Устройство для защиты реактора Советский патент 1987 года по МПК H02H7/22 

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

Целью изобретения является повыщение чувствительности защиты реакторов.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2-4 - эпюры, поясняющие его работу.

Устройство содержит датчик 1 тока (трансформатор тока), устанавливаемый в цепи защищаемого реактора 2, датчик 3 напряжения (трансформатор напряжения), подключенный к сети 4.

К выходу датчика 3 напряжения подключен вход фазоповоротного блока 5, к выходу датчика 1 тока - вход дифференциатора 6, к выходу фазорегулирующего блока 5 - вход инвертора 7. Выход дифференциатора 6 подключен к входу масщтабно- го усилителя 8 и входу первого формирователя 9 импульсов прямоугольного напряжения. Выход датчика 3 напряжения соединен через второй формирователь 10 импульс- сов прямоугольного напряжения с входом фор.мирователя 11 модуля. Выходы масштабного усилителя 8 и инвертора 7 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 12, выход которого через компаратор 13 подключен к второму входу блока 14 совпадения, к первому входу которого подключен выход первого формирователя 9 импульсов прямоугольного напряжения. Выходы блока 14 совпадений подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента И 15, выход которого через блок 16 задержки, ограничитель 17 д. штельности амплитуды, расщири- тель 18 импульсов, второй блок 19 задержки подключен к входу исполнительного органа 20.

Фазоповоротный блок 5 осуществляет сдвиг напряжения, поступающего на его вход в сторону отставания на угол до 3-5°. Дифференциатор 6 формирует выходной сигнал, пропорциональный первой производной тока реактора.

Инвертор 7 производит изменение знака входного напряжения на противоположный.

Масштабный усилитель 8 служит для согласования уровня рабочего сигнала, формируемого из тока реактора, с уровнем тормозного сигнала, формируемого из напряжения на реакторе.

Блоки 9 и 10 преобразуют соответствующие входные напряжения в напряжения прямоугольной формы с сохранением полярности, причем при напряжениях на их входах, близких к нулю, напряжения на ходах равны нулю.

Формирователь 11 модуля преобразует поступающее на его вход двуполярное прямоугольное напряжение в однополярное.

0

Сумматор 12 производит сложение мгновенных значений входных напряжений от блоков 7 и 8.

Компаратор 13 выполнен с духполярным порогом и формирует на выходе сигналы высокого (по модулю) уровня, совпадающие по знаку с входным сигналом, в интервалах превышения последним установленного порога. Если входной сигнал не превышает порога компаратора 13, то сигнал на его выходе равен нулю.

Блок 14 совпадения формирует однопо- лярный выходной сигнал высокого уровня при совпадении знаков сигналов, поступающих на его входы от блоков 9 и 13.

Первый блок 16 задержки осуществля- ет задержку сигнала на время ti 0,5-1 мс с целью предотвращения ложных срабатываний под действием импульсных помех.

Ограничитель 17 длительности импульсов формирует короткие импульсы пря.моуголь- ной формы из переднего фронта сигнала, поступающего от первого блока 16 задержки, с целью стабилизации длительности расширенных блоком 18 импульсов.

Расширитель 18 импульсов увеличивает длительность поступающих на его вход ко- 5 ротких импульсов на вре.мя Ю мс, т.е. до появления сигнала срабатывания в следующем полупериоде. При этом обеспечивается сплошной сигнал высокого уровня на выходе расширителя. Время задержки на срабатывание второго блока 19 за- 0 держки (1з) выбирается большим длительности одиночного рас1пиренного блоко.м 18 импульса, че.м обеспечивается отстройка защиты из ИЗЛИИ1НИХ срабатываний из-за переходных процессов в элементах схемы ta « 15 мс).

5 Исполнительный орган 20 обеспечивает отключение выключателя в цеии защищаемого реактора.

Устройство работает следующим образом.

Рабочий сигнал, пропорциональный току реактора и сдвинутый относительно него в сторону опережения на угол близкий к 90° (86-88°), последовательно формируется дифференциатором 6 и масилтабным усили- теле.м 8.

Тормозной сигнал фор.мируется из напря- 5 жения на реакторе путем его сдвига на небольшой угол (3-5°) в сторону отставания блоком 5 и инвертирования блоко.м 7.

В нормальном режиме (фиг. 2) ток и на- напряжение реактора сдвинуты на угол м„ 0 составляющий для исправного реактора 89,7-88,9°. Подстройкой рабочего сигнала по амплитуде на масштабном усилителе 8 и тормозного сигнала по фазе на фазопо- воротном блоке 5 с учетом инвертирования последнего на 7 в нормально.м режи- 5 ме обеспечивается равенство сигналов, поступающих на входы сумматора 12, по а.мпли- туде и сдвиг между ними по фазе на угол 180°. Поэтому сумма мгновенных значений

указанных сигналов близка к нулю. Компаратор 13 находится в несработанном состоянии (нуль на выходе). На выходе блока 14 совпадения сохраняется сигнал низкого уровня и срабатывания устройства не происходит.

При возникновении внутреннего повреждения реактора происходит уменьшение его сопротивления и угла, что приводит к увеличению тока через реактор и сдвигу его по фазе относительно напряжения в сторону опережения (фиг. 3). Теперь рабочий L e и тормозной и сигналы не компенсируются, так как рабочий сигнал, сформированный из тока, возрастает, а тормозной сигнал, формируемый из напряжения на реакторе, практически не изменяется. Кроме того, угол между U и Ug становится отличным от 180°, поэтому на выходе сумматора 12 появляется отличное от нуля напряжение, пропорциональное разности рабочего и тормозного сигналов. Если это напряжение превышает порог срабатывания компаратора 13, то на его выходе появляются двухполярные прямоугольные сигналы высокого уровня в интервалах превышения порога входным сигналом. Напряжение с выхода компаратора 13 поступает на второй вход блока 14 совпадения, на первый вход которого поступает сигнал IJo от первого формирователя прямоугольного напряжения 9 из тока. При совпадении указанных сигналов по знаку на выходе блока 14 совпадения появляется сигнал высокого уровня дл ительностью, равной времени совпадения. Этот сигнал поступает на второй вход логического элемента И 15, на первом входе которого присутствует постоянный сигнал высокого уровня с выхода формирователя И модуля, свидетельствующий о наличии напряжения в сети. Совпадение указанных сигналов обусловливает появление сигнала высокого уровня на выходе логического элемента И 15. Если длительность импульсов на выходе логического элемента И 15 (Uis) больше времени задержки ti - i 1 мс первого блока 16 задержки, то на выходе последнего появляется сигнал высокого уровня Ui6, который ограничивается по длительности в блоке 17, расширяется на время t2 я 10 мс в расширителе 18 и затем поступает на вход второго блока 19 задержки с временем задержки t:j 15 мс. Так как сигналы срабатывания повторяются в каждом полупериоде, то расширенные импульсы Ui8 перекрывают паузы между сигналами на входе расширителя Ui/ и на выходе блока 18 формируется непрерывный сигнал высокого уровня. Через время 1з срабатывает исполнительный орган 20, осушествляющий отключение реактора от сети.

В режимах оперативного или автоматического повторного включения линии с реактором переходный ток может содержать

o

5

0

5

0

5

0

5

0

5

значительную апериодическую слагаюпхую, ввиду чего измерительные трансформаторы тока (ТТ) могут работать со значительными погрешностями (фиг. 4). При этом в каждом периоде в большую из полуволн имеется интервал, в котором формы первичного и вторичного токов ТТ не совпадают. В этом интервале нарушается равенство рабочего и тормозного сигналов, что приводит к срабатыванию компаратора 13, а также блока 14 совпадения, логического эле.мен- та И 15, первого элемента 16 задержки, ограничителя 17 длительности импульсов, расширителя 18 импульсов. Так как в переходном процессе насышение ТТ происходит только при одной полярности тока (совпадаю- шей .по знаку с апериодической слагающей тока), то интервал между импульсами, поступающими с первог о блока 16 задержки через . 7 длительности импульсов на paciiiHpiiTe. ib 18 импульсов, превыишет время -i 10 мс. Поэтому выходной сигч ал расширителя 18 содержит интервалы напряжения низкого уровня. Так как время задер.жки второго блока 18 задержки выбирается больп1им длительности одиночного расширенного импульса (ta 15 мс). то C iri:a, i на исио/гнительный орган устройства не проходит.

При- отключен1П реактора от сети -або- чий сигнал, {рормируемый нз тока, отсутствует, а гормозной сигнал продолжает поступать на с мматор 12, что 1риводнт к срабатыванию компаратора 13, двухполярный сип-а.: с выхода к оторого поступает на второй вход б. юка 4 совпадения. Однако па первом входе блока 14 совпадения от формирователя 9 прямоугольпого напряжения из тока равен нулю, что обусловливает сохранение сигнала низкого уровня на его выходе, а значит и на всех последую- цих блоках. С.1сдовате,тьь о, ложного срабатывания защнть НС произойдет.

В режи. 1е отключения линии электропередачи (сети 4). к KOTOpoii подключен реактор 2, .может возникнуть колебательный процесс в контуре, состоящем из индуктивности реактора и емкости ли11ии (сети 4) относительно земли. При этом частота колебаний может существенно отличаться от промып1ленной и составлять 30-70 Гц. Для )ующих реакторов 100-1150 кВ, добротность которых весьма высока (более 300), изменение частоты в указанных пределах приводит к изменению угла реактора менее чем на +0,1 (arcta 300 89,8 arctg 300- 89,7: arclg- 300-gg- 89,9), что соответствует отпосите,1ьной iiorpeninocTn по действующему значению тока мепее 0,2%. Так как действующее значение тока через шунтирующий реактор обратно пропорционально частоте сети, а выходное напряжение дифференциатора 7 прямо пропорционально частоте входного сигнала, то уровень рабочего сигнала, формируемого по каналу

датчик 1 тока реактора, дифференциатор 6 и масштабный усилитель 8, при изменении частоты сети остается неизменным. Амплитуда сигнала на выходе фазоповоротно- 0 блока 5, осуществляющего в канале формирования тормозного сигнала небольшой корректирующий сдвиг (3-5) напряжения реактора, в незначительной степени зависит от частоты при изменении ее в диапазоне Гц. Действительно, коэффициент передачи стандартного активного фа- зоповоротного блока может быть представлен в виде

К

где Т - постоянная времени фазоповоротно- го блока 5, равная примерно 3-10 с при наибольшем угле сдвига 5

Расчет отношения модулей коэффициентов передачи при отклонении частоты сети на ±20 Гц от промышленной (50 Гц) обусловливает погрешность по уровню выходного сигнала блока ,3% и - 0,6%. Следовательно результирующий небаланс суммы рабочего и тормозного сигналов в нормальном режиме, от которого необходимо отстраиваться с помощью порога срабатывания компаратора 13, не превыщает 1%.

При замыкании небольщого числа витков (--5) сопротивление реактора, а следовательно, и ток через него изменяется не менее чем па 2%, поэтому чувствительность предложенного устройства оказывается достаточ ной для их выявления.

При повреждениях в цепях напряжения тормозной сигнал может отсутствовать, тогда от рабочего сигнала срабатывают компаратор 13 и блок 14 совпадения, подавая сигнал высокого уровня на второй вход логического элемента И 15. Однако при этом сигна., формируемый по каналу 10-11, будет равен нулю, чем обеспечивается блокирование срабатывания элемента И 15, а следовательно, и устройства в целом.

Использование изобретения позволяет повысить чувствительность защиты шунтирующих реакторов, оно обеспечивает выявление аварийного режима и отключение реактора в ранней стадии развития повреж- аения, когда разрушению подвергается лишь

обмотки и не затронуты магнитопро- вод, фарфоровые опорные изоляторы и другие основные части конструкции. Это позволяет сохранить реактор ремонтопригод- ны.м и сократить расходы на его восстановление.

Формула изобретения

Устройство для защиты реактора, содержащее датчик напряжения, вход которого включается в сеть, к которой подсоединен защищаемый реактор, а выход подключен к входу фазоповоротного блока, датчик тока, первичная обмотка которого подключается между реактором и сетью, первый и второй формирователи импульсов прямоуго.тьного напряжения, дифференциатор, блок совпадения, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов

прямоугольного напряжения, к входу которого подключен выход дифференциатора, первый блок задержки и цепочку из последовательно соединенных расширителя импульсов, второго блока задержки и исполнительного органа, отличающееся тем,

что, с целью повышения чувствительности защиты, в него дополнительно введены инвертор, масщтабный усилитель, формирователь модуля, вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов прямоугольного напряжения, сумматор, компаратор, логический элемент И и ограничитель длительности импульсов, выход которого подключен к входу расширителя импульсов, а вход - к выходу первого блока задержки, соединенного входом с выходом логического элемента И, к первому входу которого подсоединен выход формирователя .модуля, а к второму входу - выход блока совпадения, второй вход которого соединен с выходом компаратора, соединенного входом с выходом сумматора, первый

и второй входы которого подключены соответственно к выходу маснлтабного усилителя и инвертора, а их входы - соответственно к выходам дифференциатора и фазоповоротного блока, при этом входы дифференциатора и второго формирователя прямоугольного напряжения соединены соответственно с выходами датчика тока и датчика напряжения.

Изобретение относятся к электротехнике, а именно к релейной защите от внутренних повреждений шунтирующих реакторов. Целью изобретения является повышение чувствительности защиты. Указанная цель достигается введением в устройство инвертора 7, масштабного усилителя 8, формирователя модуля I I. В устройстве производится сравнение мгновенных значений рабочего и тормозного сигналов, причем в нормальном режиме они равны, а нри повреждении реактора 2 появляется сигнал рассогласования. Предусмотрено блокирование устройства при пропадании напряжения, а также при работе измерительных трансформаторов тока с погрен1ностями. 4 ил. со о 4 ISD

3lUp} .)

физ.