Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки Советский патент 1985 года по МПК H02H3/28 

Изобретение относится к релейной защите и может быть использовано для защиты электроустановки, в частности сборньпс шин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов (автотрансформаторов), реакторов, генераторов , синхронных компенсаторов и высоковольтньк электродвигателей электростанций и подстанций. Известно устройство для дифференциально-фазной защиты сборных шин, содержащее датчики тока, включенные в каждое плечо защиты, схему сравнения на резисторах и стабилитронах, пусковой орган, фазньй орган, подклю ченньщ к выпрямительному мосту,- два логических элемента, причем выход второго соединен с входом первого и входом блока запрещения срабатывания D . Однако в этом устройстве при работе ТТ в области средних индукций при внешних коротких замыканиях (КЗ) возможно снятие запрещающего сигнала логическим блоком, что может привести к неселективному действию защиты. При внутренних КЗ с большими вытекающими токами нагрузки возможно бло кирование защиты. Наиболее близким к изобретению является устройство для дифференциально-фазной защиты, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен диодный блок преоб разования входных величин, блок срав нения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодного блока преобразования входных величин, пусковой блок, вклю-чеиный через разделительньй трансформатор и выпрямительный мост между общей точкой вторичных об моток датчиков тока и стабилитронами блока сравнения, фазный блок, включенньш между резисторами и стабилитронами блока сравнения, блок управления временем блокировки, один вход которого соединен с блоком сравнения а выход - с фазным блоком, логический элемент И, входы которого соединены с выходами фазного и пускового блоков 2j . Однако известное устройство харак теризуется недостаточной устойчивоетью функционирования. При этом оно требует запоминания запрещающего сиг Haha первого периода переходного про есса на несколько периодов при внеших КЗ. Поэтому при переходе внешнего КЗ во внутреннее возникает задержа в срабатьгоании. Кроме того, при усках синхронных компенсаторов и ощных высоковольтных электродвигателей может возникать насыщение ТТ одного плеча, причем ТТ второго плеча практически не насьш;ается, в этом режиме возникает ложный сигнал, который не перекрьгаается временем блокировки. Целью изобретения является повьш1ение устойчивости функционирования. Цель достигается тем, что в устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен диодный блок преобразования входных величин, блок сравнения, выполненньй на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодов блока преобразования входных величин, пусковой блок, включенный через разделительный трансформатор и выпрямительный мост между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабили1фонами блока сравнения, фазный блок, включенньй между резисторами и стабилитронами блока сравнения, блок управления временем блокировки, вход которого соединен с блоком сравнения, а выход - с управляющим входом фазного блока, логический элемент И, входы которого соединены с выходами фазного и пускового блоков, а выход является выходом устройства, введены блок формирования производной дифференциального тока, вход которого подключен к выпрямительному мосту, а выход - ко второму входу блока управления, и блок управления, содержащий формирователь импульсов, вход которого является входом блока и соединен с блоком сравнения и входом блока управления времени блокировки, выявитель признака идентификации режима, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а вход - с выходом блока формирования производной диф.ференциального тока, запоминающее устройство, вход которого подключен к выходу выявителя признака идентит фикации режима, транзисторный ключ, управлякщий вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, вход - с выходом блока формирования производной дифференциального тока, а выход - с управляющим входом фазного блока. В устройстве обеспечивается сверх суммарный положительный эффект, обусловленный совокупности указанных признаков, заключающийся в том, что они реализуют качественно новый приз нак идентификации режима, на основе которого осуществляется ограничение длительности ложного входного сигнала при внешних КЗ. Учитывая характер переходного тока небаланса длительнос ь входного сигнала при внещних КЗ ограничивается моментом максимума дифференциального тока , причем за признак внешнего КЗ принято отставание переднего фронта производной диф ференциального тока от вторичного тока. Таким образом, ограничение входного ложного сигнала на внешнем КЗ обеспечивает высокую отстроенност защиты от этого режима. На фиг. f изображена структурная . схема устройства для дифференциально фазной защиты; на фиг. 2 - осциллограммы токов небаланса при внешнем (а) и внутреннем (б) КЗ; на фиг. 3 эпюры, поясняющие работу устройства при внутреннем (а) и внешним (б) КЗ; на фиг. 4 и 5 - ocцишютpaм в I токов и напряжений при испытании устройства в переходных режимах внутреннего и внешнего КЗ. Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен блок 2 преобразования входных величин, блок 3 сравнения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды кото Ifttx соединены соответственно с катодами и Анодами диодов блока 2 преобразования входных величин, пусковой блок 4, включенный через разделитель Hbtfi трансформатор 5 и выпрямительный мост 6 между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабилитрона ми блока 3 сравнения, фазный блок 7, блок 8 управления временем блокировки, вход которого соединен с блоком 3 сравнения, а выход - с управляющим входом фазного блока 7, логический элемент И 9, входы которого соединены с выходами пускового А и фазного 7 блоков, а выход является выходом уст ройства, блок 10 формирования произ844ВОДНОЙ дифференциального тока, вход которого подключен к выпрям-ительному мосту 6, и блок 11 управления, первый вход которого подключен к блоку 3 сравнения, второй и третий - к выходу блока 10 формирования производной дифференциального тока, а выходк управляющему входу фазного блока 7. Блок 11 управления содержит формирователь 12 импульсов, вход которого является входом блока, выявитель 13 признака идентификации режима, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя 12 импульсов, а вход является вторым входом блока, запоминающее устройство 14, вход которого подключен к выходу выявителя 13 признака идентификации режима, и транзисторньи ключ 15,управляющий, вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 14, вход является третьим входом блока, а выход - выходом блока. Формирователь 12 импульсов может быть выполнен на полевом транзисторе и дифференцирующей RC-цепи, выявитель 13 признака ндентификации режима на транзисторе п - р - п-типа, работающем в ключевом режиме, запоминающее устройство 14 может быть выполнено в виде RC-цепи, Устройство работает следующим образом. Токи от ТТ плеч защиты поступают на первичные обмотки блока 1 датчиков тока. Сигналы от датчиков тока разделяются по знаку полупериода с помощью блока 2 преобразования входных величин и поступают на вход блока 3 сравнения . При внутреннем КЗ и совпадающих по фазе токах плечи блока 3 сравнения попеременно обтекаются токами положительной и отрицательной полярности и напряжения на плечах образуют входные сигналы фазного блока 7. При внешних КЗ полуволны тока существуют одновременно в обоих плечах блока 3 сравнения. Если эти токи невелики (соизмеримы с номинальными), то на фазный блок 7 подводится разность напряжений блока 3 сравнения, пропорциональная дифференциальному току. При больших токах внешнего КЗ в соотбетствие с принципом действия прототипа предлагаемого устройства напряжения на плечах блока 3 сравнения стабилизируются и на входе фазного блока 7 образуется сигнал, равньц разности длительности полуволн токов, существующих на плечах блока 3 сравнения. Таким образом схема начинает действовать как дифференциально-фазная. Чтобы обеспечить надежное срабатывание в первом периоде переходного процесса в том чИсле и при сдвинутых по фазе токах необходимо иметь время блокировки фазного блока 7 3 мс. Однако такое время не обеспечит селективной работы защиты при внешних КЗ со значительным содержанием апериодической слагающей (фиг. 2), поэтому необходимо принятие мер для обеспечения селективности защиты. Характер осциллограмм переходного тока небалан са (фиг. 2б) таков, что время от его начала до максимума (t,-) всегда мень ше, чем от максимума до конца (tj). При внутренних КЗ и насьш1ении ТТ (фиг. 2а) . Б связи с этим введено ограничение длительности входно го сигнала фазного блока 7 максимумо дифференциального тока в режиме внеш него КЗ. Однако ограничение длительности входного сигнала фазного блока 7 приводит к снижению чувствительнос ти защиты при внутренних КЗ особенно со сдвинутыми по фазе токами и при внутренних КЗ с вытекающими токами нагрузки, когда из-за ограничения длительности входного сигнала фазный блок 7 искусственно укорачивает полезный сигнал. Снижение чувствительности возможно также в режиме внутренних КЗ на землю, сопровождающихся высокочастотной составляющей, обусловленной разрядным током защищаемо го объекта. Для предотвращения сниже ния чувствительности в устройстве используется такое управление ограничением длительности входного сигна ла фазного блока 7 по качественным признакам внешнего КЗ, чтобы это ограничение имело место только при внешних КЗ. В качестве признака внеш него КЗ используется отставание пе.реднего фронта производной дифференциального тока от первого из вторичных токов, появившегося в блоке 3 сравнения. Для этого блок 1 датчиков тока формирует сигнал, пропорциональный дифференциальному току защиты, который трансформируется разделительным трансформатором 5, выпрямляется мостом 6 и поступает на вход блока 10 формирования производной дифференциального тока. Блок 10 формирования производной дифференциального тока дифференцирует и инвертирует входной сигнал и положительными полуволнами (фиг. 3) выходного напряжения через постоянно открытый транзисторный ключ 15 блокирует фазный блок 7 в режиме внешних КЗ. При этом блок 11 управления сопоставляет передние фронты отрицательной полуволны производной дифференциального тока и первого из появившихся в блоке 3 сравнения вторичного тока и выявляет отставание первого от последнего не менее чем на 1,5-2 мс. Поэтому выходной сигнал запоминающего устройства 14 отсутствует. При внутренних КЗ выявитель 13 признака идентификации режима фиксирует совпадение сопоставляемых передних фронтов и вырабатывает управляющий импульс, который удлиняется запоминающим устройством 14 до момента осуществления ограничения длительности входного сигнала фазного блока 7. В результате транзисторный ключ 15 закрывается и ограничение длительности не происходит. Таким образом, реализация вышеописанного признака идентификации режима позволяет сократить в несколько раз в режиме внещнего КЗ сложный сигнал, а в режиме внутреннего КЗ избежать сокращения длительности полезного сигнала. Благодаря этому повышается отстроенность устройства для дифференциально-фазной защиты от внешних КЗ и чувствительность к внутренним КЗ. Время идентификации режима составляет 1-2 мс.

ffffomtff.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен блок преобразования входных величин, блок сравнения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодов блока преобразования входных величин, пусковой блок, включенный через разделительный трансформатор и выпрямительный мост между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабилитронами блока сравнения, фазный блок, включенный между резисторами и стабилитронами блока сравнения блок управления временем блокировки, вход. которого соединен с блоком сравнения, а выход - с управляющим входом фазного блока, логический элемент И, входы которого соединены с выходами пускового и фазного блоков, а выход является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьпяения устойчивости функционирования, в него введены блок формирования производной дифференциального тока и блок управления, при этом вход блока формирования производной дифференциального тока подключен к выпрямительному мосту, выход - ко второму входу блока управления, а блок управ(Л ления содержит последовательно соединенные формирователь импульсов, вход которого является первым входом блока управления, соединенным с блоком сравнения, выявитель признака идентификации режима, второй вход которого объединен с входом транзисторного ключа и является вторым входом блока управления, запоминающий ел блок и транзисторный ключ, выход ко торого является выходом блока управления, соединенного с управляющим Э6 входом фазного блока.

H , - ЛАЛЛАА тМ(ШМ ,...

Фиг А ЛДДЛАЛ/ Ж№(ШШШ( у,1,--у..