Устройство для защиты фазоповоротного трансформатора Советский патент 1993 года по МПК H02H7/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, и может быть использовано для защиты от внутренних повреждений трансформаторов, автотрансформаторов и фазоповоротных трансформаторов (ФПТ).

Цель изобретения - повышение чувствительности защиты фазоповоротного трансформатора.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства: на фиг. 2-4 приведены эпюры, характеризующие его работу в различных режимах.

Устройство содержит трансформаторы тока 1 и 2, установленные в каждой фазе с обеих сторон ФПТ 3, к выходам которых подключены входы датчиков тока 4-9, первый 10 и второй 11 трехфазные трансформаторы напряжения, первичные обмотки которых включены соответственно с первичной и вторичной сторон ФПТ, рабочие органы 12, 13 и 14, первый 15 и второй 16 входы которых соединены с соответствуют щими фазными выводами второго 11 и первого 10 трехфазных трансформаторов

напряжения, третий 17 и четвертый 18 входы - с датчиками тока соответствующих фаз со вторичной и первичной сторон ФПТ, а выходы 19 - с входами логического элемента ИЛИ 20, к выходу которого подключен исполнительный орган 21.

Второй вход 16 рабочих органов 12-14 через соединенные последовательно первый формирователь прямоугольного напряжения 22, первый формирователь модуля 23 и первый инвертор 24 соединен с первым входом первого логического элемента И 25. Четвертый вход 18 рабочих органов 12-14 через соединенные последовательно первый дифференциальный элемент 26, второй формирователь модуля 27, второй дифференцирующий элемент 28 и второй формирователь 29 прямоугольного напряжения подключен к второму входу первого логического элемента И 25, выход которого соединен с управляющим входом первого блока выборки-хранения 30, к рабочему входу которого подключен выход первого дифференцирующего элемента 26. Первый вход 15 рабочих органов 12-14 через соединенные

00

ю о

J

о

N)

последовательно третий формирователь прямоугольного напряжения 31, третий формирователь модуля 32 и второй инвертор 33 соединен с первым входом второго логического элемента И 34. Третий вход 17 рабочих органов 12-14 через последовательно включенные третий дифференцирующий элемент 25, четвертый формирователь модуля 36, четвертый дифференцирующий элемент 37 и четвертый формирователь прямоугольного напряжения 38 подключен к второму входу второго логического элемента И 34, выход которого соединен с уп- равляющим входом второго блока выборки-хранения 39,рабочий вход которого подключен к выходу третьего дифференцирующего элемента 35, а выход через третий инвертор 40 - к второму входу сумматора 41, первый вход которого соединен с выходом первого блока выборки-хранения 30, а выход через соединенные последовательно компаратор 42 и элемент времени 43 с задержкой на срабатывание - к выходу 19 рабочего органа. Устройство работает следующим образом.

Датчики тока 4-9 служат для преобразования тока на входе в напряжение требуемого уровня на выходе. Формирователи прямоугольного напряжения 22, 29, 31 и 38 преобразуют входной сигнал в импульсы прямоугольной формы, полярность которых совпадает с полярностью входного сигнала, причем порог срабатывания формирователя принимается близким к нулю.

Дифференцирующие элементы 26, 28, 35 и 37 формируют выходной сигнал, пропорциональный первой производной входного сигнала.

Блоки выборки-хранения 30 и 39 запоминают значение напряжения, поступающего на их рабочий вход, в момент перехода сигнала, поступающего на управляющий вход, с высокого уровня на низкий,

Компаратор 42 формирует на выходе сигнал высокого уровня в случае превышения входным сигналом любой полярности уставки срабатывания.

Элемент времени 43 с задержкой на срабатывание служит для обеспечения помехоустойчивости защиты при воздействии импульсных помех и переходных процессов в первичных и вторичных цепях

Работа устройства в нормальном режиме с переходом в режим виткового замыкания показана на фиг. 2. Фазный ток ,с первичной стороны ФПТ через трансформатор тока 1 и датчики тока 4 поступает на первый дифференцирующий элемент 26, с выхода которого сигнал, пропорциональный первой производной тока, проходит на рабочий вход первого блока выборки-хранения 30. Соответствующее фазное напряжение сети на стороне первичной обмотки

ФПТ с трансформатора 10 поступает на формирователь 22, преобразующий его в двухполярные прямоугольные импульсы, имеющие кратковременные (порядка 0,5 мс) нулевые интервалы вблизи перехода входного напряжения через ноль. После преобразования указанного напряжения в однополярное на формирователе модуля 23 и инвертировании на 24 короткие импульсы, соответствующие моментам перехода фазного.напряжения через ноль, поступают на первый вход первого логического элемента И 25. Напряжение, пропорциональное первой производной фазного тока, поступает на цепочку, состоящую из второго формирователя модуля 27, второго дифференцирующего элемента 28 и второго формирователя прямоугольных напряжений 29, на выходе которого формируются импульсы высокого уровня, длительностью, равной времени

совпадения знаков первой и второй производных тока. Указанная цепочка, сигнал с выхода которой поступает на второй вход первого логического элемента И 25, служит для предотвращения излишнего срабатыва

ния устройства в переходных процессах при

внешних КЗ и работе измерительных трансформаторов тока 1 и 2 со значительными погрешностями,

В нормальном режиме, когда токи относительно невелики и не содержат апериодической слагающей, трансформаторы тока работают в своем классе точности и импульсы, поступающие на второй вход элемента И 25, совпадают по времени с короткими

импульсами, поступающими на его первый вход, разрешая их прохождение на управляющий вход первого блока выборки-хранения 30. В результате этого в первом блоке выборки-хранения 30 производится запоминание значения первой производной фазного тока в момент перехода напряжений этой фазы через ноль.

Полагая Ui(t) Umi sinott; l t(t)lmi-cos(un + ),

где Ui(t) и Umi - действующее и амплитудное значения напряжения на первичной стороне ФПТ;

i 1 (t), Imi - первая производная и амплитуда фазного тока на первичной стороне

ФПТ:

р - угол между фазным током и напряжением;

получим, что запоминаемое в блоке 30 напряжение пропорционально значению активного тока в данной фазе на первичной стороне ФПТ (1а1)

Uao Imi cos ф а.

Аналогично с помощью элементов 31- 39 производится запоминание во втором блоке выборки-хранения 39 значения активного тока в этой же фазе на вторичной стороне ФПТ

U39 1гп2 cos (pi - laa.

На выходе сумматора 41 формируется сигнал, пропорциональный разности активных токов по обеим сторонам ФПТ,

U41 lai - 1а2.

В нормальном режиме в каждом периоде из-за фазового сдвига между напряжениями на первичной и вторичной обмотках ФПТ имеется интервал, в течение которого значения выборок активного тока не совпадают. При этом на выходах сумматора 41 и компаратора 42 формируется прерывистый сигнал, причем длительность сигналов высокого уровня недостаточна для его прохождения через элемент времени 43, имеющий задержку на срабатывание порядка 15 мс, ввиду чего срабатывания устройства не происходит.

При возникновении внутреннего повреждения ФПТ виткового замыкателя или замыкания на корпус (фиг. 2) появляется дополнительный потребитель активной мощности в виде короткозамкнутой части обмотки, ввиду чего активная мощность, выделяемая в первичной обмотке ФПТ. возрастает, а во вторичной снижается. Одновременно на первичной стороне происходит возрастание активного тока и уменьшение угла между фазным напряжением и током, а на вторичной стороне активный ток уменьшается и угол между фазным напряжением и током возрастает. В этом случае разность выборок значений активного тока по обе стороны ФПТ, запоминаемых блоками 30 и 39, превышает уставку срабатывания компаратора 42, в результате чего сигнал высокого уровня после задержки на элементе времени 43 порядка 15 мс поступит на исполнительный орган 21.

Использование первой производной тока позволяет практически исключить влияние апериодической слагающей на чувствительность защиты.

При внешних КЗ. когда из-за наличия в токе апериодической слагающей измерительные трансформаторы тока 1,2 работают со значительными погрешностями (фиг. 3), правильная работа обеспечивается цепочками, состоящими из элементов 27-29 и 36- 38. В интервалах, когда происходит насыщение магнитопровода трансформаторов тока 1 и 2 и форма вторичного тока начинает отличаться от формы первичного тока имеет место несовпадение знаков первой и второй производных вторичного тока,

В этом интервале на выходе цепочек 27-29 и 36-38 формируются сигналы низкого уровня, блокирующие прохождение импульсов выборки от 24 до 33 через логические элементы И 25 и 34 на управляющие входы

блоков выборки-хранения 30 и 39 соответственно. В интервале точной трансформации упомянутые цепочки не препятствуют прохождению сигналов выборки на блоки выборки-хранения 30, 39. Так как значения

активного тока по обе стороны ФПТ при внешних КЗ практически равны, то уровень сигнала на выходе сумматора 41 ниже уставки компаратора 42 и срабатывания устройства не происходит.

В режиме включения ФПТ на холостой

ход возможен бросок намагничивающего тока в его первичной обмотке, обусловленный насыщением мэгнитопровода ФПТ (фиг. 4). Однако, ввиду того, что сопротивление ненагруженного трансформатора определяется его ветвью намагничивания и носит практически чисто индуктивный характер, фазные токи сдвинуты относительно соответствующих фазных напряжений на

угол, близкий к я/2 При этом значение первой производной тока в момент выборки близки к нулю и срабатывания устройства не происходит.

Если в режиме включения ФПТ на холостой ход произойдет внутреннее повреждение, то вследствие значительного увеличения активных потерь фазовый сдвиг между током и напряжением уменьшится.

Это приведет к резкому возрастанию значения выборки на первичной стороне ФПТ, Так как ток на вторичной стороне в режиме холостого хода отсутствует и значение соответствующей выборки равно нулю, то разность выборок на выходе сумматора 41 превысит уставку компаратора 42, что приведет к срабатыванию устройства.

Изобретение позволяет повысить чувствительность защиты ФПТ, сократить объем

аварийных повреждений как в трансформаторе, так и в прилегающей сети. Формула изобретения 1. Устройство для защиты фазоповорот- ного трансформатора, содержащее трансформаторы тока, предназначенные для установки с обеих сторон фазоповоротного трансформатора, к выходам- которых подключены входы соответствующих датчиков фазных токов стороны высшего напряжения и датчиков фазных токов стороны низшего

напряжения, первый трансформатор напряжения, предназначенный для подключения к сети высшего напряжения, три рабочих органа, первые входы которых подключены к выходам датчиков тока стороны низше- го напряжения соответствующей фазы, выходы рабочих органов подключены к входам элемента ИЛИ. исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, дополни- тельно введен второй трансформатор на- пряжения, предназначенный для подключения к сети низшего напряжения, при этом к выходам первого трансформатора напряжения подключены вторые входы рабочих органов, третьи входы которых подключены к выходам датчиков фазных токов стороны высшего напряжения соответствующей фазы, четвертые входы рабочих органов подключены к выходам второго трансформатора напряжения, выход элемента ИЛИ подключен к входу исполнительного органа.

2. Устройство по п. 1,отличаю щее- с я тем, что каждый из рабочих органов выполнен в виде четырех формирователей прямоугольного напряжения, четырех формирователей модуля, четырех дифференцирующих элементов, двух блоков выборки- хранения, двух элементов И. сумматора, трех инверторов, компаратора и элемента времени с задержкой на срабат ывание, причем второй вход каждого рабочего органа через соединенные последовательно первый формирователь прямоугольного напряжения,

первый формирователь модуля, и первый инвертор подключены к первому входу первого элемента И, к которому входу которого через последовательно соединенные первый дифференцирующий элемент, второй формирователь модуля, второй дифференцирующий элемент и второй формирователь прямоугольного напряжения подключен третий вход рабочего органа, а к выходу первого элемента И-управляющий вход первого блока выборки-хранения, к рабочему входу которого подключен выход первого дифференцирующего элемента, а к выходу - первый вход сумматора, выход которого соединен через компаратор с входом элемента времени с задержкой на срабатывание, выход которого является выходом рабочего органа, четвертый вход рабочего органа через соединенные последовательно третий формирователь прямоугольного напряжения, третий формирователь модуля и второй инвертор подключен к первому входу второго элемента И, к второму входу которого через соединенные последовательно третий дифференцирующий элемент, четвертый формирователь модуля, четвертый дифференцирующий элемент и четвертый формирователь прямоугольного напряжения подключен первый вход рабочего органа, при этом рабочий вход второго блока выборки- хранения соединен с выходом третьего дифференцирующего элемента, выход через третий инвертор соединен с вторым входом сумматора, а управляющий вход - с выходом второго элемента И.

I коча/ю 3 t, У/L tt

Сущность изобретения: устройство позволяет выявить относительно небольшое число короткозамкнутых витков в обмотке фазоповоротного трансформатора и производить его отключение начальной стадии развития повреждения, когда разрушению подвергалась только часть обмотки и не затронуты другие части трансформатора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

- j, |j |, П

гп п

ЬЪН

r .

ti.ti.

ri

L

ЕлуОШЗ/l Т

t

n

H

d

2019281