Устройство для токовой направленной ступенчатой защиты в сети переменного тока Советский патент 1988 года по МПК H02H3/08 H01H69/01 

(61) 1365217

(21)А079982/2А-07

(22)26.06.86

(46) 15.05.88. Бюл. № 18

(71)Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова

(72)Л.А.Лысцова, В.Е.Поляков и .Федотов

(53) 621.316.925 (088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 1365217, кл. Н 02 Н 3/08, 1984.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ СТУПЕНЧАТОЙ ЗАЩИТЫ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

(57) Кзобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения - повышение удобства эксплуатации. Данное устройство обеспечивает блокирование работы зап(иты при наличии сигнала на выходе в результате невозврата в исходное состояние после очередной самопроверки. 1 ил.

СО QD

(Х INO

Ю

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты электрических систем, выполненным на основе статических реле, и является дополнительным к изобретению по авт.св„ № 1365217,

Цель изобретения - повышение удобства эксплуатации.

На чертеже показана функциональ- ная схема устройства, : Устройство для токовой направлен- иости ступенчатой защиты в сети переменного тока содержит измерительный :блок 1, включающий пусковые органы 2, количество которых равно числу ступе- :ней защиты. Каждый пусковой орган 2 состоит из согласующего элемента 3, последовательно соединенного через элемент преобразования 4 с первым :Входом элемента 5 сравнения, к второ- |му входу которого подключен формиро- |Ватель 6 опорной величины, орган 7 Направления мощности., состоящий из согласующего элемента 8 сложения, выход которого подк почен к элементу 9 преобразования суммы,, из согласующего элемента 10 вычитания, выход которого подключен к элементу 11 преобразования разности, выход которого, как и элемента 9, подключен к блоку 12 сравнения, формирлтощйй блок 13, содержащий в каждой из ступеней элементы И 14, органы 15 временных; за- держек, органы 16 сиз-нализации о ра- боте соответствующей ступени, а также первый элемент ИЛИ 17, исполнительный орган 18, выполненный на элементе ЗАПРЕТ, первый элемент НЕ 19,, первый - четвертый элементы И- 20-23, орган 24 сигнализации о срабатывании защиты, моностабильньй элемент 25, первый - третий элементы 26-28 задержки, первый и второй RS-триггеры 29 и 30, второй - седьмой элементы ИЛИ 31-36, орган 37 сигнализации о неисправностях в защите, счетчик 38 регистрации числа самопроверок защиты и разделительные диоды 39, второй элемент НЕ ДО, пятый элемент И 41 и восьмой элемент ШШ 42,

Устройство работает следующим образом.

При внешнем коротком замыкании, когда ликвидация повреждения происходит защитами повреяоденного элемента, кратковременно срабатывают пусковые органы измерительного блока 1, реагирующие на внешние замыкания. Сиг

«

0

5

нал с выхода наиболее чувствительного пускового органа 2 последней ступени защиты подается на S-вход первого триггера 29, ас его выхода - на вход второго элемента 27 задержки. После отключения внещнего короткого замыкания сигнал с S-входа первого триггера 29 снимается, но на его выходе он запоминается до момента поступления сигнала на R-вход, Через время, большее времени надежного отключения устойчивого внешнего короткого замыкания резервными защитами при неуспешном АПВ, появляется сигнал на вы- .ходе второго элемента 27 задержки и - поступает на второй вход третьего элемента И 22, на второй вход третьего элемента ИЛИ 32, ас выхода последнего - на инверсный вход исполнительного органа 18 и через четвертый элемент ИЛИ 33 на вход первого элемента 26 задержки. С выхода второго элемента 27 задержки сигнал через первый разделительный диод 39 подается на второй вход элемента 5 сравнения пускового органа 2 первой ступени защиты, а через седьмой элемент ИЛИ 36 - на первый вход блока 12 сравнения органа 7 направления мощности, В результате увеличения сигнала на втором входе элемента 5 сравнения пускового органа 2 первой ступени защиты по сравнению с сигналом на ее первом входе, подаваемым от формирователя опорной величины 6, происходит срабатывание элемента сравнения и сигнал появляется на его выходе, являющемся выходом первого пускового органа 2 измерительного блока 1, Так как на первом входе блока 12 сравнения органа 7 направления мощности произощло увеличение сигнала rfo сравнению с вторым входом, происходит его срабатывание и сигнал появляется на выходе органа 7 направления мощности измерительного блока 1, С выхода пускового органа 2 сигнал поступает :на первый вход элемента И 14 первой ступени формирующего блока 13, на второй вход четвертого элемента И 23, а через второй 31 и четвертый 33 элементы ИЛИ - на вход первого элемента 26 задержки, С выхода органа 7 направления мощности измерительного блока 1 сигналы подаются на вторые входы элементов И 14 всех ступеней формирующего блока 13. Так как сигналы имеются на обоих входах элемента И 14

только первой ступени формирутощего блока 13, то вначале осуществляется проверка работоспособности только первой ступени защиты. При исправном состоянии элемента И 14, органа 15 временной задержки и органа 16 сигнализации о срабатывании первой ступени формирукядего блока 13 сигнал доявляется на выходе последнего и через |Q на выходах всех остальных пусковых

первый элемент ИЛИ 17, через моностабильный элемент 25 подается на прямой вход исполнительного органа 18 и на первый.вход пятого элемента

органов 2 измерительного блока, с в ходов которых они поступают на соот ветствующие входы второго элемента ИЛИ 31 и первые входы элементов И

И 41. На инверсном входе исполнитель- 5 соответствующих ступеней формирующего но органа 18 сигнал также имеется, поэтому он не работает. На втором входе пятого элемента И 41 сигнал отсутствует, поэтому он отсутствует и

блока 13. Первая ступень защиты возвращается в исходное состояние, так

как исчезают сигналы на выходе элг.- мента И 14, входах и выходах органа

на выходе данного элемента, а на тре-20 15 временной задержки, органа 15 скгнализации о срабатывании первой ступени, первого органа элемента ЮТИ 17, моностабильного элемента 25, на прямом входе исполнительного органа 18 и на первом входе пятого элемента И 41. Остальные ступени формирующего блока 13 начинают проверяться.

тьем входе его, связанном с выходом второго элемента НЕ 40, сигнал имеется, С выхода моностабильного элемента 25 сигнал поступает на первый вход третьего элемента И 22, на второй вход которого сигнал пришел с выхода второго элемента 27 задержки Работает третий элемент И 22, и с его выхода сигнал подается на S-вход второ го триггера 30j появляясь на его вы- ходе. С выхода второго RS-триггера 30 сигнал поступает на вход третьего элемента 28 задержки, через третий элемент ИЛИ 32 - на инверсный вход исполнительного органа 18 и через четвертый элемент ИЛИ 33 - на вход первого элемента 26 задержки, на второй вход седьмого элемента ИЛИ 30 и на входы всех разделительных диодов 39, кроме первого, а через пятый элемент ИЛИ 34 сигнал подается на R-вход первого триггера 27, исчезая на выходе последнего, на входе и выходе второго элемента 27 задержки, на втором входе третьего элемента ,ШШ 32, на втором входе третьего элемента И 22, на первом входе седьмого элемента ИЛИ 36 и на входе первого разделительного диода 39. В результате исчезновения сигнала на входе первого разделительного диода 39 исчезает сигнал на его выходе и пусковой орган 2 первой ступени возвращается в исходное состояние, но срабатьтают пусковые органы 2 всех остальных ступеней защиты, так как через соответствующие разделительные диоды 39 сигналы поступают на вторые входы их сравнивающих частей, а орган 7 нап

равления мощности остается в сработанном состоянии. Исчезает сигнал на выходе первого пускового органа 2 и связанных с ним первом входе второго элемента ИЛИ 31, первом входе элемента И 14 первой ступени формирующего блока 13 и на втором входе четвертого элемента И 23. Появляются сигналы

на выходах всех остальных пусковых

органов 2 измерительного блока, с выходов которых они поступают на соответствующие входы второго элемента ИЛИ 31 и первые входы элементов И 14

соответствующих ступеней формирующего

блока 13. Первая ступень защиты возвращается в исходное состояние, так

как исчезают сигналы на выходе элг.- мента И 14, входах и выходах органа

35

5 jg .г

40

50

5

нализации о срабатывании первой ступени, первого органа элемента ЮТИ 17, моностабильного элемента 25, на прямом входе исполнительного органа 18 и на первом входе пятого элемента И 41. Остальные ступени формирующего блока 13 начинают проверяться.

Время действия третьего элемента 28 задержки должно быть больще времени возврата в исходное состояние защиты, сработавшей по цепи первой ступени в результате ее самопроверки, для того чтобы исключить совпадение сигналов на обоих входах четвертого элемента И 23 в процессе проверки остальных ступеней, когда на него не накладывается внутреннее короткое замыкание. После окончания проверки первой ступени и возврата ее в исходное состояние сигнал появляется на выходе третьего элемента 28 задержки и поступает на первый вход четвертого элемента И 23, на втором . входе которого сигнал к этому времени исчезает, а через первый вход восьмого элемента ИЛИ 42 - на второй вход пятого элемента И 41. На первом входе последнего сигнал-а в это время нет. В результате срабатывания второй, затем третьей и так далее до последней ступени формирующего блока 13 сигналы поступают на второй, третий и так далее входы первого элемента ИЛИ 17 и с его выхода через моностабильный элемент 25 приходят на прямой вход исполнительного органа 18 н первый вход пятого элемента И 41, Но исполнительный орган 18 не работает, так как имеется сигнал и на

его инверсном входе, поданный через третий вход элемента ИЛИ 32 с выхода второго КЗ-триггера 30 после его срабатывания. На выходе пятого элемента И 41 появляется сигнал, который поступает на второй вход восьмого элемента ИЛИ 42, обеспечивая заполнение сигнала на его выходе, и на вход третьего элемента ИЛИ 32, благодаря чему защита остается в выведенном состоянии до момента исчезновения сигнала на выходе моностабильного элемента 25 или срабатывания пускового органа 2 первой ступени в результате корот кого замыкания в зоне действия. С выхода моностабильного элемента 25 и с выходов органов 16 сигнализации о срабатывании второй,, третьей и так далее ступени формирующего блока 13 сигналы поступают на все входы элемента И 21, с выхода которого подается сигнал на вход счетчика 38, реги- етрирующего число самопроверок защиты, через шестой элемент ИЛИ 35 - на 11-вход второго триггера 30, а через пятый элемент ШШ 34 - на R-вход первого триггера 29, Работает счетчик 38, исчезает сигнал на выходе второго КЗ-триггера 30 на связанных с ним входах разделительных диодов 39, втором входе и выходе седьмого элемента ИЛИ 36, на третьем входе и выходе пятого элемента ИЛИ 34, на входе и выходе третьего элемента 28 задержки, на первом входе восьмого элемента ИЛИ 42. Однако на выходе последнего сигнал остггется за счет подачи его на второй вход с выхода. пятого элемента И 41„- Пусковые органы 2 второй, третьей и так далее ступени защиты, а также орган 7 направления мощности измерительного блока 1 возвращаются в исходное состояние, в результате чего исчезают сигналы на входах элементов И 14 формируюш;е- го блока 13 и на его выходе, на вход и выходе моностабильного элемента 25 на первом входе пятого элемента И 41 на прямом входе исполнительного органа 18, на всех входах и выходе второго элемента И 21, В результате снятия сигнала с первого входа пятого элемента И 41 исчезает сигнал на его выходе, на втором входе и выходе восмого элемента-ИЛИ 42 и на связанном с ним втором входе пятого элемента И 41, на дополнительном входе третьего элемента ИЛИ 32. Исчезают сигналы

0

5

5

0

5

0

5

на входах и выходе второго элемента ИЛИ 31., на входах и выходе четвертого. элемента ИЛИ 33, на входе первого элемента 26 задержки, на втором вхо- де и выходе шестого элемента ИЛИ 35, на первом входе и выходе пятого эле- мента ИЛИ 34, на R-входах первого 29 и второго 30 триггеров. Устройство возвращается в исходное состояние. Первьй элемент 26 задержки в этом ре-, жиме не успевает сработать, так как время его действия больше суммарного времени работы первой и последней ступеней защиты. Таким образом осуществляется самопроверка вначале первой, а затем всех остальных ступеней исправной защиты. Факт успешной самопроверки регистрируется счетчи-. ком 38.

Если в процессе самопроверки первой ступени защиты откажут в резуль- тате их неисправного состояния пусковой орган 2 измерительного блока 1 или элементы 14-16 формирующего блока 13 или общие для всех ступеней защиты орган направления мощности 7, или первый элемент ИЛИ 17, или моностабильный элемент 25, то сигнал на выходе последнего не появляется. Не работает третий элемент И 22, связан- -:ый выходом с входом второго триггера 30, так как на его первом входе сигнал отсутствует. По истечении времени, установленного на первом элементе 26 задержки, сигнал появляется на его выходе и поступает на вход органа 37 сигнализации о неисправностях в защите, а через пятый элемент ИЛИ 34 - на R-вход первого триггера 29, Срабатывает орган сигнализации о неисправностях в защите 37, а защита возвращается в исходное состояние, так как исчезает сигнап на вьгходе первого КЗ-триггера 29, на входе и выходе второго элемента 27 задержки, а также на всех связанных с ним элементах. Таким образом выявляются неисправности в первой ступени защиты при ее самопроверках.

Если на режим самопроверки первой ступени защиты наложится короткое замыкание в зоне действия ее второй ступени, то срабатывает пусковой орган 2 второй ступени, с выхода которого через пятый вход пятого элемента ИЛИ 34 сигнал поступает на R-вход первого триггера 29. В результате исчезновения сигнала на выходе первого

RS-триггера 29, на входе и выходе второго элемента 27 задержки и связанных с ним элементах режим самопроверки прекращается и защита мгновен- но вводится в работу. Вероятность возникновения указанного режима значительно вьше при неисправном сос тоянии элементов первой ступени защиты, когда она оказьгеается выведен- ной из действия в течение длительног времени, так как время самопроверки первой, наиболее быстродействующей ступени защиты при ее исправном состоянии весьма мало. Таким образом предотвращается отказ в работе защиты при совпадении режима короткого замыкания в зоне действия ее второй ступени с самопроверкой первой ступени, так как даже при неисправном сое тоянии первой ступени защита вводится в работу и действует на отключение своими исправными ступенями.

Если в процессе самопроверки защиты ее первая ступень, а также общи для всех ступеней первый элемент ИЛИ 17 и моностабильный элемент окажутся в исправном состоянии, но откажут в действии пусковые органы 2, либо элементы 14-16 формирующего бло ка 13 какой-либо из оставшихся ступеней в результате возникщей в. них неисправности, то сигнал на выходе органу 16 сигнализации отказавшей ступени не появляется, отсутствует сигнал на одном из входов второго элемента И 21 и на его выходе, связанном через щестой элемент ИЛИ 35 с R-входом второго триггера 30. По истечении времени, установленного на первом элементе 26 задержки, сигнал появляется на его выходе и поступает на вход органа 37 сигнализации о неисправностях в защите, через пятый элемент ИЛИ 34 - на R-вход первого триггера 29, а через шестой элемент ИЛИ 35 - на R-вход второго триггера 29. Срабатьюает орган 37 сигнализации о неисправностях в защите, а защита возвращается в исходное сос

тояние, так как исчезает сигнал на- выходе второго RS-триггера 30, а также на всех связанных с ним элементах. Таким образом выявляются неисправности во всех, кроме первой, ступенях защиты при их самопроверке.

Если на режим самопроверки указанных ступеней защиты наложится короткое замыкание в зоне действия ее

о 0

5 о Q с

5

0

5

первой ступени, то срабатывает пусковой орган 2 первой ступени, которьй после успешной самопроверки вернулся в исходное состояние. С вьтхода этого элемента сигнал поступает на второй вход четвертого элемента И 23. На первый вход четвертого элемента И 23} связанный с выходом третьего элемента 28 задержки, поступает через время, достаточное для возврата в исходное состояние первой ступени защиты после прекращения режргма ее самопроверки и начала самопроверки всех остальных ступеней, так как с выхода второго RS-триггера 30 сигнал одновременно подается на вход третьего элемента 28 задержки и через пятый злемент ИЛИ 34 на R-вход первою триггера 29, исчезает на выходе последнего, на входе и выходе второго элемента, задержки 27, на входе и выходе первого разделительного диода 39, на втором входе сравнивающей части 5 первого пускового токового органа 2 измерительного блока 1, на выходе первой ступени и на выходе моностабильного элемента 25 С выхода четвертого элемента И 23 сигнал поступает на вход второго элемента НЕ 40, через шестой элемент ИЛИ 35 - на R-вход второго триггера ЗО, исчезает на его выходе и всех связанных с ним эламея- тах. Сигналы исчезают также на вьоссде второго элемента НЕ 40 и на связанном с ним третьем входе пятого элемента И 41, на выходе последнего, на втором йходе и выходе восьмого элемента ИЛИ 42 5 а также на дополнительном входе третьего элемента ЮШ 32. В результате отсутствия сигналов на всех входах третьего элемента ИЛИ 32 исчезает сигнал на.его выходе, а также на связанном с ним инверсном входе ис-- полнительного органа 18. Режим самопроверки прекращается, защита мгновенно вводится в работу и действует на отключение выключателя. Таким образом предотвращается отказ в работе защиты при совпадении короткого замыкания в зоне действия ее первой ступени с режимом самопроверки остальных ступеней, при котором .защита находится в выведенном состоянии.

Если в результате неисправностей, возникших в защите, не произойдет возврат ее в исходное состояние после окончания режима самопроверки и сигнал останется на выходе моностаг

(ильного элемента 25, связанном с Прямым входом исполнительного органа 18, то ввод защиты в работу не производится и появляется сигнал о неисправности в ее схеме. В случае успешного действия всех ступеней защиты при ее самопроверке сигнал появляется на выходе второго элемента И 21 и через шестой элемент ИЛИ 35 ijtocTynaeT на R-вход второго триггера 30, исчезает на его выходе и на фвязанном с ним третьем входе тре- фьего элемента ИЛИ 32, Однако на выходе последнего сигнал остается, так фак имеется сигнал на его четвертом фходе, связанном с выходом пятого Элемента И 41 и вторым; входом восьмого элемента ИЛИ 42« Сигнал на вы- пятого элемента И 41 в этом слу ijiae остается до тех пор, пока имеет- фя сигнал на его первом входедсвязан fsoM с вьоюдом моностабильного эле- ента 25, т.е. пока не произойдет : озврат защиты в исходное состояние. t выхода третьего элемента ИЛИ 32 Осуществляется подача сигнала через |1етвертьш элемент ШШ; 33 на вход Ьервого элемента 26 задержки, а так- JKe четвертый элемент ИЛИ 33 на вход |1ервого элемента задержки 26, а такж а инверсный вход исполнительного ор рана 18„ Защита продолжает оставать- Ья в выведенном состоянии до тех пор пока имеется сигнал на выходе моно- стабильного элемента 25, а через вре Йя, установленное на первом элементе :26 задержки, сигнал появляется на его выходе и пост пает на вход орган 37 сигнализации о неисправностях в эащите. Таким образом осуществляется блокирование действия защиты на отключение выключателя и сигнализация о ее неисправном состоянии, обусловленным невозвратом в исходное состояние после очередной самопроверки,, если все ступени защиты в процессе ее работали успешно.

Если при самопроверке защиты не сработает ее первая ступень, то сигнал на выходе моностабильного элемента 25 не появляется, а через время,, установленное на первом элементе задержки 26, происходит сигнализация о ее неисправном состоянии и защита возвращается в исходное состояние как это было описано выше.

Если в процессе самопроверки первая ступень защить сработала успешно

o

5

0

0

0

5

0

5

какая-либо из оставшихся ее ступеней отказала в действии и на выходе второго элемента И 21 сигнал не появился, а после окончания режима самопроверки защита не вернулась в исходное состояние и сигнал остался на выходе моностаби.пьиого элемента 25, то ввод ее в работу и, следовательно, ложное действие на отк.шочение выключателя также не происходит, В этом случае возврат защи1Ъ1 и ввод ее в работу должен происходить после срабатывания первого элемента 26 задержки и подачи сигнала с его выхода на вход органа 37 сигнализации о неисправности в защите, а через шестой элемент ШШ. 35 - на R-вход второго триггера 30, Сигнал на выходе последнего и на связанном с ним третьем входе третьего элемента ИЛИ 32 исчезает, но на дополнительном входе данного элемента ИЛИ 32 сигнал остается, так как остается сигнал на выходе пятого элемента И 41 благодаря наличию сигнала на его первом входе, связанном с выходом моностабилького элемента 25. Защита в работу не вводится и появляется сигнал о ее неисправном состоянии. Таким образом осуществляется блокирование действия запшты на отключение выключателя, если какая-либо ступень ее, кроме первой., при самопроверке не срабатывает и зaщIiтa не возвращается в исходное состояние.после отключения режима контроля.

Данное устройство повышает удобство эксплуатации и надежность функционирования многоступенчатых релейных защит за счет предотвращения ложных действий на отключение-защищаемого объекта, так как обеспечивает блокирование ее работы при наличии сигнала на выходе защиты в результате невозврата в исходное состояние после очередной самопроверки,

-Формула изобретения

Устройство для токовой направленной ступенчатой защиты в сети переменного тока по авт.св. № 1365217, отличающееся тем, что, с целью повьппения удобства эксплуатации. дополнительно введены второй элемент НЕ, пятый элемент И, восьмой элемент ИЛИ, а третий элемент ИЛИ выполнен с

дополнительным входом, причем первый вход восьмого элемента ИЛИ подключен к выходу третьего элемента задержки, второй вход его соединен с дополнительным входом третьего элемента ИЛИ и выходом пятого элемента И, первый

вход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход с выходом восьмого элемента ИЛИ, а третий вход - с выходом второго элемента НЕ, вход которого подключен к выходу четвертого элемента И.