Устройство для дифференциальной защиты электроустановки Советский патент 1982 года по МПК H02H3/40 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЁНШ-ТАЛЬМОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

I

Изобретение относится к репейной защите электрических систем и может применяться для зашиты силовых трансформатров большой мощности шин.

Известно устройство для дифференциальной защиты трансформаторов, содержащее реальное дифференцирующее звено, выход которого соединен с входом выпрямительного моста, а к выходу моста подключена цепочка из последовательно соединенных полупроводникового диода, резистора и обмотки репе с герконом, зашунтированной конденсатором 1 .

Устройство применяется в защите типа ДЗТ-21 в качестве органа дифференциальной отсечки и имеет время сраба- тьтания, примерно равное ЗО мс при кратности тока 2 по отношению к току срабатывания. Кроме того, оно может дополнительно замедляться при наличии значительной по величине апериодической составляющей в токе короткого замыкания. Однако устройство имеет недостаточно высокое быстродействие.

Известно устройство, являющееся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, схема которого включает в себя цепочку из последовательно соединенных промежуточного трансформатора, фильтра нижних частот, формирователя абсолютных 3 шченнй (выпрямителя на диодах) выходного сигнала фильтра ; схемы сравнения и реагирующего (выходного) органа, а также амплиtoтудный селектор. Амплитудный селектор содержит амплитудный детектор положительр1ых полуволн и амплитудный детектор отрицательных полуволн, входы которых соединены со вторичной обмоткой

15 промежуточного трансформатора. С выходов амплитудных детекторов сигнал, равный разности их выходных напряжений, подается на вход выпрямителя, выход которого соединен со вторым входом

20 схемы сравнения 2 .

В связи с наличием в схеме устрой- ства фильтра низких частот, а также тем, что оно по принципу действия блокируется при несимметрии попувопн входного тока, оно обладает примерно таким же быстродействием, как и уст ройство, описанное выше. Основной не-достаток устройства - также недостаточ но высокое быстродействие. Цель изобретения - повьпиениа быстродействия дифференциальной защиты. Поставленная цель достигается тем, что Б устройстве для дифференциальной защиты, содержащем быстродействующую токовую отсечку, состоящую из формирователя абсолютных значений дифференциел ного тока и быстродействующего органа тока, соединенного с элементом И, эле мент ИЛИ, выходной орган, сумматор абсолютных значений токов плеч, соеди ненные последовательно формирователь разности. двух величин, амплитудный детектор положительных полуволн, схему сравнения, один из входов которой соеди нен с выходом формирователя абсолютны значений дифференциального тока, а выход с элементом ИЛИ, дополнительно введены два дифференцирующих звена, причем выход формирователя абсолютных значений дифференциального тока соединен с входом первого дифференпир люшего звена, выход первого дифференцирующего звена соединен с первым входом формирователя разности двух величин, второй вход формирователя разности двух величин соединен с выходом второго диффе ренцирующего звена, вход которого соединен с выходом сумматора абсолютны значений токов плеч. На фиг. 1 представлена- структурная схема предлагаемого устройства ; на фиг. 2 показана работа устройства, при одностороннем питании точки короткого замьжания в зоне действия защиты при нулевых начальных услои1ях на фиг, 3 работа устройства при внешних коротких замьпсаниях. Устройство содержит формирователь /абсолютных значений дифференциального тока, выход которого соединен с входом первого дифференцирующего звена 2, выход которого соединен с входом формирователя 3 разности двух велтг шн. Выход формир ователя разности величин соединен с входом амплитудного детектора 4 положительных полуволн, выход которого соединен с входом схе мы 5 сравнения. Второй вход схемы 5 ср авнения соединен с выходом формиро вателя 1 абсолютных значений диффере даального тока, а ее выход с входом 9 64 логического элемента ИЛИ 6. Выход логшюского элемента ИЛИ 6 соединен со входом логического элемента И 7. Второй вход логического элемента И 7 соединен с выходом быстродействующего органа 8 тока, вход которого соединен с выходом формирователя 1 абсолютных значений дифференциального тока. Выход логи {еского элемента И 7 соединен с выходным органом 9 и вторым входом логического элемента ИЛИ 6. Второй вход формирователя 3 разности двух велш1ин соединен с азыходом второго дифференцирующего звена 10, вход кото- рого соединен с выходом сумматора 11 абсолютных значений токов плеч. Устройство работает следующим образом. При нормальном режиме работы защщцаемого объекта дифференциальный ток на входе формирователя абсолютных значений дифференциального тока незначителен {существенно меньше номинального тока), а сумма токов плеч близка к номинальному значению току защищаемого объекта. С1Пнал на выходе ди|)ференцируюшего авена 10 значительно больше сигнала на выходе ди(} ференцирующего звена 2 и определяет, в основном, выходной сигнал схемы форми- рэвателя 3 разности двух величин. На выходе амплитудного детектора 4 формируется огибающая амплитуда выходного сшнала формирователя 3, которая подается на тормозной вход схемы 5 сравнения. На рабочем входе схемы 5 сравнения присутствует значительно меньший сигнал, и ка вьисоде его формируется сигнал логического 0, Сигнал логического при этом имеет место на выходах логических элементов ИЛИ 6 и И 7. Выходной орган не работает. В этом режиме не работает также быстродействующий орган тока, так как его установка выбирается в несколько раз большей номинального тока на силовых трансформаторах - по условию отстройки от броска тока намагничивания) . ДиффёренЕшальный ток и сумма токов плеч в режиме короткого замыкания с односторонним питанием в зоне действия зашиты практически одинаковы по величине и форме, поэтому на выходах дифференцирующих звеньев 2 и 10 сигналы также одинаковы. С:ягнбЛ на выходе формирователя 3 разности двух вели1ин, а также на выходе амплитудного детектоpa 4 попожительных полуволн и тормоз ном выходе амплитудного детектора 4 попожительных полуволн и тормозном входе ;схемы 5 сравнения равен нулю. На рабочем входе схемы 5 сравнения сигнал, пропорциональный выпрямленном дифференциальному току, вызьшает пере ключение ее выхода в состояние логической I, когда он превышает внутре ний порог переключения схемы сравнени Одновременно логическая 1 появляетс на выходе элемента ИЛИ 6 и одном из входов логического элемента И 7. Чере 2 ,..5 мс после переключения схемы 5 сравнения возрастающий по абсолютной величине дифференциальный ток вызьгоае устойчивое срабатывание быстродействующего органа 8 тока, на ыходе которого в момент срабатывания также появляется сигнал логический 1. Появление логической 1 на его выходе и, следовательно, срабатывание выходного органа, вызывающего отключение защищаемого объекта от сети. Появление логической 1 на выходе элемента 1И 7 по цепи обратной связи через эле;мент ИЛИ 6 обеспечивает сохранение сигнала логической 1 на соответствующем входе логического элемента И в моменты, когда переключается в со- стояние логического О сигнал на выходе схемы 5 сравнения. Возврат устро ства в исходное состояние происходит одновременно с возвратом быстродействующего органа 8 тока после исчезновения тока короткого замыкания. Если короткому замыканию в зоне действия защиты предшествует режим нагрузки с током, близким к номинальному, на выходе амплитудного детектора 4 положительных полуволн и тормозном входе схемы 5 сравнения присутствует тормозной сигнал в момент начала короткого замыкания. Однако величина его в несколько раз меньше амплитуды дифференциального тока даже на грани срабатывания быстродействующего органа 8 тока, и не может помещать срабатьшанию схемы сравнения, т. е. вызва замедление в срабатывании предлагаемого устройства. При внешнем коротком замьщании форма дифференциального тока соответст вует току небаланса переходного режима внешнего короткого замыкания при на- линии большой апериодической слагающей и насыщении только одного плеча. В этом режиме резкое возрастание импульса ток небаланса в момент его возникновения вызывается снижением тока в одном из плеч защит з1 вследствие насыщения высоковольтного трансформатора тока, одновременно происходит резкое уменьшение суммы абсолютных значений токов плеч. Сигналы на выходах дифференштрующих звеньев 2 и 10 в моменты возникновения И(тульсов тока небаланса резко возрастают, причем в противоположных направлениях. Амплитуда на выходе формирователя разности двух величин равна сумме амплитуд С1Я налов дифференштрующих звеньев. Огибающая амплитуда сигналов формирователя 3 разности двух величин, сформированная на выходе амплитудного детектора 4- положительных полуволн, подается на тормозной вход схемы 5 -сравнения и обеспечивает ее блокирование при протекании тока неба.ланса, так как значительно превьпиает сигнал на рабочем входе. Сигналы на выходах .логических sJieN-feHTOD 1ШИ 6, И 7 остаются равными нулю, выходной орган не работает. В этом pexajMe амплитуда импульсов тока небаланса равна амплитуде тока внешнего короткого замыкания, что приводит к срабатыванию быстродействующего органа 3 тока и появлению сигнала на соответствующем входе лопиеского элемента И 7. Однако последний не переключается из-за отсутствия логической 1 на другом его входе. Элементы 1 и 11 могут быть выполнены пз npOMe QTO4iibix малогабарит 1ых трансформаторах и полупроводниковых выпрямителях. Дифференцирующие звенья 2 и 10 могут быть реализованы с помощью простейшей цепи, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора. Формирователь 3 разности двух величин и амплитудный детектор 4 положительных полуволн могут быть реализованы на базе одного операционного мш ;роиитегрального усилителя. Схема 5 сравнения также может быть реализована с помощью OnepaimoHHoro М1жроиптегрального усилителя, в режиме компаратора. Лопгческие элементы ИЛИ 6, И 7 могут быть реализованы в одном корпусе ло- иеской микросхемы, быстродействующий орган тока - на базе операционного усиителя И (ИЛИ) транзисторов. Выходной орган может быть реализован с помощью еле с герконом, тиристора, оптронов. Поскольку устройство предназначено ля применения в защите мощных силовых рансформаторов в качестве грубого орана (дифференциальной от ;ечки), пред-

назначенного дпя ускорения срабатызания защиты .h дублирования работы чувствительного органа при больших токах коротких замыканий, элементы 1, 11 и 9 могут быть исйолъзованы в защите одно- 5 временно и для реализации чувствительного органа: формирователь абсолютных значений дифференшального тока - для формирования рабочего сигнала, сумматор абсолютных значений токов плеч - для формирования сигнала процентного торможения, выходной орган - для фор мирования отключающего импульса. Проведены испытания макетного образ m предлагаемого устройства в режимах внешнего короткого замыкания и короткого замьпсания в зоне действия зашиты. При кратности периодической слагающей первичнрго тока короткого замыкания в зоне действия защиты от 5 до 18 по отношению к номинальному току , максимальном начальном значении апериодической слагающей с постоянной времени затухания 110 ... 160 мс, предельной кратности трансформатора тока, моделирующего искаженный вторичный ток, равной 10, время срабатьтания устрой- ства составляет 3 ... 5мс во вс;ек оежим При внешних коротких замыканиях с тем же параметрами первичного тока и нагру ки одного из модельных трансформаторов тока устройство не срабатьюает. При этом искажений тока в другом плече зашиты нет. Ток срабатывания макета устройства при испытаниях устанавли- . вается равным 4 Зц. , Предлагаемое устройство срабатьшает за 3 ... 10 мс, тем-самым уменьшая вре мя срабатьшания дифференциальной защиты ио крайней мере в 3 - 6 раз. Кроме того, не происходит замедления в срабатывании при протекании тока короткого замыкания с апериодической составляющей Тем самым уменьшается ущерб, св51занны с разрушением защищаемого объекта при внутреннем к. з., снижаются затраты на ремонт. Уменьшается время ремонта и потери иэ-за простоя оборудования. Повышается устойчивость работы энергосистемы.

Предлагаемое устройство может быть использовано при разработае комплексов зашит мощных трансформаторов 330. и ИБО кВ и блоков генератор - трансформатор 500 ... 1200 МВт на базе интегралЬ ных микросхем. Формула изобретения Устройство для дифференциальной защиты электроустановки, содержащее быстродействующую токовую отсечку, состоящую, из формирователя абсолютных значений дифференциального тока и быстродействующего органа тока, соединенного с элементом И, элемент ИЛИ, выходной орган, сумматор абсолютных значений токов плеч, соединенные последовательно формирователь разности двух величин, амплитудный детектор положительных полуволн, схему сравнения, один из входов которой соединен с выходом формирователя абсолютных значений дифферен- шального тока, а выход с элементом ИЛИ, отличающееся тем, чэ, с целью повьпиення его быстродействия, дополнительно введены два дифференшрующих звена, причем выход фор мирователя абсолютных значений диффереишальнго тока соединен с входом первого дифференцирующего эвена, выход первого дифференцирующего звена соединен с первым входом формирователя разности двух величин, а второй вход формирователя разности двух величин соединен с выходом второго дифференцирующего звена, вход которого соединен с выходом сумматора абсолютных значений токов плеч. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Дмитренко А. М. Дифференциальная защита Трансформаторов. - Электричество, 1975, № 2, с. 14, рис. 4. 2. Ульянишсий Е. М. Дифференциальное реле зашиты тоансформатдров. Известия ВУЗов. Электротехника 1969, № 2, с. 219, рис. 1.

1г Л.

//

ij

Lrl

I П

I

iи

-}

Фаг.1

/L

/;//

2;W

5;

П П n Г t

6;8,

r

Фаг.2

i|i/