Устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора Советский патент 1982 года по МПК H02H7/04 H02H3/28 

1

Изобретение относится к релейной защите электрических систем и может быть использовано для дифференциаль- ной защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

Известно устройство дифференциальной защиты трансформаторов (Л-1), в котором для отстройки от броска намагничивающего тока использован время-импульсный способ отстройки с торможением от 2-й гармоники дифференциального тока 1Jv

Недостатком данного устройства является его сложность и относительно большое время срабатывания (более 0,03 с).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для дифференциальной защиты трансформатора (Л - 2), содержащее промежуточные трансформаторы тока и реагирующий орган с присоединенным к нему полупроводниковым устройством, состоящим из детектора формы тока (схема расщепления, выпрямительный мост, сглаживающий фильтр, схема сравнения, расширитель импульсов) и полупроводникового ключаС27.

Однако это устройство по принципу действия не может иметь время срабатывания, меньше одного периода промышленной частоты, т.е. 20 мс, так как индентификация броска намагничивающего тока детектором формы тока происходит в конце первого периода после появления паузы в производной тока. Требуемая задержка обеспечивается временем срабатывания реагирующего органа, превышающим . 20 мс.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства до нескольких мс.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора , содержащее два промежуточных трансформатора тока, первичные обмотки которых предназначены для подключения к соединенным по дифференциальной схеме вторичным обмоткам трансформаторов тока силового транс форматора, а вторичная обмотка второго промежуточного трансформатора тока подключена к детектору формы тока, соединенные последовательно полупроводниковый ключ и реагирующи орган, дополнительно введены промеж точный трансформатор напряжения, два преобразовательных блока, порог вый орган, дифференцирующий блок, элементы Запрет и ИЛИ, расширитель импульсов, причем вторичная обмотка первого промежуточного трансформато ра тока подключена через первый преобразовательный блок к пороговом органу, выход которого подключен к первому входу полупроводникового ключа, первичная обмотка промежуточ ного трансформатора напряжения пред назначена для подключения к измерите лю напряжения, установленного на стороне силового трансформатора, вторичная обмотка промежуточного трансформатора напряжения через второй преобразовательный блок и диффе ренцирующий блок подключена к прямому входу элемента Запрет, инверсный вход которого соединен с выходом первого преобразовательного блока, выход элемента Запрет через расширитель импульсов подключен к одному из входов элемента ИЛИ, к другому входу которого подключен выход детектора формы тока, а выход элемента ИЛИ подключен к второму входу полупроводникового ключа. На фиг. 1 приведена структурная -схема устройства для дифференциально защиты трансформатора, на фиг. 2 временные диаграммы работы устройства, на которых показаны напряжения на выходе соответствующего блока, напряжение на трансформаторе (Uj-) и дифференциальный ток устройства () : а) при броске намагничивающего тока; б) при внутреннем коротко замыкании. Устройство содержит первый промежуточный трансформатор 1 тока, выход которого через первый преобразовательный блок 2, пороговый орган 3 и полупроводниковый ключ 4 подключен к быстродействующему реагирующему органу 5 с временем срабатывания 1-2 мс, К управляющему входу полупро водниковог о ключа 4 подключен элемент ИЛИ 6, к первому входу которого подключен через детектор 7 формы тока второй промежуточный трансформатор 8тока, а ко второму входу - промежуточный трансформатор 9 напряжения через последовательно соединенные второй преобразовательный блок 10, дифференцирующий блок 11, элемент Запрет 12 и расширитель импульсов 13Кроме того, выход преобразовательного блока 2 подключен к инверсному входу элемента Запрет. Входы промежуточных трансформаторов 1 и 8 тока включены в дифференциальную цепь защиты, вход промежуточного трансформатора 9напряжения подключен к устройству измерения напряжения на трансформаторе . Первый преобразовательный блок 2 служит для преобразования переменного тока на выходе промежуточного трансформатора тока в выпрямленное напряжение, коррекции и фильтрации его в нормальных и аварийных режимах. В состав преобразовательного блока 2 входят двухполупериодный выпрямитель и корректирующий фильтр с нагрузкой. Второй преобразовательный блок 10служит для преобразования переменного напряжения на выходе промежуточного трансформатора напряжения в выпрямленное напряжение и фильтрации сглаживания) сигнала в нормальных и аварийных режимах. В состав преобразовательного блока 10 входят двухполупериодный выпрямитель и сглаживающий фильтр. Дифференцирующий блок 11 служит для формирования сигнала, пропорционального положительной производной входного напряжения. В состав дифференцирующего звена 11 могут входить, в частности дифференцир;ующая R-C цепочка и диод. В установившихся режимах и при снижении напряжения на защищаемом трансформаторе выходное напряжение звена 11 равно нулю, при увеличении напряжения - на выходе звена 11 возникает импульс напряжения. Идентификация броска намагничивающего тока осуществляется в предлагаемом устройстве по выявлению интервала времени, превышающего Змс, между моментом подачи напряжения на трансформатор и моментом появления тока. В течение этого интервала времени происх(.)дит насыщение трансформатора, и ток намагничивани близок к нулю. В дальнейшем трансфо матор насыщается и возникает бросок намагничивающего тока. При внутреннем коротком замыкании в трансформа торе ток появляется одновременно с подачей напряжения. По этому призна ку можно в течение нескольких мс после подачи напряжения на трансфор матор осуществить идентификацию бро ка намагничивающего тока и тока внутреннего короткого замыкания и таким образом повысить быстродействие устройства до нескольких мс. При включении трансформатора на холостой ход сигнал от промежуточного трансформатора 9 напряжения че рез второй преобразовательный блок 10 и дифференцирующий блок 11 посту пает на прямой вход элемента Запрет 12 fU.Л . Сигнал от первого промежуITточного трансформатора 1 тока при броске намагничивающего тока поступит через первый преобразовательный блок 2 на инверсный вход элемента Запрет 12 (U2l только через мс. Это время определяет длительность импульса напряжения на выходе элемента 12 (lij). Расширитель 13 импульса увеличивает длительность импульса до 20-25 мс. Напряжение U,, через элемент ИЛИ 6 (U) поступает на управляю ;. вход полупроводникового ключа 4. Последний срабатывает и разрывает связь между пороговым органом 3 и реагирующим органом 5, чем предотвращает его срабатывание в течение первого периода. В следую щие периоды напряжение на выходе расширителя 13 импульсов (U-i-j) стано вится равным нулю, но срабатывание реагирующего органа не происходит, благодаря действию детектора формы тока 7, формирующего напряжение U. на первом входе элемента ИЛИ 6, который продолжает удерживать полупроводниковый ключ 4 в сработавшем состоянии до затухания броска намаг ничивающего тока. При включении трансформатора с внутренним коротким замыканием дифференциальный ток 1д фпоявляется одновременно с напряжением Uy, поэт му напряжение на прямом и инверсном входах элемента Запрет 12 - U и U появляются практически одновременно и импульс напряжения на входе и выходе расширителя 13 импульсов не возникает. Полупроводниковый ключ Ц не действует, и реагирующий орган 5 срабатывает через несколько мс после включения (Ug-). Насыщение трансформатора тока дифференциальной защиты не влияет на работу устройства при внутреннем коротком замыкании, так как срабатывание реагирующего органа происходит до насыщения (фиг.2,б). Технико-экономический, эффект от применения изобретения обусловлен уменьшением объема разрушения трансформатора при коротком замыкании и повышением динамической устойчивости энергосистемы вследствие снижения времени существования короткого замыкания . Предлагаемое устройство может найти широкое применение для защиты мощных силовых трансформаторов и автотрансформаторов. Формула иэррретения Устройство для дифференциальной защиты силового трансформатора, содержащее два промежуточных трансформатора тока, первичные обмотки которых предназначены для подключения к соединенным по дифференциальной схеме вторичным обмоткам трансформаторов тока силового трансформатора, а вторичная обмотка второго промежуточного трансформатора тока подключена к детектору формы тока , соединенные последовательно полупроводниковый ключ и реагирующий орган, о тличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство дополнительно введены промежуточный трансформатор напряжения, два преобразовательных блока, пороговый орган, дифференцирующий блок, элементы Запрет и ИЛИ, расширитель импульсов, причем вторичная обмотка первого промежуточного трансформатора т.ока подключена через первый преобразовательный блок к пороговому органу, выход которого подключен к первому входу полупроводникового ключа, первичная обмотка промежуточного трансформатора напряжения предназначена для подключения к измерителю напряжения, установленного на стороне силового трансформатора, вторичная обмотка промежуточного трансформатора напряжения через второй преобразовательный блок и дифференцирующий блок, подключена к прямому входу элемента Запрет, инверсный вход.которого соединен с выходом первого преобразовательног блока, выход элемента Запрет через расширитель импульсов подключен к одному из входов элемента ИЛИ, к другому входу которого подключен выход детектора формы тока, а выхо 8 элемента ИЛИ подключен к второму входу полупроводникового ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №266909, кл. Н 02 Н 7/04, 1972.. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2572tQO/2t-07, кл. Н 02 Н 7/0, 1975.