Устройство для контроля токовых цепей дифференциальной защиты любого из основных элементов станции и подстанции Советский патент 1984 года по МПК H02H3/28 

Изобретение относится л ;)е)ей;-1С)й защите и може - бьггь е:;(:|,ч.з(::вгт1;: для контроля IOKOBhix цепей диффарен циальио-фазных и диф(Ьереи1Пг;;льиьк защит генерато1; ов , coopi-rhix ыгш . многообмоточных ра1;Сфгф:.1а гороБ к их ошиновок с током срабатноапия от 0.2 номинально;-о и Bhmie., при эток охватывается вес:- ктас:.: дифферетгциальных зашит, з том числе днфферс циальньш запи- -ь с тооможекием., дифференциально-фазные чагдиты, защиты:, использующие сочетлиш дифференциал..ног о и дифферент.ш,- ьпо--фазногс прин-ципов действия,.

Известно устройство д-пя контро.пя токовых .цепей ди Ь:|к::р::-к1..чьНой , содержагиее гря |ie :;po iarHHTfrbiF утроителя частоты, .выгго.л.кенньгк i.O схеме Обратный зигзаг, зхоць длух из которых вклю ечы в плечи загциты, а вход третьего - .о диффЕрел-щиальную цепь, при Э7ом .чодь утронтелей частоты, соеднненнь;е но схеме цкркуляции токов, являются Быходачи ус гройства 1J

Однако устройстпо ке .;ет обеспечить селектирности ирн некоторых режимах нагрузки траттсформатсра i; ошибочном снятия крьгогаг испьгтатсли-кого блока о

Наиболее бпизу им до ггд4;;ическо1 сзтцности к прсдлагae ;o iy является устройство .для KOHTpOjiM (Г/коных Tie-пей диффepeнч aл д-; ;;.,гт, - обмо-точного TpaHCti-i pMai-jpa - содержаггос цреобра 3ornvc. : : е;-::ф:: з :;firf:. тока в одиофазный -- Г..).:агглт-;ь;е. у-о: ;:;тели частоть., ;; пгт;г:;т: ;-1.:;:;; ::Я , многондечевой ;; ндг;крлг:.:.иьнь;й мгн;:., однофазньгй ,1:-и-гчч-. ;-.;Осг, блокировк - ; фи.пь;у;: :Li-;:4L : частот |21,

Данное устроЙ.;тг; j ряде с.аучавБ не может быть нрг-ислеис .i.i,.nR контрс-лу токовых деггей защиты: моииплх гснера- торов, тра Г2фор1-:ьтот)ов с .fosOM ерабатьшания 0,2 пс:.1л.ггя.1-;Л)Огс:и Тйк как в нормальHOi-i pCKj-ivc работы защищаемого объкта оно ;:,ол;к.но оыт.;ч отстрое но от то:са ыебала-гся,; обусловленного Неиденгичиостью лаиактеристш ; фероомагнитных yTp{:,.Fi-a;i3K частс -ь г которые соизмери;--яя с тско.; срабатываиил этих защит, и, слеаогзательно, не будет обладать до;:.гг чуцствит елЬностью. По : ри11Ц :у действия устрсчство не peai-vu;yt--r на ,в едкого провода, ес.-и vjjnnctLaiiMavopH тока сторо1 ы, д;. наПл;(дастся обрьпз, сое-дигены 3 неполную звезду, и не обеспемга.вает селективную работу в, этом ре/-:има. При нитковых замыканиях в .л трансформаторов и автотрансфО1)ма-горов устройство должно вьшодиться из действия чувствительной токовой зашиты обратной последовательности. Однако эта мера не обеспечивает селективности действия устройства при малом числе З 1мкнувшихся витков. Кроме того, устройство не обеспечивает требуемого быстродействия из-за шличия фильтра нижних частот.

Цель изобретения - повьшюние быстрдейстЕИк, селективности и эффективности отстройки от витковых замыканий.

При зтоь под селективностью понимгетс; только избирательность действия., Устройство должно выводить защиту из действия при нал1-гчии неисправности в токовых цепйх и не препятствовать работе защиты при коротких замыканиях. Кроме того, устройство, :;ак уже отмечалось, может быть ис-;ользовано, в защитах трансформаторов я азтотр.ансформаторов. При токе срабатлвания 0,2 - 0,3 от номинального тока, который имеют разрабатьшаемые заш,н7ы, а также защиты, выполняемые та реле; вьшускаемые промьпштенностью, чйпример типа ДЗТ-21, ДЗТ-23, защита реагирует не только на междуфазные ;:оротк е замыкания, но и на витковьге замыкания в обмотках защищаемого трансформатора. При этом устрой;тво не должно препятствовать сраоатывани50 зашиты.

: Э1.г-гавленнак цель достигается тем, iTC в устройство для контроля токовых :.1ег(ей дифференциальной защиты любого ;;з основных элементов станции и подст.амции5 содержащее два преобразова.:-еля трехф азного тока в однофазный, с:ди.н из которых включен во входные . оковые .иепи контролируемой защиты, другой - 3 дифференциальную цепь защигы,, н реагирующий орган, введены сум.;атор,, блок обрыва, блок неисправности,, блок самоблокирования, блок запрега,, блок возврата, нороговьй орган элемент (ШИ, лри этом вход сумматорасоединен с выходами преобразователей, а В.ЫХОД - с компараторами бло:-:а неисправности и блока обрыва, со- цсржй1цегс два транзистора, выход комгьаратора блоха обрьтва соединен с первым входом элемента ИЛИ, инверти рующий зход указанног-о компаратора с .выходом блока sanpei-a и коллекто31инром первого транзистора, база которого соединена с выходом блока воз.врата, а неинвертирующий вход - с коллектором второго транзистора, база которого соединена с выходом блока самоблокирования, выход компарато ра блока неисправности соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а выход последнего - с входом реагирующего органа и выходом блока возврата, входы блоков запрета и возврата соединены с выходом порогового органа, входы которого соединены с дифференциальными цепями защиты всех фаз. При этом блок самоблокирования содержит два диода, компаратор, элемент ИЛИ, транзистор и инвертор, вход которого соединен с входом другого преобразователя, вьтход инвертора соединен с анодом второго диода, анод первого диода -соединен с выходом одного преобразователя, катоды диодов соединены с входом компаратора, выход которого служит первым вхо дом элемеита ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом блока запрета, а выход - с базой транзистора, коллектор которого служит блокирующим входом блока неисправности. На фиг. i изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - осциллограмма напряжения на выходе сумматора в нормальном режиме на фиг. 3 - то йсе, на выходе сумматора при обрыве одного из плеч защиты, при закорачивании одного из тран сформаторов тока (ТТ) и нарушении полярности двух ТТ; на фиг.4 - то же при перепутываиии двух фаз ТТ, собра ных по схеме полиая или неполная зве да, а также при нарушении полярности одного из ТТ, собранных в треугольник; на фиг.5 - то же, при перепуты,вании ТТ двух фаз с одиовременньм нарушением полярности ТТ третьей фазы Устройство (фиг,1) содержит преобразователи I и 2 трехфазного тока в однофазный, выходы которых соедине ны с входом сумматора 3. Выход сумма тора 3 соединен с входом блока 4 обр ва и блока 5 неисправности. В предлагаемом устройстве ненспра ности выявляют блок 4 обрыва и блок 5 неисправности. Блок 4 выявляет неисправность только в том случае, есл до ее появления установка находилась в рабочем состоянии. Поскольку при длительном рабочем режиме установки практически возможны лишь обрьты, блок 4 назван блоком обрьша. Блок 5 выявляет практически любые неисправности, которые внесены в токовые цепи при отключенной установке (перепутывание полярности, закорачивание вторичных обмоток ТТ и входных промежуточных ТТ контролируемой защиты, перепутывание их фаз, а также обрьты). Выявление неисправности происходит при включении установки в работу. Блок обрьша содержит компаратор 6 и транзисторы 7 и 8. Оба входа компаратора 6 служат входом блока 4 обрыва, а выход его выходом. Причем инвертирующий оход компаратора б присоединен i выходу сумматора 3 непосредственно, а неинвертнрующий через делитель напряжения и цепь RC. Инвертирую ций вход компаратора 6 соединен с выходом блока 9 запрета и с коллектором транзистора 7, база которого соединена с блоком 10 возврата, а эмиттер - с корпусом. Неинвертирующий вход компаратора 6 соединен с коллектором транзистора 8, база которого соединена с выходом компаратора II. Блок 5 неисправности содержит компаратор 12. Его выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ 13, первый вход которого присоединен к выходу компаратора 6. Выход элемента ИЛИ 13 соединен с входом реагирующего органа 14 и выходом блока 10 возврата. Неинвертирующий вход компаратора 12 присоединен к выходу сумматора 3 через делитель напряжения, а неинвертирующий - через цепь RC. Входы блока 9 запрета и блока 10 возврата соединены с выходом порогового органа 15, входы которого включены в дифференциальные цепи всех фаз защиты. Блок 16 самоблокирования содержит диоды 17 и 18, компаратор М, элемент ИЛИ 19, транзистор 20 и инвертор 21, вход которого соединен с выходом преобразователя 2 и является первьм рабочим входом блока 16. Выход инвертора 21 соединен с анодом диода 18. Анод диода 17 соединен с выходом преобразователи 1, который является вторым рабочим входом блока 16. Катоды АНОДОВ 17 и 18 соединены с вхо дом компаратора 11, выход которого служит первым входом элемента ИЛИ 19. Второй вход элемента I9 соедине с выходом блока 9 запрета, а выход с базой транзистора 20, коллектор которого соединен с неинвертирующим входом компаратора 12 и служит блокирующим входом блока 5 неисправнос ти, а эмиттер с корпусом. Устройство работает следующим об разом. Сумматор 3 осуществляет сложение выпрямленных сигналовj пропорциональных сумме модулей токов трех фа всех плеч защиты и сумме модулей дифференциальных токов всех фаз. Сигналы первой суммы имеют отрицательную полярность и пост гпают с пр образователя 2. Сигналы второй положительной полярности поступают с преобразователя , Напряжение вых ного сигнала сумматора 3 (Ug,, С) при использовании устройства в защи тах генераторов, сборных шин и оаи новок получается пропорциональным алгебраической разности поступающиж на его вход сигналов 4|0. l аэ1ЯЧэ1 мгновенное значение тока j-ro плеча защиты; i., - мгновенное значение диффе ренциального тока К - коэффициент пропорциональности;п - число плеч защиты; а,в,с - наименование фаз. В нормальном режиме, работы ycia. новки при отсутствии обрыва или не исправности токовых цепей дифферен циальный ток отсутствует. Мгновенн зйачение выходного сигнала 3 определяется из выражения . , При отсутствии неисправностей токовых цепей защиты автотрансформатора (трансформатора) величина дифференциального тока определяется практически относительным изменение коэффициента трансформации под нагрузкой ли .С учетом последнего ,„с-«&Ч1)Ihа,1ч,| |д-|;,. Осциллограмма изменения этого сигнала подобна кривой вьтрямленного трехфазного тока или напряжения и имеет незначительную переменную составляющую (фиг. 2) , так как последняя уменьшается под влиянием вычитаемопри совпадающих по фазе токах плеч. При их несовпадеНИИ ко тенсирук1щее влияние вычитаемого слабее, но уменьшаются и сами пульсации вследствие увеличения их частоты. Отношение мгновенных максимальных значений выходного напряжения сумматора 3 к минимальным составляет порядка 1,15. Малую величину переменной составляющей этого напряжения можно принять за признак отсутствия неисправностей токовых цепей защиты. Обрыв одной из фаз цепи циркуляции защиты вызьшает протекание дифференциального тока в этой же фазе, равного по величине несбалансированному току поврежденной фазы других плеч защиты. Например, при обрыве в фазе А и п 2 /ifij / / iocj/. Тогда напряжение выхода сумматора 3 будет равно B,ct:f,(l4,| UcjlV Из этого выражения видно, что при обрьгое одной из фаз, напряжение становится пропорциональным сумме модулей токов всех плеч двух других фаз. Причем переменная составляющая этого напряжения возрастает, и отношение мгновенных максимальных и минимальных значений равно двум (фиг. 3) , Увеличение этого отноше1П Я в нормальном режиме является признакбм неисправности токовых цепей защиты. Аналогичная картина наблюдается при закорачивании одного из трансформаторов тока, собранных по схеме неполная или полная звезда, и нарушении их полярности. На фиг. 4 для примера приведена осциллограмма Ugf,|(A при перепутывании двух фаз трансформаторов тока, собранных по схеме полная звезда, а также при нарушении полярности одного из трансформаторов тока, собранных в треугольник, на фиг.5 - при сложном виде неисправности, а именно перепутывании двух фаз с одновременным нарушением полярности трансформатор тока третьей фазы. Таким образом, обеспечивается се лективная работа устройства при любой практически вероятной неисправн ти токовых цепей защиты с высокой чувствительностью. При включении установки на корот кое замыкание с током повреждения меньше тока срабатьшания блока 16 самоблокирования, а также при броск тока намагничивания, напряжение Цв равно нулю, если нет неисправности токовых цепей, так как . Этим исключается срабатьшание предлагаемого устройства при опробовании защищаемой установки, В случае виткового замыкания обмотки работающего трансформатора (автотрансформатора) с малой кратностью тока повреждения ток поврежденной фазы, например фазы А , плеча-защиты можно представить в виде двух составляющих iaj. iai + + i|i , где iai - ток нагрузки , I j,c j-aj b поврежденной фазы ; 1 etf ток виткового замыкания. Поскольку / , то выражение для напряжения Ug(,|(, при совпадающих по фазе токах ia{, и примет следующий вид: U6..c-.,(iM4iUbciO. При ИХ несовпадении осциллограмма напряжения имеет практически такой же вид, как и при регулировании коэффициента трансформаци автотрансфррматора (трансформатора) Поэтому при витковых замыканиях на выходе сумматора 3 имеют место такие же по форме сигналы, что и в нормальном режиме. Указанное свойст во устройства позволяет отказаться от специальных мер для вьтода из работы его в рассматриваемом режиме Таким образом, повьппается эффективность отстройки предлагаемого устро ства от витковых замыканий, С сумматора 3 сигналы поступают на блок 4 обрыва и блок 5 неисправности. Причем на инвертирующий и не инвертирующий входы компаратора 6 п nocTynaioT сигналы соответственно несглаженный и сглаженный. Сглаживание сигнала осуществляется с помовдью цепи, которая имеет достаточно постоянную зарада (порядка 1 мс). Постоянная разряда конденсатора определяется внутренним входным сопротивлением компаратора 6 и составляет 25 мс. В нормальном режиме нри отсутствии обрьгоа напряжение на неннвертирующем входе компаратора 6 должно быть несколько меньше, чем на инвертирующем входе. При таком соотношении напряжений компаратор 6 не срабатьшает, а его отрицательный сигнал на вьгхол.: запирается диодом элемента ШИ ., Кроме того, с выхода блока 9 .запрета на инвертирующий вход компаратора 6 подается положительное напряжение запрета, что исключает ложное действие предлагаемого устройства при резком снижении нагрузки установки. В режиме обрьша токовой цепи срабатьгоает пороговый орган 15 и блок 9запрета снимает запрет на действие блока 4 обрыва. Б выходном сигнале сумматора 3 возрастает переменная составляющая (фиг.З). В течение первых 3-4 N5C после обрьта мгновенные значения входных сигналов компаратора 6 уменьшаются, причем в значительно .меньшей степени на неинвертирчтощем входе за счет относительно большой постоянной разряда конденсатора. В момент пересечения кривых этих сигналов, которое наст гпает не более чел через 1,5 мс после обрьта, срабатьпзает ког- шаратор 6. Его выходной сигнал через элемент HJIIi 13 поступает на реагируюп;ий орган 14 и базу транзистора 7, Реагир тощий орган 14 блокирует защиту, исключая ее срабатывание, и подает сигнал о неисправности. Транзистор 7 ставит компаратор на самоудерживание в сработанном состоянии пу1ем снижения потенциала инвсртирз-тощего входа до нуля. Если обрыв Имел кратковременный характер, то после его самоустранения пороговый орган 15 возвращается в исходное положение. При этом на выходе блока 10возврата имеет место нулевой потенциал. Транзистор 7 закрьшается и дешунтирует инвертирующий вход компаратора б, что возвращает его в исходное состояние. Реагирующий орган 14 также возвращается в исходное сое 91 тояние, снимая сигнал и запрет на Действие защиты. В случае длительно обрыва пороговый орган 15 остается в сработанном состоянии и на выходе блока 10 возврата присутствует поло жительное напряжение. Поэтому состо ние транзистора 7 и реагирующего ор гана 14 не меняется. Блок 5 неисправности выдает напр жение и обеспечивает блокирование защиты при различных неисправностях токовых цепей (перепутьгеание фаз, нарушение полярности трансформаторо тока, закорачивание вторичной обмот ки трансформаторов тока, нарушение контактов токовых цепей до подачи нагрузки на установку). Длительност работы блока 5 неисправности состав лйет 60-80 мс от момента включения нагрузки, а затем он автоматически выводится из работы. Выходной сигнал блока 5 обеспечивает вывод защиты и действия. Блок 5 неисправности выполнен на основе компаратора 12. На инвертирую щий вход компаратора 12 подается сглаженный выходной сигнал сумматора 3, а на неинвертирующий - несглаженный. Параметры цепи RC обеспечивают большую постоянную заряда конденсатора (порядка 100 мс). Уровень сглаженного сигнала настраивается несколько вьше несглаженного, что обеспечивает несрабатывание компаратора 12 в нормальном режиме,а его отрицательное напряжение на выходе запирается диодом элемента ИЛИ 13. При включении установки под нагрузку и наличии неисправности токовой цепи срабатьюает пороговый орган 15 и блок 9 запрета снимает запрет на действие блока 5 неисправности, на вход которого поступает положительный сигнал со значительной переменной составляюп(ей. Входной сигнал попадает на неинвертируюПЦ1Й вход компаратора 12 без задержки. На неинвертирующем входе последнего сигнал нарастает с постоянной времени. Поэтому в течение нес ;ольких периодов после момента подачи нагрузки на защищаемую установку сигнал неинвертирующего входа комгшратора 12 превышает сигнал другого входа, что приводит его к срабатыванию. Положительный сигнал, возникающий на выходе компаратора 12, через 5 элемент ШТИ 13 поступает на вход реагирующего органа J4 и базу транзистора 7. При этом выдается запрет на действие защиты и сигнал, а также ставится на самоудерживание компаратор 6. В режиме виткового замыкания автотрансформатора (трансформатора) срабатывает пороговый орган 15 и блок 9 запрета снимает запрет на действие блоков 4 обрыва и 5 неисправности. Однако, как показано вьше, переменная составляющая на выходе сумматора 3 остается без изменения, поэтому соотношение входных сигналов компараторов 6 и 12 не отличается от нормального режима„ На вход компаратора 11 блока 16 самоблокирования поступают сигналы с преобразователя I через диод 17, а также с выхода преобразователя 2 через инвертор 21 и диод 18, что обеспечивает работу блока прн токах, превьш1ающих его ток срабатьшания как при внутренних, так и при внешних коротких замыканиях. Компаратор П срабатывает, если кратность тока повреждения превышает в 1,4-1,5 раза номинальное значение. Положительный сигнал с вькода компаратора 11 поступает на базу транзистора 8 и через элемент ИЛИ 19 на базу транзисто-ра 20. Последние открываются и, шунтируя неинвертирующие входы компаратора 6 и 12, выводят из действия блок 4 обрыва и блок 5 неисправности. Таким образом, предлагаемое устройство для контроля токовых цепей защиты обеспечивает более высокую селективность по сравнению с прототипом, так как реагирует на все реально возможные неисправности токовых цепей. Как показьшают лабораторные не пытания, время срабатьшания устройства не превышает 1,5 мс и значительно меньше любой из известных быстродействующих защит, что обеспечивает надежное блокирование этих защит при наличии неисправности их токовых цепей. По принципу действия устройство не реагирует на витковые замыкания в обмотках трансформаторов и автотрансформаторов, поэтому обеспечивается высокая эффективность отстройки от них. Отказ от ферромагнитных утроителей частоты в качестве преоРразователей трехфазного тока в однофазный и переход при разработке устройства на микроэлектронную технику позволяет значительно повысить чувствительность предлагаемого устройства. Все это позволяет существенно повысить устойчивость несрабатывания. 108 5 защит в режимах без коротких замыканий и внешних коротких замыканий при наличии неисправностей их токовых цепей, что имеет важное значение в современных энергосистемах, неселективное отключение в которых может при вести к большому экономическому ущербу.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОКОВЫХ ЦЕПЕЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЛОБОГО ИЗ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИИ, содержащее два преобразователя трехфазного тока в однофазный, один из которых включен во входные токовые цепи контролируемой защиты, другой - в дифференциальную цепь защиты, и реагирующий орган, отличающееся тем, что, с целью повьппения быстродействия, селективности и эффективности отстройки от витковых замыканий, в него введены сумматор, блок обрыва, блок неисправности, блок самоблокирования, блок запрета, блок возврата, пороговый орган и элемент ИЛИ, при этом вход сумматора соединен с выходами преобразователей, а выход - с компараторами блока неисправности и блока обрыва, содержащего два транзистора, вькод компаратора блока обрыва соединен с первьм входом эленен та ИЛИ, инвер; ирующий вход указанного компаратора - с выходом блока запрета и коллектором первого транзистора, база которого соединена с выходом блока возврата, а неинвертирующий вход - с коллектором второго транзистора, база которого соединена с вьлсодом блока самоблокирования, выход компаратора блока, неисправности соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а выход последнего - с входом реагирующего органа и выходом блока возврата, входы блока возврата и блока запрета соединены с выходом порогового органа, входы которого соединены с дифференциальными цепями всех фаз за(Я щиты, 2. Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что блок самоблокирования содержит компаратор, два диода, элемент ИЛИ, транзистор и инвертор, вход которого соединен с выходом другого преобразователя, эо выход инвертора соединен с анодом со второго диода, анод первого днода 05 00 соединен с выходом одного преобразователя, катоды диодов соединены с сл входом компаратора, выход которого служит первьм входом элемента ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом блока запрета, а выход - с базой транзистора, коллектор которого служит блокируквдим входом блока неисправности.

QutpqsepeHHuaffb нвя ащ(лпв

ВыхС

rvwwx

(риг.2

V,

ВыхС

фиг. 3

Vr,

йыхС

(ртЛ

шГ