Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки Советский патент 1983 года по МПК H02H3/28 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

1

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к устройствам для дифференциально-фазных защит и может быть применено для защит энергоустановок, например генераторов.

Известно устройство дифференциальнофазной защиты электроустановки, которое состоит из датчиков информации, формирователей импульсов, логического элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, вспомогательного формирователя и измерителя временных интервалов 1.

Недостатком указанного устройства является сравнительно большое время срабатывания, превышающее один период промыщленной частоты.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки, содержащее трансформаторы тока, установленные по концам защищаемого объекта и подсоединенные к двум полукомплектам защиты, а также общий выходной блок. Каждый полукомплект защиты состоит из датчика информации, двух формирователей временных интервалов и блока торможения.. Э датчик информации

входят преобразователь ток - напряжение и щиротно-импульсный модулятор. Оба формирователя включены параллельно и подключены к выходу датчика информации. Первый дополнительный формирователь формирует временные интервалы (единичный потенциал) при положительном знаке производной входного сигнала, второй основной -при положительном знаке сигнала. Первый формирователь состоит из реверсивного двоично-десятичного счетчика, двух одновибраторов, двух D-триггеров, элемента ИЛИ и генератора импульсов. Второй формирователь включает в себя дещифратор и D-триггер. Ьлок торможения подключен к вспомогательным выходам первого формировате15 ля и состоит из элемента И, логического элемента СУММА ПО МОДУЛЮ 2 и RS-триггера. Выходной блок состоит из .двух элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, причем ,к выходу каждого из них подключен соответствующий измеритель временного интервала.

2° К входам элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ подключены выходы соответствующих формирователей. Выходы измерителей временного интервала через элемент ИЛИ подключены к входу элемента И. К другим входам элемента И подсоединены выходы блоков торможения. Время срабатывания известного устройства вдвое меньше и с.оставляет приблизительно полпериода промышленной частоты 2. Известное устройство характеризуется сложностью схемы и недостаточной надежностью при работе установки на холостом ходу. Цель изобретения - упрощение схемы и повышение надежности защиты. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки, содержащее два измерительных полукомплекта, измерительные входы каждого из которых подключены к трансформатору тока, установленному на соответствующем конце электроустановки и состоящему из включенных последовательно датчика информации и одновибратора, выход которого соединен с входом ...Установка нуля... двоично-десятичного счетчика, вход ...Прямой счет... которого связан с выходом генератора импульсов, а разрядные выходы - с входами дешифратора, блока торможения, включающего в себя элемент И и RS-триггер, общий выходной блок, состоящий из двух измерителей временного интервала, подключенных через элемент ИЛИ к входу элемента И, к другим входам которого подключены блокирующие выходы измерительных полукомплектов, а выход элемента И подключен к отключающей цепи, дополнительно введены два одновибратора и два промежуточных выходных блока, а для двух измерительных полукомплектов используется один генератор импульсов, причем выход одновибратора каждого полукомплекта соединен с основным входом блока торможения, дополнительный выход дещифратора каждого полукомплекта соединен с вспомогательным входом блока торможения, основной выход этого дешифратора является основным выходом полукомплекта, а выход ...Прямой перенос... счетчика каждого полукомплекта является вспомогательным выходом полукомплекта, причем дополнительные входы первого промежуточного выходного блока соединены с вспомогательными входами полукомплектов, дополнительные выходы второго промежуточного выходного блока соединены с основными входами полукомплектов, причем вход первого дополнительно установленного одновибратора подключен к второму выходу генератора импульсов, а выход - к входу второго одновибратора и к управляющим входам первого и второго промежуточных выходных блоков, причем выход второго одновибратора подключен к основным входам первого и второго промежуточных выходных блоков, выходы которых подключены соответственно к первому и второму измерителям временного интервала общего выходного блока. Каждый промежуточный выходной блок содержит элемент ИЛИ, двоично-десятичный счетчик и D-триггер, причем вход «Установка нуля счетчика является основным входом этого блока, а вход «Прямой счет счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы которого являются дополнительными входами этого блока, причем выход счетчика соединен с D-входом триггера, С-вход которого является управляющим входом блока, а выход триггера является выходом блока. В блок торможения дополнительно введены двоично-десятичный счетчик и D-триггер, причем вход «Установка нуля счетчика соединен с S-входом RS-триггера и является вспомогательным входом блока, выход счетчика подключен к R-входу RS-триггера, выход которого подключен к D-входу D-триггера и первому входу элемента И, второй вход которого является управляющим входом блока, а выход элемента И подключен к входу Прямой счет счетчика, причем С-вход D-триггера является основным входом.блока, а выход - блокирующим выходом измерительного полукомплекта. На фиг. 1 Представлено предлагаемое устройство, принципиальная схема в однофазном изображении; на фиг. 2-5 - временные диаграммы работы защиты при различных выходных сигналах датчика информации. Устройство содержит два измерительных полукомплекта 1 и 2, подключенных к трансформаторам 3 и 4 тока, установленных по концам защищаемой электроустановки 5, общего выходного блока 6, выход которого включен в отключающую цепь, генератор 7 импульсов и двух промежуточных выходных блоков 8 и 9. Измерительный полукомплект 1 состоит из датчика 10 информации, одновибратора 11, двоично-десятичного счетчика 12, дешифратора 13 и блока 14 торможения. Выход датчика 10 информации через одновибратор 11 соединен с входом «Установка нуля счетчика 12. Разрядные выходы счетчика 12 связаны с разрядными входами дещифратора 13, допол11ительный выход которого соединен с вспомогательным входом блока 14 торможения. Основной вход блока 14 подключен к выходу одновибратора 11. Аналогично построен измерительный полукомплект 2. Первый выход генератора 7 импульСов соединен с дополнительными входами блоков 1 и 2, к которым в каждом блоке подключены входные зажимы «Прямой счет счетчика 12 и управляющий вход блока 14 торможения. Второй выход генератора 7 связан с последовательно соединенными одновибраторами 15 и 16. Выход одновибратора 15 связан также с управляющими входами блоков 8 и 9, а выход одновибратора 16 - с основными входами тех же блоков. Промежуточный выходной блок 8 состоит из элемента ИЛИ 17, двоичнОДесятичного счетчика 18 и D-триггера 19 Входы элемента ИЛИ 17 являются дополнительными входами блока 8. и соединены с вспомогательными входами блоков,, которые соединены с выходами «гПрямой перенос счетчика 12 , и аналогичного счетчика, входящего в блок 2, Выход элемента ИЛИ 17 соединен с входом «Прямой счет двоично-десятичного счетчика 18, которого вход «Установка нуля является основным входом блока 8. Разрядный выход счетчика 18 связан с D-входом D-триггера 19, у кЪторого С-вход является управляющим входом, а выход - выходом блока 8. Аналогично построен промежуточ.ный выходной блок 9, с той только разницей, что его дополнительные входы соединены с основными выходами дещифратора 13 и такого же дешифратора блока 2. Выходы блоков 8 и 9 связаны с входами измерителей временных интервалов 20 и 21, входящих в общий выходной блок 6. Выходы измерителей 20 и 21 через элемент ИЛИ 22 соединены с входом элемента И 23, которого является выходом блока 6. Блок 14 торможения состоит из элемента И 24, двоично-десятичного счетчика 25, RS-триггеpa 26 и D-триггера 27. Вспомогательный вход блока 14 подключен к входу «Установка нуля счетчика 25 и S-входу RS-триггера 26. R-вход триггера 26 связан с разряд ным выходом счетчика 25, а ыход его соединен с D-входом D-триггера 27 и одним из входов элемента И 24. Второй вход элемента И 24 является управляющим входом блока 14, С-вход D-триггера 27 является основным входом блока 14, а выход D-триггера 27 - выходом блока. Этот выход подсоединен к второму, входу элемента И 23, к тре тьему входу которого подключен блок тор можения, входящий в измерительный полукомплект 2 и имеющий структуру, аналогичную блоку 14 торможения. Напряжение на.выходах блоков 10-13 первого полукомплекта обозначены как Uio.r, Uii.i , Uj2,i, Uii.i, Цгт.. a напряжения на выходах таких же блоков второго полукомплекта - как Uio,2, и„;2, Ц 12.2, и,а, LJoT 9 27.2 Рассмотрим работу защиты в режимах внутреннего и внешнего короткого замыканий. При внещнем коротком замыкании (фиг. 2а) на выходе «Прямой перенос счетчика 12 измерительного полукомплекта 1 формируется пачка ймпулвсов Vi2.i, начало которой соответствует переходу Ii через минимальное значение, а конец - переходу через максимальное значение. Измерительный полукомплект 2 на первом выходе формирует аналогичную пачку импульсов Цз.г, используя сигнал 1. На основном выходе дещифратора 13 измерительного полукомплекта 1 формируется пачка импульсов Uis.i, начало которой соответствует переходу сигнала 1( через ноль, в случае его увеличения, а конец - переходу Ii; через ноль, в случае его уменьшения. Измерительный полукомплект на втором выходе формирует аналогичную пачку импульсов U,3,2i используя сигнал 12. На блокирующих выходах блоков 14 торможения полукомплектов 1 и 2 сигналы 27.1 и .г имеют единичное значение. Сигналы и,2.1 и и |2;2 поступают на дополнительные входы промежуточного выходного блока 8, сигналы U.i и Uis.z - на дополнительные входы блока 9. Выходные сигналы этих блоков Uiq И Uq: равны единице, если пачки импульсов на входах совпадают или оба сигнала нулевые. При коротком замыкании вне зоны длительности единичных импульсов и„ и Uq меньще уставки измерителей 20 и 21 временного интервала, которые не срабатывают и сигнал на вход элемента ИЛИ U22 не поступает. При коротком замыкании в зоне (фиг. 2б) измерительные полукомплекты 1 и 2, промежуточг ные выходные блоки 8 и 9, блок 14 торможения работают так же, как и при коротком замыкании вне зоны, однако длительность единичных импульсов Ujq и U больше уставки измерителей 20 и 21. Измерители срабатывают. В зависимости от момента короткого замыкания первым срабатывает либо измеритель 20, либо измеритель 21. В случае, рассматриваемом на фиг. 28, первым срабатывает измеритель 21, сигнал через элемент ИЛИ 22 проходит на вход элемента И 23, на других входах которого имеются единичные сигналы . I и U2r.2- На выходе элемента 23 появляется единичный сигнал U2s, который является выходным отключающим синалом. Рассмотрим более подробное описание работы элементов измерительного полукомплекта, формирующих пачки импульсов, начало которых соответствует переходу Ij (12) через минимальное значение, а конец - переходу через максимальное значение, а также пачки импульсов, начало которых соответствует переходу Ii(l2) через ноль в случае увеличения сигнала, а конец - переходу через ноль в случае уменьшения сигнала и. работу промежуточных выходных блоков. Датчик 10 информации преобразует входной сигнал. It (Ij) в модулированную последовательность импульсов Uio . На фиг-. 3 изображен момент работы защиты при росте сигнала Ii в положительный полупериод, и при росте сигнала Ij - в отрицательный полупериод. Сигнал Uio.i поступает на вход одновибратора 11 первого измерительного полукомплекта, который вырабатывает короткий единичный импульс Un.i , соответствующий заднему фронту импульса Ujo.t Этот импульс ставит счетчик 12 в нулевое

положение. Импульсы генератора 7 импульсов приходят на ход «Прямой счет счетчика 12 и начинают заполнять его. При росте сигнала 1 расстояние между задними фронтами импульсов Ujo. увеличивается и счетчик 11 переполняется, и в момент переполнения вырабатывает единичный импульс Uj2.1 .

Аналогично датчику 10 информации, датчик информации второго измерительного полукомплекта вырабатывает импульсы Uio.2 а одновибратор генерирует единичные импульсы LJii.2 . соответствующие концу импульса Uio.2 . Так как расстояние между импульсами Uij.2 увеличивается, то десятичный счетчик второго измерительного полукомплекта, который выполняет такую же функцию, что и счетчик 12, переполняется и на вспомогательном входе измерительного формирователя 2 вырабатывается единичный импульс Ui2.2- Импульсы U|2.) и и,2.2-с вспомогательных входов полукомплектов через элемент ИЛИ 17 поступают на вход «Прямой счет счетчика 18 первого промежуточного выходного блока 8.

Генератор 7 импульсов на втором выходе генерирует импульсы U, которые поступают на одновибратор 15. Одновибратор 15 генерирует импульсЕ) Ujs , поступающие на одновибратор 16, который в свою очередь генерирует импульсы Uje , очищающие счетчик 18.

При появлении на входе «Прямой счет счетчика 18 одного импульса, на выходе счетчика формируется единичный сигнал. При поступлении второго, в течение такта преобразования импульса на выходе счетчика - нулевой сигнал. образом, нулевой сигнал на выходе счетчика 18 устанавливается тогда, когда на вход счетчика за такт преобразования поступает два импульса, что соответствует режиму, когда производные токов I, и 12 обоих полукомплектов положительны, или не поступает ни одного импульса, что соответствует режиму, когда производные токов 1) и 12 отрицательны.

В противном случае на выходе счетчика устанавливается единичный сигнал.

В данном случае, после появления второго импульса от блока 12, на выходе счетчика 18 будет присутствовать нулевой сигнал, который поступает на D-триггера 19.

При наличии нулевого сигнала на D-BXOде передний фронт сигнала с выхода одновибратора 15 формирует на инверсном выходе триггера 19 единичное состояние. На выходе промежуточного выходного блока 8 формируется сигнал Ug.

При несовпадении знаков производных токов I, и 12 на выходе блока 12 одного из полукомплектов сигнал отсутствует, на выходе счетчика 18 в момент появления импульса и,5 - единичный сигнал, а на инверсном выходе триггера 19 - нулевой сигнал.

Сигналы с разных входов счетчика 12 поступают на разрядные входы дещифратора 13. Дещифратор подобран так, что на его выходе формируется единичный и.мпульс, если на разрядных выходах счетчика 12

имеется двоичный код, соответствующий числу N/2, где N - число импульсов генератора 7, необходимых для переполнения счетчика 12.

Схема дещифратора собрана так, что импульс только тогда поступает на вход

промежуточного выходного блока, если совпадает с единичным импульсом Ujo . Так, напри.мер, для случая, изображенного на фиг. 3, импульс U(3.j совпадает с единичным импульсом UID.I , и поэтому он поступает на вход промежуточного выходного блока 9, а импульс U|j.2 с дещифратора измерительного полукомплекта 2 появляется в тот .момент, когда Ujo.2 равен нулевому значению, поэтому этот импульс на вход промежуточного вь1ходного блока 9 не поступает. На выходе промежуточного выходного блока 9 формируется сигнал Uj. На фиг. 5 изображен момент работы защиты при росте 1) в положительный полупериод и уменьщении 12 в положительный полупериод. При этом элементы измерительных полукомплектов работают так же, как и в предыдущем случае, с той лищь разницей, что расстояние между задними фронтами Uip.j второго полукомплекта уменьщается, счетчик 12 второго измерительного полукомплекQ та переполняться не будет и на вход промежуточного выходного блока 8 поступает лишь один импульс Uj2j и поэтому на выходе блока 8 будет нулевой сигнал Uj . На выходе промежуточного выходного блока 9 будет единичный сигнал U , так как

5 на его вход поступают импульсы и,, и Ujj2 обоих полукомплектов.

Блок 14 торможения предназначен для предотвращения излищнего срабатывания зашиты при отсутствии тока на входе датчика 10 информации.

На фиг. 5а. показана работа блока торможения при наличии тока в трансформаторе тока 3.,

На выходе дещифратора 13 формируется 5 импульс Uj3.i , близкий к переполнению счетчика 12. Этот импульс очищает счетчик 25 и переводит RS-триггер 26 в единичное состояние, который в- свою очередь открывает путь импульсам через элемент И 24 на вход «Прямой счет счетчика 25. Отсчитав оп0 ределенное количество импульсов, счетчик 25 формирует на своем выходе единичный импульс U25 , который переводит RS-триггер 26 в нулевой состояние и этим самым прекращает доступ импульсов на вход «Прямой счет счетчика 25. Таким образом на выходе RS-триггера 26 формируется импульс U26 . Этот импульс поступает на D-вход- D-триггера 27, на С-вход которого поступают импульсы от одновибратора 11 U,,, , которые

вырабатываются к концу единичного импульса Ujo.i - Поскольку эти импульсы не совпадают, то на инверсном выходе D-триггера 27 будет единичное состояние.

На фиг. 5б показана работа блока торможения при отсутствии тока в трансформаторе тока 3. В этом случае импульсы Uio.i на выходе датчика 10 информации становятся равной длины и расстояние между их задними фронтами ста-новится равным Т (период повторения импульсов). В этом случае элементы блока торможения работают так же, но импульсы Цд и Un., на D-триггере 27 совпадают, и он на своем инверсном выходе формирует нулевое состояние.

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

Формула изобретения

входом блока торможения, основной выход этого дешифратора является основным выходом полукомплекта, а выход «Прямой перенос счетчика каждого полукомплекта является вспомогательным выходом полукомплекта, причем дополнительные входы первого промежуточного выходного блока соединены со вспомогательными входами полукомплектов, дополнительные входы второго промежуточного выходного блока соединены с основными входами полу комплектов, причем вход первого дополнительно установленного одновибратора подключен к второму выходу генератора импульсев, а выход - к входу второго одновибратора и к управляющим входам первого и второго про5 межуточных выходных блоков, причем выход второго одновибратора подключен к основным входам первого и второго промежуточных выходных блоков, выходы которых подключены соответственно к первому и второму измерителям временного интервала об щего выходного блока.

0 которого является управляющим входом блока, а выход триггера является выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Ф&г./

2

г.2 %/

/

г5;

/

/

п п а п л .

/

/У

г7,г гз t

//

л

г

/

Л

Угг.г

v;.

W

/

./ Ш1 /7Tt

Фl/г.J

Фш.