Устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора Советский патент 1984 года по МПК H02H7/45 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройстваил для дифференциальной защиты силовых трансформаторов.

По основному авт. св. 266909 известно устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора, содержащее промежуточный Iтрансформатор, первичная обмотка которого включена в дифференциальную цепь вторичных обмоток трансформаторов тока, установленных со всех сторон защищаемого объекта, а вторичная обмотка подключена к выпрямительному Мосту, выход которого подключен к- цепочке из последовательно соединенных формирователя прямоугольных импульсов, первого инвертора, элемента выдержки времени, элемента задержки второго инвертора и реагирующего органа CID .

При внутренних коротких замыканиях (КЗ) в трансформаторе значение тока КЗ может значительно превышать номинальный ток и содержать апериодическую составляющую. В этом случае происходит насьвдение магнитопроводов трансформаторов тока защиты,сопровождающихся искажением дифференциального тока и появлением в нем значительных бестоковых пауз.

Расчеты показывают, что в данном случае время вырабатывания дифференциальной защиты трансформатора может увеличиваться до значений 1,4 Т , где Т - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ .

При расположении защищаемого транформатора вблизи мощных источников питания значение постоянной времени Т может достигать 0,2-0,3 с, а время срабатывания дифференциальной защиты соответственно 14-21 период. При этом значительно возрастает вероятный ущерб, вызываеьмй, в частнос ти, увеличением размеров разрушения трансформаторов при аварии вследствие уменьшения быстродействия дифференциальной защиты трансформатора.

Целью изобретения является повышение быстродействия при внутреннем коротком замыкании в трансформаторе сопровождающемся насыщением трансформаторов тока.

Поставленная цель достигается тем, что, в устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора дополнительно введены второй формирователь прямоугольных импульсов, третий и четвертый инверторы, второй и третий элементы выдержки времени, два элемента ЗАПРЕТ, два преобразователя длительности импульсов в пропорциональное напряжение, блок сравнения, элемент памяти и второй реагирующий орган, причем

к выпрямительному мосту подключен второй формирователь прямоугольных импульсов, к выходу которого подсое динены две цепи, первая из которых содержит последовательно соединенные первый элемент ЗАПРЕТ, первый преобразователь длительности импульсов в пропорциональное напряжение и элемент памяти, а вторая содержит последовательно соединенные второй элемент ЗАПРЕТ и второй преобразователь длительности импульсов в пропорциональное напряжение, выходы указанных цепей подсоединены к входам блока сравнения, к выходу которого подсоединен второй реагирующий орган, причем выход второго формирователя прямоугольных импульсов через последовательно соединенные второй элемент выдержки времени и третий инвертор с управляющим входом первого элементаЗАПРЕТ, а чере последовательно соединенные третий элемент выдержки времени и четвертый инвертор -,с управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ.

На фиг. 1 изображена схема предложенного устройства; на фиг. 2с и S - потенциальные диаграммы на выходах блоков устройства в режиме внутреннего КЗ и в режиме броска тока намагничивания и внешнего КЗ соответственно.

Устройство содержит промежуточный трансформатор тока 1, к вторичной обмотке которого подключены резистор 2 и выпрямительный мост 3 , выход которого подключен к первому формирователю прямоугольных импульсов 4, связанному через включенные последовательно первый инвертор 5, первый элемент выдержки времени 6, орган запоминания сигналов 7 и второй инвертор 8 с первым реагирующим органом 9. К выходу выпрямительного моста подключены также второй формирователь прямоугольных импульсов 10, к выходу которого подключены второй и третий, элементы выдержки Времени 11 и 12, связанные через третий и четвертый инверторы 13 и 14 с управляющими входами элементов ЗАПРЕТ 15 и 16, основные входы котЪрых подключены к выходу формирователя импульсов 10. Выход первого элемента ЗАПРЕТ 15 через последовательно включенные первый преобразователь 17 длительности импульсов в пропорциональное напряжение и элемент памяти 18 связан с первым входом блока сравнения 19, а выход второго элемента ЗАПРЕТ 16 через второй преобразователь 20 длительности импульсов в пропорциональное напряжение связан с вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к второму реагирующему органу 21. Длительность импульсов на выходе второго формирователя прямоугольных импульсов 10 равна времени, в течение которого дифференциальный ток при КЗ превьошает заданный уровень замера. По первой цепи, подсоедине ной к выходу второго формирователя прямоугольных импульсов, содержащей последовательно соединенные первый элемент ЗАПРЕТ 15, первый преобразо вагель 17 длительности импульсов в пропорциональное напряжение и элемент памяти 18, проходят импульсы, существующие только в течение второго периода от момента возникновения КЗ. Это достигается соответствующей настройкой второго элемента времени 11, включенного в цепи управления первого элемента ЗАПРЕТ 15 Наибольшая длительность импульсов запоминается в элементе памяти 18, соответствующее напряжение подается На вход опорного напряжения схемы сравнения и является ее уставкой. Во второй цепи, подсоединенной к .выходу второго формирователя прямоугольных импульсов, содержащей последовательно соединенные второй элемент ЗАПРЕТ 16 и второй преобразователь 20 длительности импульсов в пропорциональное напряжение, проходят импульсы, существующие в третьем и последующих периодах КЗ.Это достигается соответствующей настрой кой четвертого элемента времени 12, включенного в цепи управления второ го элемента ЗАПРЕТ 16. Напряжение, пропорциональное длительностям импульсов, поступает на второй вход блока сравнения 19. Сигнал на выходе блока сравнения 19 появляется в том случае, если напряжение на втором входе блока сравнения больше уставки. в качестве элементов 17 и 20 преобразования длительности импульсов на их входе в пропорционашьное напряжение может использоваться ключ параллельно которому включен конден сатор, заряжаемый от источника постоянного напряжения. Управляющими сигналами являются импульсы на вход элементов 17 и 20. При отсутствии импульсов ключ замкнут, конденсатор разряжен, напряжение на нем равно нулю. При появлении импульса ключ (например, транзистор ) дешунтирует конденсатор, он заряжается в течени времени существования импульса. Постоянная времени цепи заряда выбира ется из условия обеспечения пропорциональности напряжения на конденса торе и времени заряда. При исчезновении импульса на входе элементов 17 и 20 ключ замыкается, конденсатор быстро разряжается. Таким образом, на выходах элементов 17 и 20 при работе устройства появляются импульсы треугольной формы, амплитуда которых пропорциональна длительности импульсов на их входах. К выходу 17 подключен элемент памяти 18, в котором запоминается наибольшая амплитуда импульсов, проходящих через первый элемент ЗАПРЕТ 15 во втором периоде. В качестве реагирукицего органа 21 может быть использован расширитель и-мпульсов. в качестве элемента памяти может быть использован конденсатор, который заряжается через диод от преобразователя 17. Диод следует использовать для предотвращения разряда этого конденсатора через выходное сопротивление преобразователя 17. Постоянная времени разряда конденсатора элемента памяти 18 на первый вход блока сравнения 19 должна быть достаточно большой, поэтому при необходимости в этой цепи может быть предусмотрено дополнительное сопротивление. В качестве блока сравнения может быть использован компаратор, например, на основе операционного усилителя. Опорное напряжение (уставка компаратора ) задается с выхода элемента памяти. На второй его вход подаются треугольные импульсы с выхода преобразователя 20. Устройство работает следующим образом. При внутренних КЗ, не сопровождающихся насыщением трансформаторов тока, происходит замер бестоковых пауз на входе первого формирователя импульсов 4, если паузы окажутся меньше заданного значения, то срабатывает первый реагирующий орган 9, т.е. как в известном устройстве. При внутренних КЗ, сопровоадающихся глубоким насыщением трансформаторов тока, в дифференциальном токе появляются значительные бестоковые паузы (фиг. 2 а I и реагирующий орган 9 не работает. Напряжение замера формирователя прямоугольных импульсов 10 приниматся таким, чтобы импульсные сигнаы на его выходе появлялись только при токах, превышающих наибольшие х значения в нормальных эксплуатаионных режимах. На выходе формирователя 10 при внутреннем КЗ появляется импульсный сигнал. В момент возникновения сигнала на выходе форирователя 10 производится запуск элементов времени 11 и 12. Элемент времени 11 имеет выдержку времени на появление сигнала на его выходе, равную одному периоду. Дпительность сигнала на выходе элемента времени

11 равна одному периоду, после истечения этого времени сигнал на его/ выходе исчезает. Элемент времени 12 имеет выдержку времени на появление сигнала, равную двум периодам, после чего сигнал на его выходе существует в течение времени КЗ. Сигналы с выходов элементов времени 11 и 12 инвертируются элементами 13 и 14 и подаются на управляющие входы элемеИтов ЗАПРЕТ 15 и 16, на основные входы которых подается импульсный сигнал формирователя 10. При этом на управляющем входе элемента ЗАПРЕТ 15 разрешающий сигнал существует в течение второго периода от момента начала КЗ, а На управлякядем входе элемента ЗАПРЕТ 16 разрешающий сигнгш существует начиная с третьего периода до отключения КЗ. В результате на выходе элемента ЗАПРЕТ 15 импульсный сигнал существует только в течение второго периода, а на выходе элемента ЗАПРЕТ 16в течение времени от начала третьего периода до отключения КЗ. Элементы 17 и 20 осуществляют преобразование длительности импульсов на их входах в пропорциональное напряжение. Амплитуда импульсов на выходе преобразователя 17 уже в третьем

периоде превышает уставку, задаваемую на первом входе компаратора 19, Г) результате на его выходе появляется импульсный сигнал ), вызывающий срабатывание второго реагирующего органа 21.

При бросках тока намагничивания и в режимах внешних КЗ длительность импульсов достигает наибольшего значения в первом или втором периоде, а затем монотонно уменьшается Гфиг. При этом амплитуда импульсов на выходе преобразователя 17, которая запоминается и является уставкой блока сравнения (.компаратора) 19, оказывается больше амплитуды импульсов в последующие периоды, поступающие на второй вход блока сравнения с выхода преобразователя 20. Поэтому сигнал на выходе схемы сравнения не появляется и устройство не срабатывает.

Предложенное устройство повышает быстродействие дифференциальной защиты трансформаторов в переходных режимах внутренних КЗ, что позволяет уменьшить вероятность ущерба при повреждениях трансформаторов, и может быть применено для защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов высоких и сверхвысоких напряжений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СИЛОЮГО ТРАНСФОРМАТОРА по авт. св. 1 266909, от ли чающееся тем, что, с целью повышения быстродействия при внутреннем коротком замыкании трансформатора, сопровождающемся насьнцением трансформаторов тока, дополнительно введены второй формирователь прямоугольных импульсов, третий и четвертый инверторы, второй и третий элементы задержки времени, два элемента ЗАПРЕТ, два преобразователя длительности импульсов в пропорциональное напряжение, блок сравнения, элемент памяти и второй реагирующий орган, причем к выпрямительному мосту подключен второй формирователь прямоугольных импульсов, к выходу которого подсоединены две цепи, первая из которых содержит последовательно соеди.ненные первый элемент ЗАПРЕТ, . первый преобразователь длительности импульсов в пропорциональное напряжение и элемент памяти, а вторая содержит последовательно соединенные второй элемент ЗАПРЕТ и второй преобразователь длительности импульсов в пропорциональное напряжение, выходы указанных цепей подсоединены к входам блока сравнения, к выходу .которого подсоединен второй реагиру(Л С ющий орган, причем выход второго формирователя прямоугольных импульсов через последовательно соединенные второй элемент выдержки времени ., и третий инвертор соединен с управляющим входом первого элемента ЗАПРЕТ, а через последовательно соединенные третий элемент выдержки времени и Четвертый инвертор - с управляющим входомвторого элемента ЗАПРЕТ.

(риг. г