Устройство для защиты силового трансформатора Советский патент 1989 года по МПК H02H3/28 

- Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите., и может быть использовано для защиты трансформаторов, блоков генератор - трансформатор и генераторов при коротких замыканиях,

Целью изобретения является повышение чувствительности защиты к витко- вым замыканиям и быстродействия.

На фиг. 1 приведена блок-схема предпага.емого устройства на фиг. 2- 4 - эпюры, поясняющие принцип действия устройства и его работу в различных режимах,

Устройство для защиты силового трансформатора 1 (фиг, I) содержит установленные с обеих сторон трансформаторы 2 и 3 тока. Вторичные обмотки трансформаторов 2 тока на стороне высщего напряжения через ки 4-6 фазных токов соединены в тре угольник, а датчики 7-9 разности фазных токов соединены в звезду Вторичные обмотки трансформаторов 3 тока на стороне низшего напряжения через датчики. 10-12 фазных токов соединены в- звезду.

Трансформатор 13 напряжени подключен первичными обмотками к сети 14 высшего напряжения. Выходы датчиков 4-6 фазных токов подключены соответственно к первому 15, второму 16. и третьему 17 входам, а вторичные обмотки трансформатора напряжения 13 - к соответствующим входам органа блокировки 18: четвертому 19, пятому 20 и шестому 21. Выходы датчиков 7-9 разности фазных токов подключены к первым входам 22, а выходы датчиков 10-12 фазных токов - к вторым входам 23 соответственно первого 24, второго 25 и третьего 26 рабочих органов,

Третьи входы 27 рабочих органов 24- 26 соединены с выходом органа блокировки 18, а первые 28 и вторые 29 выходы рабочих органов подключены к соО1

R

ответствукщим входам логического элемента ИЛИ 30, Первый логический элемент И 31 соединен первым входом с выходом логического элемента ИЛИ 30, а выходом - с входом расширителя 32

импульсов, к выходу которого ПОДКЛ 0чен исполнительньга орган 33,

Каждый рабочий орган 24-26 содержит первый 34 и второй 35 форм фова- тели прямоугольного напряжения,, входы которых образуют соответственно первый 22 и второй 23 входы рабочего органа, первый 36, второй 37 формирователи модуля, входы которых соединены с входами, соответственно первого 34 и аторо.го 35 формирователей прямоугольного напряжения, первый рдновибратор 38, соединенный входом с выходом первого формирователя 34 прямоугольного .напряжения, первый блок несовпадения ;39, первый вход которого подключен к |Входу первого одновибратора 38, диф- ференциатор 40 соединенный входом |С выходом первого одновибратора 38, а выходом - с вторым входом первого блока несовпадения 39, первый 41 и второй 42 блоки выборки и хранения, управляющие входы которых подключены к выходу первого блока несовпадения 395 а рабочие входы - к выходам соответственно первого 36 и второго 37 формирователей модуля, первый блок совпадения 43, первый вход которого соединен с выходом первого одно- вибратора 38, а второй вход - с выходом .второго формирователя 35 прямоугольного напряжения 5.второй блок i несовпадения 44, первый вход которо- 1 го подзслючен. к выходу первого одно- iвибратора 38, а второй вход - к второ му входу первого блока совпадения 43 ;второй блок совпадения 45, первый вход которого соединен с выходом пер- вого одновибратора 38, а второй вход :с выходом первого блока совпадения 43 второй 46 и третий 47 .логические элементы И, первые входы которых подключены к выходам соответственно второго блока совпадения 45 и второго блока несовпадег-шя 44, первый 48 и второй 49 сумматоры, первый 50 и второй 51 инерционные элементы, входы которых соединены с выходами.соответственно второго 4 и третьего 42 блоков выборки и хранения, а также с неинвер- тируюцдами входами соответственно первого 48 и второго 49 сумматоровд а входы инерционных элементов 50 и 5I

0

5

0

5

0

5

0

5

0

подключены к инвертирующим входам соответственно сумматоров 48 и 49, третий 52 и четвертый 53 формирователи прямоугольного напряжения, входы которых соединены с выходами соответственно первого 48 и второго 49 сумматоров, третий блок несовпадения 54, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно третьего 52 и четвертого 53 формирователей прямоугольного напряжения, а выход - к третьему входу третьего логического .элемента И 47, второй одновибратор 55, соединенный входом с первым входом третьего, блока несовпадения 54, а выходом - с вторым входом третьего логического элемента И 47, Второй , вход второго логического элемента И 46 образует третий вход 27 рабочего органа, а выходы второго 46 и третьего 47 логических элементов И образуют соответственно первый 28 и вто,рой 29 выходы рабочего органа,.

Второй вход 56 первого логического элемента И 31 является входом блокирования защиты на время действия переключателя регулирования напряжения под нагрузкой (РПН),

Устройство работает следующим образом.

Орган блокировки 18 от бросков тока намагничивания силового трансформатора выполнен по прототипу. Его ра-. бота основана на принципе контроля угла между первыми гармониками тока и напряжения одноименных фаз трансформатора 1, Практически это выполнено путем контроля мгновенного значения на- . пряжения в сети в момент перехода тока той же фазы через максимум. При этом блокирующий сигнал в виде логического нуля на выходе органа блокировки появляется только в том случае, если угол между током и напряжением больше или равен установке, определяемой углом холостого хода исправного трансформатора. Во всех других режимах на третьи входа 27 рабо чих органов 24-26 с выхода органа блокировки 18 поступает логический сигнал высокого уровня, разрешающий срабатывание защиты при наличии логической единицы на первом входе второго логического элемента И 46. ,

В нормальном режиме работы силового трансформа.тора 1 под нагрузкой нап- ряжез-шя на выходе всех датчиков 4-12 отличаются от нуля. При этом напряже

ния на первом 22 и втором 23 входах рабочих органов противоположны по зпаку. На выходах первого 34 и второго 35 формирователей прямоугольного напряжения формируются единичные сигналы, совпадающие по знаку с их входными сигналами. Сигнал с выхода блока ЗА ограничивается по длительности Е первом одновибраторе 38 до значения t.2-3 мс, В блоке 43 проверяется совпадение знаков сигналов с выхода блока 35 и с выхода одновибратора 38, На интервале длительности импульса от одновибратора 38 имеет место несовпадение знаков сравниваемых сигналов, и сигнал на выходе блока 43 равен нулю, После око 1чания действия сигнала с выхода одновибратора 38 на выходе блока 43 появляется сигнал повторяющий напряжение на его втором входе. Так как на первом входе второго блока совпадения 45 присутствует нулевой сигнал, то на его выходе сохраняется логический сигнал низкого уровня, а значит, сигнал низкого уров ня будет на первом выходе 28 рабочего органа, При этом в интервалах существования нулевого сигнала с выхода одновибратора 38 на входах второго блока несовпадения 44 присутствуют сигналы разной полярности, что обуславливает появление сигналов высокого -уровня на его выходе и на первом входе третьего логического элемента И 47, Так как в установившемся режиме моменты выборки, определяемые моментами прихода импульсов с выхода первого блока несовпадения 39 на управляющие входы блоков выборки и хранения 41 и 42, не меняются, то не меняются и напряжения на их выходах. Следовательно, напряжения на выходах сумматоров 48 и 49, формирователей 52 и 53 прямоугольного -напряжения и на обоих входах третьего блока несовпадения 54 равны нулю. На третьем входе третьего логического элемента И 47 присутствует сигнал низкого уровня с выхода третьего блока несовпадения 44 значит, и на втором выходе рабочего органа имеет место сигнал низкого уроня. При этом все последунщие блоки не возбуждаются и защита не срабатывает. Если в режиме нагрузки произойдет увеличение или уменьшение тока в силовом трансформаторе, например, из- за изменения нагрузки или напряжения в сети 14, то после очередной выбор

0

5

0

5

„ 0

5

0

45

5

ки одновременно изменяется значение напряжений на обоих блоках 41 и 42 BI.I- борки и хране шя либо в сторону увеличения, либо Б сторо гу снижения в зависимости от характера возмущения , Оба сигнала пройдут через сумматоры 48 и 49 и формирователи 52 и 53 прямоугольных напряжений на входы третьего блока несовпадения 54, Так как знаки приращения этих сигналов одинаковы, то на выходе блока не- совп адения 54 будет сохраняться сигнал низкого уровня и, следовататтьно, защита не сработает, Через время, определяемое постоянной времени инерционных элементов 50 и 51, сигналы на обоих входах суУлматоров 46 и 49 БЫ- равниваются к на их выходах,вновь установятся нулевые значения напря;; е- ний, В связи с тем, что возможно некоторое различие в постоянных времени инерции инерционных элементов 50 и 51, а также различие в порогах чувствительности формирователей 52 и 53 прямоугольного напряжения, появление нулей на их выходах может быть неодновременным. Наличие сигна.па высокого уровня На одном из входов третьего блика несовпадения 54 обусловливает появление логического сигнала высокого уровня на его выходе, а следовательно, и на третьем входе третьего логического элемента И 47, Однако срабатывание защиты не произойдет, так как сигнал высокого у-ровня на втором входе третьего логического эле- мента И 47 с выхода второго одновиб- ратора 55 присутствует в течени е времени мс от момента появления сигнала высокого уровня на выходе третьего формирователя 52 прямоугольного напряжения, т,е, меньше времени существования сигнала высокого уровня на выходах блоков 52 и 53, Поэтому в любой момент времени по крайней мере на одном из входов третьего логического элемента И 47 присутствует сигнал низкого уровня, что обуславливает сохранение сигнала низкого уровня на его выходе, а следовательно,и на втором выходе 29 рабочего органа.

Если в режиме нагрузки произошло вит- ковое короткое замыкание в силовом трансформаторе (фиг, 2), при котором токи в трансформаторах тока 3, а следовательно, и через датчики фазных токов снизились (или не изменились), а в трансформаторах тока 2 возросли,

10

15

25

71525798

го условия по состоянию первого выхода рабочего органа не изменятся, При этом соответственно сниэитсл (или не изменится значение напряжения выборки на выходе второго блока 42 выборки и хранения, а на выходе блока выборки 41 возрастет, В результате на выходе первого сумматора 48 поя- вится ;затухающий экспоненциальный сигнал одного знака, а на выходе сумматора 49 - противоположного знака (или нуль),

в блоках 52 и 53 из этих сигналов формируются единичные прямоугольные сигналы, совпадающие до знаку с соответствующими входными , Так как сигналы на обоих входах третьего блока 54 несовпадения разного знака (или имеется сигнал только на одном из входов), то на его выходе в течение этого времени присутствует логический сигнал высокого уровня , который поступает на третий- вход третьего логического элемента И 47,

На второй вход третьего логического элемента И 47 поступает логический сигнал высокого уровня с выхода вто- рого одновибратора 55. Дпительность этого сигнала равна мс. Так как Q следующий сигнал высокого уровня от первого блока несовпадения 44 поступит на первый вход через время, не превышающее tjj то в момент совпадения сигналов высокого уровня на. всех трех вхо- дах третьего логического элемента И 47 на его выходе появится логичес- .КИЙ сигнал высокого уровня. Наличие логического сигнала высокого уров- ня на любом входе второго логичес- -кого элемента ИЛИ 30 обусловливает появление сигнала высокого уровня на его выходе. Этот сигнал посту- пает на первый вход первого логического элемента И 31, на втором входе 56 которого, присутствует логический сигнал высокого уровня, поступающий от устройстваР1Ш ( блокируемым является сигнал низкого уровня, вырабатываемый в процессе срабатывания РПН), Наличие логических сигналов высокого уровня на обоих входах элемента 31 обусловливает появление сигнала высокого уровня на его выходе. Далее этот сигнал расширяется по длительности в первом расширителе 32 импуль- 55 сов до значения, необходимого для надежного срабатывания исполнительного органа 33

35

40

45

50

о ,5

м си вх т ня в к мы к I

то жи то му н хо п но ро ст бл в по н го де со го со н по му г

то ср бр

0

5

5

5798

Q 5

5

0

45

0

8Работа защиты при внешнем коротком замыкании (фиг, З) отличается от работы в нормальном нагрузочном режиме, описанном выше, тем, что из-за возможного переходного процесса в каждом полупериоде сигнбшов от датчиков тока и 10-12 могут меняться значения выборки на выходах блоков выборки и хранения 41 и 42, Однако поскольку приращения выборки, на обоих блоках 41 и 42 всегда одного знака, то на выходе третьего блока несовпадения ,54 сохраняется логический сигнал низкого уровня и срабатывание защиты не произойдет.

Если в режиме нагрузки вступает в работу устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), то в . моменты переключения отпаек обмоток силового трансформатора на второй вход 56 первого логического элемента И 31 поступает сигнал ннзкого уров- ня, исключаклций возможнос ь срабатывания защиты, .реагирующей на возникающее при этом кратковременное замыкание части витков трансформатора как на повреждение, I

При включении силового трансформатора 1 под напряжение в сеть 14 в режиме холостого хода током обтекаются только трансформаторы тока 2. Поэто- . му напряжения будут присутствовать на выходах Датчиков токов 4-9, С выхода датчиков тока 7-9 сигналы поступают на первые входы 22 рабочих органов 24-26, Так как напряжение на втором входе 23 рабочего органа отсутствует, то на обоих входах второго блока совпадения 45 будут присутствовать сигналы, совпадающие по знаку и по длительности. На выходе второго блока совпадения 45, а следовательно, н на первом входе второго логического элемента И 46 в интервалах совпадения будет присутствовать сигнал высокого уровня. На первом входе третьего логического элемента И 47 будет сохраняться логический нуль, так как на входах второго блока несовпадения 44 имеется либо совпадение сигналов по -знаку, либо .нулевые сигналы. Поэтому по второму выходу 29 рабочего органа защита не сработает.

При исправном силовом трансформаторе 1 от броска тока намагничивания срабатывает орган блокировки . 18 от бросков тока намагничивания.

915

Сигнал низкого уровня с выхода органа блокировки поступает через треть входы 27 рабочих органов 24-26 .на второй вход второго логического элемента И 46 и блокирует защиту.

Если в результате броска тока намагничивания при включении холостого силового трансформатора под напряжение в обмотке одной из фаз его возникло витковое короткое з амыкание, 1ТО условия для работы рабочих органов не изменятся, поэтому на первом входе второго логического элемен

10

0

41. В результате в любой момент времени по крайней мере на одном кз входов четвертого логического элемента И 47 будет присутствовать сигнал низкого уровня, что предотвратит сраб.атывание защиты.

При коротком замыкании в трансформаторе -1 с током, превьшающим ток нагрузки, и наличии тока подпитки места короткого замыкания со стороны низшего напряжения сигналы на входах 22 и 23 рабочих органов 24- 26 совпадают по знаку (фиг, 4). После прохождения

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите силовых трансформаторов при внутренних коротких замыканиях. Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия защиты. Указанная цель достигается тем, что в нее дополнительно введены пофазные рабочие органы, сравнивающие знаки входных сигналов, сформированных из токов обеих сторон защищаемого двухобмоточного силового трансформатора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

та И 46 будут присутствовать периоди- 4 с этих сигналов через формирователи 34

20

30

чески повторяющиеся кратковременные .(длительностью t) сигналы высокого уровня,

При повреждении обмотки трансформатора ( витковое короткое замыкание) увеличиваются актив№1е потери, что приводит к уменьшению угла между током в обмотке и напряжением соответствующей фазы и к возврату органа блокировки 18, Защита деблокируется, и 25 при следующем совпадении; сигналов высокого уровня на обоих входах второго логического элемента И 46 в рабочем органе произойдет срабатывание испол- . нительного органа 33,

При восстановлении напряжения на нагруженном трансформаторе может быть бросок тока намагничивания на фоне . сквозного тока нагрузки, В этом режиме рабочие органы 24-26 работают так же, как и. в описанном выше режиме внешнего короткого замыкания, т,е, на выходе второго блока совпадения 45 присутствует логический сигнал низкого уровня, а на выходе второго блока несовпадения 44 - периодически повторяющиеся короткие логические сигналы высокого уровня, поступающие на первый вход третьего логического элемента И 47, Так как при восстановлении .напряжения на трансформаторе имеет место приращение токов в трансформаторах тока 2 и 3 одного знака, т,е, увеличение тока, то на обоих входах третьего блока несовпадения 54 будут присут- ствовать сигналы,совпадающие по знаку, Следовательно, на его выходе будет сохраняться логический сигнал низкого уровня, который поступает на третий вход третьего логического элемента И 47, На втором входе элемента 47 55 логический сигнал высокого уровня будет присутствовать в течение мс после момеита первой выборки блоком

35

40

45

и 35 прямоугольного, напряжения, первый одновибратор 39 и первый блок совпадения 43 будет иметь ме сто совпа дения сигналов одного знака на обоих входах второго блока совпадения 45 и второго блока несовпадения 44,. В ре- з.ультате логический сигнал высокого. уровня с выхода блока 45 поступает на первый вход второго логического элемента И 46 на втором входе которого к этому времени будет присутствовать логический сигнал высокого уровня с выхода органа блокировки 18 от бросков тока намагничивания. Совпадение логических сигналов высокого уровня на обоих входах второго логического элемента И 46 обусловливает сигнал вы сокого уровня на его выходе, что приводит к срабатыванию.исполнительного органа 33, Время срабатывания защиты в этом режиме зависит от момента возникновения короткого замыкания, постоянной времени затухания переходного процесса в токе к.з, и не превышает 5 мс.

На работу защиты не влияет различие в уровнях токов в датчиках 7-9 и 10-12, обусловленных, например, переключениями РПН, так как. рабочие органы защиты выполнены на принципе сгав- нения знаков входных сигналов,

В моменты переключения РПН осущест вляется блокирование защиты на время переключения.

Устройство позволяет выполнит-ь защиту силовых тринсформаторов с током срабатывания..менее 5% от номинального тока независимо от наличия РПН. При этом время действия защиты составляет около 5 мс при коротком замыкании в защищаемой зоне с током, превышающим ток нагрузки; не более 20 мс при витко- вом замыкании в обмотке трансформато- ра в режиме нагрузки; не более 30 мс

и 35 прямоугольного, напряжения, первый одновибратор 39 и первый блок совпадения 43 будет иметь ме сто совпадения сигналов одного знака на обоих входах второго блока совпадения 45 и второго блока несовпадения 44,. В ре- з.ультате логический сигнал высокого. уровня с выхода блока 45 поступает на первый вход второго логического элемента И 46 на втором входе которого к этому времени будет присутствовать логический сигнал высокого уровня с выхода органа блокировки 18 от бросков тока намагничивания. Совпадение логических сигналов высокого уровня на обоих входах второго логического элемента И 46 обусловливает сигнал высокого уровня на его выходе, что приводит к срабатыванию.исполнительного органа 33, Время срабатывания защиты в этом режиме зависит от момента возникновения короткого замыкания, постоянной времени затухания переходного процесса в токе к.з, и не превышает 5 мс.

На работу защиты не влияет различие в уровнях токов в датчиках 7-9 и 10-12, обусловленных, например, переключениями РПН, так как. рабочие органы защиты выполнены на принципе сгав- нения знаков входных сигналов,

В моменты переключения РПН осуществляется блокирование защиты на время переключения.

Устройство позволяет выполнит-ь защиту силовых тринсформаторов с током срабатывания..менее 5% от номинального тока независимо от наличия РПН. При этом время действия защиты составляет около 5 мс при коротком замыкании в защищаемой зоне с током, превышающим ток нагрузки; не более 20 мс при витко- вом замыкании в обмотке трансформато- ра в режиме нагрузки; не более 30 мс

в случае возникновения виткового замыкания при включении трансформатора под напряжение,

Формула из-обрете.ния

1, Устройство для защиты силового трансформатора, содержащее трансформаторы тока, предназначенные для установки, с обеих сторон силового трансформатора, датчики разности фазнык токов стороны высшего .напряжения, датчики фазных токов стороны высшего напряжения , выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входом органа блокировки, трансформатор напряжения, прёдназнеченный для подключения к сети высшего напряжения, к вторичнь1м обмоткам которого подключены соответственно четвертый, пятый и шестой входы органа блокировки, рабочий орган, последовательно соединенные первый элемент И, расширитель импульсов, исполнительный блок, выход которого является выходом устройства, отличаюш;ее- t я тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия, рабочий орган установлен в каждой фазе дополнительно введены три датчика фазных токов стороны низшего напряжения, выходы последних подключены к второму входу рабочего органа соответствующей фазы, к первому входу которого подключены выходы датчиков разности фазных токов стороны высшего напряжения, третьи входы рабочих органов объединены и соединены с выходом органа блокировки, выходы рабочих органов подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход .которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого предназначен для подключения к блоку регулирования коэффициента трансформации силового трансформатора под нагрузкой.

2, Устройство по п,I, отличающееся тем, что каждый из рабочих органов выполнен в вида четырех формирователей прямоугольного напряжения,, дифференциатора, двух формирователей модуля, двух одновибраторов, двух блоков совпадения и трех блоков несовпадения, двух блоков выборки и хранения, двух инерционных элементов, . двух сумматоров, второго и .третьего элементов И, причем входы первых фор

мирователей прямоугольного.напряжения и модуля объединены и являются первым входом рабочего органа, входы вторых формирователей прямоугольного напряжения и модуля также объединены и являются вторым входом рабочего органа, выход первого формирователя прямоугольного напряжения подключен через последовательно соединенные первый , одновибратор, первый вход второго блока совпадения с первым входом второго элемента И, второй вход которого является третьим входом рабочего органа, а выход - первым выходом рабочего органа, выход второго формирователя прямоугольного напряжения подключен к первому входу первого блока совпадения и через первый вход второго блока несовпадения соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого является вторым выходом рабочего органа, выход первого одно- . вибратора соединен с вторым выходом второго блока несовпадения и с вторым входом первого блока совпадения, выход которого соединен с вторым входом второго блока совпадения, второй вход первого блока совпадения соединен с входом дифференциатора, выход которого подключен к первому входу первого блока несовпадения, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя прямоугольного напряжения, а выход - с управляющими входами первого И второго блоков выборки и хранения, прямые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго формирователей модуля, выход первого блока выборки и хранения подключен к прямому входу первого сумматора и через первый инерционный элемент к инверсному входу первого сумматора, выход которого через последовательно соеданенные третий формирователь прямоугольного напряжения и второй одновибратор подключен к второму входу третьего элемента И, выход вто- рого блока выборки и хранения соединен с прямым входом второго сумматора и через второй информационный элемент с инверсньш входом второго сумматора, выход которого через четвертый формирователь прямоугольного напряжения под- ключен к первому входу третьего блока несовпадения, второй вход которого соединен с входом второго одновибрато- ра, а выход с третьим входом третьего элемента И,

-ЪсГ

Шняяи isfenftf e.s.

3S,

45

-o

ft:

39

Л

ЧХ

J7

JUi

ГТ

n /

n

n j

Jl

n

nj

V