RU1771030C - Устройство дл токовой защиты - Google Patents

Abstract

Использование: дл  токовой защиты линий электропередач и шин, а также опережающего делени  сети. Сущность изобретени : дл  распознавани  режима насыщени  трансформатора тока (ТТ) учитываетс , что величина модул  мгновенного значени  контролируемого устройства тока в конце участка идеальной трансформации ТТ максимальна по сравнению со значени ми тока следующего за ним участка насыщени . 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике релейной защиты и автоматики энергосистем и может использоватьс  дл  токовой защиты линий электропередач и шин, а также опережающего делени  сети.

Известно устройство дл  токовой защиты , реагирующее на квадрат амплитуды периодической составл ющей тока и отличающеес  высоким быстродействием. Насыщение трансформатора тока (ТТ) при коротких замыкани х (КЗ)может вызвать излишнее срабатывание этого устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство, реагирующее на сумму квадратов первой и второй производной контролируемого тока, котора  в первом приближении равна квадрату амплитуды периодической составл ющей , и имеющее блокировку, предотвращающую излишнее срабатывание устройства при насыщении ТТ. Блокировка разрешает срабатывание устройства на интервалах времени совпадени  знаков мгновенных

значений тока и его первой производной; после момента времени насыщени  ТТ знаки этих величин станов тс  противоположными , и по данному признаку блокируетс  устройство. Однако вблизи момента выхода ТТ из насыщени  возможно излишнее срабатывание устройства, поскольку при этом перва  производна  тока скачком измен етс  до величины, соответствующей мгновенному значению периодической составл ющей этой производной, а втора  производна  тока приобретает форму пика, максимум которой может значительно превосходить амплитуду периодической составл ющей этой производной в услови х без насыщени  ТТ. При этом в зависимости от расположени  момента выхода ТТ из насыщени  знаки мгновенных значений тока и его первой производной могут быть как противоположными, так и совпадающими. В последнем случае блокировка разрешает срабатывание устройства и оно может сработать излишне, если от воздействи  пика

д

Ч

О 00 О

второй производной сработает токовый орган

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности функционировани  устройства дл  токовой защиты путем исключени  излишних срабатываний в режиме КЗ, сопровождающегос  насыщением измерительного ТТ.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  токовой защиты, содержащее последовательно соединенные датчик тока, первой фазоповоротный элемент, первый квадратор и сумматор, последовательно соединенные второй фазоповоротный элемент и второй квадратор, включенные между выходом первого фазоповоротного элемента и вторым входом сумматора, первый компаратор, выход которого подключен к первому входу элемента И, источник питани  и исполнительный элемент, дополнительно введены элемент извлечени  квадратного корн , элемент времени, последовательно соединенные формирователь модул , первый выпр митель, первый резистор, второй выпр митель, второй резистор , второй компаратор, конденсатор,- три резистора, при этом элемент извлечени  квадратного корн  включен между выходом сумматора и входом первого компаратора, к выходу датчика тока подключен вход формировател  модул , конденсатор и третий резистор включены параллельно и подключены между входом второго выпр мител  и нулевым выводом источника питани , четвертый резистор включен между выводом отрицательного напр жени  и инвертирующим входом второго компаратора, пр мой вход которого через п тый резистор соединен с выходом формировател  модул , а его выход соединен с вторым входом элемента И, выход которого через элемент времени подключен к входу исполнительного элемента.

Дл  распознавани  режима насыщени  ТТ учитываетс , что величина модул  мгновенного значени  контролируемого устройством тока в конце участка идеальной трансформации ТТ максимальна по сравнению со значени ми тока следующего за ним участка насыщени .

На фиг. 1 изображена принципиальна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2, 3 - эпюры сигналов, по сн ющие функционирование устройства соответственно в режимах КЗ с апериодической и без апериодической составл ющей тока при насыщении ТТ (номера эпюр соответствуют выходам функциональных элементов с теми же номерами).

Устройство содержит датчик тока 1, первый и второй фазоповоротные элементы 2 и 3, первый и второй квадраторы 4 и 5, сумматор 6, элемент извлечени  квадратного корн  7, первый компаратор 8, логический элемент И 9, формирователь модул  10, первый выпр митель 11, первый резистор 12, второй выпр митель 13, конденсатор 14, третий резистор 15, операционные усилители 16, 17 и диоды 18, 19 первого и второго выпр мителей 11 и 13, второй резистор 20, второй компаратор 21, четвертый и п тый резисторы 22 и 23, элемент времени 24, исполнительный элемент 25, источник питани 2б .

Датчик тока 1 предназначен дл  гальванической разв зки цепей и дл  преобразовани  контролируемого токз с выхода ТТ в сигнал с требуемыми дл  устройства параметрами .

Подключенный к выходу датчика тока 1 первый фазоповоротный элемент 2 сдвигает фазу синусоидальных сигналов на угол, близкий кС/2, в сторону опережени , причем на частоте соответствующей гармоники; это соответствует операции дифференцировани , в том числе и несинусоидального сигнала . Включенный на выход элемента 2 идентичный ему второй фазоповоротный

элемент 3 осуществл ет второе дифференцирование сигнала.

Первый и второй квадраторы 4 и 5, подключенные соответственно к выходам первого и второго фазоповоротных элементов 2

и 3. формируют сигналы, пропорциональные квадратам поступающих на их входы сигналов. Сигналы с выходов квадраторов4 и 5 поступают на входы сумматора 6.

Сигнал с выхода сумматора 6 поступает

на вход элемента извлечени  квадратного корн  7. Сигнал на входе элемента 7 имеет квадратичную зависимость, а на выходе - линейную (пропорциональную) зависимость от амплитуды периодической составл ющей контролируемого тока; при этом увеличиваетс  точность функционировани  устройства.

С выхода элемента извлечени  квадратного корн  7 сигнал поступает на вход первого компаратора 8, уставка срабатывани  f которого выбираетс  из услови  обеспечени  требуемой чувствительности в режиме КЗ. Если сигнал на выходе элемента извлечени  квадратного корн  7 превысит уставку срабатывани  первого компаратора 8, то на первом входе логического элемента И 9 по витс  логическа  единица и срабатывание устройства дл  токовой защиты в целом будет определ тьс  функционированием

той части устройства, котора  осуществл ет блокировку при насыщении ТТ.

Сигнале выхода датчика тока 1 поступает на вход формировател  модул  10, на выходе которого сигнал приобретает положительный знак,

С выхода формировател  модул  10 сигнал подаетс  на вход первого выпр мител  11, выход которого через первый резистор

12подключен к входу второго выпр мител 

13и к первому выводу конденсатора 14. Второй вывод конденсатора 14 подключен

-к нулевому выводу источника питани  26. Вход второго выпр мител  13, кроме того, через третий резистор 15 также подключен к нулевому выводу источника питани  26.

Первый и второй выпр мители 11 и 13, состо щие из операционных усилителей 16 и 17 и диодов 18 и 19, осуществл ют неинвертирующую прецизионную передачу сигнала положительной пол рности,

Первый резистор 12 предназначен дл  ограничени  максимального выходного тока первого выпр мител  11, Конденсатор 14 служит дл  запоминани  напр жени  на выходе первого выпр мител  11. Снижение напр жени  на входе первого выпр мител  11 сопровождаетс  разр дом конденсатора

14с заданной посто нной времени в диапазоне 10-15 мс, определ емой третьим резистором 15, поскольку сопротивление первого выпр мител  11 со стороны его выхода и сопротивление второго выпр мител  13 со стороны его входа значительно превышают сопротивление третьего резистора 15.

Выход второго выпр мител  13 через второй резистор 20 подключен к инвертирующему входу операционного усилител  вто- рого компаратора 21, этот же вход операционного усилител  второго компаратора 21 подключен через четвертый резистор 22 к выводу отрицательного напр жени  источника питани  26-Еп. Неинвертирующий (пр мой) вход операционного усилител  второго компаратора 21 через п тый резистор 23 подключен к выходу формировател  модул  10.

Второй компаратор 21 предназначен дл  сравнени  напр жений на выходе формировател  модул  10 и на выходе второго выпр мител  13. Если напр жение на выходе второго выпр мител  13 превышает напр жение на выходе формировател  модул  10, то второй компаратор 21 срабатывает, напр жение на его выходе становитс  близким к отрицательному напр жению источника питани  26. В исходном состо нии напр жение на выходе второго компаратора 21 близко к положительному напр жению источника питани  26, что обеспечиваетс  током через четвертый резистор 22 от вывода отрицательного напр жени  источника питани  26 ,

Выход второго компаратора 21 подключен к второму входу логического элемента И 9, К выходу логического элемента И 9 подключен вход элемента времени 24, на выходе которого сигнал логической единицы

по вл етс  через заданное врем  в диапазоне 0,3-0,5 мс после поступлени  сигнала логической единицы на его вход.

Выход элемента времени 24 подключен к входу исполнительного элемента 25. Сигнал с выхода исполнительного элемента 25,  вл ющегос  выходом устройства, по вл етс  в режиме КЗ и осуществл ет действи , устран ющие аварийный режим.

На фиг. 2 и 3 приведены эпюры сигналов , иллюстрирующие недостатки прототипа и работу введенных основных элементов. Тонкими лини ми (сплошной, пунктирной и штрих-пунктирной) на эпюрах Ui - Уз показаны сигналы без насыщени  ТТ. Посто нна  времени затухани  апериодической составл ющей в токе КЗ на фиг. 2 (сигнал Ui) примерно равна 50 мс. Посто нна  времени спада сигнала Уз равна 15 мс.

Устройство работает следующим образом .

В режимах КЗ (см. фиг. 2, 3) в интервале времени от начала КЗ до момента насыщени  ТТ(в интервале идеальной трэнсформации ) сигнал на выходе элемента извлечени  квадратного корн  7 пропорционален амплитуде периодической составл ющей контролируемого тока. Напр жение на выходе второго выпр мител  13 в интервале идеальной трансформации равно напр жению на выходе формировател  модул  10; на выходе второго компаратора 21 напр жение близко к положительному напр жению источника питани  26. Этот сигнал, соответствующий сигналу логической единицы, поступает на второй вход логического элемента И 9. Если величина периодической слагающей тока КЗ превысит уставку первого компаратора 8, последний срабатывает и

подаст сигнал логической единицы на первый вход логического элемента И 9, На выходе логического элемента И 9 по витс  сигнал логической единицы, сработает элемент времени 24 и через заданное врем 

подаст сигнал логической единицы на вход исполнительного элемента 25. На выходе исполнительного элемента 25 по витс  сигнал на отключение выключателей защищаемого объекта; устран етс  аварийный режим.

В режимах КЗ в интервале времени насыщенного состо ни  ТТ сигналы первой и второй производных тока на выходах фазо- поворотных элементов 2 и 3 приобретают форму пика, а сигнал на выходе элемента извлечени  квадратного корн  7 может значительно превысить амплитуду периодической составл ющей контролируемого тока.

При насыщении ТТ напр жение на выходе формировател  модул  10 становитс  меньше напр жени  на выходе второго выпр мител  13; срабатывает второй компаратор 21, на его выходе напр жение становитс  близким к отрицательному напр жению источника питани  26. Этот сигнал , соответствующий сигналу логического нул , поступает на второй вход логического элемента И 9, предотвраща  излишнее срабатывание устройства.

Элемент времени 24 предотвращает излишнее срабатывание устройства в интервале времени вблизи момента насыщени  ТТ, когда врзможно излишнее срабатывание первого компаратора 8, но еще не произошло срабатывание второго компаратора 21. Как показывает анализ, срабатывание второго компаратора 21 происходит не позже , чем через 0,2-0,3 мс после излишнего срабатывани  первого компаратора 8. Элемент времени 24 с установкой 0,3-0,5 мс позвол ет устранить неправильное действие устройства.

Величина посто нной времени разр да конденсатора 14 выбираетс  такой, чтобы обеспечить нахождение второго компаратора 21 в сработанном состо нии а интервале времени насыщенного состо ни  ТТ в расчетном режиме КЗ с апериодической составл ющей (см, фиг. 2).

Второй компаратор 21 возвращаетс  в исходное состо ние в интервалах идеальной трансформации каждые полпериода при отсутствии апериодической составл ющей (см. фиг, 3)и каждый период при наличии апериодической составл ющей (см. фиг. 2); при этом создаютс  услови  работы части устройства, контролирующей амплитуду периодической составл ющей тока КЗ,

Анализ показывает, что интервал времени нахождени  второго компаратора 21 в исходном состо нии при идеальной трансформации составл ет величину не менее 11 ,5 мс, что достаточно дл  обеспечени  надежной работы устройства.

Врем  срабатывани  устройства определ етс  элементом времени 24 и может составл ть величину 0,3-0,5 мс.

Исключение излишних срабатываний позвол ет увеличить срок службы высоковольтного оборудовани  на электростанци х и подстанци х и повысить надежность и устойчивость энергосистем.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  токовой защиты, содержащее последовательно соединенные датчик тока, первый фазоповоротный элемент, первый квадратор и сумматор, последовательно соединенные второй фазоповоротный элемент и второй квадратор, включенные между выходом первого фазоповоротного элемента и вторым входом сум- матора. первый компаратор, выход которого подключен к первому входу элемента И, источник питани  и исполнительный элемент, отличающеес  тем, что,

   с целью повышени  надежности функционировани  путем исключени  излишних срабатываний в режиме короткого замыкани , сопровождающегос  насыщением измерительного трансформатора тока, в него

   дополнительно введены элемент извлечени  квадратного корн , элемент времени, последовательно соединенные формирователь модул , первый выпр митель, первый резистор, второй выпр митель, второй резистор , второй компаратор, конденсатор, три резистора, при этом элемент извлечени  квадратного корн  включен между выходом сумматора и входом первого компаратора, к выходу датчика тока подключен вход формировател  модул , конденсатор и третий резистор включены параллельно и подключены между входом второго выпр мител  и нулевым выводом источника питани , четвертый резистор

   включен между выводом отрицательного напр жени  и инвертирующим входом второго компаратора, пр мой вход которого через п тый резистор соединен с выходом формировател  модул , а его выход соедийен с вторым входом элемента И, выход которого через элемент времени подключен к входу исполнительного элемента.

   л п

   III ili

   л Ч

   из-г .гг

   ,f/п I1

   K ±fSr|c5S

   LW |bILff1

   I1 I

   Yл- , ., ,

   |W/

   J

   95

   I1

   HM

   Т

   т

   oeoiui

   U UA

   - f

   II