Устройство для дифференциальной токовой защиты электроустановки Советский патент 1980 года по МПК H02H3/28 H02H3/36 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

I

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в дифференциальной токовой защите от коротких замыканий генераторов переменного тока, силовых трансформаторов, сборных шин и других электроустановок электрических систем.

Известно устройство для дифференциально-фазной защиты сборных шин, содержащее в каждой фазе промежуточный трансформатор тока, ко вторичной обмотке которого последовательно подключены конденсатор и два стабилитрона, а параллельно конденсаторам всех фаз включен вход органа сравнения фаз 1.

Недостаток этого устройства состоит в низкой селективности при коротких замыканиях с токами, содержащими значительную апериодическую составляющую, вызывающую насыщение магнитопроводов трансформаторов тока и искажение формы их вторичного тока.

Наиболее близким к изобретению является устройство для дифференциально-фазной защиты щин мощных станций и подстанций, содержащее последовательно включенные общие сумматор и компаратор в виде

токового органа, включенного в дифференциальную цепь трансформаторов тока присоединений. Это устройство содержит также для каждого присоединения трансреакторы, ко вторичным обмоткам которых через диоды подключены два общих фазовых органа, реагирующих на заданную длительность между однополярными полуволнами, и общий интегральный орган, сравнивающий между собой длительность пауз между редиополярными полуволнами. Выходы токового и обоих фазовых органов через последовательно включенные элементы И и Запрет подключены к выходному органу, причем выход интегрального органа подключен к управляющему входу элемента Запрет 2.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие при внутренних коротких замыканиях с токами, содержащими значительную апериодическую составляющую. Смещение токов сопровождается него равенством пауз между положительными и отрицательными полуволнами напряжений на входе интегрального органа и блокировкой защиты на время существования апериодической составляющей токов, что не допустимо для быстродействующей селективной защиты. Цель изобретения - повыщение быстродействия защиты. Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для дифференциальной токовой защиты электроустановки, каждое присоединение которой снабжено трансформатором тока, содержащее элемент Запрет, общие последовательно включенные сумматор и компаратор и для каждого присоединения трансреактор, первичная обмотка ко торого включена в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, дополнительно снабжено общими последовательно включенными элементом ИЛИ и ждущим мультивибратором, а для каждого присоединения - пиктрансформатором и блоком сравнения знаков сигналов, входы которых включены в цепбвторичной обмотки трансформатора тока, двухполупериодным выпрямителем, вход которого подключен к выходу пик-трансформатора, а выход - к соответствующему входу общего элемента ИЛИ, последовательно включенными первыми элементом Запрет, элементом Память и вторым элементом Запрет, выход которого подключен к соответствующему входу общего сумматора, а управляющий вход - к прямому выходу ждущего мультивибратора, последовательно включенных элементов НЕ и ИЛИ, второй вход последнего подключен к инверсному выходу ждущего мультивибратора, а выход к управляющему входу первого элемента Запрет, основной вход которого соединен с первым выходом трансреактора, второй выход которого соединен со вторым входом бло ка сравнения знаков.сигналов, причем выход последнего соединен со входом элемента НЕ. На фиг. 1 представлена однофазная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы цепи формирования сигналов из тока; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы работы устройства защиты трехконцевой электроустановки соответственно при внутренних и внещних коротких замыканиях. На всех присоединениях защищаемой электроустановки 1 установлены трансформаторы 2 тока (фиг. ). К вторичной обмотке каждого трансформатора 2 тока присоединены трансреактор 3, пик-трансформатор 4 и один из входов блока 5 сравнения знаков сигналов, второй вход которого подключен к выходу трансреактора 3. К другому выходу трансреактора 3 через элемент За прет 6 подключен элемент Память 7. Выходы всех эле тентов Память 7 через элементы Запрет 8 подклю -ены к сумматору 9 с компаратором 10 на выходе. Выходы всех пик-трансформаторов 4 через выпрямители 11 и элемент ИЛИ 12 подключены ко входу запуска ждущего мультивибратора 13, прямой выход которого присоединен к запрещающим входам элемента 8, а интерсный выход - к одному из входов каждого элемента ИЛИ 14. Другой вход элемента ИЛИ 14 через элемент НЕ 15 подключен к выходу блока 5 сравнения знаков сигналов, а выход - к управляющему входу элемента Запрет 6. Индивидуальные части защиты одинаковы для всех присоединений. Дифференцирующий элемент 3 формирует сигнал, пропорциональный первой производной вторичного тока i 2 трансформатора тока 2 (фиг. 2). В блоке 5 сравниваются знаки мгновенных значений тока и его первой производной. При совпадении этих знаков на выходе элемента НЕ 15, и, следовательно, на одном из входов элемента ИЛИ 14 сигнала нет. Пик-трансформаторы 4 генерируют короткие импульсные сигналы в начале каждого полупериода вторичного тока каждого присоединения электроустановки. Через двухполупериодные выпрямители 11 и элемент ИЛИ 12 выпрямленные импульсные сигналы запускают ждущий мультивибратор ГЗ на время At, соответствующее наибольшему допустимому расхождению начальных фаз токов присоединений защищаемой электроустановки при внутреннем коротком замыкании. В течение выдержки времени At на инверсном выходе ждущего мультивибратора 13, и, следовательно, на втором входе элемента ИЛИ 14, сигнала нет. При этом на управляющем входе элемента Запрет 6 сигнала нет, и напряжение с выхода трансреактора 3 через элемент Запрет 6 поступает на вход элемента Память 7, запоминающего наибольщее значение tl входного напряжения, пропорционального По истечении выдержки времени At, задаваемо1о параметрами ждущего мультивибратора 13, сигнал с управляющего входа элемента Запрет 8 от мультивибратора 13 снимается. Элементы Память 7 каждого присоединения через элементы Запрета 8 подключаются ко входам сумматора 9, где осуществляется алгебраическое суммирование напряжения Hj. Суммарное напряжение подается на вход компаратора 10, где оно сравнивается с установленной величиной и если превыщает ее, то подается сигнал на отключение выключателей присоединений защищаемой электроустановки 1. При коротких замыканиях вследствие наличия в токе апериодической составляющей, большой вторичной нагрузки трансформатора тока или остаточного намагничивания его магнитопровода, последний может насыщаться и форма вторичного тока (фиг. 2) искажается относительно первичного тока, приведенного ко вторичной стороне трансформатора тока. Для преобладающей активной нагрузки трансформатора тока искажение формы его вторичного тока состоит в отсечке тока при условии отсутствия в не.м постоянной составляю цей. В устройстве защиты напряжения Ei формируются в интервалах времени (фиг. 2), когда магнитопровод трансформатора тока не насыщен, и форма кривой тока i г близка к синусоиде. Контроль совпадения знаков мгновенных значений тока и его первой производной, осуществляемый элементами 5, 6, 14 и 15, позволяет отстроиться от больщих значений производной при отсечке вторичного тока трансформаторов тока. При внутренних коротких замыканиях (фиг. 3) начальные фазы токов присоединёний расходятся на угол, меньший 2яГ At. При переходе через нуль опережающего тока пик-трансформатор 4 генерирует короткий импульсный сигнал , запускающий ждущий мультивибратор 13, инверсный выходной сигнал которого с помощью элементов ИЛИ 14 и Запрет 6 разрещают подачу выходного напряжения трансреактора 3, совпадающего по знаку с током i 2, в элемент Память 7. По истечении выдержки времени ждущего мультивибратора 13 его прямой выходной сигнал прерывается и выходные сигналы элементов Память 7 через элемент Запрет 8 поступают на вход сумматора 9, и их алгебраическая сумма сравнивается с порогом срабатывания компаратора 10. При внутренних коротких замыканиях знаки выходных напряжений всех элементов Память 7 одинаковы, и выходной сигнал сумматора 9 превышает порог срабатывания компаратора 10, вследствие чего формируется выходной сигнал срабатывания защиты. При внешних коротких замыканиях (фиг. 4) начальная фаза тока поврежденного присоединения защищаемой электроустановки инверсна начальным фазам токов питающих присоединений и полярность сигнала - щОбратна полярности остальных сигналов i.T и и, вследствие чего суммарный сигнал fi.2 меньше порога срабатывания компаратора 10, и выходной сигнал срабатывания защиты не формируется. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства состоит в уменьшении ущерба электрических систем и системы электроснабжения от ложных срабатываний и замедления в действии дифференциальной защиты и обусловлена высокой селективностью и быстродействием устройства вследствие формирования напряжений защиты из вторичЯых токов трансформаторов тока в те интервалы времени, когда эти токи минимально искажены. Формула изобретения Устройство для дифференциальной токовой защиты электроустановки, каждое присоединение которой снабжено трансформатором тока, содержащее элемент Запрет, общие последовательно включенные сумматор и компаратор и для каждого присоединения трансреактор, первичная обмотка которого включена в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, дополнительно снабжено общими последовательно включенными элементом ИЛИ и ждущим мультивибратором, а для каждого присоединения - пик-трансформатором и блоком сравнения знаков сигналов, входы которых включены в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, двухполупериодным выпрямителем, вход которого подключен к выходу пик-трансформатора, а выход - к соответствующему входу общего элемента ИЛИ, последовательно включенными первым элементом Запрет, выход которого подключен к соответствующему входу общего сумматора, а управляющий вход - к прямому выходу ждущего мультивибратора, последовательно включенных элементов НЕ и ИЛИ, второй вход последнего подключен к инверсному входу ждущего мультивибратора, а выход - к управляющему входу первого элемента Запрет, основной вход которого соединен с первым выходом трансреактора, второй выход которого соединен со вторым входом блока сравнения знаков сигналов, причем выход последнего соединен со входом элемента НЕ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 325662, кл. И 02 Н 3/28, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 304657, кл. Н 02 Н 3/28, 1971.

фг/5.