Устройство для фиксации периодического броска намагничивающего тока Советский патент 1980 года по МПК H02H7/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО БРОСКА НАММНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА

1

Изобретение относится к области релейной защиты трансформаторов и автотрансформаторов, в цепях дифференциальной защиты которых могут протекать периодические броски намагни- 5 чивающего тока, содержащие или не содержащие апериодическую слагающую, от которых по условию увеличения чувствительности и быстродействия защиты требуется повышенная отстройка. 10

Известны устройства, в которых отстройка от периодического броска намагничивающего тока (ант) достигается за счет использования характерных признаков, присущих апериодическому 5 бит. При этом для торможения защиты при периодическом бнт могут использоваться признаки апериодического бнт, который протекает одновременно с периодическим бнт в двух других фазах. В 20 устройстве для дифференциальной защиты трансформаторов, в котором вторичные обмотки реле типа РНТ-560 с насыщающимися трансформаторами тока соединены в треугольник. При этом 25 обеспечивается взаимное влияние меж- f ду реле всех трех фаз, которое выражается в том, что при протекании апериодических бнт по двум фазам происходит насыщение магнитных систем ре- 30

ле РМТ-560, установленных в этих фазах, вследствие .чего сопротивление их вторичных обмоток уменьшается и они оказывают шунтирующее действие на периодический бнт, протекающий через реле в третьей фазе 1.

Недостатком этого устройства явля-, ется то, что при насыщении защитных трансформаторов тока апериодическими бнт, протекающими в двух фазах, вторичный ток трансформаторов тока в этих фазах не будет содержать апериодическую слагающую и реле РНТ-560 в этих фазах подмагничиваться не будет. Поскольку периодический бнт трансформируется защитными .трансформаторами тока без искажений, защиту в этом случае необходимо отстраивать от его полного значения.

Известны также устройства,в которых для торможения защиты при периодических бнт используются характерные при знаки формы кривой тока непосредственно периодического бнт.

Например, в защите ДЗТ-21УЗ, для усилия отстройки от периодических бнт используется фильтр второй гармоники, выделяюищй слагающую гармоники из периолического бнт 2, Недостатком фиксации режима при протекании периодического бит по второй гармонике тока является то, что при насыщении защитных трансформаторов тока апериодическими слагаючшми первичных токов при коротких замыканиях во вторичном токе появляется вторая гармоника, которая будет препятствовать срабатыванию защиты. Поскольку качество фильтра в защите ДЭТ-iilya не высокое,он будет пропускать гармоники с порядковым номером больше двух. Поэтому эгидита будет тор мозиться также при насыщенных перегруженных трансформаторах тока симметричными синусоидальными токами короткого замыкания. Это подтверждается исследованиями защиты ДЗТ-21УЗ, прове денными в Южном отделении института Энергосетьпроект. Наиболее близким к изобретению является устройство для дифференциальной защиты трансформатора 3. Известно устройство, содержащее промежуточный трансформатор тока, ко вторичной обмотке которого подсоедине но сопротиьление, выпрямительный мост к выходу которого подключены цепь, состоящая из последовательно соединенного стабилитрона и параллельной RC-цепи, и формирователь прямоугольных импульсов, нагруженный на последовательно соединенные инверторы, селектор импульсов по длительности, орган запоминания сигнгшов и выходное реле, которые представляют собой орган для сравнения длительности импульсов на выходе формирователя пря моугольных импульсов с заданной длительностью. Это устройство обеспечивает измерение бестоковых пауз в дифференциальном токе и сравнение их с заданной длительностью. Если длительность бестоковой паузы превышает заданную длительность, сигнал на выходе устройства отсутствует (4, Недостатком прототипа является сле дующее. При периодических бит длитель ность бестоковых пауз незначительна и может составлять около 3 мс. В данном случае, значительно повышаются требования к стабильности уставки по длительности паузы и, кроме того, в ряде случаев не удается избежать эамедления в переходных режимах короткого замыкания в защищаемой зоне при насыщении трансформаторов тока защиты. Таким образом, устройство не позволяе надежно зафиксировать периодический бнт по информации в бестоковых паузах в дифференциальнсяу токе. Целью изобретения является повьше ние надежности фиксации периодического броска намагничивающего тезка. Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее трансформатор с выпрямительными диодами, подключенными к его вторичной обмотке, формирователь прямоугольных импульсов с КС-цепью и стабилитроном на входе и орган сравнения длительности временных интервалов импульсов с заданным, подключенный к выходу формирователя прямоугольных импульсов, дополнительно введен второй формирователь прямоугольных импульсов . с RC-цепью на входе и стабилитроном, выход которого соединен со входом органа сравнения, при этом точки соединения резистора и емкости указанных RC-цепей через одинаково включенные выпрямительные диоды и ограничительные резисторы соединены с концами вторичной обмотки трансреактора средняя точка которой соединена с другими выводами конденсаторов, а стабилитроны включены между токами соединения выпрямительных диодов и ограничительных резисторов и ее средней точкой. Благодаря совокупности признаков известного устройства и ограничительных признаков предлагаемого устройства в нем измеряются и сравниваются между собой времена, в течение которых напряжения на емкостях RC-цепей заряжаемых от наводимой на концах , вторичяой обмотки трансреактора ЭДС, пропорциональной положительной и отрицательной полуволнам производной дифференциального тока,превышают заданный уровень. При этом в режиме периодического бнт и режимах коротких замыканий при различной степени насыщения магнитопровода трансформатора тока соотношение между длительностя 1и превышения значения напряжения на емкостях КС-цепей заданного уровня различно, что позволяет зафиксировать режим периодического бнт. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства, на которой изображен формирователь 1 прямоугольных импульсов (ФПИ), орган 2 сравнения импульсов.по длительности (ОСИД), трансреактор 3, резисторн 4-7, стабилитроны 8-9, выпрямительные диоды 10-11, емкости 12 и 13. На фиг. 2 представлена схема формирователей прямоугольных импульсов (1) на транзисторах 14, 15 вместе со входными цепями, на которой изображены ограничительные диоды 16, 17, базовые резисторы 18 и 19, коллекторные резисторы 20 и 21. На фиг. 3 представлена схема органа сравнения импульсов по длительности, на которой изобретены операционный усилитель 22, реализующий совместно с резисторами 23-26 функцию вычитания; элементы 27-31, 32-40 выдержки времени на появление сигнала; элемент 41, выполняющий операцию сложение по модулю 2. На фиг. 4, 5 приведены потенциальные диаграммы работы предпагаемого устройства при периодических бнт симметричном (4) и cMeiiieHHOM относительно оси времени (5). На фиг. 6 представлена потечциальная диаграмма работы предлагаемого устройства при синусоидальном токе ко роткого замыкания а и при искаженном токе в случае насыщения тра.нсформатора тока симметричным синусоидальним током 6. На фиг, 7 приведена потенциальная диаграмма работы предлагаемого устрой ства при насыщении трансформатора тока апериодической составляющей первич кого тока короткого замыкания. На фиг. 4-7 приняты следующие обоз начения: 42 - ток в первичной обмотке трансреактора; 43 - напряжение на вто ричной обмотке трансреактора; 44, 45 напряжения на емкостях 12, 13 RC-цепей; 46, 47 - напряжения на коллекторах транзисторов 14, 15 (на выходах формирователей прямоугольных импульсо 48 - напряжение на выходе операционного усилителя 22; 49, 50 - напряжения на емкостях 30, 32 элементов выдержки времени на появление сигнала; 51, 52, 53 - напряжения на выходах элементов 31, 40, 41 органа сравнения импульсов по длительности. Рассмотрим пример конкретного выполнения и работу предлагаемого устро ства. При -протекании по первичной обмотке трансреактора бросков намагничивающих токов и токов короткого замыкания на его вторичной обмотке наводится эдс. Емкости 12 и 13 заряжаются со ответственно через цепи 4, 10 и 5, 11 от воли положительной и отрицател оНой полярностей эдс вторичной обмотк трансреактора, а разряжаются соответственно через сопротивления 6 и 7 и входные сопротивления формирователей прямоугольных импульсов (см. фиг. 1) Сигналы на выходах формирователей /1 появляются при превышении сигналами на их входах заданных уровней. В предлагаемом устройс-тве формирователи выполнены на транзисторах 14 и 15 (см. фиг. 2). Разряд емкостей 12 и 13 осзществля ется через цепи 6, 16 и 17, 17. Диоды 16, 17, кроме создания цепей разряда емкостей 12 и 13, служат также для ограничения напряжения на базах транзисторов 14 и 15. Вьгходной сигнал снимается с коллек торов этих транзисторов. Сравнение сигналов на выходах формирователей 1, по результату которого осуществляется фиксация периодического бнт), осуществляется ,с помощью органа сравнения, схема которого приведена на фиг. 3. Орган сравнен состо ит из вычитателя,собранного на операционном усилителе 22 и резисторах 2326;элементов для измерения бестоковых пауз в сигнале на выходе вычитателя для каждой полярности сигнала, собранных соответЬтвенно на элементе 27, инверторе 2й, цепи 29, 30, пороговом элементе JJ и на элементе 32, инверторе знака 33, 36, 34, 35; инвертора 37; цепи 38, 39 порогового элемента 40; элемента 41, выполняющего операцию сложения по модулю 2 сигналов с выходов элементов 31 и 40, Рассмотрим работу устройства при периодических бнт по потенциальной диаграмме (см. фиг. 4). До протекания тока транзисторы 14 и 15 (см. фиг. 2) открыты, на выходах формирователей прямоугольных импульсов сигналы отсутствуют, сигнал на выходе усилителя 22 (см. фиг. 3) отсутствует. Емкости 30 и 39 заряжены, сигналы на выходах элементов 31 и 40 1, сигнал.на выходе элемента 41 - 0. Положительные и отрицательные волны напряжения 43, наводимого на вторичной обмотке трансреактора при протекании по его первичной обмотке периодического броска тока, имеет различную форму. Наибольшая бестоковая пауза в сигна.пе одной полярности, при наибольших возможных значениях ширины основания апериодических бнт в двух других фазах, составляет около 160 , а в сигнале другой полярности - около 180° . Отметим, что при меньших значениях ширины основания апериодических бнт разница между длительностями бестоковых пауз в рассматриваемых сигналах возрастает - в сигнале одной полярности становится меньше 160°, а в сигнале другой поляркости больше 180. Пусть емкость С1 заряжается от импульсов, имеющих бестоковую паузу 160° или меньше. При этом 44 не достигает уровня намряжения, при котором транзистор 14 данного формирователя 1 открывается. В результате сигнал на выходе этого формирователя становится равным 1 (46). Другая емкость 13 за время бестоковых пауз сигнала противоположной полярности, длительность которых |не меньше 180° ,успевает разряжаться до значений напряжения, при которых транзистор 15 данного формирователя открывается и сигнал на его выходе 47 исчезает. В результате, на вход вычитателя подается единичный и прерывистый сигналы, а на его выходе появляется разностный прерывистый сиг нал 4Ь одной полярности. Этот сигнал переводит элемент 28 в состояние О, напряжение на емкости 49 исчезает в результате разряда емкости 30 через элемент 28, сигнал на выходе элемента 31 становится равным нулю. После окончания им1ульса на. выходе вычитания сигнал на выходе элемента 28 становится равным 1 и емкость 30 начинает заряжаться через резистор 26. Поскольку постоянные времени зарядэ- ( костей 30 и 39 выбраны исходя из того, что за время наибольшей возможной бестоковой паузы между сигч1алл.к-п одной полярности на выходе вычитате-ля «20 мс) они не успевают зарядить ся до значений напряжений срабатывания 31, 4Q, сигнал на выходе элемента 31 в рассматриваемом случае будет равен нулю. Сигнал на выходе элемента 40 (52) остается равным 1, поскол ку сигнал на выходе вычитателя однополярный. В результате сигнал на выходе элементов 41 (53), фиксирующий режим периодического бнт, принимает значение 1, При включениях трансформаторов на холостой ход в случае равномерного включения фаз, а также при некоторых сочетаниях начальных условий (фазы напряжения в момент включения, остаточных потокосцеплений в стержнях ма нитопровода) в периодическом бнт может содержаться апериодическая составляющая. Однако соотношение между длительностями бестоковых пауз в положительных волнах напряжения на вторИчной обмотке трансреактора, пропорциональном производной первичного тока такое же, как и при симметричном периодическое/ бнт. Работа предлагаемого устройства в этом случае иллюстрирует ся потенциальной диаграммой (см. фиг. 5). При коротких замыканиях в зоне де ствия защиты по первичной обмотке трансреактора может протекать ток, имеющий различную форму. При протека нии синусоидального тока короткого замыкания (см. фиг. 6, а) бестоковые пауэы между импульсами положительной и отрицательной волн напряжения на вторичной обмотке трансреакторов составляет 180°, обе емкости 12 и 13 за время бестоковых пауз успевают разрядиться до значений напряжения, при ко гторых транзисторы Т1 и Т2 открываются и сигналы на выходах формирователе 1 исчезают. В результате сигналы на выходах формирователей (1) 46, 47 носят прерывистый характер, а их разнос 4tt становится двухполярной. В результате этого на входы обоих элементов, измеряющих бестоковые паузы, подаются прерывистые сигналы с ин тервалами, за которые емкости 30 и 39 не успевают зарядиться до значений срабатывания элементов 31 и 40. При этом сигнал на выходе 41 равен 0. Сиг нал на выходе 41 появляется только кратковременно в пределах минимального времени от начала протекания тока до момента исчезновения сигнала на выходе данного формирователя. Это вре мя составляет около 15 мс. Таким образом, при синусоидальном токе короткого замыкания фиксирующий сигнал на выходе схемы отсутствует. При насыщении защитного трансформатора тока форма вторичного тока ис кажается (см. фиг. Ь, &1, В положительной и отрицательной волнах напряжения на вторичной обмот ке трансреактора возникают дополнительные бестоковые паузы, обусловленные бестокрвыми паузами в первичном токе трансреактора, которые способствуют дополнительному разряду емкостей 12 и 13. Основная пауза так же, как и в случае синусоидальною тока, равна IbO, поэтому предлагаемое устройство при насыщении тт. работает так же,как и при идеальной трансформации тока КЗ (см. фиг. 6, б). При глубоком насыщении трансформатора тока апериодической составляющей первичного тока (длительность пауз между волнами одной из двух полярностей может стать меньше 180° (на фиг. 7 - паузы между волнами - отрицательной полярности) . Однако сама отрицательная волна напряжения 43 имеет бестоковую паузу, за время которой емкость успевает несколько разрядиться. Благодаря этому ёмкость 13 за время протекания положительной волны успевает, разрядиться до значения напряжения, при котором на выходе формирователя 1 исчезает сигнал. Работа схемы в этом режиме иллюстрируется потенциальной диаграммой (см. фиг. 1}. При значительном росте тока короткого замыкания напряжение на емкостях 12 и 13 ограничивается стабилитронами на уровне, который обеспечивает правильную работу устройства. Предлагаемое устройство позволяет надежно зафиксировать режим периодического бнт. Преимущество данного устройства заключается также в том, что при его использовании полностью отсутствует задержка срабатывания при коротком замыкании в зоне действия защиты. Исключаются ложные срабатывания дифференциальной защиты трансформатора и соответствующий недоотпуск электроэнергии потребителям, а также повышается надежность диэащиты при коротких замыканиях. Формула изобретения Устройство для фиксации периодического броска намагничивающего тока, содержащее трансреактор с выпрямительными диодами, подключенными к его вторичной обмотке, формирователь прямоугольных импульсов с КС-цепью и стабилитроном на входе и орган сравнения длительности временных интервалов импульсов с заданным, . ключенный к выходу формирователя прямоугольных импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности фиксации периодического броска намагничивающего тока, дополнительно введен второй формирователь прямоугольных импульсов с КСцепью на входе и стабилитроном, выход которо1 о соединен со входом органа сравнения, при этом точки соединения резистора и конденсатора указанных

RC-цепей через одинаково включенные выпрямительные диоды и ограничительные резисторы соединены с концами вторичной обмотки трансреактора, средняя точка которой соединена с другими выводами конденсаторов, а стабилитроны включены между точками соединения выпрямительных диодов и ограничительных резисторов и ее средней точкой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дроздов А. Д. Электрические цепи с ферромагнитными сердечниками в

релейной загдате. М., Энергия, 1975, с. 185-189.

2.Федосеев А. М. Основы релейной эаициты. М., Энергия, 1976, с. 441442.

3.Подгорный Э. В., Ульяницкий Е.М. Справочник принципов отстройки дифференциальных реле от токов включения силовых трансфо зматоров. М., Электричество, 10, 1969.

4.Авторское свидетельство СССР № 384173, кл. Н 02 Н 7/04, 1973.

Ч

Фиг. 5

V

W

-./

J

If

1