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

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

I

Изобретение относится к устройствам дифференциальной релейной защиты трансформаторов.

Известно устройство для дифференциальной защиты трансформатора, которое, с целью повышения надежности отстройки от бросков намагничивающего тока трансформатора и обеспечения фиксации режима внутреннего короткого замыкания в широком диапазоне погрешностей трансформаторов тока, содержит промежуточный Трансформатор тока, вторичная обмотка которого подключена к резистору и выпрямительному мосту, соединенному с первичной обмоткой трансреактора, ко вторичной обмотке которого подсоединены два пороговых элемента, два логических элемента И, орган сравнения импульсов по длительности и выходное реле, причем с упомянутыми логическими элементами и органом запоминания соединены выходы формирователя прямоугольных импульсов, соответствующих нечетным и четным полуволнам дифференциального тока i1.

Недостатками известного устройства являются относительная сложность, Ov:o6eHHo из-за наличия формирователя прямоугольных импульсов, и недостаточная схемная надежность, так как когда входной уровень пороговых элементов близок по величине к максимумам напряжения на выходе транс10реактора, ширина выходных импульсов пороговых элементов почти одинакова, что может вызвать ложное отключение, например, в режиме апериодического броска тока намагничивания при насы15щении основных трансформаторов тока защиты; аналогичное ложное отключение может быть, когда входной уровень пороговых элементов, рассматриваемый также относительно, близок

20 к нулю, если из-за случайной помехи формирователь прямоугольных импульсов начинает счет не с первого, а или раньше первого, или со второго полупериода дифференциального тока, вследствие чего четные полупериоды становятся нечетными и наоборот, то возможны как ложное отключение, так и отказ дифзащиты.

Наиболее близкой к предлагаемому является полупроводниковая дифференциальная защита трансформатора с время-импульсным способом отстройки от переходных токов небаланса и торможением, которая содержит трансреактор, выпрямительный мост, релей. ный формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, элемент времениj орган запоминания, второй инвертор и исполнительный орган 2.

Недостаток известной системы состоит в том, что она не всегда может быть отстроена от апериодического бррска тока намагничивания, трансформирсванного глубоко насыщенным трансформатором тока.

Цель изобретения - повышение надежности и селективности путем улучшения отстрЬйки от броска тока намагничивания при глубоком насыщении трансформатора тока.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для дифференциальной защиты трансформатора, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансреактор, выпрямительный мост релейный формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, элемент времени орган запоминания, второй инвертор, исполнительный орган, дополнительно введена подключенная на выходе выпрямительного моста цепочка последовательно соединенных резисторов, один из которых зашунтирован конденсатором, а параллельно второму включен вход релейного формирователя прямоугольных импульсов, причем цепочка резисторов подсоединена к мосту через дроссель (или реле отсечки), параллельно которому через регулируемый резистор включен шунтирующий диод.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 графики дифференциального тока и его производной в режимах короткого замыкаКия в зоне защиты, где пунктиром показаны дифференциальный ток и его производная, когда в токе имеется апериодическая составляющая и трансформаторы тока защиты не насыщены, а сплошной линией - при глубоком насыщении трансформаторов тока, причём график производной заштрихован вертикально-, на фиг. 3 то же, в режимах апериодического броска тока намагничивания, где пунктиром показан апериодический бросок тока намагничивания , а сплошной линией - то же, при глубоком насыщении трансформаторов тока защиты, причем график производной заштрихован вертикально. При построении графиков производных вычисляются их средние значения на отдельных участках, а затем с учетом среднего приближенно намечаются мгновенные значения.

Устройство содержит промежуточный трансреактор 1, первичная обмотка которого включена в цепь дифференциального тока, а ко вторичной обмотке подсоединен вход выпрямительного моста 2. На.выходе моста 2 включена цепочка 3 последовательно соединенных резисторов 4 и 5, из которых резистор 5 зашунтирован конденсатором 6, а Параллельно резистору k включен вход релейного формирователя 7 ярямоугольных импульсов, последовательно соединенные инвертор 8, элемент 9 времени, орган 10 запоминания, второй инвертор 11 и исполнительный блок 12. Последний может иметь тормозные входы: 13 - для токов в плечах дифференциальной защиты и 1 - для второй гармоники в дифференциальном токе. Реле 15 дифференциальной отсечки включено на выходе выпрямительного моста 2. Для расширения возможностей регулировки параллельно дросселю (или реле 15, подключенному к мосту 2) подсоеди.нена цепочка из регулируемого резистора 1б и шунтирующего диода 17Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим влияние реле 15 (или дросселя), включенного последовательно с цепочкой 3- Для упрощения предположим, что равна нулю индуктивность потоков рассеяния обмоток трансреактора 1 это близко к реальному положению.

Вариант А. Сопротивление регулируемого резистора 16 равно бесконечности (цепь шунтирующего вентиля 17 разорвана). При этом варианте индуктивность реле 15 (или дросселя) продлевает угасающий импульс тока -через резистор 4, подзаряжает конденсатор 6 и, когда новый входной сигнал напряжения превышает напряжение на кон5денсаторе 6, уменьшает вновь появив шийся ток через резистор или умен шает новое наростание этого тока, е ли он не прерывается. Вариант Б, Сопротивление регулируемого резистора 16 равно нулю ЭД €д , поддерживающая уменьшающийся ток в дросселе, открывает вентиль 1 при следующем соотношении: SA Upr- Ufe ГА U .соответственно ток и где IA и г. активное сопротивлен в дросселе (или реле 15); сопротивление резистора;напряжение входного сигнала; напряжение на конден саторе 6. Выпрямительный мост 2 перестает пропускать ток, когда Когда напряжение U у. ВНОВЬ появивше ся сигнала начинает превышать напря жеиие и на конденсаторе, то снова в резисторе 14 появляется ток ,,.м, , повторяющий форму разности напряжений ( - Ug) и уменьшающий ток iy, через вентиль 17, пока не станет ра ным току в дросселе, т.е. до соотношения4 А . Затем при сохранении этого равенств ток в дросселе д начинает возрастать, а ЭДС самоиндукции вд изменяет направление и противодействует ему. 1 Таким образом, в условиях вариан та Б при снижении напряжения входно сигнала ток в резисторе k уменьшает ся без затягивания, вызванного инду тивностью дросселя (или реле 15), а ток через дроссель перераспределя ется с закрывающегося выпрямительного моста 2 на диод 17Когда напряжение нового входного сигнала превышает напряжение на конденсаторе 6, новый ток в резисторе k повторяет форму разности упомянутых напряжений пока не станет равным то ку в дросселе, который перераспределяется с закрывающегося диода 17 на выпрямительный мост 2. 08 Можно ожидать, что наиболее выгодным является вариант, промежуточный между А и Б. Рассмотрим аварийные и эксплуатационные энергетические режимы защищаемого силового трансформатора. : Режим I. Короткое замыка:ние в зоне дифференциальной защиты При синусоидальном токе без аперио ической составляющей. Режим II. Аналогичен режи1му 1, но еще имеется апериодическая составляющая, которая практически не трансформируется трансреактором. При режимах I и II цепочка 3 создает для каждой входной синусоидальной полуволны саморегулирующийся трапецеидальный пороговый уровень и обеспечивает на входе релейного формирователя 7 близкие к минимальным паузам, длительность которых не зависит от амплитуды сигнала. Режим 111, Короткое замыкание в зоне дифференциальной защиты при токе с первой и третьей гармоникой, но без апериодической составляющей . При этом на вход цепочки 3 поступает периодический сигнал ПС СП 0,5 0/5 . где ПС и СП - импульсы средние по форме между прямоугольной и синусоидальной, причем П ставится с той стороны, где импульс ближе к прямоугольному, в знаменателе указана длительность импульсов в долях периода (т). А таких условиях цепочка 3 на вход релейного формирователя 7 передает сигнал с минимальными паузами, длительность которых не зависит от амплитуды исходного сигнала. Режим IV. Апериодический бросок тока намагничивания, который близок к неполной синусоиде с основанием 180-2 0°, сдвинутый вверх. При этом на входе цепочки 3 появляется затухающий сигнал, который можно обозначить ПС + ПС О 0,5 - 0,66 0,5 - 0,3 где О - пауза. Цепочка 3 работает в режиме, состоящем из аналогичного режиму III паузы. Режим V. Периодический бросок тока намагничивания. В таких условиях на входе цепочки 3 появляется затухающий сигнал, равный ПС + с + СП Здесь цепочка 3 работает аналогично режиму IV. Режим VI . Аналогично режиму IV, но при глубоком насыщении трансформаторов тока защиты (фиг. З). На вход цепочки 3 поступает сигнал, который моишо обозначить ПС + С С 0,63 0,37 Выбором емкости конденсатора 6 можно сделать так, что малый импульс С оказывается меньше разрядного напряжения на этом конденсаторе и по;этому на резисторе j возникает пауза {.. j) .аналогично режимам V и IV. Режим VM . Аналогичен режиму II, но при глубоком насыщении трансформаторов тока защиты (фиг.2) На вход цепочки 3 поступает сигнал, который можно обозначить ТрпС ТрС 0,75 - 0,67 0,25 - 0,33 где Тр( С - импульс, средний по форме между трапецией и синусоидой. Сравнивая графики,производных диф ференциального тока, представленные на фиг. 2 и фиг. 3 видим, чти если конденсатор 6 подобрать так, чтобы он в режиме 6 своим порогом не пропустил малый импульс С к формирователю 7. то в режиме это не может привести к созданию увеличенной паузы. На тот случай, если в режиме VII все же возникает увеличенная пауза и вызывает ложную блокировку дифференциальной защиты, предусмотрено ре ле 15 дифференциальной отсечки. Воз можно включение реле 15 дифференциальной отсечки в цепь первичной обмотки трансформатора. В этом случае анализ идеализированных составляющих режимов работы упрощены и может быть выполнен более подробно. Режим о . Если на выходе еыпрямительного моста 2 периодически появляются прямоугольные импульсы (П с паузами (0), равными длительности импульсов, то на резисторе k, т.е. на входе релейного формирователя 7 получаем приблизительно трапецеидаль ные импульсы (Трр,) такой же длительности, примем мгновенное значение импульса уменьшается от начала к кон цу за счет заряда конденсатора 6, ко 9 8 торый выбран, например, так, что за паузу (или часть ее) практически успевает разрядиться на резистор 5, В этом режиме сигнал на входе цепочки 3 можно обозначить П , , О 0,5 где в числителе даны обозначения импульса или паузы, а в знаменателе их длительность в долях периода (Т). Р е ж и м 5 . На выходе выпрямительного моста 2 появляется периодический однополупериодный сигнал JL, 0,5 0,5 где С - синусоидальная полуволна (или близкая к ней). При этом на резисторе вследствие заряда,конденсатора 6 возникает импульс, отличающийся от синусоидальной полуволны косым возрастающим срезом у основания, и поэтому выходной импульс меньше по длительности. Таким образом, благодаря цепочке появляется клиновидный пороговый саморегулирующийся уровень, расширяющийся приблизительно к середине периода. Р е ж и м В На выходе выпрямительного моста 2 появляется периодический двухполупериодный сигнал С С 0,5 0,,5 При этом цепочка 3 создает для каждой входной синусоидальной полуволны саморегулирующийся трапецеидальный пороговый уровень, расширяющийся к своему концу. Р е ж и; м Ь . На выходе моста 2 появляется, например, периодический сигнал С . йС . где й,С - синусоидальный импульс, относительно малый по длительности и амплитуде. Если амплитуда малого синусоидального импульса оказывается маньше, чем напряжение на конденсаторе 6 при разряде на резистор 5, то этот импульс не дает выходного на резисторе 4, и пауза на выходе цепочки 3 оказывается длительнее, чем на входе. Таким образом, в предлагаемом устройстве простая цепочка 3 и схема ее подключения позволяют получить саморегулирующийся порог, который можно не пропустить относительно малый импульс в режиме VI, причем мало вероятно, чтобы этот порог создал ложные паузы в режиме VII. Добавление к реле отсечки (или к специальному дросселю) шунтирующего диода с регулируемым резистором позволяет видоизменять упомянутый саморегулирующийся порог.

Формула изобретения

Устройство для дифференциальной защиты трансформатора, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансреактор, выпрямительный мост, релейный формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, элемент времени, орган запоминания, второй инвертор, исполнительный орган, о т л ича ю ще ее., я тем, что, с целью повышения его надежности и селективности путем улучшения отстройки от броска тока намагничивания при глубоком насыщении трансформатора- тока, дополнительно введена подключенная на выходе выпрямительного моста цепочка последовательно соединенных резисторов, один из которых зашунтирован конденсатором, а параллельно второму включен вход упомянутого релейного формирователя прямоугольных импульсов, причем цепочка резисторов подсоединена к мосту через дроссель (или реле отсечки), параллельно которому регулируемый резистор включен шунтирующий диод.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(f 675520, кл. Н 02 Н 7/Oi, 25.07.79.

fff

Фиг.З