Устройство для дифференциальной защиты Советский патент 1983 года по МПК H02H3/28 

ход второго инвертора соединен с катодом третьего диода, анод которого

является выходом формирователя сигналов запрета.

1. УСТРОЯСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ, соде1 аиее блок датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сравнения со средней точкой, фазный орган, соединенный с выходом схемы сравнения через выпрямитель, пускэвой орган, включенный между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, первый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом фазного и пускового органов, а выход - с входом выходного органа, отличаю.щее с я тем, что, с целью повышения селективности защиты при внешних повреждениях, дополнительно введены два компаратора, второй элемент И, расширитель импульсов, инвертор, блок дифференцирования, формирователь сигналов запрета, дифференциальное сопротивление нагрузки, при этом последнее включено последовательно, с пусковым органом между общей точ-. кой. вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, причем средняя точка схемы сравнения соединенная с одним концом дифференциального сопротивления нагрузки. заземлена, а катоды и анода многоплечевого диодного полумоста соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами первого и второго компараторов соответственно/причем инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход второго компаратора являются их управляющими входами, выходы компараторов соединены с входами второго элемента И, выход котЬрого связан с входом расширителя импульсов и выходом форячирователя сигналов запрета, шлход расширителя импульсов соединен с входом инвертора и управляющим входом второго компаратора, а управляющий вход первого компарато-- ра связан с выходом инвертора и тре- S . тьим входом первого логического эле(Л мейта И,незаземленный конец дифференциального сопротивления нагрузки toeдинён с входом блока дифференцирования, выход которого соедине с входом формирователя сигналов запрета. ,2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что формирователь сигналов запрета содержит третий и четвертый компараторял, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор и второй инвертор причем вход фор мирователя сигналов запрета соедисл нен с неинвертирующим входом третьесо го и инвертирующим входом четвертого компаратора, при этом инвертирую00 щий вход третьего компаратора предназначен для подключения к плюсовому .зажиму источника опорного напряжения, а неинвертирующий вход четвертого компаратора - для подключения к минусовому зажиму источника опорного напряжения, выходы третьего и четвертого компараторов подключенык анодам двух диодов, катоды которых объединены в общую точку с входом второго инвертора, одним концом нагрузочного резистора и конденсатора, другие концы которых зазе1члены, вы

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты сборных шин электростанций и подстанций, ошиновок силовых трансформаторов и автотрансформаторов, высоковольтных электродвигателей и синхронных компенсаторов.

Известно устройство для диффёрен.циальной защиты шин, содер кащее группу параллельно включенных выпрямительных полумостов, тормозные и рабочие сопротивления,реагирующий ор гаи, причем тормозной сигнал, пропорционален абсолютному значению положительных или отрицательных полуволн токов присоединений Cl3.

Недостатками данного устройства являются низкая селективность и быстродействие в переходных режимах работы, а также снижение чувствительности к внутренним замыканиям при наличии вытекающих токов нагрузки.

Известно также устройство для дифференциально-фазной защиты, содержащее нелинейные датчики тока, схему преобразования входных величин, схему сравнения на резисторах, шунтированных стабилитронами и присоединенный к ней через емкости реагирующий орган и обладающее более высокой селективностью в переходных режимах 23.

Однако это устройство не может обеспечить селективность действия защиты в переходных режимах внешнего короткого замыкания в условиях npeji дельно искаженной информации от трансформаторов тока.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для дифференциально-фазной защиты сборных шин, содержащее датчики тока, включенные в каждое плечо защиты, многоплечевой диодный полумост, присоединенную к нему двухплечевую схему сравнения на резисторах и стабилитронах, фазный орган, связанный со схемой сравнения через выпрямительный мост, логический блок И, два входа которого соединены с выходами пускового и фазного органов, два формирователя входных логических сигналов, блок запрещения и разрешения срабатывания, блок временной задержки и два логических элемента И-НЕ

Известное устройство отстроено от внешних коротких замыканий при глубоких насыщениях трансформаторов тока путем использования признака идеальной трансформации трансформаторов

тока до момента насыщения сердечника в первой полуволне переходного процесса С 3.

Однако если трансформатор тока работает в области средних-индукций возможна ложная выдача разрешающего на срабатывание за1диты сигнала. Кроме того, прн глубоких насыщениях трансформаторов тока.напряжение на входе формирователя логического сигнала может оказаться недостаточным для его запуска (особенно в случае, если вследствие развития системы краность тока короткого замыкания превысила предельную для трансформатора тока, и блокируюечий сигнал не будет вырабатываться именно тогда, когда погрешность трансформатора тока максмальна. Все это существенно снижает отстроенность защиты в рехсимах внешних коротких замыканий при работе трансформаторов тока как при глубоких насыщениях, так и в области средних индукций.

Целью изобретения является повышение селективности защиты при внешних повреждениях при сохранении высокого быстродействия в различных режимах внутренних коротких замыканиях.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для дифференциально защиты, содержащее блок датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сравнения со средней точкой, фазный орган, соединенный с выходом схемы сравнения через выпрямитель, пусковой орган, включенный между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, первый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом фазного и пускового органов, а выход - с входом выходного органа, дополнительно введены два компаратора, второй элемент И, расширитель иглпульсов, инвертор, блок дифференцирова-: ния, формирователь сигналов запрета, дифференциальное сопротивление нагрузки, при этом последнее включено последовательно с пусковым органом между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы

сравнения, причем средняя точка схемы сравнеиия, соединенная с одним концом дифференциального сопротивления нагрузки, заземлена, а катоды и аноды многоплечево.го диодного полу моста соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами первого и второго компараторов соответственно, причем инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход вт&рого |сомпаратора являются их управляющими входами, выходы компараторов соединены с входами второго элемента И, выход которой связан с входом расширителя импульсов и выходом формирователя сигналов запрета, выход расширителя импульсов соединен с.входом инвертора и управляющим входом второго компаратора, а управляющий вход первого компаратора связан с выходом инвертора и третьим входом первого логического элемента И, неэаэемленный конец дифференциального ссэпротивления нагрузки соединен с входом блока дифференцирования, выход которого является входом формиро вателя сигналов запрета, при этом формирователь сигналов запрета содержит третий и четвертый компараторы, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор и второй инвертор, приче вход формирователя сигналов запрета соединен с неинвертирующим входом третьего и инвертирующим входом четвертого компаратора, при этом инвертирукидий вход третьего компаратора

предназначен для подключения к плюсовому зажиму источника опорного напряжения, а неинвертирукашй вход четвертого компаратора - для подключения к минусовому зажиму источника опорного напряжения, выходы третвего и четвертого коглпараторов подключены к анодам двух диодов, катоды которых объединены в общую точку с входом инвертора, одним концом нагрузочного резистора и конденса тора, другие концы которых заземлены выход второго инвертора соединен с катодом третьего диода, анод которого является выходом формирователя сигналов запрета.

На фиг.1 изобрсикена структурная схема устройства защиты} на фиг.2 ИЗ, приведены осциллограммы ,токов и напряжений в цепях устройства защи ты при внешнем и при внутреннем корртких замыканиях со сдвинутыми по фазе-токами.

На фиг.2 и 3 обозначены тпНтт4 вторичные токи трансформаторов тока защищаемого объекта,поступающие во входные цепи устройства защиты

- ток в дифференциальной цепи устройства защиты, образованной между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения,.

1019538

Зоп - начальный, ровень запуска компараторов 11 и .12 , i сниженный после фиксации режима внешнего короткого

замыканияуровень запуска компараторов 11 и 12/

jjjon уровень запуска компараторов

18 и 19.

а также сигналы на выходах соответствующих блоков устройства.

Устройство зшциты используется для защиты сборных шин 1, которые могут иметь несколько присоединений с линейными трансформаторами тока.

Устройство защиты содержит блок 2 датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту 3, катоды и анодда диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сгэавнения со средней точкой 4. Фазный орган 5 соединен с выходом схемы 4 сравнения через выпрямитель 6. Пусковой орган 7 включен между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы 4 сравнения. Первый логический , мент И 8, первый и второй входы которого соединены с выходами фазного 5 и пускового 7 органов, подключен к входу выходного органа 9. Дифференциальное сопротивление нагрузки 1о включено последовательно с пусковым органом 17 между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы 4 сравнения, причем средняя точка схемы,4 сравнения соединена с одним концом дифференциального сопротивления нагрузки 10 и заземлена. Неинвертирующий вход первого компаратора 11 соединен с катодами,а инвертирующий вход второго компаратора 12 - с анодами многоплечевого диодного полумоста 3, причем инвертирующий вход первого компаратора 11 и неинЬертирующий вход второго компаратора 12 являются их управляющими входами. Входы второго элемента и 13 соединены с выходами компараторов 11 и 12, а выход - со входом расширителя 14 импульсов и с выходом формирователя 15 сигналов запрета. Выход расширителя 14 импульсов соединен со входом первого инвертора 16 и управляющим входом второго компаратора 12. Выход инвертора 16 подключен к управляющему входу первого компаратора 11 и к третьему входу первого логического элемента И . Вход блока 17 дифференцирования соединен с незаэемленным концом дифференциального сопротивления 10, а выход - со входом формирователя 15 сигналов запрета. Вход формирователя, .15 сигналов Запрета соединен с неинвертирующим входом третьегО компаратора 18 и инвертирующим входом четвертого компаратора 19,. приче.. на инвертирующий вход третьего компаратора 18 подается положи- тельное опорное напряжение, а на инвертируквдий вход четвертого компаратора 19 - отрицательное. Выход третьего компаратора 1й подключен к анодпервого диода 20, выход четвертого компаратора 19 - к аноду второго диода 21, катоды диодов 20 и 21, объединены н общую точку со входом второго инвертора 22 и с одним концо резистора 23 и конденсатора 24, другие концы гсоторых заземлены. Выход второго инвертора -i2 соединен с катодом третьего диода 25,-анод которого является выходом формирователя 15 сигналов запрета.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы от блока датчиков тока первичные обмотки которых подключены к трансформаторам тока плеч зашиты, раз д;1 ляются по знаку полупериода .с помощью многоплечевого диодного полумоста J и поступают на вход схемы 4 сравнения.

При внутренних коротких замыкдниях в течение каждого периода обтекаются током попеременно оба резистора схемы 4 сравнения и, если напряжение на стабилитронах схемы 4 .сразнения не превышает напряжения стабилизации, то по сопротивлению нагрузки схемы 4 сравнения и в пусковом органе 7 протекает переменный ток. Если напряжение на стабилитрона схемы 7 сравнения превышает напряжение стабилизации, то часть тока шунтируется стабилитронами, и по сЬпротивлению нагрузки схемы сравнения протекает переменный ток с ограни.- ченной амплитудой. Защита сработает, если сработает фазный 5 и пусковой 7 органы и на третьем входе первого логического элемента И 8 будет сигнал высокого уровня. Время срабатывания защиты составляет 3-3,5 мс и опрделяется углом блокировки фазного органа 5. При внешнем коротком замыкнии или нормальном режиме одновременно существуют токи положительной и отрицательной полярности и, если трансформаторы тока и датчики тока работают без погрешности, сигналы на входе фазного 5 и пускового 7 органо равны нулю. Следует заметить, что по цепи пускового органа в такой схеме протекает дифференциальный ток.

В переходном режиме внешнего корокого замыкания один из трансформаторов тока (как правило - трансформато тока поврежденного присоединения) обычно насыщается. Током обтекаются оба плеча схемы 4 сравнения (при насщении трансформатора тока хотя бы кратковременно). При этом в начале каждой ПОЛУВОЛТ1Ы, совпадающей по знаку с апериодической слагающей,

ток небаланса содержит практически апериодическую слагающую, а периодическая слагающая близка к нулю. Поэтому производная от тока небаланса в эти моменты времени также близка к нулю.

Сигналы с плеч схемы 4 сравнения подаются на компараторы 11 и 12, положительный ( относительно средней точки, которая для этого заземлена) на неинвертирукяцнй вход компаратора 11, отрицательный - на инвертирующий вход компаратора 12. Уровень запуска последних / отстроен от напряжения на плечах схемы сравнения при номинальном сквозном токе.

Поскольку напряжения на обеих плечах схемы сравнения появятзя одновременно, компараторы 11 и также срабатывают одновременно и на входах второго элемента И 13 появляются потенциалы высокого уровня, что является одним из признаков внешнего короткого замыкания. Поскольку в начале периода ни один из-трансформаторов тока еще не насыщен, ток в дифференциальной цепи отсутствует, и сигнал с.выхода элемента И 13 подается на вход расширителя 14 им- пульсов, где он удлиняется до 1820 мс. Напряжение логической 1 с выхода расширителя 14 импульсов подася на вход первого инвертора 16.

При этом напряжение логического О с выхода инвертора 16 подается на третий вход первого элемента И 8, предупреждая неселективное срабатывание защиты при ложном действии фазного 5 и пускового 7 органов. Вследствие снижения напряжения на управляющем входе первого компаратора 11, связанного с выходом первого инвертора 16. и повышения положительного напряжения на управляющем входе второго компаратора 12, связанного с выходом расширителя 14 импульсов, г оизводится снижение уровня запуска обоих компараторов 11 и 12. таким образом, в последующих периодах, когда вследствие насыщения трансформаторов тока сигналы на плечах схемы сравнения значительно уменьшаются, формирование сигналов на входах второго элемента И i3 производится на низком уровне, чем обеспечивается устойчивый запуск логической части схемы в последующих за первым периодах переходного процесса. В режиме внешнего короткого замыкания при работе трансформатора тока в области средних индукций для отстройки от небаланса на предполагаемом участке идеальной трансформации в „последующих после первого периодах переходного процесса, а также для идентификации режима внутреннего короткого замыкания со сдвинутыми по фазе токами используется .производная дифференциального тока. Напряжение с сопротивления 10 подается на вход блока;17 дифференцирования, с выхода которого сигнал пропорциональный производной дифференциального тока, подается на инвертирующий и . неинвертирукядий входы двух компараторов 1« и 19, фо мирующих на определенней уровне из разнополярного сигнала положительные импульсы. Выходы компаратор 18 и 19 соединены по схеме ИЛИ дио ды 20 и 21). В исходном состоянии или при отсутствии дифференциальног тока на выходе обоих компараторов 18 и 19 будет отрицательное напряжение и на выходе второго инвертора 22, вход которого соединен с катода ми диодов 20 и 21, имеем потенциал высокого уровня. Таким образе, третий диод 25, катод которого подк чен к выходу инвертора 2, а анод является выходом формирователя 1ь сигналов запрета, закрыт и шунтирования сигналов с выхода второго эле мента И 13 не происходит. В режиме внутреннего короткого замыкания со сдвинутыми по фазе токами (фиг.З в течение времени совп дения сигналов на входах второго элемента И 13 на выходе компаратора 18 и 19 будет потенциал высокого уровня, а на выходе второго инверто ра 22 - низкого. Поэтому сигналы с выхода элемента .И 1J шунтируются открытым диодом 25 и на вход расширителя 14 импульсов сигналы не поступают. Блокирования защиты логичес кой частью в этом режиме не происхо дит. В режиме внутреннего короткого замык&аяя при одностороннем питании или отсутствии сдвига по фазе между токами компараторы 11 и 12 ср батывдют поочередно в Кс1ждой полуволне тока короткого заьыкания и совпадения сигналов на элементе И 12 не будет. При внутреннем коротком закыкании с вытеканвдим.. тсэком нагрузки, превышающим порог срабатывания -/Зрп компараторов 11 и 12 также будет совпадение сигналов на входах элемента И 13. Если взаимный угол между втекающим током короткого зa вJкaния и вытекающим током нагрузки близок к 180 то в момент совпадения сигналов на входах элемента 13 компараторы 18 и 19 кратковременно-возврёицаются в исходное состояние. Однако задержка на возврат резистор 23 и конденсатор 24) инвертора 22 в течение 11,6 мс достаточна, чтобы на выходе инвертора 22 в этом режиме сигнал логического О был непрерывным, Поэтому сигн,алы с выхода элемента И 13 шунтируются через открытый диод и блог, кирования защиты также не произойдет. Если в результате внешнего короткого замыкания возникнет короткое замыкание в зоне заняты, по той же фаз е, топри наиболее неблагоприятном моменте возникновения короткого замыкания в зоне возможна задержка в срабатывании защиты до 20 мс, обусловленная задержкой на возврат расширителя 13 импульсов. При коротком замыкании в зоне на другой фазе время срабатывания обусловлено только углом блокировки фазного органа. Таким образом, предлагаемое, устройство защиты обеспечивает по сравнению с известными устройствами, высокук . отстроенность во всех возможных режимах внешнего короткого за шкаиия при сохранении высокого быстродействия в различный режимах внутреннего короткого замыкания и мсисет найти широкое применение для защиты шин и трансформаторов подстанций и элект- ростанций. . .

Ю

й|-П4| 5:

I

G

- -KIZH

«s

in.

irrt

u

ni nil Пи r

itiK

u.

D

ltd

и

tl

tut

и

a

u

Af

tut

и

Д A

«

П Inn or

rMn

on ПП ПП

in

IT

Int im

u