Устройство для дифференциальной защиты трансформатора Советский патент 1986 года по МПК H02H3/28 H02H1/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты, и может быть использовано для защиты трансформаторов и автотрансформаторов.

Цель изобретения - повыщение быстродействия устройства для защиты трансформатора и автотрансформатора при коротких замыканиях, сопровождающихся тяжелыми переходными процессами.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для защиты трансформатора; на фиг. 2 и 3 - эпюры выходных сигналов переходного процесса при апериодическом и периодическом бросках тока намагничивания соответственно; на фиг. 4 - эпюры переходного процесса тока КЗ при максимальной апериодической слагающей и глубоком насыщении трансформаторов тока; на фиг. 5 - эпюры переходного процесса тока КЗ при отсутствии апериодической слагающей.

Устройство для дифференциальной защиты трансформатора (фиг. 1) содержит трансформаторы 1 тока,установленные по сторонам силового трансформатора и подключенные к дифференциально-фазному реле 2, блок 3 фиксации признака броска тока намагничивания, содержащий блок 4 преобразования, формирователь 5 контрольного сигнала, логический элемент И-НЕ 6, функциональный преобразователь 7, компаратор 8 и блок 9 выдержки времени, пороговый элемент 10 и блок 11 управления.

Первый выход дифференциально-фазного реле 2 соединен с первым входом блока 3, являющимся входом блока 4 преобразования, выход которого является входом формирователя 5 контрольного сигнала. Два выхода формирователя 5 контрольного сигнала являются входами логического элемента И-НЕ 6. Вход функционального преобразователя 7, являющийся вторым входом блока 3, и вход порогового элемента 10 объединены и подключены к второму выходу дифференциально-фазного реле 2. Два выхода функционального преобразователя 7 подключены к компаратору 8, выход которого является входом блока 9 выдержки времени. Выходы логического элемента И- НЕ 6 и блока 9 выдержки времени, являющиеся выходами блока 3, а также выход порогового элемента 10 подключены к блоку 11 управления, выход которого подключается к управляющему входу дифференциально-фазного реле 2.

Конкретная реализация предлагаемого .устройства может быть следующей. Трансформаторы 1 тока выполнены из общеизвестных высоковольтных измерительных грансформаторов тока.

Дифференциально-фазное реле ,2 может быть выполнено, например, по схеме, содержащей блок 12 датчиков тока, первые два выходы которых соединены с блоком 13 преобразования входных величин, выходы которого подключены к двум входам двуплечего блока 14 сравнения, первый выход которого подключен к блоку 15 управления углом блокировки, а два других соединены с фазным блоком 16. Первый управляющий вход фазного блока 16 подключен к выходу блока 15 управления углом блокировки, а второй управляющий вход является управляющим входом дифференциально-фазного реле 2. Между третьими выходами блока 12 датчиков тока и двуплечего блока 14 сравнения включен преобразователь 17 дифференциального тока, первый выход которого является вторым выходом . дифференциально-фазного реле 2 и подключен к входу пускового блока 18, а второй выход является первым выходом дифференциально-фазного реле 2. Выход логического элемента И 19, входами которого являются выходы фазного 16 и пускового 18 блоков, является основным выходом дифференци0 ально-фазного реле 2.

Блок 12 датчиков тока реле содержит промежуточные датчики тока, первичные обмотки которых являются входами блока 12 датчиков тока, одни одноименные концы вторичных обмоток являются первыми двумя 5 выходами блока 12 датчиков тока, а другие одноименные концы объединены и являются третьим выходом.

Блок 13 преобразования входных величин реле содержит многоплечевой диодный полумост, катоды и аноды которого объединены и являются его выходами.

Двуплечий блок 14 сравнения реле состоит из последовательно соединенных двух резисторов и двух стабилитронов.

Блок 15 управления углом блокировки реле может быть выполнен по общеизвестной схеме блока нелинейности, выход которого является выходом блока 15 управления углом блокировки.

Фазный 16 и пусковой 18 блоки реле выполнены по схеме регулирующего органа с

выдержкой времени и без выдержки времени соответственно на операционных усилителях.

Преобразователь 17 дифференциального тока реле выполнен, например, по схеме, со, держащей два разделительных трансформатора 20 и 21, первичные обмотки которых включены последовательно и являются входами преобразователя 17 дифференциального тока, а вторичная обмотка разделительного трансформатора 20 под0 ключена к выпрямительному мосту 22, выход которого является первым выходом преобразователя 17 дифференциального тока, вторичная обмотка разделительного трансформатора 21 подключена к резистору и является вторым выходом преобразователя 17.

5 Блок 4 преобразования содержит активный дифференциатор 23, вход которого является входом блока 4, а выход подключен к активному двухполупериодному выпряМигелю 24, выходкоторого является выходом блока 4 преобразования. Формирователь 5 контрольного сигнала содержит ждущий мультивибратор 25 и компаратор 26. Вход компаратора 26 является входом формирователя 5 контрольного сигнала, а выход является первым выходом формирователя 5 и подключен к ждущему мультивибратору 25, выход которого является вторым выходом формирователя 5 контрольного сигнала. Функциональный . преобразователь быть выполнен, например, по схеме содержащей интегрирующее 27 и дифференцирующее 28 звенья, входы которых объединены и являются входом функционального преобразователя 7, а их выходы - его выходами, компаратор 29, вход которого подключен к выходу дифференцирующего звена 28, а выход к транзисторному ключу 30, выход которого подключен к выходу интегрирующего звена 27. Блок 9 выдержки времени в свою очередь содержит транзисторный ключ 31, база которого является входом блока 9, зарядную RC-цепь и компаратор 32, выход которого является выходом блока 9 выдержки времени. Пороговый элемент 10 может быть выполнен на операционном усилителе. Блок 11 управления выполнен по схеме .ИЛИ расщирения импульсов с использованием логических элементов И-НЕ 33 и 34. .т n lWrvriA JJIt,IYItn J VJD 11-, %JtJ n UT. Устройство защиты работает следующим образом. Сигналы от датчиков тока (блок 12), пер.вличныё обмоткятсгугорьпгподключены к трансформаторам 1 тока плеч защиты, разделяются по знаку полупериода с помощью блока 13 преобразования входных величин и поступают на входы блока 14 сравнения, При внутренних КЗ и периодических бросках тока намагничивания током в течение Каждого периода обтекаются попеременно Ъба резистора блока 14 сравнения и если напряжение на стабилитронах блока 14 сравнения не превыщает напряжения стабилизации UCT, то в фазном блоке 16 и по обмоткам разделительных трансформатоi joB 20 и 21 преобразователя 17 дифферен циального тока протекает переменный ток. ,Если напряжение на стабилитронах блока 14 сравнения превыщает Ост, то. часть тока шунтируется стабилитронами и в фазном блоке 16 протекает переменный ток с drpaниченной амплитудой. В указанных выше режимах на входе блоке 15 управления углом блокировки напряжение с выхода блока 14 сравнения не превышает UCT, поэтому блок 15 не вырабатывает управляющего сигнала для фазного блока 16. Защита срабатывает, если срабатывают фазный 16 и пусковой 18 блоки, представляющие реагирующие органы с выдержкой и без выдержки времени соответственно, и на выходе логического элемента И 19 появляется, сигнал отключе1гия. F исходном с.остоя} им с РЗЫхода блока I1 управления на пторой управляющий вход фазного блока 16 поступает :игнал запрещения срабатывания. Задача блока 3 фиксации прнз)1ака брос.а тока намагничивания устройства защиты заключается в идентификации режима внутреннего КЗ и снятии сигнала запрещения с второго управляющего входа фазного блока 16. В основу принципа действия первог(3 канала блока 3 фиксации признака броска тока намагничивания, содержащего блок 4 преобразования, формирователь 5 контрольного сигнала, логический элемент ИНЕ 6, положено то свойство, что форма апериодического броска тока намагничивания представляет собой последовательность пикообразных импульсов, максимальная длительность которых не превыщает 13,5 мс и форма периодического броска тока намагничивания представляет собой последовательность периодических импульсов, максимальная длительность которых не превышает 16,6 мс, а между импульсами следуют бестоковые паузы (фиг. 2, 3). Однако вследствие постоянной времени апериодического -броска тока намагничивания последняя плохо трансформируется трансформаторами тока плеч защиты и датчиками тока устрой-, ства защиты, при этом в кривой броска тока намагничивания вместо пауз появля-, отрицательные пблуволны малой крутизны (фиг. 2). Для восстановления бестоковых пауз в блоке 4 преобразования дифференциатор 23 дифференцирует входной сигнал. Сигнал с выхода дифференциатора 23 выпрямляется активным двухполупериод ш выпрямителем 24 и запускает формирователь 5 контрольного сигнала на,уровне несколько ниже порога срабатывания дифференциально-фазного реле 2 защиты. Ждущий мультивибратор 25 при этом вырабатывает блокирующий сигнал на логический элемент И-НЕ 6 длительностью 17 мс. Бла Д Р режиме броска тока намаг ичивания на выходе логического элемента И-НЕ 6 постоянно присутствует логическая единица (фиг. 2 и 3). При внутренних коротких замыканиях в производной тока короткого замыкания через 17 мс нет бестоковых пауз (фиг. 5) и на выходе логического элемента И-НЕ 6 появляется логический ноль, который запоминается на некоторое время блоком 11 управления и снимает сигнал запрещения с второго управляющего входа фазного блока 16 дифференциально-фазного реле 2. Однако Три кратностязс внутреннего короткого заМЫ кания, не превышающих максимальное значение броска тока намагничивания и содержащих максимальное значение апериодической составляющей в производной тока короткого замыкания, через 17 мс с начала переходного процесса появляются бестоковые паузы вследствие насыщения трансформаторов тока п.леч защиты (фиг. 4). Поэтому первый канал блока фиксации признака броска тока намагничивания дает аадержку в срабатывании дифференциально-фазного реле.

Задача второго канала блока 3 фиксации п)изнака броска тока намагничивания, содержап1его функциональный преобразователь 7, компаратор 8, блок 9 выдержки времени состоит в выявлении режима внутрен негн короткого замыкания с максимальной апериодической составляющей, когда воз можно значительное насыщение трансформаторов тока плеч защиты и, следовательно, задержки в срабатывании реле.

В основу принципа действия второго ка/1ала блока фиксации признака броска тока намагничивания положено то свойство, что форма кривой тока короткого замыкания с максимальной апериодической составляющей отличается от формы кривой апериодического броса тока Намагничивания с максимальной щириной основания {фиг. 2 и 4). Анализ формы сигнала, пропорционального модулю дифференциального тока, поступающего с первого выхода преобразователя 17 дифференциального тока, осуществляется функциональным преобразователем 7, содержащим, например, дифференцирующее 28 и интегрирующее 27 звенья. Компаратор 29 и транзисторный ключ 30 производят сброс заряда конденсатора интегрирующего звена 27 в момент перехода через ноль производной модуля дифференциального тока. Компаратор 8 сравнивает сигналы с выхода функционального преобразователя 7, а блок 9 выдержки времени контролирует время с .начала переходного процесса до точки пересечения этих сигналов. В режиме внутреннего короткого замыкания с начаьным углом .60°, т.е. при наличии максимальных апериодических слагающих, контролируемое время всегда больше, чем при бросках тока намагничивания с максимальной щириной основания. Время выдержки t блока 9 выдержки времени определяется по выражению

tB 1кБТН4- 1эапж 3,5- 4,0 мс,

где 1кБТН - контролируемое время при апериодических бросках тока намагничивания с максимальной шириной основания, принимается 3-3,5 мс; 1ап.жО,5мс время запаса.

При превышении контролируемого времени 4 мс, что соответствует внутреннему Короткому замыканию с начальным углом

/.50(фиг. 4), на выходе блока 9 выдержк времени появляется логический нуль, фикс1 - рующий наличие максимальной апериодической слагающей, который также запоминается на некоторое время блоком 11 управле ния и разблокировывает фазный блок 16 дифференциально-фазного реле 2.

При очень больших токах внутренних коротких замыканий, првышающих максиг зльные значения броска тока намагничивания, представляющих значительную опасность для устойчивости работы системы, срабатывает пороговый элемент 10 и аналогично описанному выще разблокировывает фазный блок 16 дифференциально-фазного реле, чем обеспечивается наиболее высокое быстродействие защиты.

Формула изобретения

Устройство для дифференциальной зЗщиты трансформатора, содержащее трансформаторы тока, установленные по концам

защищаемого объекта, вторичные обмотки

.которых подключены к рабочему входу дифференциально-фазного реле, блок фиксации

признака броска тока намагничивания, по-

5 роговый элемент, при этом второй вход блоки фиксации признака броска тока намагни чивания и вход порогового элемента объеди- нены между собой и присоединены к второму выходу дифференциально-фазного реле, а также блок управления, входы которого

& соединены с выходами блока фиксации признака броска тока намагничивания и порогового элемента, а выход соединен с управляющим входом дифференциально-фазного реле, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия при коротких замы5 каииях, сопровождающихся переходными процессами, блок фиксации признака броска тока намагничивания содержит блок преобразования, формирователь контрольного сигнала, логический элемент И-НЕ, функци- ональный преобразователь, компаратор и блок выдержки времени, при этом первый выход дифференциально-фазного реле соединен с первым входом блока фиксации признаку броска тока намагничивания, к которому подключен вход блока преобразования,

5 выход которого соединен с формирователем контрольного сигнала, два выхода которого подключены к логическому элементу И-НЕ, второй вход блока фиксации признака броска токд намагничивания соединен с входом функционального преобразователя,

0 выход которого через компаратор соединен с входом блока выдержки времени, выход которого и выход логического элемента И-НЕ подключены к выходам блока фиксации признака броска тока намагничивания.

t

изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите электроустановки, и может быть использовано для защиты трансформаторов и авто-, трансформаторов. Цель изобретения - повыщение быстродействия при коротких замыканиях, сопровождающихся тяжелыми переходными процессами. Устройство содержит трансформаторы 1 тока, установленные по концам защищаемого объекта, к вторичным обмоткам которых присоединено дифференциально-фазное реле 2, и блок 3 фиксации признака броска тока намагничивания. Дифференциально-фазное реле 2 содержит блок 13 преобразования входных сигналов, двуплечий блок 14 сравнения, блок 15 управления углом блокировки. Между дифференциально-фазным реле 2 и блоком 3 фиксации признака броска тока намагничивания включен блок 11 управления. Повыщение быстродействия достигается тем, что блок 3 фиксации признака броска тока намагничивания содержит блок 4 преобразования, формирователь 5 контрольного сигнала, элемент 6 И-НЕ, функциональный преобразователь 7, компаратор 8 и блок 9 выдержки времени. Высокое быстродействие (Л достигается тем, что пороговый элемент 10 разблокирует блок 16 через блок 11 управления при очень больщих токах внутренних коротких замыканий. 5 ил. ГС to со

11 II II ir

nn

J

г