Дифференциально-фазная защита электроустановки Советский патент 1982 года по МПК H02H3/28 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите электроустановок от повреждений и может быть применено для защиты генераторов.

Известно устройство дифференциально-фазной защиты электроустановки, которое включает датчики информации, к котйрым подключены формирователи импульсов которые формируют импульсы, начало и конец которых совпадают с моментами перехода токов через ноль. К выходам формирователей подключены входы логического элемента, на выходе которого имеется потенциал в случае, когда на обоих входах имеются либо единичный, либо нулевой потенциал. Функцию такого элемента вы1 олняет логический элемент ЭквивалеАтность. К выходу его подключен измеритель временного интервала l.

Недостатком известной схемы является малое быстродействие.

Наиболее близким k предлагаемому является устройство, которое состоит из датчиков информации, формирователей импульсов, логического элемента, Электроэквивалентность и измерителя временных интервалов. Устройство отличается от вышеуказанного тем.

что между логическим элементом Эквивалентность и измерителем времени интервала включен вспомогательный формирователь. Этот формирователь в ряде случаев, при неблагоприятном. соотношении длительности сформированного импульса и момента короткого ;замыкания, расширяет импульс и убыстряет тем самым время работы защи10ты 2.

Быстродействие известного устройства также недостаточно.

Цель изобретения - повышение быстродействия защиты.

15

Указанная цель достигается тем, что дифференциально-фазная защита электроустановки, содержадая два полукомпонента, подключенных к трансформаторам тока, установленных по

20 концам электроустановки и состоящих ;саждый из соединенных последовательно датчиков информации и основного формирователя временных интервалов, выходы которых являются выхода25ми полукомплектов и подключены к первому входу выходного блока, состоящего из соединенных последовательно логического элемента Эквивалентность и измерителя временного интервала,

30 выход выходного блока включен в отключающую цепь, каждый полукомплект содержит дополнительный формировател временного интервала и блок торможения, причем вход дополнительного формирователя временного интервала соединен с выходом датчика информации, состоящего пз последовательно сое- диненных преобразователя ток - нап Уйжение и широтно-импульсного моду лятора, основные выходы дополнительных формирователей временного интервала .полукомпонентов подключены ко второму входу выходного блока, к которому подключены введенные дополнительно и соединенные последовательно второй элемент Эквивалентность и второй измеритель временного интервала, причем выходы первого и второго измерителей временного интервала подключены через введенные дополнительно и соединенные последовательно элементы ИЛИ и И к выходу выходного блока, .причем, входы блока торможения подключены к вспомогательным выходам дополнительного формирователя временных интервалов своего полукомплекта, а выход - к одному из входов элемента И выходного блока.

Основной формирователь временного интервала содержит дешифратор и D-триггер, а дополнительный формирователь временного интервала содержит двоично-десятичный счетчик, два одновибратора, два 0-триггера, генератор импульсов и элемент ИЛИ, причем вход первого одновибратора и О-вход первого триггера дополнительного формирователя временного интервала являются его входом, выход первого одновибратора соединен с С-входом второго D-триггера, а вход второго одновибратора соединен с С-входом первого D -триггера этого формирователя временного интервала, выход первого одновибратора соединен также с входом Установки нуля счетчика, с первым вспомогательным выходом дополнительного формирователя временного интервала и через элемент ИЛИ со входом второго одновибратора, выход Прямой перенос счетчика соединен со вторым вспомогательным выходом дополнительного формирователя временного интервала и с элементом ИЛИ.вход счетчика соединен с выходом генератора импульсов ,разрядные выходы счетчикаявляются разрядными выходами дополнительного формирователя временного интервала/а выход первого триггера через D-вхо триггера соединен с основным выходом дополнительного формировате я временного интервала, причем разрядные дополнительного формирователя временного интервала соединены с разрядными входами дешифратора основного формирователя временного интервала, выход дешифратора соединен с С-входом триггера этого формирователя временного интервала,

О-вход которого является входом, а выход этого триггера - выходом основного формирователя временного интервала.

Блок торможения содержит элемент И, логический элемент Сумма по модулю 2 и RS-триггер, причем входы элементов И и Сумма по модулю 2 попарно соединены и являются входами блока торможения, выход элемента И подключен к R-входу триггера, а вы ход элемента Сумма по модулю 2 подключен к S-входу триггера, выход которого является выходом блока торможения.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства, в Однофазном изображении/ на фиг.2 временные диагр.аммы работы-защиты, в режиме внешнего и внутреннего короткго замыкания;на фиг.З и 4 -,то же;работы первого полукомплекта при различных выходных сигналах датчика информации J на фиг.З - форма сигналов на выходе датчика информации.

Принципиальная схема устройства включает датчики 1 и 2 информации, преобразователь 3 ток - напряжение, широтно-импульсный модулятор 4, дополнительный формирователь 5 временного интервала, одновибратор 7 и 8, элемент ИЛИ 9 и 10, двоично-десятичный счетчик 11, D-триггер 12-14, генератор импульсов 15, основной формирователь 16 и 17 временного интервала, дешифратор 18г блок 19 и 20 торможения, элемент И 21 и 22, логический элемент Сумма по модулю 2 23, логический RS-триггер 24, элемент Эквивалентность 25 и 26, измеритель 27 и 28 временного интервала, трансформаторы 29 и 30 тока, защищаемая электроустановка 31, полукомплекты 32 и 33, выходной блок 34.

Предлагаемая защита состоит из двух полукомплектов 32 и 33, подключенных к трансформаторам 29 и 30 тока, установленных по концам защищавмой установки 31, и выходного блока 34, выход которого включен к отключа ШУЮ цепь.

Первый полукоплект 32 состоит из датчика 1 информации, дополнительного 5 и основного 16 формирователей временного интервала и блока 19 торможения. Второй полукомплект 33 состоит соответственно из датчика 2 информации дополнительного 6 и основного 17 формирователей временного интервала и блока 20 торможения.

Выходной блок 34 состоит из измерителя 27 и 28 временного интервала элементов Эквивалентность 25 и 26, выходные сигналы которых равны единице , если оба входных сигнала единичные или оба входных сигнала нулевые, а также из элемента ИЛИ 10 и элемента И 22. Датчик 1 информации состоит из последовательно соединенных преобразователя1 3 ток - напряжение и широтно-импульсного модулятора 4. Из аналогичных элементов состоит и второй датчик 2 информации. На выходе датчиков 1 и 2 формируется импульсная последовательность постоянного . периода (фиг.5), в которой длительность п-го импульса связана с вхсэдным сигналом Е следующей зависимостьюгде оп-а- нулевой импульс; Тд период (цикл повторения импульсов, k - коэффициент модуляции;kE либо значение входного сигнала в момент начала соо-Гветственного цикла, либо интегральное значение входного сигна.ла, где пределами интегрирования являются моменты начала и конца цикла. Дополнительный формирователь 5 временного интервала первого полукомплекта 32 состоит из одновибС)аторов 7 и 8, элемента ИЛИ 9, двоичнодесятичного счетчика 11, О-триггеров 12 и 13, генератора 15 импульсов. .Входная клемма дополнительного формирователя 5 соединена с одновибратором 7 и D-входом D-триггера 12. Одновиб.ратор 7 генерирует узкий единичный импульс в момент перехода входного импульса от единичного потенциала к нулевому. D-триггер работает следующим образом. Потенциал на выходе триггера соответствует потенциалу на D-входе в момент появления на С-входе единич ного потенциала. Выход одновибратора 7 связан с входом Установка нуля двоично-десятичного счетчика 11, С-входом второго О-триггера 13, входом элемента ИЛИ 9 и первым вспомогательным выходом формирователя 5. Второй вход элемента ИЛИ 9 соединен со входом Прямой перенос счетчика 11, и вторым вспомогательным выходом формирователя 5, а выход - со вторым одновибратором 8. Выход одновибратора 8 связан с С-входом D-триггера 12 выход которого, в свою очередь, соединен с D-входом D-триггера 13. Вход Прямой счет счетчика 11 связан с выходом генератора 15 импульсов. Счетчик 11 преобразует входной последовательный единичный код в дво ичный параллельный код. При переполнении счетчика на выходе Прямой перенос генерируется импульс. Разрядные выходы счетчика 11 являются разрядны ми выходами формирователя 5. Выход D-триггера 13 является основным выходом формирователя 5. Аналогичную схему -имеет дополнительный формирователь б второго полукомплекта 33 Основной формирователь 16 временного интервала первого полукомплекта 32 состоит из О-триггера 14 и деши ратора 18. Разрядные входы дешифратора 18 являются разрядными входа ми основного формирователя 16, ко- . торые соединены с разрядными выходами дополнительного формирователя 5 временного интервала. Выход дешифратора 18 соединен с С-входом О-триг гера 14, у которого О-вход связан с выходом датчика информации, а выход является выходом основного формирователя 16. Дешифратор 18 вырабатывает импульс на выходе при появлеНИИ на разрядных входах соответственного значения двоичного кода. Формирователь 17 второго полукомплекта 33 имеет аналогичную схему. В блок 19 торможения первого полукомплекта 32 входят элемент И 21, логический элемент Сумма по модулю 2 23 и.RS-триггер. Входы элементов 21 и 23 связаны попарно и соединены с первым и со вторым вспомогательным выходом формирователя 5, Выход элемента И 21 соединен с R-входом R-триггера 24, выход элемента Сумма по модулю 2 23 соединен с S-входом RS-триггера 24, выход которого является выходом блока 19. Элемент по модулю 2 работает следующим образом. На выходе элемента возникает единичный потенциал, если он есть только на одном из входов элемента. На выходе RS-триггера возникает единичный потенциал в том случае, если на S-входе нулевой потенциал, а на R-входе - единичный потенциал. Аналогичную схему имеет блок 20 торможения второго полукомплекта 33. Основные выходы дополнительных формирователей 5 и 6 временного инт ервала обоих полукомплектов подключены ко входам элемента Эквивалентность 25 выходного блока. Выходы основных формирователей 16 и 17 временного интервала обоих полукомплектов подключены ко входам элемента Эквивалентность 26 выходного блока, а выходы блоков 19 и 20 торможения обоих полукомплектов подключены ко входам элемента И 22 выходного блока. Выходы элементов Эквивалентность 25 и 26 соединены со входами измерителей 27 и 28 временного интервала. Измерители 27 и 28 временного интервала генерируют на выходе единичный потенциал в случае превышения входным единичным импульсом по длительности заданное значение. Сигналы с выходов измерителей 27 и 28 временного интервала через соединенные последовательно элементы ИЛИ 10 и И 22 действуют на отключение электроустановки. Защита работает следующим образом в режимах внутреннего и внешнего коротких замыканий. Входными сигналами, поступающими с преобразователя 3 ток - напряжение являются Е и Е2. При внешнем коротком замыкании (фиг.2а) на основном выходе дополнительного формирователя 5 первого полукомплекта 32 формируеа ся единичный импульс f , начало кото рого соответствует переходу Е через минимальное значение, а конец - пере ходу через максимальное значение. Дополнительный формирователь б второго полукомплекта 33 формирует единичный импульс lij, использ уя сигнал ЕЗ, На выходе основного формировател 16 первого полукомплекта 32 формируе ся единичный импульс, начало которого соответствует переходу сигнала Еу через ноль в случае его увеличения, а конец - переходу Е через ноль в случае его уменьшения. Основной формирователь 17 второг полукомплекта 33 фор мирует аналогичный единичный импульс U-- , используя сигнал Е, На выходе блока 19 и 20 торможения сигналы и V,2o имеют единичное значение. Сигналы Vj и Vg поступают на входы элемента Эквивалентность 25, сигналы U t. U входы элемента Эквивалентность 26. Выходные сигналы J2g 26 этих элементов равны единице, если оба входных сигнала единичные или оба входных сигнала нулевые. При коротко замыкании вне зоны длительности единичных импульсов и з, 1 меньше уставки измерителей 27 и 28 временного интервала, которые не срабатывают, и сигнал на вход не поступает. При коротком замыкании в зоне (фиг.26) формирователи 5 и б, 16 и 17, блок 19 и 20 торможения, элемент Эквивалентность 25 и 26 работают также, как и при коротком замыкании вне зоны, однако длительность единич ных импульсов U2.5 и U2fe большв уставки измерителей 27 и 28. Измери тели срабатывают. В зависимости от момента короткого замыкания первым срабатывает либо измеритель 27, либо измеритель 28. В случае, рассматриваемом на фиг.26, первым срабатывает измеритель 28, сигнал через элемент ИЛИ 10 проходит на вход элемента И 22, на других входах которого имеются единичные сигналы и и 20 На выходе элемен та 22 появляется единичный сигнал 1)22 который является выходным отключающим сигналом. Рассмотрим более подробное описание работы дополнительного формирователя 5 (6), формирующего на основном выходе единичный импульс Ug-(Ug), начало которого соответствует переходу Н2 через минимальное значение, а конец - переходу через максимальное значение. Датчик 1 информации преобразует входной сигнал Е в модулированную последовательность импульсов 1)4. (фиг, 5 , согласно выра)хению (1ЛСигнал и 4 поступает на вход формирователей 5 и 16. Одновибратор.7 вырабатывает короткий единичный импульс, соответствующий заднему фронту импульсов Uj Этот импульс ставит счетчик 11 в нулевое положение. Импульсы с генератора 15 импульсов приходят на вход Прямой счет счетчика 11 и начинают заполнять его. Частота генератора 15 импульсов подобрана так, что счетчик 11 будет переполнен, если на его вход Прямой счет поступит N импульсов с генератора 15 N fpn Тд где fpj - частота генератора импульсов. Диаграмма работы формирователя 5 при росте сигнала Е, т.е. в промех уток между его минимальным и максимальным значениями, показана на фиг.3. При росте сигнала Е расстояние между задними фронтами импульсов U больше периода, счетчик 11 переполняется и, в момент переполнения, вырабатывает единичный импульс U Этот импульс через элемент ИЛИ 9 проходит на вход одновибратора 8. На его вход через элемент ИЛИ 9 проходит также импульс с выхода одновибратора 7. Одновибратор 8 вырабатывает короткие единичные импульсы Ug, соответствующие задним фронтам импульсов и. Импульсы Ug поступают на С-вход D-триггера 12, а на D-вход которого поступает выходной сигнал Ug датчика 1. Первый импульс пары импульсов и g соответствует единичному значению U, а второй - нулевому значению 114. Таким образом, на выходе D-триггера 12 формируются единичные импульсы Ц, поступающие на вход О-триггера 11. На его С-вход приходят импульсы сигнала U, так как они всегда соответствуют единичному значению сигнала , то на выходе О-триггера 13 - единичный сигнал, что соответствует увеличению сигнала Е.. Диаграмма работы формирователя 5(6) при уменьшении сигнала Е(Е) т.е. в промежутке между его максимальным и минимальным значениями. При этом работа формирователя происходит аналогично. Отличие лишь в том, что на прямом входе счетчика 11 нет единичных импульсов, сигнал на выходе D-триггеров 12 и 13, а следовательно на основном выходе формирователя 5 будет иметь нулевое значение. Основные формирователи 16 и 17 временного интервала формируют единичный импульс, начало которого-соответствует переходу Е через нуль в случае его увеличения, а конец переходу через нуль вследствие его уменьшения. В этот промежуток време;Ни сигнал и на выходе датчика 1 больше нулевого импульса f оп соот- ветЪтвующего переходу Е через нуЛь

Формирователь 16(17) определяет, больше ли импульс в последовательности U4 нулевого импульсаТГорСфиг. 3 и 4) следующим образом.

Сигналы с разрядных выходов счетчика 11,поступают на разрядные входы дешифратора 18. Дешифратор подобран так, что на его выходе формируется единичный импульс , если на разрядных выходах счетчика 11 имеется двоичный код, соответствующий числу N/2 . Импульсы 4f8 поступают на С-вход D-триггера 14, на D-вход которого приходит сигнал U. Если расстояние между задним фронтом предыдущего импульса и передним фронтом последующего импульса в сигнале меньше оп гРбяьвдущий импульс U больше ITofi , что соответствует промежутку между переходом Е- через нул в случае его увеличения и переходом Е через нуль в случае его уменьшения) , то импульс появляется в момент, когда на входе датчика 1 сиг- . нал и имеет единичное значение. В этом случае на выходе триггера 14 и, следовательно, на выходе формирователя 16(17) будет единичное значение сигнала.

Если же расстояние между задним фронтом предыдущего импульса и перед ним фронтом последующего импульса в сигнале U больше Uofti ro соответствует промежутку между переходом Е через нуль при его уменьшении и пере ходом Е через нуль при его увеличении, то импульс появляется в момент , когда на выходе датчика 1 сигнал и имеет нулевое значение. В этом случае на выходе формирователя 16(17 будет нулевое значение.

Блоки 19 и 20 торможения предназначены для предотвращения излишнего срабатывания защиты при отсутствии .напряжения на выходе преобразователей 3 ток - напряжение.

В этом случае импульсы U на выходе датчика 1 становятся равной длины и расстояние между их задними фронтами становятся равными Т(.Спериод повторения импульсов). Формирователи 16 и 17 могут быть в этом случае иметь на выходе постоянный нулевой потенциал, что недопустимо, так как при совпадении значений U (фиг.2) более, чем на время, определенное уставкой блока 28, происходит срабатывание защиты.

Чтобы избежать ложного 1 срабатывания защиты, элемент И 22 запирается

выходными сигналами блоков 19 и 20 торможения Принимающих нулевые, значения при холостом ходе.

Поясним работу блоков на примере блока19. При равенстве расстояний между задними фронтами импульсов датчика 1 на выходе U4 импульсы на выходе блока 11 и 7 совпадают,и едцничный Ъигнал с выхода элемента И 21 ставит RS-триггер 24 в нулевое по- ложение, и элемент И 22 заперт. Защита не срабатывает. При расстоянии между задними фронтами U , не равном TQ-, что соответствует о наличии переменного напряжения U на выходе 1(2), импульсы с выходов блоков 7 и 11 не совпадают.и появление одного из них через :элемент1 Сложение по модулю 2 23 переводит триггер 24 в единичное положение, являющееся сигналом для элемента И 22.

Предлагаемое устройство, защиты обладает по сравнению с известными более высокими параметрами, что позволяет уменьшить вероятность выхода из строя защищаемого объекта и повысить надежндсть работы энергосистемы.

Формула изобретения

1. Дифференциально-фазная защита электроустановки, содержащая два полукомплекта, подключенных к трансформаторам тока, установленных по концам электроустановки и состоящих каждый из соединенных последовательно датчиков информации и основного формирователя временных интервалов, выходы которых подключены к первому входу выходного блока, состоящего из соединенных последовательно логит ческого элемента Эквивалентность и измерителя временного интервала, выход выходного блока включен в отключающую цепь, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия, каждый полукомплект содержит дополнительный формирователь временного интервала и блок торможения, причем вход дополнительного формирователя временного интервала соединен с выходом датчика информации, состоящего из последовательно соединенных преобразователя ток - напряжение и широтно-импульсного модулятора, основные выходы дополнительных формирователей временного интервала обоих полукомплектов подключены ко второму входу выходного блока, к которому подключены введенные дополнительно и соединенные последовательно второй элемент Эквивалентность и второй измеритель временного интервала, причем выходы первого и второго измерителей временного интервала под «лючены через введенные дополнитель-. «о и соединенные последовательно элементы ИЛИ и И к выходу выходного блока, причем входы блока торможе- i ния подключены к вспомогательным выходам дополнительного формирователя временных интервалов своего лукомплекта, а выход - к одному из входов элемента И выходного блока. 2. Защита поп.1, отличающаяся тем, что основной формирователь временного интервала содержит дешифратор и D-триггер, а дополнител ный формирователь временного интервала содержит двоично-десятичный счетчик, два одновибратора, два Dтриггера, генератор импульсов и элемент ИЛИ, причем вход первого одновибратора и D-вход первого триггера дополнительного формирователя временного интервала являются его входом, выход первого одновибратора сое динен с С-входом второго D-триггера, а вход второго одновибратора соедине с С-входом первого D-триггера этого формирователя временного интервала, выход первого одновибратора соединен также с входом Уставка нуля счетчи ка, с первым вспомогательным выходом дополнительного формирбвателя временного интервала и через элемент ИЛИ - со входом второго одновибратора, выход Прямой перенос счетчика, соединен со вторым вспомогательным выходом дополнительного формировател временного интервала и с элементом ИЛИ, вход счетчика соединен с выходо генератора импульсов, разрядные выходы счетчика являются разрядными выходами дополнительного формирователя временного интервала, а выход первого триггера через О-вход второго триггера соединен с основным BIJXOдом дополнительного формирователя временного интервала причем разрядные выходы дополнительного формирователя временного.интервала соединены с разрядными входами дешифратора основного формирователя временного интервала, выход дешифратора соединен . с С-входом триггера этого формирователя временного интервала, D-вход которого является входом, а выход этого триггера - выходом.основного формирователя временного интервала. 3. Защита поп.1, отличающаяся тем, что блок торможения содержит элемент И, логический элемент Сумма по модулю 2 JH RS-триггер причем входы элементов И и Сумма по модулю 2 попарно соединены и являются входами блока торможения, выход элемента И подключен к R-входу триггера, а выход элемента Сумма по модулю 2 подключен к S-входу триггера, выход которого является выходом блока торможения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. М., Энергия, 1976, с.339-342. 2.Авторское свидетельство СССР №420040, кл. Н 02 Н 3/28, 1972.

f, П П 0. ПП % % Dt

.