Устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора Советский патент 1980 года по МПК H02H3/28 H02H7/04 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной ди(}зферен циальной защите, и может быть использовано, например, для защиты транс(}юрматоров, блоков генератор-трансформатор и генераторов при коротких замыканиях. Известны устройства для диф()еренциальной защиты трансформатора, содержащее датчики тока, пусковые органы, подключенные к датчикам тока через выпрямители, и органы блокировки от бросков тока намагничивания f1, 2 и Sj . Общим недостатком этих устройств является необходимость загрубления защиты для отстройки от периодических бросков тока намагничивания, которые могут пре- выщать номинальный ток трансформатора. Наличие торможения по второй гармонике тока может вызвать загрубл ение защиты и задержку в срабатывании при переходном процес се. к.з. в защищаемой зоне,так как в токе могу содержаться четные гармоники. 1фугим недостатком рассмотренных устройств является необходимость учета небаланса, обусловленного наличием регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) при выборе установки срабатывания защиты. Наиболее близким по технической сущ- ности к изобретению является устройство для ди({)ференциальной защиты силового трансформатора 4 в 5, содержащее датчики тока, пусковые органы и трехфазньй орган блокировки от небалансов, обуслов ленных бросками тока намагничивания и погрешностями трансформаторов тока при внещних к.з. в переходном процессе. В отличне от рассмотренных устройств, орган блокировки в прототипе позволяет блокировать защиту также в случаях, если бросок тока намагничивания,в одной или двух (J)a3ax двухполяфный. Недостатком про готипа является необходимость учета Р.ПН при выборе тока .срабатывания защиты, что ограничивает ее чувствительность значениями порядка 0,3 от номинального тока трансформатоipa. 37 Для того, чтобы зашита была чувсггв тельна к коротким замьпсанням одного ввтка обмоткн трансформатора чувсггвител ность ее должна быть выше. Целью данного взобретения является повышение чувствительности защиты в обеспечение ее независимости от наличия регулирования напсряжения. Эта цель достигается тем, что устрсЛ ство, содержащее трансформатс ы тока всех присоединений, вторичные обмотки рсоторьк через датчики токов соединены Ъ, дифференциальную скему, трехфазный сфган блокировки от переходных: тсжов небаланса, подключенный к выходам датчиков тока, элемент задержки, к выходу которсаго подключен исполнительньй элемент, дополнительно снабжено выпрямителем, подключенным к выходам датчиков тсжа, сумматором, инерционным инвертирующим (чэганом, компаратором, расширителем импульсов и логическим элементом И, при этом вькод вьтрямителя соединен с первьол входом сумматора непосредственно, а со вторым - через инерцисашый инвертирующий орган, вход компаратора подключен к выходу сумматора.а выход через расширитель импульсов к первому входу логического элемента И, второй вход которой соединен с выходом упомянутого блокирующего органа и с входом ускорения инерцисягсного инвертирующего органа, а выход логического элемента И подключен к входу элемента задержки. На фиг. 1 изображено данное устройCTBOJ на фиг. 2 - схема включения датчика тока. С обеих сторсж защищаемого объекта 1 установлены трансформаторы тока 2 и вторичные обмотки которых через датчики 4,5,6 тсжов соединены в днфференциальиую схему. К выходам Датчиков тока подключен выпрямитель 7 и. орган 8 бпокеровиъ от всех еидов п еходного небаланса, например, цо t4 и 5j, Выход выпрямителя соединен с входом инерционного инвертирующего органа 9, осуществл5пощего преобразование прямоугопыкя о перепада напряжения на входе в соответствующ экспоненциальный nepe пад с ввверсией знака на выходе. Вход R выход инерциовного органа соединены с входами сумматора Ю, обеспечйвающего на выходе нулевой небаланс в установившемся режиме органа 9. Выход сумматора соединен с входся « компаратора 11, на котор л устанавливается ngpor, соответствующий установке срабатывания даошты. Расширитель 12 нмпульсов под2ключен своим входом к входу компара- ; Тора и осуществляет увеличение длительности единичного входного сигнала на 20 мс для повышения надежности работы защиты при искажении токов от насьядения магнитопроводов трансформаторов тока. Выходы расширителя 12 импульсов и блокирующего органа 8 подключены к входам логической схемы И 13, к выходу которой подсоединен элемент 14 задержки, осуществляющий задержку в срабатывании исполнительного органа 15 для согласования по времени поступления рабочего и блокирующего сигналов. Кроме того, . ВЫХОД блокирующего ор гана 8 соединен с входом ускорения инер- циошого органа 9 для обеспечения возможности правильного действия защиты в случаях перехода Ш1ешнего к.з. в защищаемую зсжу и возникновения повреждения в зоне действия защиты от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, Устройство работает следующим обра-, зом. В нормальном режиме напряжения на вькоде датчиков 4,5 и 6 тока, выполнен)НЫХ например, на базе реле РНТ с возможностью вьфавниваыня ампервитков плеч (см.фиг.2), не превышают уровня ера- батьшания комтшратора 11, сигнал на его выходе, а следовательно и на первом входе логической схемы И 13 равен нулю. В этом режиме сигналы на входах органа 8 двухполярны, что не приводит к его срабатьшанию по принципу действия. Поэтому орган 8 не срабатывает и имеет на выходе сплошной сигаал, равньй логкческой единице, разрешающий прохожде- ние рабочего сигнала от компаратора 11 через расширитель 12 импульсов к логической схеме И 13 и запрещающий ускорение. При переключении РПН на одну ступень в сторону увеличения или уменьшения коэффициента трансформации силового трансформатора происходит ступенчатый скачок напряжения на выходе датчиков 4,5,6 тока, и следовательно на входах органов 8,9 и втором входе сумматора Ю. При - - этом режим работы органа 8 не изменяется, так как на его входах все двухполярные,,симметричные, а напражание на выходе инерционного органа 9 начинает увеличиваться, экспоненциально стремясь к уровню напряжения на его входе, но с обратным знаком. Постоянная времени инерции органа 9 (Т ) 579 выбврается по крайней Мере на одвн порядок больше времени cpa6atbmaHBa зашиты ( t-j ). В данном случае fj 0,О25 с, эначвт можно пршшть Т)у (0,25-0;з),с , Кроме того, 5 Т - 1,25-1,5 с должно значятельно меньше времена отработки одной ступени регулкровання перек лючателем РПН (). Обычно ip 10с, следовательно условие 5Tif соблюдается с большим запасом. Так как вставка срабатывания компаратора 11 отстроена от небаланса одной ступени РПН, то компаратор 11 не срабатывает, а через время 4-5 , когда по абсолютному значению напряжения на обоих входах сумматора 10 станут равны между собой, но обратны по знаку, . на входе компаратора 11 шювь установит ся нулевой сигнал. При включении защищаемого трансфер)матора под напряжение или при восстанов лении напряжения в сети комплект трансформаторов тока, соответствух5щий включаемой обмотке, замеряет ток намагаичивания силового трансформатора. Ток протекает через датчики 4,5,6 и, если он превышает уставку срабатывания защиты, срабатьтает компаратор 11 и через расширитель 12 на первый вход схемы 13 И поступает логическая единица, К этому времени на втором входе схе мы 13 была логическая единица от органа 8, поэтому запускается элемент 14 с временем задержки f О,О25 с. Так как бросок тока наматаичивания хотя бы в одной из трех фаз однополярен. то по принципу действия органа 8 на его выходе появляется логический нуль через время j с. Обязательно должно соблюдаться условие: i А tq . В момент прихода нуля на второй вход схемы И 13 с выхода органа 8 элемент 14 сбрасывает набранное время и исполнительный орган 15 не срабатывает. Одновременно сигнал (логический нуль с выхода 8 поступает на вход ускорения инерционности c jraHa 9, чем обеспечива- ется быстрая компенсация небаланса на входе сумматора 10 (напряжение на обои входах 10 равны по модулю и противополсякны по знаку). При этом осуществляет ся запоминание предшествующего режима на ин цисяшом элементе в сагане 9 с тем, чтобы после осовчаниа действия сиг нала с органа 8 схема органа 9 была црн 2 ведена в исходное состояние и готова к действию. Аналогично работает схема зашиты при ваещних коротких замыканиях. К.З. в защищаемой ( в том числе и при замыка1 ии одного витка обмотки трансфсч матора) блокируюший орган 8 не срабатывает и сохраняет лсяичесвую единицу на выходе, так как сигналы на его входах двухполярны. Перепад напряжений на входах сумматора в течение некоторого времени (больше времени с абатываня зашиты) превьь uiaeT уставку компаратора 11. Сигнал (логическая единица) с компаратора 11 поступает на первый вход схемы 13. Это, при наличии единицы на втсром входе, приводит к появлению единичного сигнала на выходе элемеита 14 заде|лкки и через 5,025с срабатывает исполнительный 15. Схема зашиты отстроена от резкого сброса небаланса с перепадом, превышающим уставку срабатывания компаратора 11. Это обеспечивается тем, что при спаде, разность напряжений на входе, а значит и напряжение на выходе сумматс а 10 имеет знак, противоположный рабочему сигналу и поэтому не возбуждает компаратор 11. При к.з. в защишаемой зоне и насыщении трансформатсчэов тока компаратор может работать в чередующихся срабатываний и отпусканий, что могло бы привести -к отказу защиты из-за периодическся-о сброса элемента 14 задержки, если бы не было расширителя 12, осущест-. впяющего заполнение пауЗ в сигналах от компаратора 11 и обеспечивающего нор мальную работу защиты в целом. Устройство позволяет выполнить защиту трансформатора с тсжом срабатывания сжоло 0,1 от номинального тока транофсчзматора независимо от наличия РПН, и отстроенную от всех видов небаланса. Время действия защиты не более 25 мс. Устройство может быть использовано для защиты генераторов и блоков гене- ратор-трансф чзматор. Эксшомичесасая целесообразность закн лючается в том, что исключаются неправ вильные отключения защищаемых объектов и уменьшается время устранения повреждения при витковых замыканиях, что по.. . ьышает срок, службы электрооборудова|нвя. Формула изобретеиня Устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора, содержа-

щее трансформаторы тока всех присоединений, вторичные обмотки которых через датчики токов соединены в дифференциальную схему, тр.ехфазный орган блокировки от переходных токов небаланса, подключенный к выходам датчиков тока, элемент задержки, к выходу которого подключен:

исполнительный элемент, о т л и ч а t,

ю щ ее с я тем, что, с целью повышения чувствительности и независимости от наличия регулирования напряжения, оно дополнительно снабжено выпрямителем, подключенным к выходам датчиков тока, сумматором, инерционным инвертирующим органом, компаратором, расширителем импульсов и логическим элементом И, пр« этом выход выпрямителя соединен с первым входом сумматора непосредственно, а со вторым - через инерционный инветирующий орган, вход компаратс а подкЛ1бчен к выходу сумматора, а вькод через расширитель импульсов к первому входу логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом упом5шутого

блокируюшего органа и с входой ускорения инерционного инвертируюшего органа, а выход логического элемента И подключен к входу элемента задержки. Источники- информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР N9 393793, кл, Н 02 Н 3/28,

Н 02 Н 7/04, 1973-.

2.Роте К. и др. Реле для зашиты генераторов, трансформаторов и шин в энергосистемах ГДР. Известия ВУЗов СССР - электромеханика , 1974, № 9, с. 1048-1051.

3.Дмитриенко А. М. Дифференциальная защита трансформаторов и автотрансформаторов. Электричество 1975, № 2 с. 1-9.

4.Авторское свидетелсьтво СССР № 542289, кл. Н 02 Н 3/28,

Н 02 Н 7/04, 1977.

5.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2649943/24-07,

кл. Ч О2 Н 3/28. 1970.

Фи.г,2.