Устройство для направленной дистанционной защиты Советский патент 1983 года по МПК H02H3/38 

Изобретение относится к релейной защите электроустановок энергосистем от токов короткого замыкания.

Известно устройство защиты от токов короткого замыкания, содержащее измерительные органы защиты и элементы сравнения токов в смежных фильтрах по абсолютному значению, элементы И, ИЛИ, исполнительный элемент 1.

Однако это устройство не учитывает истинное направление токов при повреждениях и поэтому не может обеспечить селективную работу в сложных схемах питания. Направленные защиты, использующие напряжение электроустановки при близких замыканиях, когда напряжение снижается до нуля, имеют мертвые зоны. Известно применение контуров памяти, представляющих собой резонансный контур, включенный в цепь напряжения защиты и настроенный на частоту питающей сети для устранения мертвой зоны направленных защит 2.

Однако для частоты 50 Гц выполнить контур с высокой добротностью весьма сложно, а при малой добротности не удается запомнить предществующее напряжение на длительное время.

Наиболее близким к изобретению является устройство для направленной дистанционной защиты фидеров контактной сети электрических железных дорог, содержащее промежуточные трансформаторы тока и напряжения, элемент сравнения, нуль-орган, элемент И, реле времени, усилитель, фазочувствительный элемент, блок памяти предшествующего режима, исполнительный элемент.

В данном устройстве блок памяти предществующего режима выполнен в виде элемента, выделяющего из трехфазного напряжения напряжение, сдвинутое на 90° относительно напряжения фазы, противопоставленной используемому в направленной защите линейному напряжению сети. Для этого используются развязывающий трансформатор со средней точкой и сдвигающая RC-цепь f3 .

Однако на контактной сети не везде имеется трехфазное напряжение и поэтому это рещение для защиты, устанавливаемой на постах секционирования не может применяться.

Целью изобретения является повыщение надежности и селективности работы путем исключения мертвой зоны при близких коротких замыканиях.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для направленной дистанционной защиты, содержащем промежуточные трансформаторы тока-и напряжения, вторичные обмотки которых выполнены со средней точкой и нагружены через выпрямители на потенциометры регулировки уставки, соединенные с резисторами элемента сравнения подключенного ко входу первого нуль-органа,

связанного через последовательно соединенные первый элемент И, реле времени и усилитель с исполнительным элементом, к второму входу первого элемента И подключен выход фазочувствительного элемента, выполненного в виде двух формирователей прямоугольных импульсов тока и напряжения, связанных через ограничивающие резисторы соответственно с промежуточными

0 трансформаторами тока и напряжения, выход формирователя прямоугольных импульсов тока подключен через первый элемент задержки к первым входам второго и третьего элементов И, выход формирователя прямЪугольных импульсов напряжения подключен через последовательно соединенные второй и третий элементы задержки и инвертор по второму входу третьего элемента И, выход третьего элемента задержки соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого и выход третьего

0 элемента И подключен к входам RS-триггера, выход последнего является выходом фазочувствительного элемента, блок памяти предществующего режима выполнен в виде формирователя синхронизирующих импульсов, мультивибратора, второго элемента сравнения, второго нуль-органа, элемента выдержки, второго и третьего инверторов, четвертого и пятого элементов И, при этом один резистор второго элемента сравнения подключен через резистор регулировки

0 уставки и выпрямитель к промежуточному трансформатору напряжения, другой резистор указанного элемента - к минусу источника опорного напряжения, выход второго элемента сравнения через последовательно соединенные второй нуль-орган, второй элемент выдержки времени, пятый элемент 4 и второй инвертор подключен к первому входу четвертого элемента И, второй вход которого через последовательно соединенные мультивибратор и формирователь синхронизирующих импульсов подключен к

О выходу формирователя прямоугольных импульсов напряжения, вход которого соединен через резистор и развязывающий диод с выходом четвертого элемента И, третий инвертор включен между выходом второго нуль-органа и вторым входом пятого элемента И, объединенные средние точки промежуточных трансформаторов тока и напряжения соединен со средней точкой делителя напряжения в цепи питания и с вторыми входами нуль-органов и формирователей прямоугольных импульсов тока и напряжения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит: промежуточный

5 трансформатор тока 1, выпрямитель 2, потенциометр регулировки уставки 3, промежуточный трансформатор напряжения 4, выпрямитель 5, потенциометры регулировки 6

и 7, элемент сравнения 8 с резисторами 9 и 10, первый нуль-орган 11, первый элемент И 12, реле времени 13, усилитель 14, исполнительный элемент 15, фазочувствительный элемент 16, включающий ограничивающий резистор 17, формирователь прямоугольных импульсов тока 18, первый элемент задержки 19, второй элемент И 20, RS-триггер 21, состоящий из двух элементов И 22 и НЕ 23, третий элемент И 24, ограничивающий резистор 25, формирователь прямоугольных импульсов напряжения 26, второй и третий элементы задержки 27 и 28, первый инвертор 29, блок памяти предшествующего режима 30, выполненный в виде резистора 31, разделительного диода 32, формирователя синхронизирующих импульсов 33, мультивибратора 34, четвертого элемента И 35, второго элемента сравнения 36 с резисторами 37 и 38, второго нуль-органа 39, элемента выдержки времени 40, пятого элемента И 41, инверторов 42 и 43, резисторов делителя напряжения 44 и 45.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном эксплуатационном режиме первый нуль-орган 11 находится в несработанном состоянии, так как протекающий в сети ток недостаточен для его срабатывания. Фазочувствительный элемент 16 находится в одном из своих устойчивых состояний в зависимости от угла сдвига фаз между током и напряжением заы1ищаемой электроустановки. При этом на выходе первого элемента И 12 отсутствует сигнал и исполнительный элемент 15 находится в обесточенном состоянии.

На входе второго нуль-органа 36 присутствует номинальное напряжение, поэтому на выходах второго нуль-органа 36, элемента выдержки времени 40, пятого элемента И 4 сигнал отсутствует. Четвертый элемент И 35 закрыт, так как на его втором входе присутствует запрещающий сигнал с выхода второго инвертора 42. Формирователь прямоугольных импульсов напряжения переключается с частотой напряжения сети, поступающего на его вход через резистор 25.

При коротком замыкании, увеличивается ток и соответственно пропорциональное ему напряжение на обмотках промежуточного трансформатора тока 1 и уменьшается напряжение на обмотках промежуточного трансформатора напряжения 4. С потенциометров 3 и 7 регулировки уставки защиты выпрямленные при помощи диодов выпрямителей 2 и 5 напряжения/ через резисторы 9 и 10 элемента сравнения 8 подаются на вход первого нуль-органа И, который срабатывает при некотором соотношении трансформаторов тока 1 и напряжения 4, подаются на Фазочувствительный элемент 16 через ограничивающие резисторы 17 и 25. Формирователи прямоугольных импульсов тока 18 и напряжения 26 формируют прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе с током и напряжением защищаемой электроустановки. Первый элемент задержки 19 формирует узкий импульс шириной 2-1°, а 5 второй и третий элементы задержки 27 и 28 импульсы, определяющие зону работы фазочувствительного элемента. Если импульс с выхода первого элемента задержки 19 совпадает с импульсом с выхода третьего элемента задержки 28, то через второй элемент

И 20 триггер 21 срабатывает так, что на его выходе появляется сигнал «1, разрешающий срабатывание первого элемента И 12, сигнал с его выхода через реле времени 13, усилитель 14 поступает на вход

, исполнительного элемента 15, который срабатывает. Если направление тока обратное, т. е. импульс с выхода первого элемента задержки 19 не совпадает с импульсом с выхода первого элемента задержки 28, а совпадает с импульсом с выхода первого

0 инвертора 29, тогда срабатывает третий элемент И 24 и третий триггер 21 остается в положении запрета работы защит.ы, с его выхода поступает сигнал «О, запрещающий срабатывание первого элемента И 12, исполнительный элемент 15 не срабатывает.

5 При значительном понижении напряжения срабатывает второй нуль-орган 36 и на его выходе появляется сигнал «О, который запускает элемент выдержки времени 40 и переключает третий инвертор 43 в состояние «1, на выходе пятого элемента И 41

0 появляется сигнал «О, на выходе второго инвертора 42 - .сигнал «1, который снимает блокирующий сигнал с первого входа четвертого элемента И 35. На выходе четвертого элемента И 35 периодически появляются сигналы «О и «1 в соответствии с переключением мультивибратора 34, имеющего частоту, равную частоте питающей сети {50 Гц), которые через разделительный диод 32 и резистор 31 подаются на вход формирователя пря.моугольных импульсов

0 напряжения 26, переключая его с частотой и фазой предшествующей моменту короткого замыкания. Так как частота мультивибратора 34 может несколько отличаться от частоты сети, то спустя некоторое время может появиться ошибка в определении фазового сдвига тока относительно напряжения. Поэтому прохождение импульсов с выхода четвертого элемента И 35 на вход формирователя прямоугольных импульсов напряжения 26 разрешается только кратковременно, пока не накопится значительная

0 ошибка в фазовом сдвиге. Это время определяется выдержкой времени элемента 40, который при срабатывании блокирует пятый и четвертый элементы И, соответственно 41 и 35.

Таким образом, данное устройство поз5воляет запомнить частоту и фазу предшествующего короткому замыканию напряжения и устранить мертвую зону дистанционной направленной зашиты.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ, содержащее промежуточные трансформаторы тока и напряжения, вторичные обмотки которых выполнены со средней точкой и нагружены через выпрямители на потенциометры регулировки уставки, соединенные с резисторами элемента сравнения, подключенного к входу первого нуль-органа, связанного через последовательно соединенные первый элемент И, реле времени и усилитель с исполнительным элементом, к второму входу первого элемента И подключен выход фазочувствительного элемента, выполненного в виде двух формирователей прямоугольных импульсов тока и напряжения, связанных через ограничивающие резисторы соответственно с промежуточными трансформаторами тока и напряжения, выход формирователя прямоугольных импульсов тока подключен через первый элемент задержки к первым входам второго и третьего элементов И, выход формирователя прямоугольных импульсов напряжения подключен через последовательно соединенные второй и третий элементы задержки и инвертор к второму входу третьего элемента И, выход третьего элемента задержки соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого и выход третьего элемента И подключены к входам RS-триггера, выход последнего является выходом фазочувствительного элемента, блок памяти предшествующего режима, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности и селективности работы путем исключения мертвой зоны защиты при близких коротких замыканиях, блок памяти предществующего режима выполнен в виде формирователя синхронизирующих импульсов, мультивибратора, второго элемента сравнения, второго нуль-органа, элемента выдержки времени, второго и третьего инверторов, четвертого и пятого элементов И, при этом один резистор второго элемента сравнения подключен через резистор регулировки уставки и выпрямитель к промежуточному транс(Л форматору напряжения, другой резистор указанного элемента - к минусу источника опорного .напряжения, выход второго элемента сравнения -через последовательно соединенные второй нуль-орган, второй элемент выдержки времени, пятый элемент И и второй инвертор подключен к первому входу четвертого элемента И, второй вход которого через последовательно соединенные мультивибратор и формирователь синIs3 хронизирующих импульсов подключен к со со о со выходу формирователя прямоугольных импульсов напряжения, вход которого соединен через резистор и развязывающий диод с выходом четвертого элемента И, третий инвертор включен между выходом второго нуль-органа и вторым входом пятого элемента И, объединенные средние точки промежуточных трансформаторов тока и напряжения соединены со средней точкой делителя напряжения в цепи питания и с вторыми входами нуль-органов и формирователей прямоугольных импульсов тока и напряжения.