Устройство для защиты реактора Советский патент 1986 года по МПК H02H7/22 

Изобретение относится к технике релейной защиты электрических станций и подстанций, а именно к устройствам для защиты от внутренних повреждений шунтирующих реакторов, включенных в цепи установок поперечной компенсации реактивной мощности.

Целью изобретения является повышение быстродействия защиты.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие принцип действия устройства в нормальном режиме и при витковых замыканиях в реакторе; на фиг. 3 - эпюры, поясняющие работу устройства в переходном процессе включения исправного реактора в сеть.

Устройство содержит датчик 1 тока (трансформатор тока) в цепи защищаемого реактора 2, датчик 3 напряжения (трансформатор напряжения), подключенный входом к сети 4, первый фазоповоротный блок 5, входом подключенный к выходу датчика напряжения, а выходом - к первому формирователю 6 прямоугольного напряжения, второй фазоповоротный блок 7, входом подсоединенный к выходу датчика 1 тока, а выходом - к входу второго формирователя 8 прямоугольного напряжения, выход которого подсоединен к входу дифференциатора 9, выход которого подключен к входу третьего формирователя 10 прямоугольного напряжения, выход которого подключен к второму входу блока 11 совпадений, первый вход блока совпадений подсоединен к выходу блока 6, а выход блока совпадений- к цепочке, состоящей из последовательно соединенных- второго блока 12 задержки, расщирителя 13 импульсов, первого блока 14 задержки и исполнительного органа 15.

Фазоповоротные блоки 5 и 7 предназначены для получения угла между напряжениями Us и и на их выходе, равного л и независящего от изменения частоты сети в допустимых пределах (47, Гц). Кроме того, фазоповоротный блок 5 обеспечивает частичное поглощение высщих гармоник и напряжения сети, а фазоповоротный блок 7 - поглощение апериодической составляющей тока реактора в переходных процессах. Для этого фазоповоротный блок 7 выполнен в виде инвертирующего активного дифференциатора со сглаживанием второго порядка. С учетом инвертирования напряжение UT отстает от тока реактора на угол, несколько меньщий я/2 (около 80°). В первом фазоповоротном блоке 5 осуществляется сдвиг выходного напряжения Us по отнощению к входному в сторону отставания на угол, дополняющий разность фаз между Us и и до л, т.е. на угол около 10°, Этот фазоповоротный блок может быть выполнен на интегрирующей RC-цепочке с регулируемым резистором, подключенной к входу операционного усилителя. При выбранных значениях углов сдвига уход угла от изменения частоты сети на ±3 Гц составляет ± 0,6° в обоих фазоповоротных блоках, в результате угол между Us и U не изменяется.

Первый 6 и второй 8 формирователи прямоугольного напряжения выполняются на высокочувствительных операционных усилителях с положительной обратной связью. Третий формирователь 10 прямоугольного

напряжения выполняется по схеме компаратора с зоной нечувствительности, чем обеспечивается несрабатывание устройства при отключенном реакторе 2.

Дифференцирующий элемент 9 служит для формирования импульса заданной длительности в момент перехода тока реактора через ноль.

Блок 11 совпадения выполнен на базе компаратора со смещением (например, отрицательным) таким образом, что при неQ совпадении знаков входных сигналов или при наличии на одном из входов «нуля напряжение на выходе 11 соответствует логическому «нулю, а при совпадении знаков (положительных или отрицательных) на выходе появляется логическая «единица.

5 Второй блок 12 задержки осуществляет задержку входного импульса на время tj,определяемое уставкой защиты по углу фуст. срабатывания ti фуст./со, где со - круговая частота сети.

Расщиритель 13 импульсов осуществляет увеличение длительности коротких импульсов, поступающих с блока 12, на время t2 15 мс. Первый блок 14 задержки на время ta 20 мс предназначен для обеспечения правильной работы устройства при кратковременном срабатывании блока 11

под воздействием переходных процессов или импульсных помех. Исполнительный орган 15 воздействует на цепи отключения реактора от сети.

Устройство работает следующим образом.

0 В нормальном режиме (на фиг. 2 до линии возникновения витковых к.з.) угол между током и напряжением определяется углом исправного реактора и равен фо, значение которого обычно составляет 89.8- 89,9°. Первый фазоповоротный блок 5 осу5 ществляет сдвиг напряжения, поступающего от датчика 3 напряжения, на угол оС 1« 10° в сторону отставания. Второй фазоповоротный блок 7 осуществляет сдвиг тока реактора на угол а2 80° в сторону опережения и инвертирования, причем f. .

В результате этого напряжения Us и U в нормальном режиме находятся в . противофазе. После преобразования в блоке 6 прямоугольное напряжение Ue поступает на первый вход блока 11 совпадения. Сигнал с выхода блока 7 с помощью цепочки, состоящей из последовательно соединенных второго формирователя 8 прямоугольного напряжения, дифференциатора 9 и

третьего формирователя 10 прямоугольного напряжения, преобразуется в импульсы заданной длительности обеих полярностей в моменты перехода напряжений U через ноль. Длительность этих импульсов должна быть в 1,5-2 раза больше максимальной уставки защиты по углу и может регулироваться изменением постоянной времени дифференциатора 9. Напряжение с выхода блока 10 поступает на второй вход блока I1 совпадения. Так как сигналы, приходящие на входы блока 11 от блоков 6 и 10, не совпадают по знаку, то на его выходе, а также на всех последующих блоках будут логические «нули и исполнительный орган 15 не сработает.

При возникновении в обмотке реактора 3 виткового замыкания происходит увеличение потоков рассеяния вследствие размагничивающего действия закороченных витков, что приводит к увеличению активных потерь, а следовательно, к увеличению активной составляющей тока реактора. В результате угол между током и направлением уменьшается. Если это уменьшение угла превысит уставку (фиг. 2, от линии момента виткового К.З.), то в каждом полупериоде (с интервалом 10 мс при частоте сети 50 Гц) будет иметь место совпадение импульсов с выходов формирователей 6 и 10 прямоугольных напряжений Длительность импульсов на выходе блока 11 совпадения будет пропорциональна приращению угла между током и напряжением реактора. В блоке 12 задержки обеспечивается ограничение длительности поступающих импульсов на время, определяемое уставкой защиты по углу срабатывания ./a).

Если длительность импульсов On больще времени задержки ti, то ограниченный по времени сигнал с выхода блока 12 задержки поступает на вход расширителя 13 импульсов, где расширяется на время t2 около 15 мс (при частоте в сети 50 Гц). Так как интервалы между импульсами Ui2 меньше времени t2, то на выходе расширителя появляется непрерывный сигнал логической «единицы и 13, который поступает на вход блока 14 задержки с временем задержки ta 20 мс. Через время ts на выходе блока задержки появляется сигнал, который поступает на исполнительный орган 15 и приводит к его срабатыванию. Защита срабатывает.

Если произошло автоматическое повторное включение (АПВ) линии с исправным реактором под напряжение, когда через реактор протекал медленно (до 5 с) затухающий апериодический ток, близкий к номинальному, то возможно глубокое насыщение магнитопровода трансформатора тока (датчика 1 тока) и форма тока на его выходе будет сильно искажена (фиг. 3). Это приведет к еще более существенному искажению формы напряжения Uy, так как второй фазоповоротный блок 7 выполняет частичное дифференцирование входного сигнала. В результате искажений могут возникнуть ложные импульсы совладения на входах блока 11 совпадения. Импульсы с выхода

блока 11 совпадения поступают на вход второго блока 12 задержки, где задерживаются на время ti. Если длительность импульсов на входе блока 11 совпадения больше времени задержки ti, то ограниченные по длительности импульсы с выхода блока 12

задержки поступают на вход расширителя 13 импульсов, где расширяются на время около 15 мс. Так как в переходном процессе насыщение магнитопровода трансформатора тока (датчика 1 тока) происходит

г только при одной полярности тока, совпадающей по знаку с апериодической составляющей, то интервал между следующими один за другим ложными импульсами совпадения, поступающими на расширитель 13, всегда больше указанного времени расшире0 кия. Поэтому на выходе расширителя 13 будут нулевые интервалы между расширенными импульсами. Блок 14 задержки от таких импульсов не сработает, так как его время действия принимается большим времени расширения в расширителе 13 ().

По истечении t2 на выходе блока 14 задержки появляется пауза (логический «нуль), в течение которой происходит полный сброс набранного времени. Следовательно, не сработает и исполнительный орган 15

защиты. Аналогично происходит отстройка от одиночных ложных импульсов, которые могут возникнуть, например из-за инерционности фазоповоротных блоков 5 и 7, помех и других причин.

В режиме отключения с обоих концов

, линии электропередачи с подключенными к ней реакторами может возникнуть колебательный процесс в контуре, состоящем из индуктивности реакторов и емкости линии относительно земли. При этом частота колебаний может существенно отличаться от

0 промышленной и составлять от 30 до 60 Гц. Так как добротность реактора очень высокая, то указанное изменение частоты не приведет к заметному изменению угла между током и напряжением реактора. Например, для реактора типа РОДЦ-110000/750

на частоте 50 Гц фо 89,9°, а на частоте 30 Гц - 89,8°. Более существенная погрешность в этом случае может быть по углу между напряжениями на выходах фазоповоротных блоков 5 и 7. Так смещение

угла в блоке 5 при частоте 30 Гц составит 5,6°, а в блоке 7 - около 6°. При этом взаимное расхождение угла между Us и U не превысит О,-4°, что значительно ниже уставки защиты, и, следовательно, не приведет к ее излишнему срабатыванию.

5 Использование предлагаемого устройства позволяет выполнить чувствительную и быст.родействующую защиту шунтирующего реактора от витковых замыканий.

Формула изобретения Устройство для защиты реактора, содержащее датчик тока, включенный в цепь защищаемого реактора, датчик напряжения, входом соединенный с сетью, в которую включен заншщаемый реактор, первый фазоповоротный блок, выход которого подключен к входу первого формирователя импульсов прямоугольного напряжения, второй формирователь импульсов прямоугольного напряжения, к выходу которого подключен дифференциатор, блок совпадений, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов прямоугольного напряжения, первый блок задержки, вход которого соединен с выходом расщирителя импульсов, а выход - с входом исполнительного органа, отличающееся тем, что, с целью

повыщения быстродействия защиты, в него введены второй фазоповоротный блок, подключенный входом к выходу датчика тока, третий формирователь импульсов прямоугольного напряжения и второй блок задержки при этом выход датчика напряжения соединен с входом первого фозоповоротного блока, выход второго фазоповоротного блока подключен к входу второго формирователя импульсов прямоугольного напряжения,, выход дифференциатора соединен с входом третьего формирователя импульсов прямоугольного напряжения, выход которого подключен к второму входу блока совпадений, а выход блока совпадений соединен с входом второго блока задержки, выход которого подключен к входу расщирителя импульсов.

Изобретение относится к технике релейной защиты электрических станций и подстанций, а именно к устройствам для защиты от внутренних повреждений щунтирующих реакторов, включенных в цепи установок поперечной компенсации реактивной мощности. Целью изобретения является повышение быстродействия защиты. Цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены второй фазоповоротный блок 7, третий формирователь импульсов прямоугольного напряжения 10 и второй блок задержки 12. Это позволяет при витковом коротком замыкании в обмотке реактора 2 обеспечить длительность импульсов на i выходе блока совпадений 11 пропорциональ(Л ной приращению угла между током и напряжением реактора. Блок задержки 12 ограничивает длительность поступающих импульсов на время, определяемое уставкой- защиты но углу срабатывания. 3 ил. 1С О5 сл со ISD

1/7