Устройство для дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора) Советский патент 1983 года по МПК H02H3/28 

Устройство относится к релейной защите трансформаторов и автотрансформаторов электрической части электрических станций и подстанций и может использоваться для защиты силовых трансформаторов при возникновении внутренних коротких и витковых замыканий.

Для защиты силовых трансформаторов известно дифференциально-фазное реле, содержащее входные трансформаторы, присоединенные к трансформаторам тока, установленным на выводах защищаемого объекта, схему преобразования входных величин, присоединенную к ней двуплечейую схему сравнения и реагирующий орган с подсоединенным к нему блоком торможения при. бросках тока намагничивания tlj.Однако указанное дифференциальнофазное реле обладает чувствительностью, недостаточной для выявления всех витковых замыканий, поскольку его необходимо отстраивать от токов небаланса при максимальных токах нагрузки.

Кроме того, известно дифференциально-фазное реле, содержащее три дифференциально-фазные схемы защиты от коротких замыканий и чувствител ную часть, состоящую из фильтров токов одной из симметричных составляющих токов несимметричного режима,дифференциального токового органа блока отстройки от бросков тока намагничивания, блокировки при перевозбуждениях и блокировки от сверхтоков С

Однако это устройство необходимо отстраивать от токов небашанса рас10сматриваемой последовательности при токе блокирования дифференциального токового органа блокировкой от сверхтоков . Поскольку ток блокирования дифференциального токового органа

15 может составлять до 2.1 нт { нт - номингшьный ток трансформатора, ток небаланса,обусловленный регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора под нагрузкой при

20 внешних коротких замыканиях, может быть значительной величины, что требует значительного загрубления при наличии регулирования коэффициента трансформации силового трансформато25ра. Это ограничивает чувствительность защиты.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для дифферен. циапьной защиты трансформатора, со30держащее фильтры одной из сшчметричных составляющих токов несимметричного режима, блок отстройки от брос хов тока намагничивания, блокировку от сверхтоков, блокировку при перевозбуждениях, дифференциальный токо вый орган,фазный орган и блок упра Ленин С 3 . Однако известное устройство обла дает недостаточной селективностью в конечной -части переходного процес са затухающего броска тока намагнич вания, что связано с недостаточной чувствительностью фильтра блока отстройки от броскоа тока намагничивания. Дальнейшее увеличение чувствительности фильтра нецелесообразно, так как ведет к задержкам в срабатывании при внутренних коротких замыка ниях. Кроме того, недостатком извес ного устройства является наличие дву параллсяьных каналов обработки входных сигналов,- имеющих различные прин ципы действия. Как следствие этого, необходимы блок управления, выбирающий один из принципов обработки сигнала, и связи этого блока с измерительными органами устройства. Обычно увеличение числа блоков и связей меж ду ними снижает надежность устройства, Цель:изобретения - повышение селективности защиты в режиме бросков тока намагничивания при сохранении быстродействия, а также упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для дифференциальной защиты трансформатора (автотранс форматора , содержащем подключенные к соответствующим трансформаторам тока, установленным по сторонам защи щаемого объекта, фильтры одной из симметричных составляющих токов несимметричного режима, блок отстройки от бросков тока намагничивания, блокировку от сверхтоков с входами, присоединенными к трансформаторам тока, реагирующий орган и блок обработки сигналов с выходов фильтров симметричных составляющих, последний выполнен в виде последовательно соединенных элемента преобразования входных величин, элемента сравнения и выпрямителя и присоединен к рабоче му входу реагирующего органа,выполненного в виде электронного реле вре мени миллисекундного диaпaJOнa с регулируемым порогом срабатывания, тормозный вход .которого соединен с выходом блока отстройки от бросков тока намагничивания, а выход реагирующего органа присоединен к вновь введенному элементу И, второй вход которого соединен с блокировкой от сверхтоков, а выход является выходом устройства. Элемент сравнения в блоке обработ ки сигналов с выходов, фильтров симметричних составляющих содержит два усилителя-ограничителя и сумматор, причем выходы усилителей-ограничителей соединены с входом сумматора . На чертеже показана схема предлагаемого устройства. Устройство содержит .фильтры 1-3 токов симметричных составляющих несимметричного режима, которые соединены с блоком 4 обработки входного сигнала с выходов фильтров симметричных составляющих. В состав блока 4 обработки входят последовательно соединенные элемент 5 преобразования входных величин, элемент 6 сравнения, выпрямитель 7. Блок 4 обработки сигнала аналогичен блоку управления прототипа по виду обрабатываемой информации, Выход блока 4 обработки сигнала соединен с рабочим входом реагирующего органа 8, выпoJIнeннoгo в виде электронного реле времени миллисекундного диапазона. На тормозной вход реагирующего органа 8 подается- с выхода блока 9 отстройки от бросков тока намагничивания. Сигналы с выхода реагирующего органа 8 и блокировки при сверхтоках 10 подаются на вход элемента И 11, выход которого является выходом устройства и включен по схеме ИЛИ по отношению к выходу существующей дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора) . Элемент 5 преобразования представляет собой схему разделения входных величин с фильтров 1-3 тока по знакам полупериодов, выполненную на диодных полумостах. Элемент 6 сравнения выполняет операцию ограничения Положительных и отрицательных полуволн сигналов с выходов элемента 5 преобразования по модулю с помощью усилителей-ограничителей и их алгебраического суммирования. Выпрямитель 7 представляет собой выпрямитель переменного сигнала с выхода элемента 6 сравнения, выполненный на базе интегрального операционного усилителя. Устройство предназначено для совместной работы с существующей дифференциальной защитой трансформатора (автотрансформатора; от внутренних повреждений с целью повышения ее чувствительности к витковым замыканиям. Предлагаемое устройство работает следующим образом. При витковом замыкании в защищаемом трансформаторе на выходах фильтров 1-3 токов появляются токи, которые в элементе 5 преобразования/ разделяются по знакс1м полупериодов. В элементе 6 сравнения сигналы одноименного знака суммируются, причем на определенном уровне рост суммарн сигналов одноименных знаков прекращ ется схемой ограничения. Выходное напряжение элемента Ь сравнения пол чается путем еще одного суммирования двух последних сигналов, что по воляет при внешних коротких замыкан ях до наступления амплитудного огра ничения иметь на выходе элемента б сравнения сигнал, пропорциональный разности токов плеч трансформатора, а при внутренних коротких замыканиях - их сумме, Далее сигнал с выхода элемента б сравнения выпрямляется и поступает на вход реагирующего органа 8. Если длительность выпрямленного сигнала превышает время блокирования реагирующего органа 8, последний срабатывает и выдается сигнал на отключение трансформатора. При несимметричных токах нагрузки на реагирующий орган 8 поступают сигналы от фильтров 1-3 токов. При этом величина тока небаланса определяется в основном регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора. Причем в устройство поступает небаланс от протекания только рассматриваемой симметричной составляющей тока, что позволяет иметь уставку реагирующего органа 8 достаточную для выявления всех витко вых замыканий в трансформаторе. Если сквозной несимметричный ток превышает величину, при которой в элементе б сравнения начинается ограничение сигнала(эта величина выбирается несколько большей максимального тока рассматриваемой симметричной составляющей в рабочем режиме), сигнал с выхода элемента 6 сравнения представляет собой значение напряжения, пропорциональное входным сигналам, сравниваемым только по фазе, т.е. устройство переходит в дифференци.ально-фазный режим, а котором оно нечувствительно к токам-небаланса.По этому при несимметричных внешних коротких замыканиях, когда ток небаланса, обусловленный регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора, может быть значительным, устройство работает в дифференциально-фазном режиме. Таким образом, входная информация устройства и конечный результат обработки входных сигналов остаются прежними: обрабатываются входные сиг налн устройства после фильтров симметричных составляющих плеч защиты, используется .сочетание дифференциального и дифференциально-Фазного принципов действия. Отличие в том, что в прототипе для достижения указанного эффекта использовалась простая совокупность двух различных по принципу действия устройств в одном реле: дифференциальногд токового органа (обрабатывающего входную информацию по дифференциальному принципу действия; и фазного органа (с дифференциально-фазным принципом действия). Наличие этих двух разнотипных устройств обусловило необходимость блока управления, выбирающего один из двух принципов обработки сигнала и блокирующего дифференциальный токовый или фазный .орган. 3 предлагаемом устройстве сочетание дифференциально-фазного и дифференциального принципов действия достигается в блоке 4 обработки входных сигналов с выходов фильтров симметричных составляющих,- который аналогичен блоку управления в прототипе по виду обрабатываемой информации, посредством одного канала обработки рходной информации. При этом в значительной мере упрощается конструкция устройства и, следовательно, его надежность. В режиме броска тока наг агничивания кратностью выше. 0,31 нт на выходе блока 9 отстройки появляется тормозной сигнал, исключающий возможность срабатывания реагирующего ор- гана 8 в этом режиме, так как. при такой кратности надежно работают фильтры блока 9 отстройки. Отстройка от этого режима с малой кратностью тока (менее 0,31 нт), когда фильтры не могут выработать достаточный тормозной сигнал, осуществляется за счет выбора времени срабатывания реагирующего органа 8, превышающего длительность однополярного импульса броска тока намагничивания кратности 0,31 нт. Исследования формы кривой тока указанного режима кратностью 0,31 нт показали, что ширина основания однополярного импульса при этом не превышает 6 мс, следовательно, . время блокирования реагирующего органа должно быть больше этой величины. Устройство-прототип содержит реагирующий орган в общем виде. При этом подразумевается наиболее простой тип реагирующего органа - реагирующий на средневыпрямленное значение рабочего сигнала. Однако этот тип реагирующего органа обладает недостаточной селективностью в конечной части переходного процесса броска тока намагничивания, что связано с недостоточной чувствительностью фильтра блока отстройки от бросков тока намагничивания. Дальнейшее увеличение чувствительности фильтра нецелесообразно, так как ведет к задержкам в срабатывании при внутренних коротких замыканиях. Следовательно, устройСТво-прототип обладает меньшей отстроенностью от бросков тока намагничивания. При сверхтоках короткого замыкани как внутреннего, так и внешнего, при которых надежно работает основная защита, от блокировки при сверхтоках 10 на элемент И 11 поступает запрещающий сигнал в виде логического нуля. Элемент И 11 выдает сигнал срабатывания устройства при наличии сигна ла срабатывания реагирующего органа 8 и отсутствии запрещающего сигнала от блокировки при сверхтоках 10. В качестве фильтров 1-3 тока могу быть использованы фильтры токов нулевой последовательности, либо фильт ры токов обратной последовательноети. Если трансформаторы тока диффе|ренциальной защиты трансформатора имеют схему соединения звезда-звезда , то могут быть использованы филь ры токов как обратной, так и нулевой последовательности, однако более целесообразным прелставляется использование фильтров токов нулевой последовательности. Если же трансформаторы тока дифференциальной защиты трансформатора имеют схему соединения звезда-треугольник, токи нулевой последовательности в плечах дифференциальной схемы трансформаторов тока отсутствуют, и, следова.тельно, в схеме могут быть приведены только фильтры токов обратной последовательности. Устройство позволяет, благодаря сочетанию дифференциального и дифференциально-фазного принципов действия, повысить устойчивость несрабатывания защиты в переходных режимах, которые могут привести к ложному срабатыванию, и иметь чувствительность, необходимую для выявления всех витковых замыканий в трансформаторе (.автотрансформаторе). Повышение чувствительности возможно потому, что реагирующий орган 8 в дифференциальном режиме необходимо отстраивать от тока небаланса, обусловленного током, при котором наступает ограничение сигнала в элементе б сравнения, т.е. при котором устройство переходит в дифференциально-фазный режим (0,2-0,3) 1 нт. Величина этого тока определяется максимальным током используемой симметричной составлякяцей, которая может длитеттьно существовать в рабочем режиме. Устройство проишо лабораторные испытания в статических режимах и на электродинамической модели преходных токов короткого замыкания :i бросков тока намагничивания, а также производственные испытания на группе нэ трех однофазных автотрансформаторов общей мощностью 800 МВД, с высшим напряжением 500 кВ. Испытания показывают, что устройство имеет чувствительность 0,08 1 нм при регулировании коэффициента трансформации силового трансформатора il6%, время срабатывания не более 40мс и не реагирует на броски тока намагничивания кратностью до 101 нт. Таким образом, устройство, имея более простую, чем в прототипе, конструкцию, обладает всеми его достоинствами, т.е. высокими чувствительностью и быстродействием, кроме того, имеет более высокую устойчивость несрабатывания в режиме броска тока намагничивания. Формула изобретения 1.Устройство для дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора), содержащее подключенные к соответствующим трансформаторам тока, установленным по сторонам защищаемого объекта, фильтры одной из симметричных составляющих токов несимметричного режима, блок отстройки от бросков тока намагничивания, блокировку от, сверхтоков с входами, присоединенными к трансформаторам тока, реагирующий орган и блок обработки сигналов с выходов фильтров симметричных составляющих, отличающееся тем,что, с целью повьшения селективности защиты в режиме бросков тока намагничивания и перевозбуждений защищаемого трансформатора, а также упрощения конструкции, блок обработки сигналов с выходов фильтров симметричных составляющих выполнен в виде последовательно соединенных элемента преобразования входных величин, элемента сравнения и выпрямителя и присоединен к рабочему входу реагирующего органа, выполненного в вида электронного реле времени миллисекундкого диапазона с регулируемым порогом срабатывания, тормозной вход которого соединен с выходом блока отстройки от бросков тока намагничивания, а выход реагирующего органа присоединен к вновь введенному элементу И, второй вход которого соединен с блокировкой от поверхности от сверхтоков, а выход является выходом устройства. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент сравнения в блоке обработки сигналов содержит два усилителя-ограничителя и сумматор, при этом выходы усилителей-ограничителей соединены с входом сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР I 473524, кл. Н 02 Н 3/28, 1979. 2.Авторское свидетельство СССР № 649086, кл. Н 02 Н 3/28, 1980. 3.Авторское свидетельство СССР 743105, кл. Н 02 Н 3/28, 1981.