Устройство для блокировки дифференциальной защиты трансформатора Советский патент 1984 года по МПК H02H3/28 H02H7/04 

2. Устройство по гь 15 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов содержит включенные после довательно первый компаратор и дифференцирующее звено, выход которого через диписторы соединен с разиополярными входами первого и второго операционных усилителейj остальные входы которых объединены между собой а выходы через диоды подключены к выходу формирователя5 при этом блок совпадения содержит транзисторньш перекл)очатель, третий операционный усилитель5 два диода, КС-цепочку, неинвертиругащий повторитель на четвертом операционном усилителе, второй компаратор и одновибратор, причем вход блока совпадения подключен к коллекторам транзисторов переключателя эмиттер первого из них соединен с входом неинвертирующего повторителя на четвертом операционном усилителе и КС-цепочкой, выход повторителя подключен через последовательно включенные второй компаратор и одновибратор к инвертирзтощему входу третьего операционного ус шителя-г связанного через третий диод базой первого из транзисторов переключателя к базе второго из которьк подключены через чатвертьй диод прямой в;,од и въкоц третьего операционного усюгмгеля а эмиттер второго

91272

транзистора переключателя соединен с выходом блока совпадения.

3. Устройство по п,1, отличающее с я тем, что формирователь 5 ш-1пульсов содержит третий и четвертый компараторы, два триггера, первый элемент И и три элемента выдержки времени, причем входы компараторов

подключены к входньм зажимам формиto рователя, а выходы - к единичным

установочным входам триггеров, выходы которых подключены к входам первого элемента И, выход которого сое-т. динен с входом первого элемента вы15 держки времени и с первым выходом формирователя5 выход первого элемента, вьщержкн времени соединен с первьгми установочными выводами триггеров и с входом второго элемента выJQ деряжи времени, выход которого соединен с вторьм выходом формирователя и с входом третьего элемента выдержки времени, выход которого соединен с третьим выходом формирователя, 2J причем блок совпадения содержит трехвходовой второй элемент И, входы которого соединены с первым, вторым и третьем входами блока совпадения, соединенными соответственно с первым, BTopi iM и третьиг-1 выходами формирова

теля, причем выход второго элемента Е соединен с вькодом блока совпаде;п{я.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЛОКИРОВКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗМЩТЫ ТРАНСФОРМАТОРА, содержащее трансреактор, первичная обмотка которого предназначена I f для подключения в дифференциальную цепь трансформаторов тока, установленных с обеих сторон защищаемого объекта, формирователь импульсов, подключенный к вторичной обмотке трансреактора и связанньй с выходным органом, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия, чувствительности и надежности функционирования при насыщениях трансформаторов тока, в него дополнительно введены блок совпадения и расширитель импульсов, причем выходы формирователя импульсов соединены с входами блока совпадения, выход которого через расширитель HNJс и пульсов соединен с выходным органом. ю -J

TftKH-ncej jj частности к устройствам для защиты силовых траисформатсрохз и аятотрансформаторов, .

Изззесгно устройство для дифферер:Ц1 алькой зап.иты трансформатора} содержащее для огстройхси от броска тока кзмагничивания 11асыщающи1;ся промежуточный трансформатор,. первичпз.к Сбмогка которогс включена в дифференцияльную цепь тр 1нсформзторо:а тока, и вторичная подхлгачена к исполнительному органу ti.

Однако чувствитепькость указанiior устройства кедостатсчна,

Манболеа близким к лрггдпагаемому по технической сущности м достигаемому результату является устройстло

2

для блокиропки дифференциальной заясчты трансформатора5 содержащее трансформатор, формирователь импульсов j выполненный в виде выпрямителя, подключенпгзш к вькодному органу чере соедкненные последовательно первый инвертор, первьй элемент выдержки БременК; второй инвертор и второй эле.мент вьщержкн времени tZj,

Однако известное устройство характеризуется недостаточным быстродействием и низкой надежностью при } глубоких насыщениях трансформаторов тока в режиме появления броска тока намагничивания, сопровождающихся по явлением отрицательных полуволн, заполняющих бестоковые паузы. Цель изобретения -5 повьшение чувствительности, быстродействия и надежности функционирования при глубоких насыщениях трансформаторов тока. Поставленная цель достигается тем что в устройство для блокировки дифференциальной защиты трансфррматора содержащее трансреактор, первичная обмотка которого предназначена для подключения в дифференциальную цепь трансформаторов тока, установленных с обеих сторон защищаемого объекта, формирователь импульсов, подключенньй к вторичной обмотке трарсреактора и связанный с выходным органом, , дополнительно введены блок совпадения и расширитель импульсов, причем выходы формирователя импульсов соединены с входами блока совпадения, выход которого через расширитель импульсов соединен с выходным органом . Формирователь импульсов содержит включенные последовательно первый компаратор и дифференцирующее звено выход которого через динисторы соединен с разнополярньми входами первого и второго операционных усилителей, остальные входы которых объединены между собой, а выходы через диоды подключены к выходу формирова теля, при этом блок совпадения содержит транзисторный переключатель, третий операционный усилитель, два диода, RC-цепочку, неинвертирующий повторитель на четвертом операционном усилителе, второй компаратор и одновибратор причём вход блока совпадения подключен к коллекторам тран зисторов переключателя, . эмиттер пер вого из них соединен с входом неинвертирующего повторителя на четвертом операционном усилителе и RC-цепочкой, выход повторителя подключен через последовательно включенные второй компаратор и одновибратор к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, связанного через первый диод с базой первого из транзисторов переключателя, к базе второ го из которых подключены через четвертый диод прямой вход и выход третьего операционного усилителя, а |эмиттер второго транзистора переключателя соединен с выходом блока сравнения. Формирователь импульсов содержит третий и четвертый компараторы, два триггера, первый элемент И и три элемента выдержки времени, причем входы компараторов подключены к входным зажимам формирователя, а выходы к единичным установочным входам триггеров, выходы которых подключены к входам первого элемента И, выход которого соединен с входом первого элемента выдержки времени и с первым выходом формирователя, выход первого элемента выдержки времени соединен с первыми установочными выводами триггеров и с входом второго элемента вьщержки времени, выход которого соединен с вторым выходом формирователя и с входом третьего элемента выдержки времени, выход которого сое- . динен с третьим выходом формирователя, причем блок совпадения содер кит трехвходовой второй элемент И, входы которого соединены с первым, вторым и третьим входами блока совпадения, соединенньми соответственно с первым, вторым и третьим выходами формирователя, причем выход второго элемента И соединен с выходом блока совпаде«ия. На фиг.1 и 2 изображены варианты вьшолнения предлагаемого устройства; на фиг. 3-6 - диаграммы работы устрой- ства в режимах соЬтветственно внутреннего к.з. с нормальной работой трансформаторов тока, внутреннего к.з. с насыщением трансформаторов тока, периодического броска тока на магничивания и апериодического броска тока намагничивания с формированием отрицательных полуволн. Устройство содерлшт (фиг,1 и 2) трансреактор 1, формирователь 2 импульсов, блок 3 совпадения, расаафитель 4 импульсов и выходной сфган 5. Выполнение различных вариантов устройства отличается в части формирователя 2 импульсов и блока 3 совпадения . В устройстве ,изображенном на фиг.1, формирователь импульсов содержит первьш компаратор б, дифференщ ру:ощее звено 7, выход которого через динисторы 8 и 9 подключен к разнополярным входам первого 10 и второго 11 операцнонных усилителей, выходы которых через диоды 12 подключены к входу блока 3 совпадения, содержащего транзисторный переключатель на двух транзисторах 13 и 14. RC-цепочку 15, третий операционный усилитель ;6, неинвертирующий повторитель 17 на операционном усилителе, второй компаратор 18, выход которого через одновибратор i 9 соединен с неинвертирующим входом третьего операционного усилите.пя 16, Базы транзисторов 13 и i4 через диоды 20 соединены с входами ивиходом one- рационного усилителя 16j, а эмиттер транзистора J4 снязан с расширителем 4 импульсов, i В устройстве изображенном на фиг 2 5 формирователь импульсов подключен к трансреактору i ,, вторичная обмотка которого имеет отвод посере дине 5 подключенный к нулевому потенциалу схемы устройства. Формирователь импульсов содержит два компаратора 21 и 22s два триггера 23 и 24;. первый эле.мент И 25 и три элемента вьщерлски времени 26-28. Причем выход первого элемента И 25„ выход второго элемента 27 выдержки времени и выход третьего элемента 28 вьщержки являготся соответственно первыми, вторыми к третьими выходами формирователя, соединенными с входами второго элемента И 29, входящего в блок 3 совпадения . На фиг.3-6 показаны дифференциш1ьный ток 30 в первичной обмотке трансреактора, напряжение 31 на вторичной обмотке, импульсы 32, формирз емые формирователем 2 при достшкекии током мал симальяых значений, запуск элемента выдержки времени и формирование 1Э.1пульсоБ через время Т 9.,4мс мосле ма;лсим;л-)а тока 33 и 34 соотБетствен-НО- скгкал 35 на выходе блока совпадакия,, сигнал 36 на вьпсоде расширителя импульсов и сигнал 37 на вьпсоде Нппгодного органа 5, Рябота устройства основана в гоы, что в тзехас-1е внутреннего короткого замыканияИНТ ер в алы i-ieJSJiv ы.а)-сси 1умй; н г.1)луБОлн тока равны 10 MCj а при бросках гока намагничивания они боль;я(5 игш Ггеньше 10 мс. Устройство работает сле.дующим o.i раэом,, В исходном релсда.ге при отсутствик /иЬферепхшального тока ,в устройстве кзооражанном на фиг,1. транзистор 13 открыт5 а транзистор 14 закрыт; в устрюйстве, изображенном на 2« сигналы па выходах триггеров, элвкента И 25 и элемента 28 вьщержки време ни равны нулю „а на выгйодак злемантов 26 и 27 выдержки времени - единице В устройстве,, изображенном на фиг., 1 5 при возникновении тока в транс реакторе I компаратор 6 образует иа своем вькоде О при отсутствии входкого сигнала, -1 гфи положительной полуволне и +1 при отрицательной. Дифференцирующее звено 7 генерирует выходной импульс длительностью t 0,5 мс при перезаряде конденсатора от -1 до +1 и наоборот, причем амплитуда гмпульса при перезаряде конденсатора вдвое больше 5, чем при простом ,разряде от +1 до О или заряда от О до до +1, Первый и второй операционные 1усилители 10 и 1I образуют компараторы с детекторами уровня на входе в виде динистороВо Каждый отрицательный входной импульс от дифференцирующего звена, амплитуда которого превьшает порог открывания динистора, преобразуется Б сигна ч +1 верхним по схеме комцаратором 10, а каждый положительный импульс - нижним компаратором 1I. Таким образом5 формирователь 2 импульсов формирз ет импульс уровня +i при каждом изменении знака цервой производной тока по времени. Сигнал на выходе неинвертирующего повторителя 17 повторяет характер входного сигнала,В момент поступления импульса + 1 от формирователя 2 через от-крытьш транзистор 13 ,нсатор КСцепочки 15 заряжаетсяэ а после снятия кмпульса начинает разряжаться, соответственно напрялсение на входе компаратора 18 сначала возрастает скачком до -f-1 5 а затем плавно снижается ст +1 до 0. В момент возрастания напряжения оно превьшает уставку +U0n и компаратор 8 переключается в сос тояние выхода -К Со снижением вход-t ного напряжения до уставки +U происходит обратное переключение компаратора 18 в состояние +1, заданная длительность снижения напряжения на зьгеоде повторителя 17 составляет 9,4 мс„ В исходном состоянии входкой конденсатор одновибратора 19 заряжен до +1 напряжение на инвертирующем входе операционного усклктеля одновибратора 19 равно О, поло-- 1т.ельное смещение неинвертирующего входа обеспечивает формирование.-постоянногО сигнала -i-1 на выходе одновибратора. Когда компаратор 18 пере-i ключается в состояние -1 , конденсаоЙр ерезаряжается, но поведение одновиб атора не изменяется, так как напряекие на инв ер тир угощен входе остается еньшим, чем опорное напряжение. С озвращением компаратора в состояние н на инвертирующш вход операпионно- о ус.илителя одновибратора 19 через конденсатор поступает напряжение, большее, чем опорное смещение,поэтому одновибратор 19 переходит в состояние -1 и остается в нем до окончания перезаряда конденсатора, т.е. на время t2 0,5 мс. Каждый смещенный во времени на f 9,4 мс блоками 15-19 импульс -1 поступает на управляющие входы транзисторов 13 и 14, запирая транзистор 13 и открывая через операционный усилитель 16 транзистор 14. (фиг.З) В режимах внутреннего к.з. и в режиме тока внутреннего к.з. шой кратности, даже искаженного насьщенньми трансформаторами тока (фиг.4), экстремумы полуволн тока и соответственно импульсы 1 появляются на выходе формирователя 2 через строго регулярные промежутки длительностью мс. Поэтому рри, совпадении основного импульса от формирователя 2 и смещенного по времени импульса от одновибратора 19, что характерно только для режимов к, з., (Очередной импульс +1 от формировател -2 проходит через открытый транзистор 14 на вход расширителя 4 импульсов и .заряжает его конденсатор. На выходе расширителя 4 образуется сигнал стри цательной полярности, транзистор выходного органа 5 открывается и реле срабатьгеает, разрешая действие диффе ренциальной защиты. Расширитель им-/ пульсов преобразует импульсные сигналы элемента И29.в непрерывньй сиг нал, время его задержки составляет порядка 15-20 мс. В режиме периодического броска тока намагничивания (фиг.5) регулярность образования экстремумов полу. волн, т.е. перехода первой производной тока через нуль, и соответственно формирования импульсов на выходе формирователя 2 нарушается. Происходит чередование интервалов времени между импульсами с длительностью то меньше- 10 мс, то больше этого значения, поэтому момент переключения транзисторов 13 и 14 через 9,4 мс . на время 0,6 мс не совпадает с момен ТОМ образования следующего экстремум импульса 1 на выходе входного тока и формирователя 2, Поэтому, несмотря н на кратковременное открытие транзистора 14, через него нечему поступать на расширитель 4 и запоминаться им, выходной орган не действует. В режиме трансформированного апериодического броска тока намагничивания с образованием отрицательнргх : полуволн (фиг.6) также имеет место нарушение регулярности изменения знака первой производной тока по времени, поэтому устройство не срабатьшает. В устройстве, изображенном на фиг.2, при возникновении тока в транс реакторе 1 и появлении полуволны положительной полярности производной тока компаратор 21 переходит в состояние выхода О на время ее сущест- воЁания, устанавливая выход триггера 23 на 1. Положение остальных элементов не изменяется. С последующим изменением знака производной включается компаратор 22 и своим сигналом О устанавливает на 1 второй триггер 24. По появлению. на обоих входах элемента И 25 формирует 1 на выходе, ковденсатор элемента 26 вьздержки времени начинает Заряжаться обратным током входного транзистора своей микросхемы и через время заряда t.,0,5 мс элемент 26 переключается. Сигналом О он разряжает конденсаторы элементов 27 и 28 выдержки, которые переходят соответг ственно в положение О и 1. Одновременно он устанавливает первый триггер 23, на входе которого нет; сигнала от компаратора 21, з положение О, триггер 24 остается в положении 1. Элемент И 25 возвращается в состояние О, разряжая входной конденсатор элемента 26 и производя ; тем самым его возврат. С очередным переходом производной через нуль срабатывает снова компаратор 21, устанавливает на 1 триггер 23 и элемент И 25. Через задержку 0,5 мс элемента 26 триггер 24 устанавл гвается на О, формирователь снова возвращается в ждущий режим. Таким образом, формирователь 2 вырабатывает на своем первом выходе импульсы уровня 1 длительностью ,5 мс при каждом изменении знака производной дифференциального тока. Разряжаемый каждым переходом элемента 26 в состояние О конденсатор элемента 27 нач1шает затем заряжаться обратным входным током микросхемы. За время уставки Т Юме напряжение на конденсаторе достигает порога переключения логического элемента, состояние выхода элемента 27 задержки изменяется на i , Сигналы 1 с выходо обоих элементов 27 и 28 задержки подаются на входы элемента И 29, одновременно начинает заряжаться конденсатор элемента 28 задержки, благодар чему через время ,3 мс элемент 28 задержки переходит в состояние О и сигнал 1 третьего входа элемента И 29 снимается. Таким образомj на втором и третьем вьп:одах формируются импульсы 1 длительностью 0,5 мс, сдвинутые относительно входного импульса на время 1 10 мс. В режиме к.з. независимо от степени погрешности, вносимой ТраНСфОрматорами тока, на всех входах элемента И 29 периодически совпадают импульсы от формирователя 2, элемент И 29 переключается и разряжает конденсатор расширителя 4, которьш сигналом 1 включает выходной орган 5. Контакт реле разрешает действие защиты. В режима ; апериодического и пери одического бросков тока намагничивания совпадение импульсов с уровнем 1 на всех входах элемента--И 29 отсутствует, устройство не разрешает действие дифференциальной . Величина уставки по времени С предлагаемого устройства строго одно значна, определяется длительностью полупериода промьшленной частоты и конструктивным исполнением устройства и не требует регулировки в зависимости от вида неисправности или заданного порога чувствительности защиты. Это существенно упрощает . наладку и эксплуатацию устройства, поскольку уставка может быть выставлена однократно на заводе-изготовителе. Устройство правильно выявляет апериодический бросок тока намагничивания и в том случае, когда он трансформируется с формированием отрицательных полуволн. Это позволяет не отстраиваться от уровня отрицательных полуволн трансформированного апериодического броска тока намагничивания и, следовательно, обеспечивает повышенную чувствительность устройства. Время реакции предлагаемого устройства на повреждение не превышает 15 мс, следовательно оно более быстродействующее, чем известное. Последнее качество способствует ускоренному выявлению аварии и более раннему отключению силового оборудования, снижению ущерба, связанного с затратами на ремонт трансформатора и его простой. Предлагаемое устройство правильно действует и в режиме тока внутреннего к.з, большой кратности, трансформированного с большой погрешностью насьш;енными трансформаторами тока, т.е. более надежно в работе по сравHBHico с известным, которое в подобном режимб может отказать в действии.

30

(.j

фиг. 4

30

V

, r

1

Фш.5

Ф1/1.6