RU2025859C1

RU2025859C1 - Device for protection of factory-assemble switch-gears

Info

Publication number: RU2025859C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Нагай
Original assignee: Владимир Иванович Нагай
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device is resigned for protection of factory-assembled switch-gears against external and internal short-circuits accompanied by electric arcs. Device integrates function of logic differential protection of buses. It is supplemented with unit for detection of arc short-circuit. Principle of operation of unit is based on control over voltage across arc and its harmonic components. EFFECT: improved efficiency of protection. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для релейной защиты ячеек комплексных распределительных устройств (КРУ) внутренней и наружной установки как от внешних, так и внутренних КЗ, сопровождаемых электрической дугой. The invention relates to electrical engineering and is intended for relay protection of the cells of complex distribution devices (switchgear) of the indoor and outdoor installation from both external and internal short circuit, accompanied by an electric arc.

Известны устройства для защиты КРУ корпусной конструкции от внутренних КЗ, содержащие рабочие и тормозные фотодатчики, схемы сравнения, пороговый элемент, исполнительный орган (патент Франции N 2087348, патент ФРГ N 1126011, авт. св. СССР N 851544, N 997175, N 1111224). Known devices for protecting the switchgear of the housing structure from internal faults, containing working and brake photosensors, comparison circuits, threshold element, actuator (French patent N 2087348, German patent N 1126011, auth. St. USSR N 851544, N 997175, N 1111224) .

Недостатком данной защиты является необходимость установки устройств дуговой защиты в каждой ячейке КРУ (а возможно даже в каждом отсеке), а также невозможность функций защиты при КЗ на присоединении, но за пределами КРУ по своему принципу действия, т.е. данная защита должна обязательно включать в свой состав максимально-токовую или дистанционную защиту. The disadvantage of this protection is the need to install arc protection devices in each switchgear cubicle (and possibly even in each compartment), as well as the impossibility of protection functions during short circuit at the connection, but outside the switchgear by its operating principle, i.e. this protection must necessarily include the maximum current or distance protection.

В качестве защиты как от внешних, так и внутренних КЗ используется максимально-токовая защита (МТЗ), выдержки времени которой отстраиваются от защит нагрузок присоединений. Однако зачастую выдержки времени МТЗ оказываются выше времени огнестойкости ячеек. В некоторых энергосистемах, например Мосэнерго, Ростовэнерго и других, нашла применение логическая дифзащита от внутренних повреждений, выполненная на основе замыкающихся контактов реле тока вводной ячейки и размыкающихся контактов реле тока отходящих присоединений. КЗ, возникающие в зоне между трансформаторами тока, отключаются без выдержки времени, а КЗ, происходящие после отходящих от трансформатора тока присоединений, но внутри отсеков КРУ, отключаются со значительными выдержками времени, что может привести к переходу электрической дуги в другие ячейки и развитию аварии. As protection against both external and internal faults, overcurrent protection (MTZ) is used, the time delay of which is set off from the load protection of the connections. However, often the MTZ time delays turn out to be higher than the fire resistance time of the cells. In some power systems, for example, Mosenergo, Rostovenergo, and others, logical differential protection against internal damage has been applied, based on the closing contacts of the input current relay and the opening contacts of the outgoing current relay. Short-circuit occurring in the zone between current transformers are disconnected without time delay, and short-circuit occurring after the connections coming from the transformer current, but inside the switchgear compartments, turn off with significant time delays, which can lead to the transition of the electric arc to other cells and the development of an accident.

Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является дуговая защита комплектных распределительных устройств, в которой совмещена МТЗ с дуговой защитой, реагирующей на изменение освещенности внутри отсеков КРУ. Это требует применения нетрадиционных для релейной защиты фотодатчиков, прокладки контрольных кабелей, соединяющих фотодатчики и измерительные органы, отстройки от внешних световых помех, например, при проведении сварочных работ. Таким образом, рассматриваемая защита не в полной мере решает проблему быстродействующего отключения КЗ внутри отсеков КРУ. The technical solution (prototype) closest to the invention is the arc protection of complete switchgears, in which the MTZ is combined with an arc protection that responds to changes in illumination inside the switchgear compartments. This requires the use of unconventional photosensors for relay protection, laying of control cables connecting the photosensors and measuring organs, detuning from external light interference, for example, during welding operations. Thus, the protection in question does not fully solve the problem of high-speed shutdown of short circuit inside the switchgear compartments.

Цель изобретения - повышение надежности, быстродействия и селективности. The purpose of the invention is to increase reliability, speed and selectivity.

Цель достигается тем, что в устройство для защиты комплектных распределительных устройств, содержащее реле тока, подключенное к трансформаторам тока вводной ячейки, линейных ячеек, ячейки секционного выключателя, прямые выходы которых соединены с входами реле времени, причем прямой выход реле тока вводной ячейки и инверсные выходы остальных реле тока подключены к входам логической схемы И, выход которой подключен совместно с реле времени вводной ячейки к первому и второму входам логической схемы ИЛИ, введен блок выявления дугового КЗ, подключенный к трем фазам трансформатора напряжения и состоящий из элементов фиксации дугового КЗ, выполненных на основе реле минимального напряжения, полосового фильтра утроенной частоты сети, выход которого подключен к входу порогового элемента, а выход последнего соединен с вторым входом логической схемы И, первый вход которой соединен с выходом реле напряжений, при этом выходы элементов фиксации дугового КЗ подключены к входам логической схемы ИЛИ, а ее выход - к вторым входам введенных логических схем И, первые входы которых подключены к прямым выходам реле тока, а выходы упомянутых схем И линейных ячеек и секционной ячейки подключены к вторым входам дополнительной логической схемы ИЛИ, первые входы которой подключены к выходам реле времени соответствующей ячейки, а выходы - к цепи отключения соответствующего выключателя, выход двухвходовой логической схемы И вводной ячейки подключен к входу реле времени, выход которого подключен к третьему выходу логической схемы ИЛИ, а выход последней соединен с цепями отключения выключателя вводной ячейки. The goal is achieved in that in a device for protecting complete switchgears containing a current relay connected to current transformers of the input cell, linear cells, section switch cells, the direct outputs of which are connected to the inputs of the time relay, the direct output of the input cell current relay and inverse outputs the remaining current relays are connected to the inputs of the AND logic circuit, the output of which is connected together with the time relay of the input cell to the first and second inputs of the OR logic circuit, an arc short circuit detection unit is introduced, p Connected to the three phases of the voltage transformer and consisting of arc short-circuit fixing elements made on the basis of the undervoltage relay, a triple bandpass filter of the network frequency, the output of which is connected to the input of the threshold element, and the output of the latter is connected to the second input of the logic circuit I, the first input of which is connected with the output of the voltage relay, while the outputs of the fixation elements of the arc short circuit are connected to the inputs of the OR logic circuit, and its output is connected to the second inputs of the entered logical circuits AND, the first inputs of which are connected are connected to the direct outputs of the current relay, and the outputs of the mentioned AND circuitry of linear cells and the sectional cell are connected to the second inputs of the additional logic OR, the first inputs of which are connected to the outputs of the time relay of the corresponding cell, and the outputs to the disconnection circuit of the corresponding circuit breaker, the output of the two-input logic circuit And the input cell is connected to the input of the time relay, the output of which is connected to the third output of the OR logic circuit, and the output of the latter is connected to the trip circuits of the input cell circuit breaker.

Несмотря на то, что все элементы заявляемого устройства известны в релейной защите энергосистем, тем не менее введение дополнительных элементов в их взаимосвязи позволяют получить такие качества, которые недостижимы в устройстве-прототипе. Despite the fact that all the elements of the claimed device are known in the relay protection of power systems, nevertheless, the introduction of additional elements in their interconnection allows to obtain qualities that are unattainable in the prototype device.

На фиг. 1 показана упрощенная схема КРУ, состоящего из шинного моста 1, вводного выключателя 2, выключателей 3, 4 отходящих присоединений, секционного выключателя 5, измерительного трансформатора 6 напряжения, отсеков трансформаторов тока: вводного 7, отходящих присоединений 8, 9, секционного выпрямителя 10 ячеек. In FIG. Figure 1 shows a simplified circuit of a switchgear consisting of a busbar bridge 1, an input switch 2, switches 3, 4 of the outgoing connections, a section switch 5, a measuring transformer 6 of voltage, compartments of current transformers: input 7, outgoing connections of 8, 9, a section rectifier 10 cells.

На фиг. 2 показана схема устройства, состоящего из реле 11-14 тока вводной ячейки, отходящих фидеров и секционного выключателя соответственно, реле 15-18 времени, блока 19 выявления дугового КЗ, состоящего, в свою очередь, из элементов 20-22 фиксации дугового КЗ, в состав которых входят первый пороговый элемент 23, полосовой фильтр 24 третьей гармонической составляющей, второй пороговый элемент 25, логическая схема И 26, причем элементы фиксации подключены к трехвходовой логической схеме ИЛИ 27, входящей в состав блока 19 выявления дугового КЗ логических схем И 28-31, реле 32 времени, логических схем ИЛИ 33-36, логической схемы И 37. In FIG. 2 shows a diagram of a device consisting of an input cell current relay 11-14, outgoing feeders and a section switch, respectively, a time relay 15-18, an arc short-circuit detection unit 19, which, in turn, consists of arc short-circuit fixing elements 20-22, in the composition of which includes the first threshold element 23, a band-pass filter 24 of the third harmonic component, the second threshold element 25, the logic circuit And 26, and the latching elements are connected to a three-input logic circuit OR 27, which is part of the block 19 detection arc short circuit logic circuits And 2 8-31, time relay 32, logic circuits OR 33-36, logic circuits AND 37.

Реле 11-14 тока подключены соответственно к трансформаторам 7-10. Реле 12 и 13 тока имеют кроме прямого выхода и инверсный выход Это эквивалентно наличию в реле тока замыкающихся и размыкающихся контактов. В несработанном состоянии реле тока на его прямом выходе присутствует логическая "1", а на инверсном выходе - логический "0". К элементам фиксации подводятся линейные напряжения от измерительного трансформатора 6 напряжения. Пороговые элементы 23 и 25 при отсутствии напряжения находятся в сработанном и несработанном состоянии ("1" и "0") соответственно. Пороговый элемент 23 срабатывает при понижении напряжения ниже заданного уровня, а пороговый элемент 25 срабатывает при наличии третьей гармонической составляющей на выходе фильтра 24 выше заданного уровня. Реле 15-18, 32 времени запускаются при наличии на их входе логической "1". Relays 11-14 current are connected respectively to transformers 7-10. In addition to the direct output, the current relay 12 and 13 have an inverse output. This is equivalent to the presence of closing and opening contacts in the current relay. In an unworked state, the current relay has a logical “1” at its direct output, and a logical “0” at its inverted output. Linear voltages from the voltage measuring transformer 6 are supplied to the fixing elements. The threshold elements 23 and 25 in the absence of voltage are in the triggered and idle state ("1" and "0"), respectively. The threshold element 23 is triggered when the voltage drops below a predetermined level, and the threshold element 25 is triggered when there is a third harmonic component at the output of the filter 24 above a predetermined level. Relays 15-18, 32 times are triggered if there is a logical "1" at their input.

В исходном состоянии (при отсутствии КЗ) реле 11-14 тока находятся в несработанном состоянии, в том же состоянии находятся реле 15-18, 32 времени, на выходе логических схем И 28-31, 37, 26 и ИЛИ 33-36, 27 присутствуют логические "0", пороговые элементы 23 и 25 находятся в несработанном состоянии, что соответствует наличию напряжения в нормальном режиме и отсутствию третьей гармонической составляющей определенного уровня в этом напряжении. In the initial state (in the absence of a short circuit), the current relays 11-14 are in an unused state, the relays 15-18, 32 times are in the same state, and at the output of the logic circuits And 28-31, 37, 26 and OR 33-36, 27 there are logical “0”, threshold elements 23 and 25 are in an unworked state, which corresponds to the presence of voltage in normal mode and the absence of a third harmonic component of a certain level in this voltage.

Рассмотрим работу устройства в различных режимах. Consider the operation of the device in various modes.

При внешнем КЗ, например, на присоединении с выключателем 3 (Q2) происходит срабатывание реле 12 тока, что приводит к запуску реле 16 времени, и по истечении этой выдержки времени на выходе логической схемы ИЛИ 34 формируется сигнал отключения выключателя 3 (Q2). With an external short circuit, for example, at the connection with the switch 3 (Q2), the current relay 12 is activated, which leads to the start of the time relay 16, and after this time delay the output signal of the switch 3 (Q2) is generated at the output of the logic circuit OR 34.

При внутреннем КЗ, например, на шинах 1 происходит срабатывание реле 11 тока вводной ячейки и несрабатывание реле 12-14 тока (предполагается, что со стороны секционного выключателя отсутствует питание), обеспечивающие формирование единичного сигнала логическими схемами И 37 и ИЛИ 33. Это приводит к отключению выключателя 2 (Q1). With internal short circuit, for example, on buses 1, the input cell current relay 11 is activated and the current relay 12-14 is disabled (it is assumed that there is no power from the section switch side), which ensure the formation of a single signal by the AND 37 and OR 33 logic circuits. This leads to opening circuit breaker 2 (Q1).

При внутреннем КЗ, например, за трансформатором 9 тока, но в пределах КРУ происходит срабатывание реле 13 тока и запуск реле 17 времени, а также срабатывают пороговые элементы 23 и 25, что обусловлено снижением напряжения при КЗ (величина которого равна падению напряжения на дуге и может составлять от нескольких десятков до нескольких сот вольт), а также появлением в напряжении нечетных гармонических составляющих, в частности, третьей гармоники. Напряжение на дуге близко по форме к прямоугольной, что и вызывает появление третьей гармонической составляющей. Срабатывание пороговых элементов 23 и 25 приводит к формированию единичных сигналов логическими схемами ИЛИ 27, И 30, ИЛИ 35, что приводит к отключению выключателя 4 (Q3). В случае отказа блока выявления дугового КЗ отключение выключателя 4 (Q3) осуществляется так же, как и при внешнем КЗ за счет срабатывания реле 17 времени. With internal short circuit, for example, behind the current transformer 9, but within the switchgear, the current relay 13 and the time relay 17 are activated, and the threshold elements 23 and 25 are triggered, due to a decrease in voltage during a short circuit (the value of which is equal to the voltage drop across the arc and can range from several tens to several hundred volts), as well as the appearance of odd harmonic components in the voltage, in particular, the third harmonic. The voltage on the arc is close in shape to rectangular, which causes the appearance of the third harmonic component. The triggering of the threshold elements 23 and 25 leads to the formation of single signals by the logic circuits OR 27, AND 30, OR 35, which leads to the disconnection of the switch 4 (Q3). In the event of a failure of the arc short circuit detection unit, the circuit breaker 4 (Q3) is tripped in the same way as with an external short circuit due to the operation of the time relay 17.

Реле 32 времени обеспечивает селективность действия при внутренних КЗ, так как без выдержки времени отключается поврежденное присоединение, например, как в рассмотренном случае выключатель 4, а при отказе накала защита поврежденного присоединения или отказе выключателя этого присоединения с дополнительной выдержкой времени Δ t=0,2-0,5 с отключается выпрямитель вводной ячейки. The time relay 32 provides selectivity for internal faults, because without a time delay, the damaged connection is disconnected, for example, as in the case under consideration, switch 4, and in case of a failure of the protection of the damaged connection or failure of the switch of this connection with an additional time delay Δ t = 0.2 -0.5 s disconnect rectifier input cell.

Возможно также срабатывание защиты КРУ при близком внешнем КЗ, происходящем через электрическую дугу. Функционирование устройства аналогично предыдущему случаю. При этом выполняется селективное действие защиты КРУ без выдержки времени. It is also possible to activate the protection of the switchgear with a close external short-circuit occurring through an electric arc. The operation of the device is similar to the previous case. In this case, the selective action of the switchgear protection without time delay is performed.

Таким образом, предлагаемое устройство защиты КРУ позволяет выполнить быстродействующее и селективное отключение как внешних, так и внутренних КЗ, что в итоге повышает надежность работы электроустановки, а также уменьшить объем разрушений при внутренних КЗ. Thus, the proposed switchgear protection device allows quick and selective shutdown of both external and internal faults, which ultimately increases the reliability of the electrical installation, as well as reduce the amount of damage during internal faults.

Claims

DEVICE FOR PROTECTING COMPLETE DISTRIBUTION DEVICES, containing current relays connected to current transformers of the input cell of linear cells, sectional inclusion cells, the direct outputs of which are connected to the inputs of the time relay, and the direct output of the current relay of the input cell and the inverse outputs of the remaining current relays are connected to the logic inputs AND circuit, the output of which is connected together with the time relay of the input cell to the first and second inputs of the OR logic circuit, characterized in that an additional block for detecting the arc a short circuit, the inputs of which are intended to be connected to three phases of a voltage transformer, consisting of elements for fixing an arc short circuit according to the number of phases, each of which consists of a first threshold element and a series-connected filter of a triple frequency of the network and a second threshold element, the output of which is connected to the input logic AND, the other input of which is connected to the output of the first threshold element, the input of which, together with the input of the filter of the tripled frequency of the network, forms the corresponding the input of the arc short circuit fixation element and the arc short circuit detecting unit, the outputs of all logic circuits AND are the outputs of their arc short circuit fixation elements and are connected to the inputs of the OR logic circuit, and its output is to the second inputs of the additionally introduced logical circuits AND, the first inputs of which connected to the direct outputs of the current relay, and the outputs of the mentioned circuits AND linear cells and section cells are connected to the second inputs of additional OR circuits, the first inputs of which are connected to the outputs of the relay the voltage of the corresponding cell, and the outputs are connected in the trip circuit of the corresponding switch, the output of the two-input logic circuit AND the input cell is connected to the input of the additional time relay, the output of which is connected to the third input of the OR logic circuit, and the output of the latter is connected to the trip circuits of the input cell circuit breaker.