Устройство для дифференциальной защиты трансформатора Советский патент 1979 года по МПК H02H7/04 

Изобретение относится к области релейной защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов, в цепях дифференциальной эаициты которых могут протекать апериодические, трансформированные без апериодической слагающей и периодические броски намагничивающего тока, от которых по условию увеличения чувствительности защиты требуется повышенная отстройка. Известны устройства, предназначенные для дифференциальной защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов, в которых осуществляется измерение промежутков времени между сосед ними импульсами в дифференциальном токе (1. Наиболее близким к предлагаемому п6 технической сущности является устройство, которое содержит промежуточный трансформатор тока, ко вторичной обмотке которого подсоедине, ны сопротивление и выпрякттельный мост, к которому подключены последовательно соединенные формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, селектор импульсов по длительности, орган запоминания сигналов, инвертог и выходное реле 2. Это устройство обеспечивает измерение бестоковых пауз в дифференциальном токе и сравнение их с заданной длительностью. Если длительность бестоковых пауз превышает заданную длительность, что имеет место в режиме включения трансформатора на холостой ход, сигнал на выходе устройства отсутствует. Однако при периодических бросках намагничивающего тока длительность бестоковых пауз может составлять 3-4 мс, поэтому уставку по длительности паузы для отстройки от периодического броска намагничивающего тока следует принимать 2,5-3 мс. В этом случае значительно повышаются требования к стабильности уставки по паузе, а также оказывается возможным замедление при переходных процессах короткого замыкания в зоне действиязащиты. Следует добавить, что при установившемся токе короткого замыкания во многих случаях возможна погрешность защитных трансформаторов тока до 30-40%, при котором бестоковые паузы имеют порядок уставки (например, при коротком замыкании в зоие действия защиты со стороны истрчника питания в случае близко распрлбженного мощного источНйКсИ Питания) . В этом случае возможен отказ указанного устройства,; .Необходимость обеспечения отстрой ки от периодического броска намаг,ничивающего тока, от которого известное устройство имеет недостаточ ную отсрочку, требует дополнительных мероприятий, которые влекут за собо существенные недостатки известного т па время-импульсной дифференциальной защиты. Например, в данном устройстве защиты для обеспечения отстройки от периодического броска намагничивающего тока используется фильтр второй гармоники. В результа этого при коротком замыкании в зоне защиты в тех случаях, когда магнито проводы защитных трансформаторов ток йасыщаются и в дифференциальном токе появляется вторая гармоника, происходит сильное загрубление защиты .и возможен ее отказ. Цель изобретения - повысить надёжность отстройки от всех видов броско1в намагничивающего тока трансформатора и обеспечить фиксацию режи мй внутреннего короткого замыкания в; iioitioi OM диапазоне пбгрешШэёти тран Форматоров тока. Это достигается тем, что в извect ном устройстве, которое содержит промежуточный трансформатор тока, вт ричная обмотка которого подклк1чена к резистору нагрузки и выпрямительном мосту, соединённому с первичной обмоткой трансреактора, ко вторично обмотке которого подсоединены порого вый элемент, логический элемент И, орган запоминания, орган сравнения импульсов по длительности и выходное реле, дополнительно введены второй пороговый элемент, второй логический элемент И и формирователь прямоУ1 ольнйх импульсов, соответствующих нечетнь1М и четным полуволнам дифференциального тока; соедин(енный со вторичной сэбмоткой промежу-гочного трансформатора тока, причём выход четких полуволн формирователя со единен с первыми входами логических элементов И, второй вход первого ло гического элемента И через пороговый 1ГлЖмШт7 рё агй;рую щйЙ ную полярность напряжения на выходе трансреак ора, а йторой вход второго логического элемента И через пороговый элемент, реагирукяций на отрицател ную полярность напряжения на Weffirc HKtopa:, - подсоедий ны ко вторичной ое5м6тке TpaHcpeatfdiia, выход первого элемента И соединен с первым входом оРгаН niWbcor ПО даитешйости,19ыход второ го элемента И соединен с информацион входом элемента Память, вхо Установки нуля (стирающий вход) которого соединен с выходом нечетных полуволн формирователя прямоугольных импульсов, а выход элемента Память соединен со вторым входом органа сравнения импульсов по длительности. . Благодаря этому в органе сравнения импульсов по длительности сравнивается длительность импульса между началом четной полуволны и ее максимумом с длительностью импульса между максимумом четнОй полуволны и моментом начала следующей (нечетной полуволны) . В результате данное устройство надежно фиксирует все виды бросков тока намагничивания, так как соответствующие временные характеристики четных полуволн бросков намагничивающего тока существенно отличаются от таких же временных характеристик четных полуволн вторичного тока короткого замыкания при любых погрешностях ;защитных трансформаторов тока. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - потенциальная диаграмма работы устройства при токах короткого замыкания; на фиг. 3 - пЬтенциальная диаграмма работы устройства при бросках намагничивающего тока; на фиг, 4 - пример конкретного выполнения формирователя прямоугольных импульсов, соответствующих нечетным и четным полуволнам дифференциального тока. Предлагаемое устройство содержит промежуточный трансформатор 1 тока, резистор 2 нагрузки, выпрямительный мост 3, трансреактор 4, формирователи 5 и 6 прямоугольных импульсов, соответствующих положительной и отрицательной полярности напряжения трансреактора, формирователь 7 прямоугольных импульсов, соответствующих нечетным полуврлнам дифференциального тока, логические элементы И 8 и .9, Память 10, орган 11 сравэлементнения импульсов по длительности, выходнОе реле 12. Рассмотрим работу предлагаемого устройства. ПриtfpOтeкaнии по первичной обмотке 1 дифференциального тока, на резисторе 2 появляется напряжение, форма которого для различных случаев тока короткого замыкания и броска НШагНй 1йвайщето тока показана на потенциальных -диаграммах (см.фиг.; и 3). Напряжение Uz на резисторе 2 управляет работой формирователя 7. На выходах четных (Вых.ч.) и нечетных (Вых. нч.) полуволн формирователя 7 появляются прямоугольные импульсы, соответствующие нечетным из(нч5 и четным изч) полуволнам (см. фиг. 2,3). На выходах элементов 5 и 6 появляются прямоугольные импульсы Us , Ufe (см. фиг. 2, 3), соответствующие положительным и отрййЖтёЛьНИвя полуволнам напряжения иц на вторичной обмотке TpaHCpeakтора 4. На выходах элементов И 8, 9 (см фиг. 2 и 3) появляются прямоугольные импульсы, соответстёую1дие пойожительной (на выходе элемента 8) и отрицательной (на выходе элемента 9) полярности напряжения Uq в пре делах длительности чётгйбй полуволн }, поскольку первые входы йлейёнтов И 8 и 9 соединены с выходом четных полуволн формирователя 7. Прямоугольные импульсы, соответствующие положительной полярности напряжения Ui, (в пределах длительибс четной полуволны) подаются на первы вход органа 11 сравнения импульсов по длительности. Прямоугольные импульсы, соответст вующие отрицательной полярности На;прлжения Jч (также в пределах длитальности четной полуволны), пода ются на информационный вход элемент Память 10. Прямоугольный импуль на выходе элемента 10 существует до прихода на вход установки иулч импульса, соответствующего нечётной полуволне тока (см. фиг. 2, 3). Импульсы с выхода ;элемента 10 подаются на второй: вход органа сравнени 11. Связи органа 11, обозначенные пунктиром, не входят в число сущест венных признаков и опрёдеяйю ся кбнкрётным выполнением блоков 7 и 11 В зависимости от соотношения длительностей входных сигналов органа 11 JHа его выходе появляется сигнгш, управляющий работой выходного реле 12. Как видно из потенциальных диа;грлмм на фиг. 2 при коротком замыкании длительность импульса на первом входе органа 11 (от момента начала четной полуволны до точ-;и ее максиму ма) равна или больше длительности импульса на втором входе Органа II (от момента максимума четной полуволны до момента начала нечетной полуволны следующего периода). В то жз время при любых видах броска намагничивающего тока (фиг.3) длительность импульсов на первом входе органа 11 меньше, чем на втором. Следовательно, разность длительностей импульсов на первом и ВТОрбМ входах органа 11 при коротком замыкании положительная или равна нулю а при бросках намагничивающего тока - отрицательная, в результате при коротком замыкании на выходе органа 11 появляется сигнал и ч , а при бросках намагничивающего тока сигнал на выходе органа 11 отсутству ет. Сигнал на выходе органа 11 носит импульсный характер, что определяется конкретным выполнением блока 11. Сигнал с выхода органа 1) при коротком замыкании поступает на вход выходного реле 12. Формирователь 7 (см. Фиг. 4) состоит из ограничийгОбщйхэлёИёнтОв 13 И 14, пороговых элементов 15 и 16, элементов 17,18 и 19 выдержки времени на пропадание сигнала, Д-триггеров 20, 21 я 22, 23, логических элементов Й-НЕ 24-29. При отсутствии сигнала на входе формирователя 7/ на его выходах (вых. ч, вы. нч, выход устройства) сигналы имеют значения логического О , Предположим, что на вход формирователя 7 поступает периодический сигнал (например, синусоида), первая (нечетная) полуволна которого имеет положительную полярность. Сигнал ограничивается элёк«ёйтайи 13 и 14 и поступает на пороговый элемент 15, на выходе которогопоявляется сигнал логической . Этот сигнал вызывает срабатывание сигнала 19 выдержки времени на прЪпаданиё сигнала, на выходе которого появляется сигнал , который деблокирует Д-триггеры. Сигнал на. выходе элемента 15 вызывает срабатывание Д-триггера 20, 21. На выходе триггера 21 появляется сигнал , а на выходе триггера 20 - О, который будет блокировать работу второго Д-триггера (22, 23), пока на выходе элемента 19 не появится сигнаш О возвращающий формирователь 7 в- исходное положение. Сигнал Ч на выходах триггера 2,1 и элемента 15 вызывает появление на выходе элемента 24 сигнала О. На входе элемента 29 будет сигнал О (с выхода элемента 24) .и (с выхода элемента 27), что вызовет появление на выходе элемента 29 сигнала При появлении на элемента ,15 выходе сигнала элемента 29 также появится выходе О. В дальнейшем при появлении L на выходе элемента 15 сигнала Ч сигнала на выходе элемента 29 будет появляться сигнал 1, соответствующий нечетным полуволнам тока на входе формирователя 7. При приходе следующей (четной) полуволны на выходе элемента 16 появляется сигнал . Так как на вход элемента 2ё с выхода триггера сигнал Ч 21 уже подается 26 появится выходе элемента который вызовет появление на выходе элемента 28 сигнал В дальнёйшем при каждом Ч на выходе элемента 28 элемента 16 на выходе 1, что соответбудет появляться ствует появлению четных полуволн на входе формирователя 7. Если на вход формирователя 7 перестает поступать сигнал И Нр ёйрШают работы по 5оговые элементы 15и. 16, то на вы|коде элемента 19 с выдержкой времени который возпоявится сигнал вратит формирователь 7 в исходное Состояние, В случае / если первая полуволна входного сигнала имеет отрицательную полярность, формирователь работает аналогично. Формирователь 7 может быть реализован также на основе использования распределителей сигналов, которые распределяют последовательность вход ных сигнсшов во времени по различным выходам (каналам). Данное устройство обеспечивает надежную отстройку от всех видов броска намагничивающего тока - апериодического, трансформированного без апериодической составляющей и периодического; обеспечивает Надежную фийсацйй режима короткого замыка ния в зоне действия дифференциальной зашиты при насыщенни за.шитных трансформаторов в стационарных и переходном режимах и наибольших возможных их погрешностях. Формула изобретения Устройство для дифференциальной защиты трансформ1атс 1)а, сбдёрзжащёе промежуточный трансформатор тока, вторичная 66MOtka которого подключена крёзйсторУ н1агрузкй и выпрямител ftOi мОбту, соединенному с первичной обмоткой трайсрёактора, kb вторичной которого подсоединены пороговый элемент, логический элемент И, Ырган запоминания, орган сравнения HMnyJiibcOBitO длительности и в11ХОд;Ное реле, 6 т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности отстройки от бросков на|магничивёиощего тока трансформатора И обеспечения фиксации режима внутреннего короткого замыкания в широком диапазоне погрешностей трансформаторов тока, в него дополнительно введены второй пороговый элемент, второй логический элемент И и формирователь прямоугольных импульсов, соответствующих нечетным и четным полуволнам дифференциального тока, соединенный со вторичной обмоткой промежуточного трансформатора тока, причем выход четных полуволн формирователя соединен с первыми входами логических элементов И, второй вход первого логического элемента И через пороговый элемент, реагирующий на положительную полярность напряжения на. выходе трансреактора, второй вход второго логического элемента И через пороговый элемент, реагирующий на отрицательную полярность напряжения на выходе трансреактора, подсоединены ко вторичной Ъбмотке трансреактора, выход первого элемента И соединен с первым входом органа сравнения импульсов по длительности, выход второго элемента И соединен с информационным входом элемента Пад ять, вход установки нуля (стирающий вход) которого соединен с выходом нечетных полуволн формирователя прямоугольных импульсов, а выход элемента Память соединен со вторым входом органа сравнения импульсов по длительности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании № 1266186, кл. Н 02 Н 7/04, (К2К). 2,Авторское свидетельство СССР 266909, кл. Н 02 Н 7/04, 1970.

t

t t

t t

-t

3)

1

t t t

J7 Ф,

19