Устройство для дифференциальной защиты электроустановки Советский патент 1986 года по МПК H02H3/28 

мыкания большой части витков или всей последовательной обмотки автотрансформатора. Устройство содержит блок 1 датчиков тока, который через формирователь 3 входного логического сигнала, через ждущий мультивибратор 23, элемент И 24, расширитель 23 импульсов, блок 13 разрешения сра- .батывания присоединен к фазовому органу 7. Устройство содержит также

I

Изобретение относится к электро- технике, а именно к релейной защите электроустановок, может быть использовано для защиты сборных шин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов (автотрансформаторов ) реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов и крупных электродвигателей электростанций и является усовершенствованием устройства по авт.св. № 907666.

Цель изобретения - повьш1ение селективности в режиме замыкания большой части витков или всей последовательной обмотки автотрансформатора.

На фиг. 1 изображена уструктурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема формирователя входного логического сигнала ; на фиг. 3 - принципиальная схема фазного органа; фиг. 4 - принципиальная схема блока разрешения срабатывания; фиг. 5 - принципиальная схема блока запрещения срабатывания; фиг. 6 - принципиальная-схема блок контроля длительности входного сигнала; фиг. 7 - принципиальная схема блока контроля паузы; фиг. 8 - эпюры токов и напряжений на элементах устройства в режиме замыкания большой части витков или всей последовательной обмотки автотрансформатора; фиг. 9 - то же, в режиме внешнего короткого замыкания. I

Устройство для дифференциальной

защиты электроустановки содержит (фиг. 1) блок датчиков тока, одноименные вторичные концы которых подключены к многоплечевому диодному полумосту 2, выход которого подклю59388

преобразователь 9 дифференциального тока, блок 17 торможения, блок 2 контроля паузы, блок 19 дозирования. Повьпиение селективности в режиме замыкания большой части витков достигается введением дополнительного элемента И 24, ждущего мультивибратора 23 и расширителя 25 импульсов. 9 ил. Дополнительное к авт.св. № 907666.

5

0

чен к формирователю 3 входного логического сигнала. I

Выход диодного полумоста подключен также к блоку 4 сравнения, который связан через разделительный трансформатор 5 и вьтрямительный мост 6 с основным входом фазного органа 7, выход которого подключен к одному из входов первого логического элемента И 8. Преобразователь 9 дифференциального тока включен в дифференциальную цепь защиты, его линейный выход соединен с входами пускового органа 1 О и первого логического элемента 11, выход которого соединен с вторым логическим элементом 12 и блоком 13 разрешения срабатывания. Выход второго логического элемента 12 подключен к блоку 4 запрещения срабатьгаания. Блок 15 временной задержки подключен к выходу формирователя 3. Пороговый элемент 16 подключен к линейному выходу преобразователя 9 дифференциального тока, к которому также подключен блок 17 тормол ;ения, выход которого через сумматор 18 по дключен к одному из входов блока 19 дозирования. Выход дифференцирования преобразователя 9 подключен к блоку 20 контроля длительности входного сигнала и к блоку 21 контроля паузы, выходы которых через элемент ИЛИ 22 подключены к другому входу блока 19 дозирования. Выход формирователя 3 5 соединен с входом фазного органа 7, с одним из входов лог ического элемента 11 и подключен к ждущему мультивибратору 23, выход которого через второй элемент И 24 подключен к расширителю 25 импульсов, выход которо0

о

у.

1259388

подключен к фазному оргажибы ди эл то до ги не го , но с

Выход первого логического элемента И 8 является выходом устройства.

Формирователь 3 входного логического сигнала, предназначенный для управления углом блоки ровки фазного органа, может содерж. -ть (фиг. 2 , например, сумматор и компаратор, причем входы сумматора являются входами формирователя 3. Выход сумматора соединен с входом кокшаратора, выход же кот-шаратора является вьшодом формирователя 3 Выход дифференцирования преобразователя 9 дифференциального тока соединен с вторым входом второго элемента И 24, а линейный выход лреобразователя 9 - с входом сумматора 18. Выход блока 15 временной задержки соединен с вторым входом второго логического элемента 12.

Выход первого элемента 16 соединен с входом блока 19 дозирования, выход которого соединен с первым управляемым входом фазного органа 7, Выход пускового органа 10 соединен с одним из входов первого элемента И В. Объединенные выходы блоков разрешения 13 и запрещения 14 соединены с третьим входом первого логического элемента 11 и одним из выходов первого логического элемента И 8

Фазный орган, предназначен}{ый для обеспечения устойчивости функционирования устройства в режимах внешних коротких замыканий с насыщением трансформаторов тока и включения силового трансформатора (а втотраисфо1 1ато- ра) на холостой ход, может содержать (фиг. 3), например транзисторный ключ, времязадающую цепь компаратор и развязьтающие диоды, причем вкод транзисторного ключа является входом фазного органа 7. Выход транзисторг ного ключа соединен с входом время- задающей цепи, выход которой соединен с рабочим входом компаратора, /лоды развязывающих диодоб соединены с управляющими входами фазного органа 7. Катодал развязывающих диодов объединены и соединены с управ- ляющим входом компаратора, вьрспд которого является выходом фазного органа 7.

Блок 13 разрешения срабатьшания, предназначенный для выдачи логического сигнала разрешения срабатывания на логический элемент И 8 в ре

t5

20

25

ЭО

35

10

0

5

0

5

жиме внутренних повреждений, может быть выполнен (фиг.4) из входного диода, конденсатора, логического элемента И-НЕ и выходного диода, Ка- тод входного диода соединен с входом блока 13, а анод - с входом логического элемента, который объединен с конденсаторам. Выход логического элемента соединен с анодом выход- , ного диода, катод которого соединен с выходом блока 13.

Блок 14 запрещения срабатавания, предназначенный для вьщачи логического сигнала запрещения срабатьшання на Логический элемент И 8 в режиме внешних повреждений в условиях предельно искаженной формы входных то- ков, вьщолнен, например по схеме (фиг. 5), содержащей входной диод, конденсатор, два логических элемента И-НЕ и выходной диод. Катод входного диода соединен с входсж блока 14, а анод - с входом первого логи- . ческогр элемента, который объединен с конденсатором. Выход первого логического элемента соединен с входом второго логического элемента, выход ,- которого соединен с анодом выходного диода. Катод выходного диода соединен с выходом блока 4.

Блок 20 контроля длительности входного сигнала предназначен для сравнения длительности входного сигнала с максимально возможной шириной основания однопояярного импульса тока включения силового трансформатора на холостой ход. Блок 20 может быть выполнен, например, по схеме (фиг. 6), содержащей ждущий мультивибратор и. логический элемент И, выход которого является выходом блока 20. Вход ждущего мультивибратора соединен с одним из входов элемента И и является входом блока 20. Второй вход элемента И соединен с входом ждущего мультивибратора..

Блок 21 контроля паузы предназначен для контроля паузы между напряжением, подаваемьм на трансформатор, и током в дифференциальной цепи устройства защиты. Блок 2 может быть вьшолнен, например, по схеме (фиг. 7), содержащей ждущий мультивибратор и логический элемент И, выход которого является выходом блока 21. Вход ждущего мультивибратора является входом напрядения блока 21. Другой вход блока 21 является также и первым вхоом логического элемента И. Выход дущего мультивибратора соединен с торым входом логического элемента И. Расширит ель 25 импульса предназнаен для расширения длительности выодного импульса элемента 21 до велиины, необходимой для надежного срабатывания фазного органа 7,

Устройство работает следующим образом.

Токи от трансформаторов тока плеч защиты поступают на первичные обмотки датчиков тока. Грубое согласование величины входных токов осуществляется выбором числа видков первичных обмоток датчиков тока, а точное регулированием переменных резисторов, подключенных параллельно третьим об- мрткам датчиков тока. Сигналы от датчиков тока разделяются по знаку полупериода с помощью многоплечевого диодного полумоста 2 и поступают на вход блока 4 сравнения 4.

При внутреннем коротком замыкании и совпадающих по фазе токах плечи схемы сравнения попеременно обтекаются токами положительной и отрицательной полярности. Это приводит к появлению в сердечнике трансформатора 5 знакопеременного магнитного потока, который наводит во вторичной обмотке ЭДС. При малых токах внутреннего повреждения, не превышающих максимальный нагрузочный ток, стабилитроны блока сравнения заперты и ЭДС вторичной обмотки трансформатора 5 имеет синусоидальный характер. Имеет место дифференциальный режим работы, когда ток срабатьшания не зависит от величины сквозного тока. При превышении сквозным током величины максимально возможного тока нагрузки при внутреннем повреждении (2,5-3) номинального тока трансформатора стабилитроны открываются и практически шунтируют выход блока 4, защита перехб- дит в дифференциально-фазный режим работы.

Устройство позволяет получить участок характеристики, на котором защита работает как дифференциальная с торможением. Это позволяет получить достаточную чувствительность к внутренним коротким замыканиям, сопровождающимся вытекающими токами нагрузки при сохранении достаточной степени отстроенности защиты от токов небаланса, вызванных токами, при кото5

10

15

20

5

30

35

45

50

593886

рых защита eilte не переходит в ди(|)фе- ренциально-фазный режим работы. Если при внутренних повреждениях, когда током обтекаются оба плеча попере5 менно, напряжение на входе блока 4 не превьшает напряжения стабилизации стабилитронов блока сравнения, то при внешнем, когда током обтекаются оба плеча блока 4, это напряже10 ние вдвое больше при токах, больших тока стабилизации. Это обстоятельство используется в защите в качестве дойолнительного признака внешнего Короткого замыкания. Блок 3 фикси15 рует напряжение на входе блока 4, пропорциональное сумме модулей токов присоединений на уровне (1,7-1,8) напряжения стабилизации стабш1итро- нов, формирует прямоугольный сигнал,

20 который подается на входы первого

логического элемента 11 и блока 15 временной задержки, а также на ждущий мультивибратор 23 и на второй управляющий вход фазного органа 7,

5 увеличивая его угол блокировки. Следовательно, при внутренних повреждениях угол блокировки будет меньше, чем при внешних.

0

5

0

При работе устройства в условиях предельно искаженной информации от трансформаторов тока отмечено следующее свойство переходного процесса в последних при преимущественно актив-, ной нагрузке. При возникновении ко- ротког:о замыкания трансформаторы тока входят в насьш1ение не сразу, а спустя некоторое время, определяемое характером переходного процесса, параметрами трансформатора тока, нагрузки и предшествующим состоянием трансформатора тока. В течение этого времени (в тяжелом переходном процессе - менее 5 мс) первичный ток трансформируется во вторичную цепь практически полностью и ток намагничивая . либо практически отсутствует, либо достаточно мал и весьма медленно изменяется. Если индукция достигает величины, превьш1ающей индукцию насыщения, происходит срыв вторичного тока, когда последний приобретает практически нулевую величину, а мгно- .венное значение тока намагничивания - величину приведенного первичного тока. Таким образом, передний фронт тока намагничивания всегда отстает от .переднего фронта вторичного тока ,

Дифференциальный ток состоит из алгебраической суммы мгновенных значений вторичных токов, но при внешних коротких замыканиях с тяжелыми переходными процессами дифференциаль Hiii ток становится равным току намагничивания одного из насытившихся трансформаторов тока. При внутренних коротких, замыканиях, если первичные токи присоединений близки по фазе друг к другу, дифференциальный ток практически равен арифметической сумме мгновенных значений вторичных токов . Следовательно , при внутренних коротких замыканиях передние фронты выпрямленного дифференциального и суммы входных совпадают, а при внешних - первый будет отставать от второго на время не менее 1,5-2 мс, т.е в дифференциальном токе будут либо паузы (фиг.9), либо интервалы с весьма медленным его изменением в окрестностях минимума.

В режиме замыкания большой части витков последовательной обмотки авто трансформатора вследствие уменьшения сопротивления лучей схемы замещения между сторонами высокого и среднего напряжения резко возрастает сквозной ток, что для защиты является

признаком внешнего повреждения.

1

При этом устройство переходит в дифференциально-фазный режим, затем вырабатывается нгпряжение, равное удвоенному напряжению стабилизации стабилитронов, и формирователь 3 вхоного логического сигнала блокирует фазный орган 7. Одновременно с этим уменьшается рабочий сигнал на основном входе фазного органа,так как он равен разности трапецеидальных напряжений на плечах блока 4 сравнения и по длительности в 2-3 раза меньше угла блокировки. Однако в автотран-: сформаторе при этом протекает ток повреждения, и он должен быть отключен. Дпя идентификации этого режима предназначены вновь введенные второй логический элемент И 24, ждущий мультивибратор 23 и расширитель 25 импульса. Ток повреждения обуславли вает протекание дифференциального. тока в устройстве, притом передний фронт суммы входных токов совпЕщает с производной дифференциального тока. Этот факт является отличительным качественным признаком рассмотренного режима.

В качестве сигнала, фиксирующего передний фронт вторничного тока, при наличии сквозного тока используется напряжение, снимаемое с блока 4 сравнения с помощью формирователя 3. Это напряжение поступает на вход ждущего мультивибратора 23, который запускается и выдает импульсы длительностью 1,5 мс на первый вход второго логического элемента И 24 фиг. 8). Одновременно с выхода дифференцирования преобразователя 9 дифференциального тока на второй вход второго логического элемента И 24 поступают импульсы, соответствующие по длительности ширине основания модуля производной дифференциального тока. Происходит совпадение по времени сигналов на входах логического элемента И 24. Это приводит к появлению на выходе последнего единичного логического сигнала, который расширяется в расширителе 25 импульсов на величину, необходимую для срабатывания фазного органа 7. Пусковой орган 10 при этом также срабатывает. При совпадении сигналов от фазного 7 и пускбвого 10 орга.нов на входах логического элемента И 8 защита срабатывает.

При внешнем замыкании сигнал с выхода формирователя 3 опережает на 1,5-2 мс сигнал с выхода преобразователя 9 дифференциального тока (фиг.9). Поэтому к моменту поступления дифференциального тока на вход второго логического элемента И 24 на втором входе отсутствует сигнал, так как ждущий мультивибратор 23 через 1,5- 2 мс переходит в исходное состояние.

При этом, на выходе второго логического элемента И 24 отсутствует сигнал, т.е. последний не влияет на работу устройства защиты при внешних замьжя.ниях.

Формула изобретения

Устройство для дифференциальной защиты электроустановки по авт.св.

№ 907666, отличающееся

тем, что, с целью повьш1ения селективности в режиме замыкания большой части витков или всей последовательной обмотки автотрансформатора, в

него дополнительно введены второй логический элемент И, ждущий мультивибратор и расширитель импульса, при- чем вход ждуще1-о мультивибратора

125938810

подключен к выходу формирователя ния преобразователя дифференциально- входного логического сигнала, а вы- го тока, а выход подключен к входу ход - к входу второго логического расширителя импульса, выход которого элемента И, второй вход которого подключен к основному входу фазного объединен с выходом дифференцирова- органа.

Изобретение относится к области электротехники (релейной защите электроустановок j и может быть использовано для защиты сборных шин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов, реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов, крупных электродвигателей. Цель изобретения - повышение селективности в .режиме за« ю

-и,

on

oOfCn

-ЙФиг.

мумти

SuSpamop

Ф|/е.З

«г

gf

mфиг. 5

MStftufiu

MjfMtlTW$u5pam(

Фи€.7

Редактор И. Дербак

Составитель Л. Бондаренко Техред М.Ходанич

Заказ 5132/53Тираж 6J2Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор,В. Бутяга