Устройство для трехфазной дифференциальной защиты трансформатора Советский патент 1992 года по МПК H02H7/45 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите энергосистем и может применяться для защиты силовых трансформаторов со схемой соединения обмоток звезда-треугольник.

Известна дифференциальная защита трансформаторов и автотрансформаторов, содержащая в каждой фазе рабочую цепь, первую и вторую цепи торможения и реагирующий орган, состоящий из последовательно соединенных релейного формирователя, первого инвертора, первого элемента выдержки времени, второго инвертора и второго элемента выдержки времени.

В указанном устройстве отстройка от периодического броска намагничивающего тока (БНТ), ю.никающего при включении защищаемого трансформатора под напряжение, выполняется с помощью торможения от тока второй гармоники дифференциального тока. Ток второй гармоники выделяется с помощью пассивного фильтра, входящего в состав первой цепи торможения.

Применяемый в указанном устройстве способ отстройки от периодического БНТ позволяет надежно отличать режим БНТ от остальных режимов работы защищаемого трансформатора и исключать ложные срабатывания защиты. Недостатком этого спосоvj

VI

СЛ VI 00 00

ба является некоторое замедление действия защиты из-за возникновения второй гармоники в переходном режиме короткого замыкания (КЗ) в защищаемой зоне.

Известно также трехфазное дифференциальное реле, содержащее в каждой фазе рабочую цепь, релейный формирователь, первый и второй инверторы, орган выдержки времени, орган запоминания сигнала на определенное время, выходной орган, тормозную цепь, первый и второй ограничители длительности импульсов и логический элемент ИЛИ. Первый ограничитель длительности импульсов включен между формирователем импульсов и первым инвертором. Выходы органов выдержки времени всех трех фаз соединены в треугольник через вторые ограничители длительности.

Указанное реле не срабатывает при включении защищаемого трансформатора под напряжение и протекании в одной из фаз периодического БИТ. К его недостаткам относится низкая надежность функционирования при несимметричных КЗ в защищаемой зоне сопровождающихся протеканием в различных фазах токов с разной амплитудой, В том случае, когда ток в одной из фаз недостаточен для срабатывания реле в этой фазе, но вызывает появление импульсов на выходе релейного формирователя этой фазы, это приведет к блокированию соседней фазы реле, хотя ток на входе ее может быть достаточным для срабатывания. Таким образом, в определенных режимах может произойти отказ в функционировании указанного реле.

Целью изобретения является повышение надежности функционирования устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в каждой фазе устройства, содержащего блок формирования дифференциального тока, к выходу которого подключена цепь, состоящая из включенных последовательно двухполупериодного выпрямителя, первого компаратора, первого инвертора, первого элемента выдержки времени, элемента ИЛИ, второго инвертора и второго элемента выдержки времени дополнительно введена цепь, состоящая из последовательно соединенных второго компаратора, расширителя импульсов и элемента И.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2,3.4 -диаграммы работы.

Устройство для дифференциальной защиты трансформатора содержит в каждой фазе соединенные последовательно блок формирования дифференциального тока 1,

двухполупериодный выпрямитель 2, первый компаратор 3, первый инвертор 4, первый элемент выдержки времени 5, элемент ИЛИ б, второй инвертор 7, второй элемент выдержки времени 8, а также цепь из соединенных последовательно второго компаратора 9, расширителя импульсов 10 и элемента И 11, причем входы первого 3 и второго 9 компараторов соединены параллельно, вто0 рой вход элемента И 11 подключен к выходу первого элемента выдержки времени 5, а выход элемента И 11 подключен ко второму входу элемента ИЛИ б соседней фазы.

Блок формирования дифференциального тока 1 осуществляет суммирование мгно5 венных значений токов ТТ разных плеч защиты в одной фазе.

Устройство для дифференциальной защиты работает следующим образом. В нормальном режиме выполняется баланс токов со стороны высшего и низшего напряжений

0 защищаемого трансформатора, поэтому дифференциальный ток на выходе блока формирования дифференциального тока I имеет незначительную величину. Ток на выходе двухполупериодного выпрямителя 2

5 недостаточен для срабатывания компараторов 3 и 9, поэтому на их выходах присутствует нулевой сигнал. Такой же сигнал имеется и на выходе расширителя импульсов 10, что обуславливает сигнал О на выхо0 де элемента И 11. Таким образом, в нормальном режиме фазы защиты не оказывает влияния друг на друга. Так как на выходе первого инвертора 4 присутствует сигнал О, то на его выходе, а также на выходах

5 первого элемента выдержки времени 5 и И элемента ИЛИ б присутствует сигнал I. На выходах второго инвертора 7 и второго элемента выдержки времени 8 имеется сигнал О. Устройство защиты не срабатывает.

0 При включении защищаемого трансформатора под напряжение начинается переходный процесс, сопровождающийся протеканием БИТ со стороны высшего напряжения.

5 Как видно из фиг.2 токи в двух фазах (А и В), содержащих апериодическую составляющую, имеют сходную форму кривой и отличаются лишь полярностью. Ток в третьей фазе (С), назовем ее особой, не со0 держит апериодической составляющей. Ток в особой фазе С кроме отсутствия апериодической составляющей имеет и другие существенные отличия от токов в остальных фазах. Во-первых, его амплитуда в 1,5-2

5 раза меньше амплитуд токов в других фазах, во-вторых, бестоковые паузы в токе особой фазы меньше, чем в токах других фаз и их длительность может достигать максимум 4

мс, тогда как в других фазах их длительность может быть 6-7 мс. Временные диаграммы работы фазы В, в режиме БИТ приведены на фиг.3,а, а диаграммы работы особой фазы С в том же режиме - на фиг.Зб,

В фазе В под действием выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя 2 оба компаратора 3 и 9 периодически срабатывают и на их выходах появятся сигналы I. Порог срабатывания второго компаратора 9 выбирается больше порога срабатывания первого компаратора 3 примерно в 1,5 раза, поэтому срабатывать он будет несколько позже, чем первый и ширина импульсов на его выходе будет несколько меньше. Расширитель импульсов 10 увеличивает длительность импульсов, поступающих на его вход на время около 20 мс. поэтому на его выходе будет непрерывный сигнал 1, который разрешает передачу блокирующих импульсов через элемент И 11 на второй вход элемента ИЛИ 6 соседней фазы С. На выходе первого инвертора 4 во время пауз в сигнале на выходе первого компаратора 3 появляются импульсы. Первый элемент времени 5 имеет выдержку 5 мс, поэтому на его выходе появляются короткие импульсы. Если на втором входе элемента ИЛИ 6 присутствует сигнал О, то импульсы с выхода первого элемента выдержки времени 5 без изменения передаются на вход второго инвертора 7, на выходе которого появляются импульсы с частотой следования 50 Гц, т.е. с периодом следования 20 мс. Второй элемент выдержки времени 8 имеет выдержку на срабатывание более 20 мс. поэтому в этом режиме сигнал на его выходе равен О.

Рассмотрим работу устройства в особой фазе С при БИТ. Основное отличие от работы устройства в фазе В заключается в том, что длительность большей паузы на выходах компараторов 3 и 9 меньше 5 мс. Поэтому на выходе первого элемента выдержки времени 5 появляется сигнал О. Однако на выходе элемента ИЛИ 6 данной фазы имеются короткие импульсы, которые поступают с выхода элемента ИЛИ 11 фазы В. Далее эти импульсы инвертируются вторым инвертором 7 и в виде последовательности импульсов с периодом следования 20 мс подаются на вход второго элемента выдержки времени 8, который не срабатывает. В режиме БИТ ни одна из фаз устройства не сработает.

При затухании БЫТ амплитуды токов во всех фазах уменьшаются, а длительность пауз на выходах компараторов 3 и 9 всех фаз увеличивается. Начальная амплитуда тока в фазах Аи В больше, чем в особой фазе С, поэтому к моменту времени, когда перестает срабатывать второй компаратор 9 в фазе В, т.е. будет снята блокировка с особой фазы С, длительность пауз на выходе первого компаратора 3 фазы С будет превышать 5 мс и эта фаза устройства не сработает.

Потенциальные диаграммы работы одной фазы дифференциальной защиты при коротком замыкании (КЗ) в зоне приведены на фиг.4. Рассматриваемый случай, когда в

0 токе КЗ данной фазы присутствует апериодическая составляющая. При этом дифференциальный ток будет практически повторять форму тока КЗ. Под действием выпрямленного сигнала с выхода двухполу5 периодного выпрямителя 2 будут периодически срабатывать первый и второй компараторы, на выходах которых появятся импульсы с частотой следования 100 Гц. Длительность импульсов на выходе первого

0 компаратора составляет 2 -3 мс, т.е. не превышает значения выдержки времени элемента времени 5, поэтому сигнал на выходе последнего становится равным О. С выхода инвертора 7 сигнал I подается на вход вто5 рого элемента времени 8, который срабатывает спустя время, большее 20 мс. Импульсы на выходе второго компаратора 9 вызывает появление постоянного сигнала I на выходе расширителя импульсов 10, что

0 разрешает прохождение блокирующих импульсов через логический элемент И 11, но т.к. на втором входе этого элемента в данном режиме имеется сигнал О, то и на выходе элемента И 11 также будет сигнал О, т.е.

5 в режиме КЗ в зоне защиты отдельные фазы реле будут работать независимо друг от друга.

Минимальный ток срабатывания устройства для дифференциальной защиты мо0 жет достигать 50% номинального тока защищаемого трансформатора, время срабатывания в зависимости от фазы возникновения КЗ 20-30 мс.

Формула изобретения

5 Устройство для трехфазной дифференциальной защиты трансформатора, содержащее в каждой фазе блок формирования дифференциального тока, к выходу которого подключена цепь, состоящая из включен0 ных последовательно двухполупериодного выпрямителя, первого компаратора, первого инвертора, первого элемента выдержки времени, элемента ИЛИ, второго инвертора и второго элемента выдержки времени, о т5 личающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования, в каждую фазу дополнительно введена цепь, состоящая из последовательно соединенных второго компаратора, расширителя импульсов и элемента И, причем вход

Фт.г

Сущность изобретения: известные ДЗ- трансформаторы имеют замедление срабатывания из-за наличия в их составе фильтра второй гармоники, применяемого для отстройки от броска намагничивающего тока (БИТ), возникающего при включении защищаемого трансформатора под напряжение. Для устранения указанной задержки срабатывания при сохранении способности отстройки от БНТ в данном устройстве для дифференциальной защиты дополнительно введены второй компаратор, расширитель импульсов и элемент И, причем второй вход И подключен к выходу первого элемента выдержки времени, а выход элемента И подключен к второму входу ИЛИ соседней фазы. Чувствительность устройства для дифференциальной защиты составляет 0,1 1Н. Время срабатывания 20-30 мс. 4 ил. (Л С