Устройство для дифференциально-фазной защиты сборных шин Советский патент 1980 года по МПК H02H3/28 

Изобретение относится к области релейной защиты и может бьсть использовано для защиты сборных шин электростанций и подстанций, а также для защиты ошиновок силовых трансформаторов и автотрансформаторов. Известно устройство дифференциаль ной защиты шин, содержащее группу па раллельно включенных выпрямительных полумостов, питающихся токами плеч защиты, тормозные и рабочие сопротив ления, трансформатор , включенный в дифференциальную цепь защиты, диодны мост и реагирующий орган и формирующее тормозной сигнал, пропорциональный абсолютному з-начению притекающих (положительных полуволн), или вытека ющих (отрицательных полуволн) токов присоединений 1. Известно также устройство диффере циальной защита с торможением на выпрямленных токах, содержащее пусково и избирательный орган, логическую часть и датчики тока и формирующее тормозной сигнал, пропорциональный разности между арифметической суммой токов присоединений и модулем ди фференциального тока. Оба устройства являются дифференциальньпии защитами с торможением с присущим им недс статочным быстродействием и селективностью. Кроме того, защиты с торможением снижают свою чувств1;тельность к внутренним коротким замыканиям при наличии токов отсоса. Известно также устройство дифференциально-фазной защиты, содержащее нелинейные датчики тока, резисторы в цепи каждого датчика, схему преобразования входных величин, схему сравнения на резисторах, шунтированных стабилитронами, и пpиcoeдиE eнный к ней через емкости реагирующий орган. Однако и это устройство не может обеспечить селективности действия защиты в переходных режимах внешнего короткого .замыкания в условиях предельно искаженной информации от трансформаторов тока поврежденных присоединений и сохранение быстродействия при внутренних коротких замыканиях. Кроме того, известно устройство, содержащее датчики тока, включенные в каждое плечо защиты, многоплечевой диодный мост со-средней точкой, присоединенную к нему схему сравнения, на выход которой подключен выпрямительный мост, выявитель факта несовпадения во времени дифференциального

и суммарного токов, пороговый орган, фазный орган, пусковой орган, логический блок и и датчик дифференциального тока, при этом средняя точка упомянутого диодного моста соединена через пороговый орган с одним из вхоДюв схемы сравнения, другие входы которой соединены с отрицательными выходами многоплечевого моста, а выход порогового органа соединен с выявителем, второй вход которого соединен с выходом датчика дифференциального тока, причем выход выявителя соеднен с одним из входов логического блока И, второй и третий выходы которого соединены с фазным и пусковым органом соответственно, последний из них включен в дифференциальную цепь, а фазный орган подключен к выходу упомянутого выпрямительного моста 2

Однако это устройство при довольно сложном исполнении может иметь недостаточную чувствительность и быстродействие при внутренних коротких замыканиях в условиях значительно искаженной информации от трансформаторов тока или сдвинутых по фазе токах .

Цель изобретения - повыиение чувствительности и быстродействия защиты при внутренних коротких замыканиях.

Это достигается тем, что в устройство дифференциально-фазной защиты, содержащее датчики тока, включенные в каждое плечо защиты, выходы которых присоединены к многоплечевому диодному полумосту, присоединенный к нему двуплечий блок сравнения на резисторах, фазный орган, связанный с блоком сравнения через выпрямительный мост, пусковой орган, логический блок И, два входа которого соединены с пусковым и фазным органами соответственно, а выход - с выходным органом, два формирователя входных логических сигналов, блок временной задержки, два логических элемента, блоки разрешения и запрещения срабатывания, причем пусковой орган и один формирователь входного логического сигнала включены последовательно в дифференциальную цепь между соединенными в одну точку одноименными концами вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой блока сравнения, выход другого формирователя входных логических сигналов, подключенного к многоплечевому диодному полумосту, связан с блоком временной задержки и одним из входов первого логического элемента, второй и третий входы последнего соединены с выходом формирователя входного логического сигнала и выходом второго логического элемента соответственно, входы же второго логического элемента соединены с выходом блока врэменной задержки и первого логического элемента, кроме того

выходы первого и второго логических элементов подключены к блокам разрешения и запрещения срабатывания соответственно, выходы последних объединены и являются одним из входов логического элемента И.

На фиг. 1 изображена функциональна схема устройства; на фиг. 2 а,б - осциллограммы токов и напряжений на элементах защиты при внутреннем и внешне коротком замыкании.

Предлагаемое устройство содержит систему сборных шин 1 с присоединениями и линейными трансформаторами тока блок датчиков тока 2, одноименные вторичные концы которых подключены к многоплечевому диодному полумосту 3, пусковой орган 4, формирователи 5 и б входных логических сигналов, один из которых вместе с пусковым органом 4 включен в дифференциальную цепь, образованную соединением средней точки схемы 7 сравнения с оставшимися свободными одноименными концами датчиков, выпрямительный мост 8, фазный орган 9, блок 10 врейенной задержки, логические элементы 11 и 12, блок 13 разрешения срабатывания, блок 14 запрещения срабатывания логический блок И 15 и выходной орган 16.

Устройство работает следующим образом. В основу принципа действия логической части схемы положено следующее свойство переходного процесса в трансформаторе тока при преимущественно активной нагрузке. При возникновении короткого замыкания, пока не насытился сердечник трансформатора тока, первичный ток трансформируется во вторичную цепь практически полностью, а ток намагничивания равен нулю (идеальная трансформация). Через некоторое время (в тяжелом переходном процессе - даже менее 5 мс) в каждом периоде от момента прохождения первичного тока через нулевое значение в сторону полярности апериодической слагающей трансформатор тока насыщается и происходит срыв вторичного тока, когда последний быстро приобретает практически нулевую величину, а Мгновенное значение тока намагничивания - величину приведенного первичного тока. Таким образом, передний фронт тока намагничивания всегда отстает от переднего фронта вторичного тока. Известно, что дифференциальный ток со- из алгебраической мгновенных значений вторичных токов, но при внешних коротких замыканиях эти сумма в наиболее тяжелых переходных процессгис равна току намагничивания насытившегося трансформатора тока поврежденного присоединенияг. При внутренних коротких замыканиях, если первичные тока присоединений близки по фазе друг к другу, дифференцнальный ток практически равен арифметичес кой сумме мгновенных значений вторичных токов. Следовательно, при внутрен них коротких замыканиях передние фрон ты выпрямленных дифференциального и суммы входных токов совпадают, а при внешних. - второй будет отставать от первого. По факту упомянутого отставания можно давать запрет на срабатывание устройства. Сигналы от датчиков тока разделяются по знаку- полупериода с помощью многоплечевых диодных полумостов 3 и поступают на вход схемы 7, выполненной на резисторах 17 и 18, стабилитро нах 19 и 20, и противовключенных им диодах 21 и 22, Последние позволяют осуществить развязку между плечами бл ка сравнения.. При внешних коротких замыканиях (см. фиг. 2,6) одновременно осуществляют токи положительной и отрицатель ной полярности, ПРИ этом в случае идеальной работы трансформатора тока, сигнал на входе фазного органа 9 равен нулю, а напряжение, снимаемое с плеч схемы сравнения, равно двойному напряжению стабилизации стабилитронов (2 ) при токе короткого замыкания, превышающем ток стабилизации. При достижении напряжения в плечах схемы 7 (1,7-1,8) Hj.-f формирователь б выдает сигнал на вх-оды 11 и 10 (U) По истечении времени, выбранном меньше минимально возможного времени идеальной трансформации трансформатора тока, блок 10 выдает разрешающий сигнал Ч на вход элемента 12, на дру вом входе которого также имеется сигнал , так как ток в дифференциальной цепи в течение этого времени практически отсутствует и формирователь 5 не выдает сигнал на вход элемента 11, В результате совпадения сиг налов на входе элемента 12, реализующего логическую операцию И-НЕ, на его выходе появляется (U4.) , который прикладывается ко входу блока 13 и к одному из входов элемента 11, ;предупреждая совпадение i на трех его входах при срывах вторичного то:ка одного из трансформаторов тока и выдаче в этом случае 1 с формирователем 5. Процесс повторяется в каж дом периоде при наличии апериодической составляющей или полупериоде при ее отсутствии.. Блок 10 позволяет з помнить нулевой потенциал на входе блока 12 на время, большее времени максимальной продолжительности паузы во вторичном токе при его срыве, ког д отсутствует удвоение напряжения на входе схемы сравнения, а значит - и сигнал с выхода формирователя б, Таким образом, на одном из входов логического элемента И 15 постоянно будет сигнал О и срабатывание пускового 4 и фазного 9 органов и.зза значительных погрешностей тпансформатора тока не вызовет излишнее срабатывание выходного органа 16. При этом формирование сигналов от дифференциальной цепи формирователем б производится на определенном уровне . Это позволяет расширить функциональные возможности логической части схемы при исчезновении пауз в дифференциальном токе и следовательно, уменьшить угол блокировки фазного органа. При внутренних коротких замыканиях (см, фиг. 2,а) напряжение на входе формирователя 6 не превышает OCT- ° следний не выдает сигнал (Uj) на логическую часть схемы, состояние которой не изменяется в течение всего процесса, На выходе элемента 12 будет постоянно присутствовать сигнал i и при совпадении сигналов от пускового 4 , фазно1:о 9 органов и блока 10 защита приходит в действие. Уменьшение угла блокировки связано с необходимостью обеспечения работы защиты в течение первого периода при максимально возможном искажении сигнала, так как во втором периоде (возможно и в нескольких последующих) искажение сигнала будет еще большим. Если интенсивность сигнала в первом периоде недостаточна для срабатывания пускового 4 и фазного 9 органов, то во втором периоде они не сработают тем более. Из приведенной осциллограммы (см, фиг. 2,а) в1-одно, что во втором периоде за счет сильного искажения вторичного тока пусковой 4 и фазный 9 органы не ср.аботали, выходной же орган (U),, выполненный с расширением входного сигнала, приходит в действие после срабатывания 4 и 9 в первом периоде. Отсюда следует, что .защита, не сработав в течение первого периода, будет иметь задержку в срабатывании в течение значительного времени, определяемого постоянной времени апериодической слагающей тока . короткого замыкания. Следовательно уменьшение угла блокировки приводит к.существенному повышению быстроде1Е|ствия и повышению чувстви;тельности, так как расширяется рабочий диапазон защиты. Рассмотрим внутреннее короткое замыкание при достаточно больших токах со сдвигом по фазе токов присоединений. В этом режиме существует интервал времени, когда током обтекаются оба плеча схемы с авнения, т. е, формирователь б выдает сигнал на логическую часть схемы. Однако в отличие от внешнего короткого замыкания до прихода этого сигнала на один вход (или одновременно с ним) на другом элемента- il с формирователя 5 в.:адан сигнал 1 V. При совпадении сигналов высокого уровня на всех трех входах на выходе блока б появляется сигнал на (2-2,5) пе запоминается риода блока 13. В этом случае даже при выдаче запрещающего сигнала от блока 14 защита сработает, так как блоки 13 и 14 включены по схеме ИЛИ. Последнее обстоятельство позволяе сохранить высокое быстродействие защиты в рассмотренном режиме. В целях упрощения схемы вместо дв диодных полумостов используется один что позволило значительно сократить число диодов, а также обойтись без внешней дифференциальной цепи, организовав ее на вторичных обмотках. Таким образом, данное устройство дифференциально-фазной защиты шин обеспечивает более высокое быстродей ствие в режимах внутреннего короткого замыкания и чувствительность за счет расширения рабочей зоны фазного органа. При этом сохраняется селективност работы защиты при любых реально возможных погрешностях трансформатора тока в режимах внешних коротких зс1мы каний. Производственные испытания, прово димые на сборных шинах 500 кВ Красно ярской ГЭС, а также лабораторные испытания с использованием моделей кас кадных трансформаторов тока и модели имитирующей токи короткого замыкания с апериодической составляющей, полно стью подтвердили преимущества предла гаемого устройства по сравнению с прототипом. Формула изобретения Устройство для дифференциальноФазной защиты сборных шин, содержащее датчики тока, включенные в каждое плечо защиты, выходы которых при соединены к многоплечевому диодному полумосту, присоединенный к нему двухплечевой блок сравнения на резис торах, фазный орган, связанный .с блоком сравнения через выпрямительный мост, пусковой орган, логический блок И, два входа которого соединены с пусковым и фазным органами соответственно, а выход - с выходным органом, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия згициты при внутренних коротких замыканиях, упрощения схемц, в него введены два формирователя входных логических сигналов, блок временной задержки, два логических элемента, блоки разрешения и запрещения срабатывания, причем пусковой орган и один формирователь входного логического сигнала включены последовательно в дифференциальную цепь между соединенными в одну точку одноименными концами вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой блока сравнения, выход другого фор1У1ирователя входных логических сигналов, подключенного к многоплечевому диодному полумосту, присоединен к блоку временной задержки и к одному из входов первого логического элемента, второй и третий входы последнего соединены с выходом формирователя входного логического сигнала и выходом второго логического элемента соответственно, входы же второго логического элемента соединены с выходом блока времен- ной задержки и первого логического элемента, кроме того, выходы первого и второго логических элементов подключены соответственно к блокам разрешения и запрещения срабатывания, выходы последних объединены и являются одним из входов логического элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР ( 402414, кл. Н 02 Н 3/28, 1972. 2.Авторское свидета,;ьство СССР по заявке № 2318449/24-07, кл. Н 02 Н 3/28, 1976.