Устройство для дифференциально- фазной защиты электроустановки с регулятором напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02H3/28 

Известно также устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки, содержащее трансформаторы тока, устанавливаемые по концам защищаемого объекта, к которым присоединен блок преобразования выхоных величин, подключенный к нему через блок торможения в переходном режиме, блок сравнения с реагирующим Органом на эыходе и преобразователь дифференциального тока, присоединенный также к блоку преобразования зыходных величин, фильтр третьей гармоники дифференциального тока, блок торможения в установившемся режиме, два дифференцирующих блока, два блока временной памяти, три ключа и блок вьщержки времени, при этом вход фильтра третьей гармоники дифференциального тока соединен с блоком преобразования выходных величин, выход с nepBEJM входом первого блока временной памяти и первым из основных входов первого ключа, входы блока томожения в установившемся режиме соединены с выходами блока преобразования выходных величин, его выход соединен с входом первого дифференцирующего блока, вторым основным входом первого ключа, а также с основньа/ и управляющим входами второго ключа, выход первого дифференцирующего блок соединен со вторым входом первого блока временной памяти, Третий вход которого соединен с регулятором напряжения защищаемого объекта, ei 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 соединен 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 вторЕлм входом второго блока временной памяти 2j

Однако это устройство может сработать ложно при появлении в его цепях мощной импульсной помехи, поступившей, например, со стороны то-новых цепей или непосредственно наведенной в цепях реле от внешнего электромагнитного поля при близких короткозаг-длканиях, разрядах молнии и т, д. И действительно, при скачкообразном увеличении сигнала на входе второго дифференцирующего блока, он заГФлкает рабочую цепь реле и, если при этом не запустились цепи торможения, реле может сработать

ложно. То же самое может произойти, например, при таком повреждении второго дифференцирующего блока, когда на его выходе скачком появляется сигнал при неизменном сигнале на входе и при любом другом повреждении в схеме реле, приводящем к открЫЕа1Шю третьего ключа.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности и надежности.

Поставленная цель достигается тем что Б устройстве для дифференциально-фазной защиты электроустановки с регулятором напряжения, содержащем трансформаторы тока, установленные по концам защищаемого объекта с присоединенным блоком преобразования входных величин, подключенный к нему блок торможения в установившемся режиме, к которому по цепи дифференциального тока присоединены преобразователь дифференциального тока, блок торможения в переходном режиме, гармонический фильтр, а к выходу блока торможения в установившемся режиме присоединен через дифференцирующий блок первый блок временной памяти и первый ключ,блок сравнения с реагирующим органом, выход преобразователя дифференциального тока через дифференцирующий бло второй блок временной памяти, второй ключ, временной блок присоединен к блоку сравнения и непосредственно ко |второму ключу, выход блока торможения в переходном режиме присоединен к первому блоку временной памяти, ко второму блоку временной памяти и к блоку сравнения, выход гармонического фильтра присоединен к первому блоку временной памяти и к первому ключу, который присоединен по цепи управления к третьему ключу и к блоку торможения в установившемся режиме, а выход третьего ключа присо;динен к блоку сравнения, временной блок выполнен в виде блока памяти величины предшествующего режима, при этом выход преобразователя дифференциального тока дополнительно соединен со входом блока сравнения.

На чертеже изображена структурная схема реле.

Предлагаемое реле содержит блок 1 преобразования входных величин, присоединенный к трансформаторам тока защиты и предназначенный для преобразования вторичных токов трансформаторов тока в величины, удобные для работы защиты. Выходы блока 1 соединены с блоком 2 торможения в установиь:лемся режиме. Блок 2.торможения предназначен для обеспечения необходимой тормозной характеристики реле и имеет сигнал на выходе, пропоциональный разности суммы модулей токов плеч защиты и дифференциального тока. Такой алгоритм действия блока 2 обеспечивает максимальный тормозной сигнал на выходе при внешнем коротком замыкании со 180° сдвигом токов и отсутствие тормозного сигнала при внутреннем коротком замыкании и отсутствии сдвига между токами. По цепи дифференциаль ного тока блок 2 связан с преобразователем 3 дифференциального тока, блоком 4 торможения в переходных режимах и гармоническим фильтром 5. Преобразователь 3 дифференциального тока содержит устройство, расщепляющее поступающий на него сигна пропорциональный дифференциальному току, на несколько составляющих (две или три) с последующим выпрямлением и сглаживаниеим и предназнач для преобразования переменного сигнала, пропорционального дифференциальному току, в соответствующий сигнал постоянного тока. Блок 4 тор можения в переходных режимах предназначен для торможения защиты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешнего короткого з мыкания. Он может быть выполнен на основе схемы, сравнивающей амплитуд волн полупериодов дифференциального тока, выделяющей четные гармоник дифференциального тока, и других из вестных принципах. Гармонический фильтр 5 может быт выполнен в виде фильтра третьей или пятой гармоники и предназначен для торможения защиты в режиме работы защищаемого трансформатора с перево буждением, например, если он включе на отключенную с обратной стороны линию электропередачи высокого напр жения. К,выходе блока 3 подключен диффе ренцирующий блок 6, который предназначен для выявления резкого изме нения сигнала на выходе преобразователя 3 дифференциального тока. К выходу дифференцирующего блока 6 подключен блок 7 временной памяти предназначенный для запоминания наличия сигнала на его входе на время ipaBHoe, например, 5-6 периодам промьЕиленной частоты. К выходу блока 7 подключен ключ 8, предназначенный для коммутации с нала, снимаемого с преобразователя 3, на блок 9 памяти. Блок 9 памяти предназначен для запоминания величины сигнала на его входе на время, равное, например, 2 с. Этот блок может состоять из емкости, шунтированной высокоомным резистором, и заряжающейся с малой постоянной времени до величины напр жения, поступающего на блок 9 памят ключа 8, и истокового повторителя, вход которого соединен с указанной емкостью, а выход является выходом блока 9. Изменением величины резистора, шунтирующего емкость, можно менять время, на которое запоминается поступивший на блок 9 памят: сигнал, в необходимых пределах. Истоковый повторитель, обладающий большим входным сопротивлением (порядка 10 Мом и более для серийных микросхем), обеспечивает необходимую величину выходного сигнала блока 9 памяти, не уменьшая практически времени разряда упомянутой выше емкости. При необходимости блок 9 памяти может быть- выполнен на любом другом принципе. К выходу блока 9 подключен вход 10 блока 11 сравнения. Вход 12 блока 11 сравнения подключен к выходу преобразователя 3 дифференциального тока. Блок 11 сравнения имеет пять входов и один выход и может быть выполнен на серийном операционном усилителе в микросхемном исполнении или любом другом аналогичном устройстве. Вход 10 блока 11 сравнения предназначен для того, чтобы с выдержкой времени, определяемой блоком 7 временной.памяти, компенсировать положительный сигнал, поступающий на вход 12 блока 11 сравнения. Сигнал, поступающий на вход 10, является тормозящим. Вход 12 блока 11 предназначен для действия на срабатывание. Вход 13 блока 11 предназначен для загрубления реле до уровня тока срабатывания, равного, например, 0,4 номинального и выше, в зависимости от величины поступающего на него сигнала. Вход 14 блока 11 предназначен для интенсивного торможения реле при внешних коротких замыканиях. Вход 15 блока 11 предназначен для торможения защиты в переходных режимах . К выходу блока 11 сравнения присоединен реагирующий орган 16, предназначенный для выдачи сигнала на отключение За.щ1одаемого трансформатора. Ключ 17 по цепям управления присоединен к блоку 2 торможения и предназначен для коммутации сигнала, также поступающего с блока 2 на вход 14 блока 11.сравнения. Дифференцирующий блок 18, подключенный к выходу блока 2 торможения, предназначен для выполнения функций, аналогичных функциям дифференцирующего блока 6. Блок 19 временной памяти также выполняет функции, аналогичные функциям блока 7 временной памяти, но за1поминает сигнал на время, равное 7-9 периодам промышленной частоты. Ключ 20 предназначен для коммутации целого ряда загрубляющих сигналов на вход 13 блока 11 сравнения. К таКИМ сигналам ОТНОСЯТСЕ сигнал о раб устройства регулирования напряжения под нагрузкой, сигналы от гармониче кого фильтра 5 и блока 2 торможения Кроме того ключ 20 дает возможность регулирования начального эагрубляющ сигнала, обеспечивающего ток срабаты вания защиты при открытом положении ключа 20 на уровне равном 0,3-0,5 номинального тока защищаемого транс форматора, Входы блоков 7 и 19 временной пам ти соединены с выходом блока 4 тормо жения в переходных режимах для того чтобы обеспечить с помощью этих блок открытое состояние ключа 20 и закрытое состояние ключа 8 в течение всего времени переходного процесса. Вход 15 блока 11 сравнения соединен с выходом блока 4 для обеспечения торможения защиты при переходных процессах бросков тока намагничивания и внешних коротких зам-лканий Предлагаемое реле работает с;леду щим образом. При коротком замыкании в зоне защиты, сигнал на выходе преобразователя 3 дифференциального тока резко увеличивается, и на выходе дифференцирующего блока б появляется положительный сигнал, под воздействием которого срабатывает блок 7 вре менной памяти, запоминая факт появления положительного сигнала на свое входе на время, равное 5-6 периодам промышленной частоты. Под воздействием сигнала, поступающего с блока 7 временной памяти, ключ.8 закрывается на то же Ьамое время: не пропускания на блок 9 памяти сигналаf пропорционального новому , увеличившемуся значению дифференциального тока. Блок 9 памяти запоминает значение сигнала, пропорционального величине дифференциального тока до его увеличения. Этот сигнал и выдается на вход 10 блока 11 сравнения. На вход 12 блока 11 поступает сигнал, пропорциональный HOBONrsI увеличивше1 уся значению дифференциального тока. В результате этого навыходе блок 11 сравнения на время, равное 5-6 периодам промышленной частоты, по является сигнал, пропорциональный разности увеличившегося значения дифференциального тока и его пре дыдущего значениЯо Под воздействи-ем этого сигнала срабатывает реагирующий орган 16 и выдает сигнал на отклю-гение защищаемого объекта. Если внутреннее короткое за„мыканяе сопровождается появлением значительнойпериодической составляющей в первичном токе и переходными процесс 1ми и трансформаторах тока, то в течение всего времени переходного процесса на выходе блока 4 имеется сигнал, поддерживающий блок 7 временной памяти в открытом состоянии, а ключ 8 - в закрытом состоянии, обеспечивая воздействие на блоке 11 сравнения разности сигналов,поступающих на его входы 12 и 10; К -авной изменению сигнала,пропогл.ионального дифференциальному хоку.. На вход 15 блока 11 сравнения в ЗТО1-1 режиме поступает сигнал от (блока 4j который оказывает на реле тормозное действие. Кроме того в этом режиме с блока 4 открывает также блок 19 и ключ 20. С клю-. ча 20 на вход 13 блока 11 сравнения также выдается дополнительный тормозной сигнал, загрубляющий ток срабатывания защиты примерно до уровня 0,4 номинального тока защищаемого трансформатора. Срабатывание защиты происходит в тот момент, когда действие сигкала, пропорционального дифференциальному току, и поступающего на вход 12 блока 11 сравнения, преодолевает тормозное действие сигналов, поступающих на входы 10, 13 и 15 блока 11 сравнения. Быстродействие предлагаемого реле, как и быстродействие известных защит, обеспечивается за счет правильного выбора типа блока 4 торможения в переходных режимах и величины сигнала, подаваемого с него на блок 11 сравнения. При витковом замыкании на защищаемом трансформаторе изменение дифференциального тока может быть весьма мало (15-20% номинального тока) . При этом заметного переходного процесса в трансформаторах тока не будет, на выходе блока 4 также практически не будет сигнала и защиты сработает со своим минимальным то;ком срабатывания, равньп 10% номинального тока по цепи блока 1, блока 3, блока 11, реагирующего органа 16. Чувствительность защиты з этом режиме определяется конструкцией блока 3, а также уровне : магссималькой чувствительности pea.ijipyrc.j3ro органа 16. При действии устройства регулирования напряжения защищаемого трансформатора под нагрузкой (РПН) ток в дифференциальной цепи также может возрасти, в результате чего ключ 8 закрывается и на входы 12 и 10 блока 11 опять поступают различные по величине сигналы, что может привести к ложному действию захциты.Дпя предотвращения ложного действия в этом режиме сигнал от РПН заводится на блок 19 временной памяти, который открывает ключ 20 и загрубляет защиту на все время действия РПН до уровня примерно 0,4 номинального тока защищаемого трансформатора (или выше, если на ключ 20 поступают дополнительные тормозные сигналы от блока 2 торможения или гармонического фильтра 5. Величина тока срабатывания защиты в этом режиме может быть увеличена, если токи небаланса в нормальном режиме окажутся соизмеримыми с ней (например, при. большом диапазоне регулирования напряжения). При включении защищаемого транс.форматора на холостой ход может возникнуть большой по величине бросок тока намагничивания. В этом случае защита запускается по рабочей цепи и на вход 12 блока 11 сравнения поступает сигнал больший, чем на вхо 10. Недействие же защиты обеспечивается за счет тормозного сигнала, поступающего на вход 15 блока 11 с блока 4 торможения в переходных режимах . Если при включении защищаемого трансформатора броска тока намагничивания не возникает, а дифференциальный ток увеличивается на величину установившегося значения тока намагничивания, то недействие защиты обеспечивается выбором ее минимал ного тока срабатывания большим установившегося тока намагничивания, т. е. регулировкой чувствительности реагирующего органа 16. При увеличении тока намагничивания защищаемого трансформатора за счет его перевозбуждения,например, при отключении с обратного конца ли нии электропередачи высокого напряж ния, второй конец которой остался под ключенным к защищаемому трансформат ру , недействие защиты обеспечивается за счет тормозного действия сигнала снимаемого с гармонического фильтра 5(с входящим в его состав выпрямите лем) .включенного на выход блока 1 п образования входных величин. Сигнал с выхода гармонического фильтра 5 п водит к срабатыванию блока 19 и отк тию, ключа 20, через который этот сигнал поступает на вход 13 блока 11 сравнения и тормозит защиту до необходимого уровня в течение всего времени работы защищаемого трансфор матора с перевозбуждением. При подключении к защищаемому трансформатору дополнительной нагру ки дифференциальный ток также может скачкообразно возрасти. При этом недействие защиты обеспечивается за счет блока 2 торможения. Сигн на выходе блока 2 пропорционален разности суммы модулей токов плеч защиты и модуля дифференциального тока. Этот сигнал максимален при 180° сдвиге токов в плечах защиты и равен нулю при сдвиге, равном 0°. При работе защищаемого трансформатора под нагрузкой сигнал на выходе блока 2 торможения увеличивается с ростом нагрузки. Таким образом, при скачкообразном росте нагрузки сигнал на выходе блока 2 также скачкообразно возрастает и на выходе дифференцирующего блока 18 появляется положительный сигнал, который запускает блок 19 временной памяти, в результате чего открывается ключ 20 и сигнал с блока 2 поступает на вход 13 блока 11, обеспечивая загрубление защиты в функции от тока нагрузки защищаемого трансформатора. Ток срабатывания защиты при этом всегда остается выше тока небаланса. При коротком замыкании вне зоны защиты сигнал на выходе блока 2 торможения резко возрастает. Если он превышает величину, сортветствующую вытекающему из зонй защиты току, примерно равному 200% номинального, открывается ключ 17 и сигнал с блока 2 поступает на вход 14 блока 11, обеспечивая интенсивное торможение и недействие защиты в этом режиме. Если внешнее короткое замыкание соНровождается переходным процессом, то недействие защиты обеспечивается дополнительно блоком 4 торможения в переходных режимах. Если в результате повреждения, возникшего в блоках б, 7 и 18, или за счет импульсной помехи, наведенной в этих цепях, защита кратковременно запускается, т. е. на некоторое время (в пределах 2 с) закрывается ключ 8, то ложного действия защиты не происходит, так как сигналы, поступающие на входы 10 и 12 блока 11 уравновешивают друг друга, а также ,за счет собственного времени срабагтывания блока 11 совместно с реагирующим органом 16. Таким образом, при сохранении быстродействия, селективности и чувствительности известного предлагаемое дифференциально-фазное реле обладает более высокой помехозащищенностью и НсЩСЖНОСТЬЮ. Опыты показывают, что предлагаемое устройство позволяет дополнительно повысить аппаратную надежность защиты и обеспечить уровень этой надежности, несмотря на усложнение схемы, на уровне, достигнутом для существующих защит. Минимальный ток срабатывания защиты, использующей предлагаемое реле, может быть ориентировочно принят равным 10% номинального, в установившихся режимах внешних коротких замыканий защита допускает погрешность в модуле токов плеч, равную 70-90%, сопровождающуюся угловой прогрешностью в 60-80 эл. град. Недействие защиты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешних коротких замыканий обес