Трехфазное реле тока Советский патент 1993 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к технике и может быть применено для релейной защиты при двойных замыканиях на землю в разных воздушных линиях 35 кВ.

Известно трехфазное реле тока, которое пригодно только в условиях токовой защиты такой ступени, которая выполняет роль резервной в случае двухфазного короткого замыкания (КЗ) за трансформатором Я/Д- 11 (35/6 кВ).

Известно трехфазное реле тока, у которого в каждой из трех фаз входной преобразователь переменного тока в постоянное напряжение подсоединен своим выходом к одному из трех входов первого мэксиселек- тора, имеющего основной инвертирующий выход и три дополнительных неинвертирующих выхода, к которым подсоединены три входа, аналогичного второго максиселекто- ра, причем к выходам обоих максиселекто- ров через первый блок сравнения включен первый основной компаратор, а через второй блок сравнения подсоединены входы второго и третьего дополнительных компараторов.

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно не предназначено для условий двойного замыкания на землю в разных линиях.

Цель изобретения - повышение надежности при двойных замыканиях на землю в разных линиях.

Изобретение имеет преимущество еще при выполнении для линии 35 кВ защит первой и второй ступени, когда необходимо ускоренное отключение при КЗ на линии и нечувствительность к двухфазному КЗ за трансформаторами А/А- 11 (35/6 или 35/10кВ).

На фиг. 1 приведена функционально- принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема внутренних элементов первого максиселектора, совпадающая с на аналогичным в прототипе.

Трехфазное реле тока (фиг. 1) содержит три входных преобразователя 1-3 переменного тока в постоянное напряжение с входными выводами для подключения к измерительному трансформатору тока соответствующей фазы контролируемой сети. .Выходные выводы этих преобразователей

-ч о со ел о ел

подключены к соответствующим первому 4, второму 5, третьему 6 входам первого мак- сиселектора 7, выполненного на трех операционных усилителях, шести диодах и девяти резисторах в цепях обратной связи и во входных цепях операционных усилителей (здесь и далее см. фиг. 2). Первый 4. второй 5, третий 6 входные выводы максиселектора 7 соединены каждый через соответствующие резисторы 41-43 с инвертирующим входом соответственно первого 44, второго

45 и третьего 46 операционных усилителей, неинвертирующие входы которых предназначены для подключения к общему токопроводу. Инвертирующий вход каждого операционного усилителя соединен с выходом этого же усилителя через первую цепочку обратной связи, выполненную на последовательно соединенных резисторе и аноде-катоде диода. Для усилителя 44 первая цепочка обратной связи выполнена на резисторе 47 и диоде 48, для усилителя 45 - на резисторе 49 и диоде 50, для усилителя

46 - на резисторе 51 и диоде 52. Кроме того, инвертирующий вход каждого операционного усилителя соединен с выходом того же усилителя через вторую цепочку обратной связи, включенную параллельно первой и выполненную на последовательно соединенных резисторе и катоде - аноде другого диода. Для усилителя 44 вторая цепочка обратной связи выполнена на резисторе 53 и диоде 54; для усилителя 45 - на резисторе 55 и диоде 56; для усилителя 46 - на резисторе 57 и диоде 58. При этом катоды диодов первых цепочек обратной.связи и аноды диодов вторых цепочек обратной связи непосредственно соединены с выходом соответствующего операционного усилителя. Аноды диодов первых цепочек обратной связи каждого операционного усилителя соединены оосновным выходным инвертирующим выводом 8 первого макси- селектора 7, а катоды диодов вторых цепочек обратной связи первого 44, второго 45 и третьего 46 операционных усилителей соединены соответственно с первым 9, вторым 10 и третьим 11 дополнительными выходными неинвертирующими выводами первого максиселектора 7 (далее: см. фиг, 1). Первый 9, второй 10 и третий 11 дополнительные выходные выводы первого максиселектора 7 к через десятый 12, одиннадцатый 13 и двенадцатый 14 резисторы соединены с первым 15, вторым 16 и третьим в 17 выходами второго максиселектора 18, выполненного аналогична первому максиселектору 7. Основной выходной вывод 8 первого макси- селектора 7 соединен с первым выводом тринадцатого резистора 19. Дополнительные выходные выводы 9-11 первого макси- селектора 7 также через четырнадцатый 20, пятнадцатый 21 и шестнадцатый 22 резисторы соответственно подключены к неинвертирующему входу блока сравнения 23 (с резистором обратной связи 24). Неинвертирующий вход блока сравнения 23 также через семнадцатый резистор 25 соединен с выходом для подключения к общему токо0 проводу. Инвертирующий вход блока сравнения через восемнадцатый резистор 26 соединен с выводом для подключения к общему токопроводу. Резисторы 25 и 26 предназначены для балансирования блока

5 сравнения 23, а также для уменьшения ответвления токов из блока 23 в максиселек- торы 7 и 18.

Для дополнительного уменьшения ответвления токов еще могут быть подключе0 ны балластные резисторы на всех выходных выводах обоих максиселекторов. У блока сравнения 23 инвертирующий вход через девятнадцатый 27, двадцатый 28 и двадцать первый 29 резисторы соединен со5 ответственно с первым 30, вторым 31 и третьим 32 дополнительными выходными выводами второго максиселектора 18. Основной выходной выводЗЗ второго максиселектора 18 соединен с первым выводом

0 двадцать второго резистора 34. Выход блока сравнения 23 через двадцать третий резистор 35 соединен с инвертирующим входом первого компаратора 36, который через двадцать четвертый резистор 37 сое5 динен с положительным выводом опорного источника питания. .

Кроме того, выход блока сравнения 23 через двадцать пятый резистор 38 соединен с инвертирующим входом второго ком- 0 паратора 39, который через двадцать шестой резистор 40 соединён с отрицательным выводом опорного источника питания. Неинвертирующие входы первого 36 и второго 39 компараторов соединены с выводом

5 для подключения к общему токопроводу, а их выходы являются исполнительными выходами реле тока. От прототипа данное устройство отличается тем, что вторые выводы тринадцатого 19 и двадцать второго 34 рези0 сторов подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам блока сравнения 23.

Устройство работает следующим образом.

5 На входы преобразователей 1, 2, 3 поступают-токи, пропорциональные фазным токам, например, в защищаемой линии 35 к8.

В общем случае модули этих токов могут быть: один - наибольший мк. другой наименьший 1мн, третий промежуточный 1Пр. Для упрощения анализа предположим, что векторы фазных токов образуют равнобедренный треугольник с углом а между равными сторонами. Это упрощающее условие имеет место в действительности (для сетей 35 кВ) в следующих случаях. В режиме трехфазного симметричного короткого замыкания (КЗ), когда « 60°, модули трех токов

одинаковы

I (3) - (3) - (3) , (3)

1мк - 1мн - 1пр - IK .

При двухфазном КЗ на защищаемой линии без токов нагрузки (предельный несимметричный режим второго типа), когда а 0°, модули токов имеют следующие соотношения:

I (2) п. - (2) , (2)л о7 | Р). 1мн - U. 1пр IMK - U,or 1к

где 1к ток трехфазного КЗ в том же месте. При двухфазном КЗ за понижающим трансформатором А/Л- 11 (35/6 кВ) без токов нагрузки (предельный несимметричный режим первого типа), когда а 180°, модули токов определяются соотношениями:

I (2.--) , (ЗЛ). , (2Л) . -(2-.)пс- , (2..) IMK - IK i Inp IMH - U,D IMK

Под режимом Ток только в одной фазе главным образом имеется в виду двойное замыкание на землю в разных воздушных линиях 35 кВ (без токов нагрузки), когда модули токов определяются соотношениями:1мк(11) 0,87 1к(3)/1,8 0,48 1к(3); 1пр(п)

иЛ1) о

При упомянутом двойном замыкании на землю ток в каждой из двух линий образует петлю с большей площадью (ток идет по одному проводу, а обратно -.через землю под проводом), вследствие чего на воздушной линии без троса сопротивление току увеличивается в 1,8 раза по сравнению с двухфазным КЗ на одной линии.

Модули фазных токов на выходных выводах 4, 5, 6 первого максиселектора 7 положительны, а на его основном выходном инвертирующем выводе 8 напряжение пропорционально функции

Fr1

и этой же функции будет пропорционален ток через резистор 19 с сопротивлением R. На каждом из дополнительных выходных неинвертирующих выводов 9, 10, 11 первого максиселектора 7 напряжение пропорционально разности модуля 1Мк наибольшего из токов и своего тбка (или 1Мк, или наимень- шеного IMK, или промежуточного Пр).

Из-за этого сумма трех токов через резисторы 20, 21, 22 (каждый с сопротивлением R) будет пропорциональна функции

гд1 лр - IMH

Следовательно, на неинвертирующий вход блока сравнения 23 поступает сумма четырех токов, пропорциональная функции

Ргд1 Fr1 + Рд1 IMK - Inp - IMH.

На входные выводы 15, 16, 17 второго максиселектора 18 от дополнительных выходных выводов 9,10,11 первого максиселектора 7 через резисторы 12, 13, 14 (каждый с сопротивлением R) поступают три

разностных тока: lpo с нулевым модулем (т.е. тока нет); рб - с большим модулем; рм - с малым модулем. Следовательно,

рб IMK - IMH рм IMK пр- На основном выходном инвертирую- щем выводе 33 второго максиселектора 18 напряжение пропорционально функции

Fr2 -1рб (IMK - IMH),

и этой же функции пропорционален ток через резистор 34 с сопротивлением KPR.

На каждом из дополнительных выходных неинвертирующих выводов 30, 31, 32 второго максиселектора 18 напряжение пропорционально разности модуля ра большего из токов и модуля своего тока (или

нулевого lpo, или меньшего 1рм. или большего 1рб). Поэтому сумма токов через резисторы 27, 28,29 (каждый с сопротивлением KPR) пропорциональна функции

Рд2 - рм - lpo - IMK + Inp 2 IMH.

Следовательно, на инвертирующий вход блока сравнения 23 поступает сумма четырех токов, пропорциональная функции

РГд2 Fr2 + РД2 Inp IMH.

Через блок сравнения 23 функция РГд1 с неинвертирующего входа на выход передается без изменения знака, а функция РГД2 поступает со знаком минус (инвертируется) и с другим коэффициентом усиления, который регулируется упомянутым коэффициен- том Кр. Поэтому на выходе блока сравнения 23 напряжения пропорционально функций

Рбс. Ргд1 РГд2/Кр IMK - lnp( -гг- + 1) +

)

Для функции , которая равна Fee, отнесенной к модулю тока к 3 и выполненной при 1/Кр 1,5.

В этих условиях данное устройство может иметь такую же чувствительность, как при трехфазном КЗ в том же месте, только после того, как появится ток lo нулевой последовательности и вызовет срабатывание соответствующего токового реле, которое

через соответствующее промежуточное реле временно выведен из действия входной преобразователь 2 в фазе В, вследствие чего (в две трети случаев) наступит режим одного входного тока.

Выбранная уставка срабатывания у компаратора 39 должна быть, как правило, в два раза меньше, чем у компаратора 36. Данное устройство полностью нечувствительно к режиму, когда угол а 180°. Этот режим может возникнуть:

1) при двухфазном КЗ пр за понижающим трансформатором Я/А- 11 и 35/6 кВ (без токов нагрузки);

2) если на защищаемой линии 35 кВ повысились токи нагрузки при внешнем двухфазном КЗ. т.к. при КЗ на другой линии 35 кВ вблизи той же подстанции, к которой

подсоединена защищаемая линия.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности токовой защиты первой (а иногда и второй) ступени, при двойных замыканиях на землю в разных линиях.,

Сущность изобретения: наличие трех входных преобразователей переменного тока в постоянное напряжение, два максиселек- тора, блока сравнения, двух компараторов и резисторов, соединенных определенным образом, способствуют повышению надежности защиты при двойных замыканиях на землю в разных линиях. 2 ил.

Формула изобретения

Трехфазное реле тока, содержащее три преобразователя переменного тока в постоянное напряжение с входными выводами для подключения к измерительному трансформатору тока соответствующей фазы, выходные выводы подключены соответственно к первому, второму и третьему входам первого максиселектора, первый, второй и третий неинвертирующие выводы которого через соответственно первый, второй и третий резисторы подключены к первому, второму и третьему входам второго максиселектора, первый, второй и третий неинвертирующие выходы которого через соответственно четвертый, пятый и шестой резисторы подключены к инвертирующему входу блока сравнения, который через седьмой резистор соединен с выводом для подключения к общему токопроводу и через восьмой резистор - со своим выходом, первый, второй и третий неинвертирующие выходы первого максиселектора через соответственно девятый, десятый и одиннадцатый резисторы подключены к неинвертирующему входу блока сравнения, который через двенадцатый резистор соединен с выводом для подключения к общему токопроводу, выход блока сравнения через тринадцатый резистор соединен с инвертирующим входом первого компаратора, который через четырнадцатый резистор соединен с положительным выводом опорного источника питания, выход блока сравнения также через пятнадцатый резистор соединен с инвертирующим входом второго компаратора, который через шестнадцатый резистор соединен с отрицательным выводом опорного источника питания, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности при двойных замы- . каниях на землю в разных линиях, дополнительно введены два резистора, причем первый из них включен между инвертирующим выходом первого максиселектора и неинвертирующим входом блока сравнения, а второй - между инвертирующим входом блока сравнения и инвертирующим выходом второго максиселектора.

Редактор Л, Волкова

-Фиг. Ј

Составитель А. Березовский

Техред М. МоргенталКорректорН. Гунько