Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки Советский патент 1979 года по МПК H02H3/28 

3

равной 40%, то ток небаланса в описанном режиме будет равен 0,225-0,28 номинального тока только за счет небаланса из-за регулирования. Отсюда очевидна невозможность снижения тока срабатывания (по крайней мере в режиме перегрузки) ннже 0,3-0,35 номинального тока при использовании описанного выше реле. Такой ток срабатывания может не обеспечить достаточно высокой чувствительности защиты при некоторых витковых замыканиях взащиа;аемом трансформаторе.

Прототипом изобретения является последнее из перечисленных реле.

Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности устройства при сохранении его быстродействия.

Поставленпая цель достигается тем, что в устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки с регулятором напряжения, введены фильтр третьей гармоники дифференциального тока, блок торможения в установившемся режиме, два дифференцирующих блока, два блока временибй иамяти, три ключа и блок выдержки времени, при этом вход фильтра третьей гармоники дифференциального тока соединен с блоком нреобразования выходных величин, выход - с первым входом первого блока временной иамяти и первым из основных входов первого ключа, входы блока тормол ения в установившемся режиме соединены с выходами блока преобразования выходных величин, выход соединен с входом первого дифференцирующего блока, вторым основным входом первого ключа, а также с основным и управляющим входами второго ключа, выход первого дифференцирующего блока соединен со вторым входом первого блока временнбй иамяти, третий вход которого соединен с регулятором напряжения защищаемого объекта, а выход - с управляющим входом первого ключа, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход преобразователя дифференциального тока соединен с основным входом третьего ключа и с входом второго дифференцирующего блока, выход которого соединен с иервым входом второго блока временнбй памяти, его выход с управляющим входом третьего ключа, выход которого через блок выдержки времени соединен с третьим входом блока сравнения, выход второго ключа соединен с четвертым входом блока сравнения, а выход блока торможения в переходных режимах соедииен с четвертым входом первого блока временнбй памяти и вторым входом вто. рого блока временной памяти.

На чертеже изображена структурная схема устройства. .

Выходы трансформаторов тока соединены с блоком 1 нреобразования выходных величин, а его выходы - с блоко.м торможения в установившемся режиме 2 (БТ).

БТ 2 предназначен для обеспечения необходимой тормозной характеристики устройства и имеет сигнал на выходе, пропорциональный разности суммы модулей токов 5 плеч защиты и дифференциального тока. Такой алгоритм действия БТ 2 обеспечивает максимальный тормозной сигнал на его выходе при внешнем коротком замыкании со сдвигом токов на 180 эл. град, и отсутствие тормозного сигнала при внутреннем коротком замыкании и отсутствии сдвига между токами. При необходимости вместо описанного блока может быть применен любой другой, дающий аналогичный эффект.

По цени дифференциального тока БТ 2 связан с преобразователем дифференциального тока 3 (ПДТ), блоком торможения в переходных режимах 4 (БТП) и фильт0 ро.м торможения по третьей гармонике дифференциального тока 5 (ФТТ).

Схема преобразователя дифференциального тока 3 содержит элемент, расщепляющий поступающий на него сигнал, пропор5 циональный дифференциальному току, в трехфазную систему с пос.чедующим выпрямлением и сглаживанием и предназначена для преобразования неременного сигнала, пропорционального дифференциальiO ному току, в соответствук;щий сигнал носюянного тока.

БТП 4 предназначен для торможения защиты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешнего короткого за5 мыкания. Он может быть выполнен на осjjOBe схемы, сравнивающей амплитуды волн полуиериодов дифференциального тока,выделяющей четные гармоники из дифференциального тока, и на других известных 0 принципах.

ФТГ 5 предназначен для торможения устройства в режиме работы защищаемого трансформатора с перевозбуждением, например, если он включен на отключенную 5 с обратной стороны линию электропередачи высокого напряжения.

К выходу ПДТ 3 подключен дифференцирующий блок 6 (ДБ), который предназначен для выявления резкого изменения 0 сигнала на выходе схемы преобразования дифференциального тока 3.

К выходу ДБ 6 подключен блок временнбй иамяти 7 (ВП), предназначенный для запоминания наличия сигнала на его входе 5 на время, равное, например, 2-3 периодам промышленной частоты.

К выходу блока ВП 7 подключен ключ 8, предназначенный для коммутации сигнала, снимаемого с ПДТ 3, на блок выдержки 0 времени 9 (ВВ).

Блок выдержки времени 9 предназначен для задержки подаваемого с ключа 8 сигнала на время, равное, например, 1/4 периода промышленной частоты. К выходу блока ВВ 9 нодключен вход 10 блока сравнения 11 (БС). Блок сравнения 11 имеет четыре входа и один выход. Вход 10 БС И нредназначен для действия на срабатывание, вход 12 - для загрубления устройства до уровня тока срабатывания защиты, равного, например, 0,4 номинального и выше в зависимости от величины поступающего на него сигнала, вход 13 - для интенсивного торможения при внешних коротких замыканиях, вход 14 - для торможения в переходных режимах. К выходу БС 11 присоединен реагирующий орган 15, предназначенный для выдачи сигнала на отключение защищаемого 15 трансформатора. Ключ 16 по пепи управления црисоедц- нен к блоку торможения БТ 2 и предназначен для коммутации сигнала, также поступающего с БТ 2 на вход 13 БС 11. Дифференцирующий блок ДБ 17, подключенный к выходу блока БТ 2, предназначен для выполнения функций, аналогичных функциям блока ДБ 6. Блок временной памяти 18 (ВП) также 25 выполняет функции, аналогичные функциям блока ВП 7, но запоминает сигнал на время, равное, нанример, 4-5 периодам промышленной частоты. Ключ 19 предназначен для коммутации целого ряда загрубляютцих сигналов па вход 12 БС 11. К таким сигналам относятся сигнал о работе устройства регулирования напряжения под нагрузкой, сигналы от ФТГ 5, БТ 2. Кроме того, ключ 19 дает возможность регулирования начального загрубляющего сигнала, обеспечивающего ток срабатывания защиты при открытом положении ключа 19, на уровне, например. 0,3-0,5, номинального тока защип аемого 10 трансформатора. Входы блоков временной памяти ВП 7 и ВП 18 соединены с выходом б,пока БТП 4 для того, чтобы обеспечить с помощью этих блоков открытое состояние ключей 8 и 19 в течение всего времени переходного процесса. Вход 14 блока сравнения И соединен с выходом блока БТП 4 для обеспечения торможения при переходных процессах бросков тока намагничивания и внешних коротких замыканиях. Предлагаемое устройство работает следуюн;им образом. При коротком замыкании в зоне защиты сигнал на выходе ПДТ 3 резко увеличивается и на выходе дифференцирующего блока ДБ 6 появляется положительный сигнал, под воздействием которого срабатывает блок временной памяти ВП 7, запоминая факт появления положительного сигнала на своем входе на время, равное 2-3 периодам нромып.1ленной частоты. Под воздействием сигнала, поступающего с блока ВП 7, ключ 8 открывается на то же самое 5 10 20 30 35 15 50 55 60 65 время, равное 2-3 периодам, и пропускает сигнал с ПДТ 3 через блок ВВ 9 на блок сравнения БС 11. Так как на тормозные входы блока сравнения 11 в этом режиме сигиалы не поступают, на его выходе появляется сигнал, поступающий па реагирующий орга}1 15. Последний срабатывает и выдает сигнал па отключение защищаемого объекта. Если внутрепнее короткое замыкание сопровождается появлением значительно апериодической составляющей в первичном токе и переходными процессами в трансформаторах тока, то в течение всего времсни переходного процесса на выходе блока БТП 4 имеется сигнал, поддерживающий блок ВП 7 и ключ 8 в открытом состоянии, т. е. обеспечивающий выдачу/ сигнала, пропорционального дифференциальному току. на вход 10 блока сравнения И. На вход 14 БС 11 в этом режиме поступает сигнал от БТП 4. который оказывает действие, обратное действито сигнала, поступающего на вход 10 БС 11, т. е. тормозящий защиту. Кооме того, в этом режиме сигнал с блока БТП 4 открывает также блок ВП 18 и ключ 19. С ключа 19 па вход 12 БС 11 также подается дополнительный тормозной снгггал. загрубляюищй ток срабатывания примерно до уровня 0.4 номинального -ока зани1Щ,аемого трансформатора. Срабатывание заи1;иты происходит в тот момент, когда действие сигна.та, пропорционального дифференциальному току и поступающего на вход 10 БС 11, преодолеет тормозное действие сигналов, поступаюн их на входы 14 н 12 БС 11. Быстродействие устройства, как и быстродействие известных устройств обеспечивается за счет правильного выбора типа БТП 4 и ве, сигнала, подаваемого с него на БС 11. При внтковом замыкании на зап1.ин1;аемом трансформаторе дифференциальный ток может весьма лтпл (ориентировочно 15-20% номинального тока). При этом заметного переходного процесса в трансформаторах тока плеч зянхиты ожидать не приходится, на выходе БТП 4 также практически не будет сигнала и зангита сработает со своим мини%тальным током срабатывания, paвны т орнентироночтю 10% номинального тока по цепи: блок 1.ПДТЗ, ДБ б, ВП 7, ключ 8. ВВ 9, БС 11, РО 15. Чувствительность злщитьт в этол режште определяется конструкцией ПДТ 3. б пока ДБ 6 и максимальным уровнем ЧУВСТВИтельносттт реагнруюп1его органа 15. При действии стройства рег лрпован1тя напряжения занипняемого трянссЬорлтатора под нагп зкой (РПН) ток R диЛферогнтнзл-т пп также возрасти, в результ - чего под воздействием сигнала с ДБ G может сработгть блок ВП 7, ключ 8 откроется и на вход 10 БС 11 поступит сигнал, пропорциональный дифференциальному току. Для того, чтобы защита в этом режиме не подействовала ложно, сигнал от РПН заводится на блок ВП 18, который открывает ключ 19 и загрубляет защиту на все время действия РПН до уровня примерно 0,4 номинального тока защищаемого трансформатора (или выше, если на ключ 19 поступают дополнительные тормозные сигналы от блоков БТ 2 или ФТГ 5). Величина тока срабатывания защиты в этом режиме может быть изменена, если токи небаланса в номинальном режиме окажутся соизмеримыми с этой величиной (наиримеп, нри больщом диапазоне регулирования напряжения). Блок выдержки времени ВВ 9, задерживая рабочий сигнал примерно на 1/4 периода промышленной частоты, обеспечивает в этом режиме надежное несрабатывание защиты за счет опережающего действия тормозного сигнала. При включении защищаемого трансформатора на холостой ход возникнуть большой по велнчине бросок тока намагничивания. В этом случае устройство заиускается по рабочей цепи, как было опнсано вынте и на в.ход 10 БС II поступает рабочи сигнал. Недействие заншты обеспечивается за счет тормозного действия БТП 4. Если при включении защищаемого трансформатора броска тока намагничивания не возникает, а дифференциальный ток увеличивается на величину устаиовивщегося значения тока намагничивания, то отключение защиты обеспечивается выбором минимальрого тока срабатывания, большего установившегося тока намагничивания, т. е. регулировкой чувствительности реагирующего органа РО 15. При увеличении тока намагничивания защищаемого трансформатора за счет его перевозбуждения, например, при отключении с обратного конца линии электропередачи высокого напряжения, второй конец которой остался подключенным к защищаемому трансформатору, несрабатывание защиты обеспечивается за счет фильтра торможения от третьей гармоники дифференциального тока ФТГ 5, сигнал с выхода которого приводит к срабатыванию блока ВП 18 и открытию ключа 19, через который этот сигнал поступает на вход 12 БС 11 и топмозит устройство в течение всего времени работы защищаемого трансформатора с перевозбуждением. При подключении к защищаемому трансформатору дополнительной нагрузки дифференциальный ток также может скачкообразно возрасти. При этом несрабатывание защиты обеспечивается за счет блока торможения БТ 2. Как отмечялос. .ытне, сигнал на выходе БТ 2 nponoDuno:ia. разности суммы модулей токов плеч защиты и модул-я дифференциального тока. Этот сигнал максимален при сдвиге токов в плечах зан1иты иа 180 эл. град, и равен нулю нри сдвиге, равном 0. При работе защищаемого трансформатора под нагрузкой сигнал на выходе БТ 2 увеличивается с ростом тока нагрузки. Таким образом при скачкообразном росте нагрузки сигнал на выходе блока БТ 2 также скачкообразно возрастает и на выходе блока ДБ 17 появляется положительный сигнал, который запускает блок ВП 18, в результате чего открывается ключ 19 и сигнал с БТ 2 поступлет на вход 12 БС 11, обеспечивая загрублепие защиты в функции от тока нагрузки з.9щин1аемого трансформатора. Ток срабатывания защиты при этом всегда остается выще тока небаланса. При коротком замыкании вне зоны заИ1ИТЫ сигнал на выходе блока торможения БТ 2 резко возрастает. Если он превышает величину, еоответствующую вытекающему из чоиьг защиты току, примерно равному 200% номинального, открывается ключ 16 и сигнал с блока БТ 2 поступает на вход 13 БС 11, обеспечивая интенсивное торможение и несрабатывание защиты в этом режиме. Если внешнее короткое замыкание сопровождается переходным процессом, то несрабатывание защиты обеспечивается дополнительно блоком торможения БТП 4. Таким образом предлагаемое устройство для дифференциально-фазной защиты обладчет высокой чувствительностью, в том числе к развивающимся витковым замыканиям, а также высокой селективностью как в режиме нормальной работы, так и при внешних коротких замыканиях. BiiicoKoe быстродействие защиты обеспечивается использованием блока торможения БТП 4, сигнал на выходе которого складывается из двух составляющих, одной, пропорциональной разности амплитуд различных по.лупернодов дифференциального тока, и дпугои. пропорциональной величнно втппой гчпмоники этого тока. В качестве БТП 4 может быть использован любой дпугоч аналогт т-1ьтй б.лок, обесГОЧИВЯЮП1ПП достаточное быстродействие и падежное торможение в переходных режимах ВНРП1НИХ коротких зрмыканий. И кафедре электрических станций Нов сибрпского электротехнического института в настоящее время разрабатывается по.л aвтпмяиI p гI op гтnoйcтвo ДЛЯ контроля ксппавности блоков описанного выше устройства защиты. Опыт разработки такого рода тестовых устройств показывает, что их применение позволяет сохранить аппаратную надежность устройств-а несмотря на усложнение его схемы на уровне известных устройств. Ппедлагаел-toe устройство было испытано в НИЛ кафедры электрических станций Новосибирского электротехнического института. Эксперименты показали, что минимальный ток срабатывания устройства может быть ориентировочно принят равным 10% номинального, а в установившихся режимах, внешних коротких замыканий устройство донускает иогрешность в модуле токов плеч, равную 70-90%, сопровождаюшуюся угловой погрешностью в 60-80 эл. град.

Несрабатывание заш,иты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешних коротких замыканий обеспечивалось соответствуюшей регулировкой блока торможения БТП 4.

Формула изобретения

Устройство для дифференциально-фазной зашиты электроустановки с регулятором напряжения, содержашее трансформаторы тока, устанавливаемые по концам защишаемого объекта, к которым присоединен блок преобразования выходных величин и подключенный к нему через блок торможения в переходном режиме блок сравнени;; с реагирующим органом на выходе, и преобразователь дифференциального тока, присоединенный также к блоку преобразовапия выходных величин, отличающеес я тем, что, с целью повышения- чувствительности и селектипкости, в него введены фильтр третьей гармоники дифференциального тока, блок торможения в установившемся режиме, два дифференцирующих блока, два блока временной памяти, три ключа и блок выдержки времени, при этом вход фильтра третьей гармоники дифференциального тока соединен с блоком преобразования выходных величин, выход - с

первым входом первого блока временной памяти и первым из основных входов первого ключа, входы блока торможения в установившемся режиме соединены с выходами блок.а преобразования выходных величин, а выход - с входом первого дифференцирующего блока, вторым основным входом первого ключа, а также с основным и управляющим входами второго ключа,

выход первого дифференцируюшего блока соединен со вторым входом первого блока временной памяти, третт1Й вход которого соединен с регулятором напряжения защищаемого объекта, а выход - с управляющим входом первого ключа, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход преобразователя дифференциального тока соединен с основным входом третьего ключа и с входом второго

дифференцирующего блока, выход которого соединен с первым входом второго блока временной памяти, его выход - с управляющим входом третьего ключа, выход которого через блок выдержки времени соединей с третьим входом блока сравнения, выход ВТОРОГО ключа соединен с четвертым входом блока сравнения, а выход блока торможения в переходных режимах соединен с четвертым входом первого блока временной памяти и вторым входом второго блока времсппой памяти.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 311330, кл. Н 02 Н 3/28, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР Afb 473254, кл. Н 02 Н 3/28, 1975.