которому напрямую подключен релейный формирователь.

На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства. Здесь - 1 первичный преобразователь в виде трансреактора, или промежуточного трансформатора тока с зазором, или миниатюрного трансформатора тока, который снижает уровень тока в устройстве. В любом из этих случаев преобразователь является источником тока. Когда преобразователь является трансреактором, то на его выходе после выпрямителя 2 включается большое балластное сопротивление 3. Емкость 4 и индуктивность 5 величиной С' и L' образуют параллельный колебательный контур, настроенный на частоту защищаемой сети. Резистор 6 с проводимостью G' задает потери энергии в контуре, пропорциональные напряжению между точками 7 и 8, равному U₇₈. Далее - инерционная цепочка, состоящая из резистора 9 и конденсатора 10 с постоянной времени R₁·С₁ и выполняющая приближенное интегрирование U₇₈, а также подавляющая помехи на входе релейного формирователя 11 с высокоомным входом. Орган выдержки времени - 12.

При коротком замыкании форма тока к.з. после переходного процесса в распределительной сети близка к синусоиде, а ток i(t) на выходе выпрямителя близок к постоянному i₀ с короткими провалами. После быстрого заряда конденсатора 4 этот ток, образованный источником тока, практически весь поступает в индуктивность 5 величиной L', создавая на ней существенное падение напряжения

Поэтому после интегрирования U₇₈ цепочкой 9 и 10, с достаточно большой постоянной времени R₁·С₁, напряжение на конденсаторе 10 величиной С₁ оказывается пропорциональным L'·i₀, а затем очень медленно спадает. Степень спадания определяется отличием инерционной цепочки от идеального интегрирующего звена. Однако при быстром уменьшении напряжение на выходе инерционного звена также быстро уменьшается. При этом релейный формирователь 11 формирует единственный импульс без токовых пауз, который, превысив выдержку времени 12, дает сигнал на отключение. Таким образом реализуется большая добротность L' С' контура 4,5 и сохраняется его связь с релейным формирователем. В первый момент после к.з. резонансный контур может дать переходный процесс за счет высокой добротности, а релейный формирователь - один - два коротких последовательных импульса. На это время защита будет заблокирована, однако добротность контура, устанавливаемая величиной резистора 16, должна быть такой, чтобы не нарушить допускаемое замедление защиты по условиям устойчивости распределительной сети.

При броске тока намагничивания в токе i(t) появляются бестоковые паузы, которые постепенно могут заполняться трансформированными фрагментами тока включения. Однако при этом усиливается раскачка высокодобротного L'C' контура разряда С₁ главным образом по цепи L' через большое R₁. При этом релейный формирователь 11 формирует единственный импульс без бестоковых пауз, который, превысив выдержку времени В дает сигнал на отключение. Таким образом реализуется большая добротность L'C' контура 4,5 и паузы на С₁ восстанавливаются.

Осциллограммы, приведенные на фиг.2 и 3, иллюстрируют эти процессы. На осциллограмме фиг.2 вверху показан сигнал на входе формирователя при коротком замыкании и высокой добротности L'C' контура. Внизу на выходе формирователя видна практически одна бестоковая пауза. На фиг.3 вверху при броске виден процесс раскачки резонансного контура и четкое формирование бестоковых пауз. Реализация предлагаемого устройства не вызывает затруднений, т.к. требует установки всего одного конденсатора и одного маломощного сопротивления после устранения дополнительного резистора в цепи катушки индуктивности. Регулировка добротности выполняется серийным маломощным переменным сопротивлением.

Литература

1. Алексеев B.C. и др. Реле защиты. М., Энергия, 1976, с. 245-255.

2. А.с. 439876, СССР. Дмитриенко A.M. Опубл. в Б.И., 1974, №30.

3. А.с. 1101946 А, Н02Н 1/045. Зинченко В.Ф. и В.П.Будовский, БИ №25, 07.07.84.

Для отстройки реле и защиты от бросков тока намагничивания силовых трансформаторов эффективно используется параллельный резонансный контур, включенный на выходе двухполупериодного выпрямителя, питающегося от первичного преобразователя. Чем больше добротность контура, тем эффективнее восстановление контуром бестоковых пауз, являющихся признаком тока включения. Однако отбор информации происходит от дополнительного активного сопротивления в ветви индуктивности контура, что снижает добротность. Устройство позволяет освободить индуктивную ветвь контура от добавочного сопротивления. Для этого между общими точками конденсатора и катушки индуктивности контура включено интегрирующее звено, соединяющее контур и релейный формирователь. 3 ил.

Реле защиты с отстройкой от броска тока включения силового трансформатора, содержащее первичный преобразователь тока, выполненный в виде миниатюрного трансформатора тока, или трансформатора тока с зазором, или в виде трансреактора с балластным сопротивлением, включенный на двухполупериодный выпрямитель, на выходе которого образуется источник тока, питающий параллельный колебательный контур с максимальной добротностью, определяемой допускаемым временем действия защиты, высокоомный релейный формирователь, подключенный к блоку выдержки времени, отличающееся тем, что между общими точками индуктивности и конденсатора контура и входом релейного формирователя включена интегрирующая активно-емкостная цепочка, или электронный интегрирующий блок, причем параллельно контуру включено переменное сопротивление, задающее расчетную добротность контура без нарушения цепи контурной индуктивности.