Устройство для дифференциальной защиты электроустановки Советский патент 1979 года по МПК H02H3/28 

t

Изобретение относится к релейной защите и может быть использовано в качестве дифференциальной защиты ы сборных шин, генераторов, синхронных компонеаторов и электродвигателей.

Для повышения чувствительности дифференциальных защит при перегруженных трансформаторах тока разработана диф- еренциально-фазйая защита, и защита с торможением от токов присоединений. Известно устройство для дифференциально-фазной защиты сборных щин, содержащее в каждой из фаз промежуточные трансформаторы тока с двумя вторичными обмотками, дифференциально- ТОКОВОЙ орган, включенньй в контур, образованный одной системой вторичных обмоток промежуточных трансформаторов тока и орган сравнения фаз, включенный в контур, образованный другой системой вторичных обмоток промежуточных трансформаторов l.

Недостаток указанных устройств заключается в относительно невысоких значениях допускаемых погрещностей трансформаторов тока. Такие устройства селективно работают при погрешностях трансформаторов тока в установившемся режиме не более 20-30%.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для дифференциальной защиты сборных щин 2. . В указанном устройстве содержится быстронасыщающийся трансформатор с рабочими, короткозамкнутыми и вторичными обмртками, реагирующий орган и регулируемый транзистор, подключенные параллельно ко вторичной обмотке. Дополнительно в устройство введены полупроводниковый ключ, расширитель импульсов, блок сравнения, сглаживающий фильтр, два выпрямителя и блок расщепления. В короткозамкнутую обмотку включены два последовательно-соединенных трансреахтора, один из которых подключен к первому входу блока сравнения через блок расщепления и первый выпрямитель, а другой трансреактор подключен ко второму входу блока сравнения через второй выпрямитель и сглаживающий фильтр. При этом выход блока сравнения соедине через расширитель импульсов со входом полупроводникового ключа, выход которог подключен параллельно реагирующему органу. Данное устройство имеет принципаль но-необходимое -время срабатывания порядка периода промышленной частоты, т.е. 2О. м. Однако в ряде случаев на сверхвысоком напряжении 500 кВ выше по условиям устойчивости системы, требуется иметь устройства дифференциальных защит со временем срабатывания 5-10 мс. Кроме того, при различных схемах соединения трансформаторов тока, напри мер, неполная звезда-треугольник, звезда-треугольник токи небаланса по форме близки к синусоидальным и путем анализа формы кривой тока ватруднитель но различить ток к.з. в зоне и ток небалан В результате чувствительность известного устройства может ограничиться и потребуется торможение токами плеч, суммой токов и т.д. Целью изобретения является повышение быстродействия и чувствительности при значительных перегрузках трансформаторов тока. Это достигается тем, что в известном устройстве содержащем трансформаторы тока, ко вторичным обмоткам кото рых присоединены первичные обмотки пр межуточных трансформаторов тока с дву мя вторичными обмотками, дифференциаль токовый орган, включенный в контур, образованный одной системой вторичных обмоток промежуточного трансформатора тока и полупроводниковый ключ, выход которого подключен параллельно диффе™ ренциально-тсжовому органу, снабжено блоками косвенного контроля магнитного состояния основных трансформаторов тока входы которых присоединены к другим вторичным обмоткам промежуточных тран сформаторов тока, выходы соединены со входами элемента ИЛИ соединенного с полупроводниковым ключом; причем блок косвенного контроля магнитного состояния трансформатора тока состоит из элемента И, один вход которого непосредственно связан с вторичной обмоткой промежуточного трансформатора, а второй через включенные последовательно дифференцирующее звено и элемент НЕ, а так же тем, что блок косвенного контроля магнитного соединенного через интегрирующее звено, с г,вторичной обмоткой промежуточного трансформатора. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2, 3 - первь1й вариант схемы устройства контроля насыщения и временная диаграмма, поясняющая ее работу; на фиг, 4 - второй вариант устройства контроля насыщения; на фиг. 5 - вариант принципиальной схемы предлагаемого устройства. Защита содержит устройства контроля насыщения 1, элемент ИЛИ 2, электронный ключ 3, реагирующий орган 4. Схема устройства насыщения по первому варианту (см. фиг. 2) состоит из элемента И 5, один вход которой соединен непосредственно с обмоткой промежуточного трансформатора тока, а второй - чегрез соединенные последовательно дифференцирующее звено 6 и элемент НЕ 7. Принцип действия устройства контроля насыщения заключается в том, что полярнэсти тока и его инвертированной производной совпадают (при определенном уровне Их величин) только после основного насыщения трансформатора тока. Поэтому на BbijiO p, элемента 5 сигнал появляется при насыщении магнитопровода трансформатора тока, при уменьщении его по абсолютной величине (см. фиг. 3). Недостатком такого устройства контроля насыщения является возможность блокировки защиты в режиме внутреннего повреждения, при расхождении по фазе векторов токов присоединений. Для таких объектов защиты более подходящим является устройство контроля насыщения, схема которого приведена на фиг. 4, где 8 - интегрирующее звено, 9 - пороговый элемент. Постоянная времени интегрирующего звена устанавливается равной постоянной .времени вторичной цепи соответствующего трансформатора тока, и уровень срабатывания порогового элемента выбирается пропорциональным разности индукций насьпцения и максимальной остаточной. Минимальное время насыщения трансформатора тока при активной нагрузке и максимальном относительном содержании апериодической слагающей, т.е. Минимально возможное время идеальной трансформации определяется из трансцедентного уравнения: Г / -t-e BS-BV --штЛ-1-ехр(-. -s-incot. I 1

где Eg - вмплитуда переменной сл гающей индукции при отсутствии насыщения;

t - время от возникновения замыкания до первого момента насыщения трансформатора тока постоянная времени первичной

цепи; --угловая частота,

Для современных электротехнических сталей 65 1,7 Т, а BV 1 Т. Величина Т( на мощных электростанциях .достигает 0,3 с. Учитывая,-что значение Б зависящее от кратности первичного VOKB,

может достичь 3,4 Т. из выражения (1)

Вч-н« о получим величину 3 мс при преИ Vn,

цельно тяжелых условиях. Если не g 5 M тывать остаточную индукцию, то Так как в данном устройстве защиты ток небаланса не протекает по реагирующему органу, то наличие в этом органе тока в течение 3-5 мс будет вполне достаточно для надежного срабатывания защиты при внутреннем повреждении.

Рассмотрим работу устройства при внещнем и. внутреннем повреждениях. При внутреннем повреждении имеются моменты времени, когда сердечники всех трансформаторов тока имеют индукцию, меньшую В g . При этом сигнал на выходе схемы 2 равен нулю, ключ 3 разомкнут и быстродействующий дифференциально-токовый реагирующий орган 4 срабатывает. При насьпцении одного из трансформаторо тока ключ 3 замыкается и шунтирует реагирующий орган 4, однако к этому времени реле уже успевает сработать. При размагничивании сердечника трансформатора тока во время обратной полярности тока вновь создаются условия для срабатывания реле.

При внешнем повреждении ток э ДИфференциональной цепи появляется лишь после насыщения сердечника одного из трансформаторов тока (обычно трансформатора тока поврежденного присоеданения или шиносоединительного выключателя), однако ранее или одновременно с ним появляется сигнал на выходе устройства контроля насьпцения, элемент ИЛИ 2 обеспечивает замыкание ключа 3, которы шунтирует реагирующий орган 4. Следовательно, в реагирующем органе в этом режиме ток не протекает, поэтому не создаются условия для ложного срабатывани защиты.

Наиболее предпочтительной областью применения предлагаемого устройства

является защита сборных шин, которая характеризуется . высокими крат ностями тока в трансформаторах тока при повреждении вне зоны действия. В предлагаемом устройстве трансформаторы тока при внешнем повреждении насьпцаются уже на первом периоде, а при к.з.в зоне действия, даже в самом тяжелом случае, магнитопроводы трансформаторов тока

в течение 3-5 мс не насыщены. В результате защита шин надежно блокируется прик.з.вне зоны и надежно срабатывает при внутреннем повреждении. На ее работу не оказывают блокирующего дейст Бия расхождения по фазе твекторой ЭДС и токи нагрузки.

Устройство, изображенное на фиг, 5, имеет следующие параметры: промежуточные трансформаторы тока - сечение сердечника S 1,5 см , число витков обмоток 2О вит, W2 з 50ОО вит, резисторы нагрузки промежуточных трансформаторов RH 1.5 ком, 2 Вт; интегрирующая цепь RH Ю ком, Сц 1 мкф, стабилитроны типа С-154; выпрямительные мосты на полупроводниковых диодах типа КЦ-407 А; симистор типа КУ-208; реагирующий орган реализован в виде элемента реагирующего органа ЭТФ-О5 включенным на входе резистором Rfc.j 0,1 ком, 2 Вт, В качестве этого органа и элемента ИЛИ можно применять релейные элементь на Интегральных микросхемах.

Предлагаемое устройство по быстродействию и чувствительности имеет преимущества перед известным; время срабатывания его не превышает 5 - 1О мс, в то время как известное устройство

имеет время срабатывания не менее 20 Мс. Поскольку по реагирующему органу предлагаемого устройства ток небаланса не протекает, то чувствительность предлагаемого устройства оказывается выще,

особенно а схемах зашиты электродвигателей со схемой соединения обмоток в треугольник.

Формула изобретения

1. Устройство для дифференциальной защиты электроустановки, содержащее трансформаторы тока, ко вторичным об- моткам которых присоединены первичные обмотки промежуточных трансформаторов тока с двумя вторичными обктотками, Дифференциально токовый орган, включенный в контур, образованный одной систе693502

мой вторичных обмоток промежуточного трансформатора тока и полупроводник овый кшсгч, выход которого подключен параллельно дифференциально-токовому органу, отличающееся тем, что, с целью повьпиения быстродействия и чувствительности при значительных перегрузках трансформаторов тока, оно снабжено блоками косвенного ксжтроля магнитного состояния основных трансформаторов тока входы которых присоединены к другим вторичным обмоткам промежуточных трансфо|}Маторов тока, выходы соедш1ены со входами элемента ИЛИ, соединенного с полупроводниковым ключом.

2. Устройство дан дифференциальной зайдаты электроустановок по п. 1, о т лнчаюшееся тем, что блок косвенного контроля магнитного состоягния трансформатора тока состоит из

элемента И, один вход которого непосредственно связан со вторичной обмоткой

8

промежуточного трансформатора, а второй через включенные последовательно дифференцирующее звено и элемент НЕ.

3, Устройство для дифференционапьной защиты электроустановок по п. 1, о тп а ю щ е е с я тем, что блок косвенного контроля магнитного, состояния трансформатора тока состоит из порогового элемента, соединенного через интег рирующий орган со вторичной обмоткой промежуточного трансформатора .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Синильников В. Я. и Олянитин О. А Дифференциально-фазная защита шин1: 110-500 кв. с применением полупроводников, Ж. Электрические станции, 1969 № .9.

2,Авторское свидетельство СССР по заявке № 2422226/24-07,

кл. Н 02 Н 3/28, 1976 г.

и

л л

5