Блок управления для устройства дифференциально-фазной защиты электроустановки Советский патент 1991 года по МПК H02H3/28 

Изобретение относится к релейной защите и может быть использовано для запрета управления углом блокировки в устройствах дифференциально-фазных защит сборных шин, ошиновок, реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов и высоковольтных электродвигателей электрических станций, подстанций и промышленных предприятий.

Цель изобретения - повышение устойчивости функционирования блока управления при внутренних двухфазных КЗ в режимах пусков и самозапусков электродвигателей и синхронных компенсаторов, сопровождающихся однополярными сквозными токами нагрузки.

На фиг. 1 изображена структурная схема блока управления; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие работу блока при внутреннем двухфазном КЗ электродвигателя или синхронного компенсатора в режиме пуска; на фиг. 3 - то же, при внешнем (а) КЗ и внеза- имном внутреннем КЗ со сдвинутыми по фазе токами (б).

Блок управления (см. фиг. 1) содержит первый формирователь 1 импульсов, вход которого является первым входом блока, элемент ИЛИ 2, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов 1, а второй вход является входом модуля дифференциального тока блока, формирователь3 импульса первого периода

О

VJ

vj VJ О

СА

Ю

переходного процесса, вход которого подключен к выходу злеметэ ИЛИ 2, второй формирователь 4 импульсии, вход которого является входом производной модуля дифференциального тока блока, выявитель 5 признака идентификации режима, первый вход которого соединен с выходом формирователя 3 импульс первого периода переходного процесса, а второй вход с выходом второго формирователя А импульсов, расширитель 6 импульсов, первый вход которого соединен с выходом выявителя 5 признака идентификации режима, а второй вход с выходом инвертора 7, вход которого соединен с выходом пгорого компаратора 8, выход которого соединен с. выходом интегрирующей RC-цепи 9, вход которой соединен с выходом первого компаратора 10.-вход которого соединен с выходом выпрямителя 11, пход которого является вторым входом блока, ныход расширителя импульсов G подключен к управляющему входу электронного ключа 12, выход которого является выходом блока.

Конкретная реализация блока управления может быть следующая (см. фиг, 1),

Формирователи 1 и 4 импульсов представляют собой пороговые элементы и могут быть выполнены по известной схеме на транзисторах n-p-ггтипо, работающих в ключевом режиме. Формирователь преднатначен для преобразования отрицательного аналогового сигнала, пропорционального сумме модуп

лей токов плеч У (см. фиг. Д где п k 1

число плеч защиты. При превышении заданного порога входным сигналом на выходе, формирователя 1 формируется положительный цифровой сигнал, Аналогично работает формирователь 4, только его нход иаляется входом производной модуля дифференциального тока /Id/ (фиг, 2), взятого со знаком минус.

Формирователь 3 импульса первого периода переходного процесса мсокет быть «ыполнеи на транзисторе n-p-n-тмп и НС- цепи, Постоянная времени RC-цепи выбрана таким образом, чтобы время нарастания напряжения на конденсаторе до величины, соответствующей пороге открытия трлнзм- стора, составило - 4 мс. Постоянная времени разряда RC-цени при открытом транзисторе составляет около 200 ыс.

Выявитель 5 признака кдептифм сзцш режима может быть выполнен на интегральных микросхемах с элементами И-НЕ, При совпадение импульсов, соответствующих логическим единицам на эходах выявителя

5, на его выходе формируется сигнал логического нуля на время совпадения.

Расширитель б импульсов может быть выполнен с использованием интегральной

микросхемы с элементами И-НЕ и диодно- е.костных цепей.

Инвертор 7 выполнен по стандартной схеме с использованием интегральной микросхемы с элементами И-НЕ, компараторы

0 8 и 10 - по схеме неинвертирующего компаратора с отрицательной обратной связью. Диоды в обратной связи предназначены для исключения возникновения сигнала отрицательной полярности на выходах компарато5 роз. Инвертирующие входы компараторов подключены к средним точкам делителей напряжения, включенных между положительным полюсом источника питания и общей точкой.

0 Выпрямитель 11 предназначен для двухполупериодного выпрямления входного аналогового сигнала и может быть выполнен с применением соответствующей интегральной микросхемы, включенной по

5 стандартной схеме,

Междуфазные КЗ электродвигателей и синхронных компенсаторов часто возникают G режимах пусков или самозапусков (особенно при частых пусках или самозапусках

0 электродвигателей, например, мощных мельниц ГРЭС) под воздействием электродинамических усилий, вызванных пусковыми токами ил и токами самозапусков. Так как iy;« возникновения максимальных электро5 динамических усилий необходимо, чтобы пусковые токи достигли значительных вели- v.H, близких к ударным, то для этого необходимо некоторое время с Момента пуска, Последнее означает, что КЗ под воздействи0 ем электродинамических усилий возникает спустя некоторое время с момена пуска и, эсли это время превышает 4-5 мс, то блок управления не прореагирует на внутреннее КЗ, ТУК как через 4 мс будет выведен из

5 действия на 200 мс формирователем импульса первого периода переходного процесса.

Наибольшую опасность для дифференциально-фазной защиты, использующей

0 форсировку угла блокировки при внешних КЗ, представляют однополярные сквозные токи нагрузки (отсоса), возникающие при двухфазных внутренних КЗ в режиме пуска на выводах или лобовых частях электродви5 гатепей и синхронных компенсаторов.

Действительно, если междуфазное КЗ возникает спустя некоторое время с момента пускэ или самозапуска, то до КЗ в защите вырабатывается сигнал форсировки угла блокировки тем больший, чем; больше по

величине сквозной ток нагрузки. При этом при КЗ спустя 5 и более миллисекунд с момента пуска сквозные токи нагрузки могут достигать величин, близких к величинам ударных пусковых токов, но периодическая составляющая сквозных токов нагрузки вдвое меньше периодической составляющей пусковых токов, поэтому они ряд периодов промышленной частоты однополярны, и, если трансформаторы тока (ТТ) нулевых выводов электродвигателей или синхронных компенсаторов при этом не насыщаются (например, при остаточной индукции благоприятного знака в их сердечниках или слабой вторичной нагрузкой, характерной для трансформаторов тока электродвигателей с реакторным пуском и синхронных компенсаторов), то задержка в срабатывании защиты может быть значительной.

Блок управления работает следующим образом.

В нормальном режиме аналоговый сигнал на входе формирователя 1 импульсов не превышает его порога, так же отстроен по входу от периодического тока небаланса формирователь импульсов А, поэтому на их выходах сигналы отсутствуют. На вход выпрямителя 11 подается аналоговый сигнал, пропорциональный току плеча нулевых выводов электродвигателя или синхронного компенсатора, который выпрямляется и выдается на вход первого компаратора 10. величина порога которого равна 1,05 от номинального тока для отстройки от помех, поэтому на выходе первого компаратора 10 сигнал отсутствует. Следовательно, блок управления в этом режиме не работает.

В переходном режиме внутреннего КЗ в режиме пуска, сопровождающегося одно- полярными сквозными токами нагрузки и запаздывания КЗ с момента пуска на 4 мс и более, сигнал на входе формирователя 1 импульсов резко увеличивается еще до КЗ от пусковых токов, так как пропорционален

л

сумме модулей токов плеча 2 /Ik/ (смk i

фиг. 2) и превышает его порог, поэтому на его выходе формируется положительный импульс (КвыхО длительностью не мене 4 мс и подается через элемент ИЛИ 2 и формирователь 3 импульса первого периода переходного процесса на первый вход выявителя 5 признака идентификации режима (1)вых2).

Так как до КЗ дифференциального тока нет, то второй формирователь 4 импульсов не работает и на втором входе выявителя признака идентификации режима имеется сигнал логического нуля (11вых4). Через 4 мс

после пуска срабатывает формирователь 4 импульса первого периода переходного процесса и устанавливает на первом входе выявителя 5 признака идентификации режима потенциал логического нуля, запрещая его дальнейшую работу на 200 мс, поэтому на выходе последнего присутствует сигнал логической единицы (Увыхб). В то же время сигнал, пропорциональный току плеча нулевых выводов подается на вход выпрямителя 11, где выпрямляется и подается на вход первого компаратора 10(иВых7). Так как ток пуска значительно превосходит номинальный ток, то первый компаратор 10 срабатывает и на его выходе начинает формироваться прямоугольный сигнал положительной полярности, величиной равной напряжению источника питания. После КЗ ток плеча нулевых выводов становится од- нополярным, поэтому на выходе первого компаратора 10 формируется сигнал, длительностью равной длительности превышения однополярным током его порога (ивыхв) и выдается на вход RC-цепи 9. Конденсатор RC-цепи начинает заряжаться. С выхода RC- цепи 9 сигнал поступает на вход второго компаратора 8. Постоянная времени RC-цепи 9 выбрана таким образом, что заряд конденсатора до напряжения порога второго компаратора 8 составляет 21 мс (ивых9). Если входной сигнал RC-цепи 9 уменьшится до нуля, то конденсатор мгновенно разряжается через диод на вход первого компаратора 10. После срабатывания второго компаратора 8 на его выходе появляется сигнал логической единицы, длительностью равной длительности превышения напряжения на конденсаторе RC-цепи 9 порога компаратора 8 и выдается на вход инвертора 7 (ивыхю). Инвертор 7 срабатывает, и на его выходе устанавливается сигнал логического нуля, длительностью равный длительности входного сигнала (Квыхп), и подается на второй вход расширителя 6 импульса. Ранее заряженный конденсатор расширителя 6 импульса мгновенно разряжается через диод, и на его выходе устанавливается сигнал логической единицы. Но так как заряд конденсатора происходит медленно, то на выходе расширителя 6 формируется расширенный сигнал (1)выхб) и выдается на управляющий вход электронного ключа 12, который при этом открывается.

При внешних КЗ со значительным насыщением ТТ одного плеча защиты сигнал (ивых4) в первом периода появляется не сразу (см. фиг. За). Так как магнитный поток в ТТ не может измениться мгновенно, то для насыщения сердечника требуется время, ко- тооое в самых тяжелых случаях не мене 5 мс.

Однако сигнал (Ueuxi) появляется сразу, так как пропорционален сумме модулей токов плеч и поступает через элемент ИЛИ 2 на формирователь 3 импульса первого периода переходного процесса, который формирует сигнал (Квыхг), ограниченный длительностью 4 мс. В это время конденсатор формирователя 3 импульса первого периода переходкого процесса заряжается и остается заряженным около 200 мс, что достаточно для затухания переходного процесса в первичной цепи. В результате импульсы (Увыха) и {1)вых4) не совпадают по времени в течении всего первого периода и выявитель 5 признака идентификации режима не срабатывает (Увыхб). В то же время сигнал, пропорциональный току плеча нулевых выходов, поступает на вход выпрямителя 11, а с его выхода - на вход первого компаратора 10, который срабатывает и выдает сигнал на вход RC-цепи 9 (ивых8). Конденсатор RC-цепи 9 начинает заряжаться, однако поскольку длительность сигнала (Овыха) не превосходит 20мс, напряжение на выходе RC-цепи (1)Вых9) в течении всего переходного процесса не достигает порога срабатывания второго компаратора 8, поэтому инвертор 7 не срабатывает в этом режиме. Следовательно, в течении всего переходного процесса электронный ключ закрыт.

В переходном режиме внезапного внутреннего КЗ со сдвинутыми по фазе токами (см. фиг. 36) или сопровождающего сквозными токами нагрузки одновременно появляются сигналы, пропорциональные сумме модулей токов плеч (1)вых2) и производной модуля дифференциального тока (Uewx4), поэтому на выходе выявителя 5 признака идентификации режима формируется сигнал логического нуля (Увыхб) и подается на первый вход расширителя 6 импульса. На выходе последнего формируется расширенный сигнал (Квыхб), достаточный для срабатывания электронного ключа 12, который срабатывает. Инвертор 7 в этом режиме не работает.

При внутренних -КЗ с односторонним

питанием сигнал на входе формирователя 1 импульсов может оказаться недостаточным, поэтому входным сигналом для блока управления в этом режиме будет сигнал, пропорциональный модулю дифференциального

тогса на втором входе элемента ИЛИ 2. В дальнейшем устройство срабатывает так же, как при внезапном внутреннем КЗ с двухсторонним питанием. Инвертор 7 в этом режиме не работает.

Таким образом, реализованное в блоке управления выявление однополярного сквозного тока нагрузки позволяет исключить значительную задержку в срабатывании дифференциально-фазных защит

электродвигателей и синхронных компенсаторов при переходе пуска или самозапуска в двухфазное КЗ, сопровождающегося од- нополярными токами нагрузки, и повысить устойчивость функционирования блока управления в этом режиме, не снижая ее в других режимах.

Формула изобретения

Блок управления для устройства дифференциально-фазной защиты электроустановки по эвт.св. № 1427465, отличающий- с я тем. что, с целью повышения устойчивости функционирования при внутренних двухфазных коротких замыканиях в режимах пусков или самозапусков электродвигателей и синхронных компенсаторов, сопровождающихся однополярными сквозными токами нагрузки, в него введены последовательно соединенные выпрямитель,

первый компаратор, RC-цепь, второй компаратор и инвертор, при этом вход выпрямителя является вторым входом блока управления, а выход инвертора подключен к второму входу расширителя импульса.

со

(О

г- tг(О

«м

i

t З

«I

«5 -S

: N

Йме Д&//4

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения - повышение устойчивости функционирования при внутренних двухфазных коротких замыканиях (КЗ) в режимах пусков или самозапусков электродвигателей и синхронных компенсаторов, сопровождающихся однополярными сквозными токами нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что блок управления позволяет обеспечить высокое быстродействие дифференциально-фазной защиты при любых внутренних КЗ, включая двухфазные КЗ электродвигателей и синхронных компенсаторов в режиме пуска с учетом запаздывания КЗ с момента пуска с сохранением селективности при внешних КЗ. Высокое быстродействие при двухфазных КЗ электродвигателей и синхронных компенсаторов в режиме пуска с учетом запаздывания КЗ с момента пуска обеспечивается выявлением однополярно- го характера тока нулевых выводов, присущего данному режиму и подачей сигнала на срабатывание блока управления для запрета форсировки времени блокировки дифференциально-фазной защиты. 3 ил.

VteS i/fya.7

fyt/r.B

Uhix.9

И8ы/.Ю

fa/xti

УЬкб

Фиг.3