RU2208257C1

RU2208257C1 - Differential relay

Info

Publication number: RU2208257C1
Application number: RU2002102897/09A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Шапошников
Original assignee: Шапошников Александр Николаевич
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-07-10

Abstract

FIELD: short-circuit protective gear for transformers. SUBSTANCE: differential relay has connected in series instrument transformer, rectifier unit, low-frequency filter, and first threshold unit; series-connected pulse counter, second threshold unit, and final element; clock generator; AND gate whose forward input is connected to HIGHER output of first threshold unit, second forward input, to clock generator output, and output, to pulse counter data input; OR gate; pulse shaper whose input is connected to LOWER output of first threshold unit and output, to first input of OR gate, output of the latter being connected to zero setting input of pulse counter; monostable multivibrator whose output is connected to second input of OR gate and to trigger input of clock generator; and third threshold unit whose input is connected to output of pulse counter and output, to inverting input of AND gate. EFFECT: enhanced precision and immunity to noise caused by heavy inrush magnetizing currents when turning on unloaded transformer. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах дифференциальной защиты трансформаторов при коротких замыканиях в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания, которые возникают при включении ненагруженного трансформатора. The invention relates to electrical engineering and can be used in devices for the differential protection of transformers during short circuits under the conditions of the possible occurrence of magnetizing current surges that occur when an unloaded transformer is turned on.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1]. A device is known that contains a series-connected clock generator, a binary counter, a decoder, a pulse shaper and an actuator made in the form of a transistor [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве дифференциального реле. The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality that does not allow its use as a differential relay.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные измерительный трансформатор, выпрямительный блок, фильтр нижних частот, первый пороговый блок, реагирующий орган, выполненный в виде второго порогового блока, и исполнительный элемент, выполненный в виде реле [2]. Closest to the technical nature of the proposed device is a device containing a series-connected measuring transformer, a rectifier unit, a low-pass filter, a first threshold unit, a reactive body made in the form of a second threshold unit, and an actuator made in the form of a relay [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность в условиях возможного действия помех, вызванных мощными бросками тока намагничивания, возникающими при включении ненагруженного трансформатора. The disadvantage of the closest technical solution is the relatively low accuracy under the conditions of the possible action of interference caused by powerful inrush currents of the magnetization that occur when you turn on an unloaded transformer.

Техническим результатом изобретения является повышение точности. The technical result of the invention is to increase accuracy.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные измерительный трансформатор, вход которого является информационным входом реле, выпрямительный блок, фильтр нижних частот и первый пороговый блок, а также последовательно соединенные второй пороговый блок и исполнительный элемент, введены счетчик импульсов, выход которого соединен с входом второго порогового блока, генератор тактовых импульсов, элемент И, первый прямой вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока, второй прямой вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен со счетным входом счетчика импульсов, элемент ИЛИ, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом "Меньше" первого порогового блока, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика импульсов, одновибратор, вход которого соединен с входом запуска реле, а выход - со вторым входом элемента ИЛИ и с входом запуска генератора тактовых импульсов, и третий пороговый блок, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход соединен с инверсным входом элемента И, при этом формирователь импульсов предназначен для формирования на его выходе импульса по заднему фронту его входного сигнала. Кроме того, исполнительный элемент выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с выходом второго порогового блока. This technical result is achieved by the fact that a pulse counter, an output, are introduced in a device containing a measuring transformer connected in series, the input of which is a relay information input, a rectifier unit, a low-pass filter and a first threshold block, as well as a second threshold block and an actuator connected in series which is connected to the input of the second threshold block, a clock, element And, the first direct input of which is connected to the output "More" of the first threshold block , the second direct input is connected to the output of the clock generator, and the output is connected to the counting input of the pulse counter, the OR element, a pulse shaper whose input is connected to the Less output of the first threshold block, and the output is connected to the first input of the OR element, the output of which is connected with the input of the zero pulse counter, a one-shot, the input of which is connected to the input of the relay start, and the output is with the second input of the OR element and with the input of the start of the clock generator, and the third threshold block, the input of which is connected with the output of the pulse counter, and the output is connected to the inverse input of the And element, while the pulse shaper is designed to generate a pulse at its output from the trailing edge of its input signal. In addition, the actuating element is made in the form of a relay with a make contact, the winding of which is directly or through an amplifier connected to the output of the second threshold block.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема дифференциального реле, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Figure 1 presents the electrical structural diagram of a differential relay, figure 2 is a timing diagram explaining its operation.

Дифференциальное реле (фиг.1) содержит последовательно соединенные измерительный трансформатор 1, выпрямительный блок 2, фильтр 3 нижних частот и первый пороговый блок 4, последовательно соединенные счетчик 5 импульсов, второй пороговый блок 6 и исполнительный элемент 7, генератор 8 тактовых импульсов, элемент И 9, первый прямой вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока 4, второй прямой вход соединен с выходом генератора 8 тактовых импульсов, а выход соединен со счетным входом счетчика 5 импульсов, элемент ИЛИ 10, формирователь импульсов 11, вход которого соединен с выходом "Меньше" первого порогового блока 4, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ 10, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика 5 импульсов, одновибратор 12, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ 10 и с входом запуска генератора 8 тактовых импульсов, и третий пороговый блок 13, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход соединен с инверсным входом элемента И. The differential relay (figure 1) contains a series-connected measuring transformer 1, a rectifying unit 2, a low-pass filter 3 and a first threshold block 4, a counter 5 pulses 5 connected in series, a second threshold block 6 and an actuator 7, a clock pulse generator 8, an element And 9, the first direct input of which is connected to the “More” output of the first threshold block 4, the second direct input is connected to the output of the clock generator 8, and the output is connected to the counting input of the pulse counter 5, OR element 10, forms pulse collector 11, the input of which is connected to the output “Less” of the first threshold block 4, and the output is connected to the first input of the OR element 10, the output of which is connected to the input of the zero counter 5 pulses, a one-shot 12, the output of which is connected to the second input of the OR element 10 and with the start input of the clock generator 8, and the third threshold unit 13, the input of which is connected to the output of the pulse counter, and the output is connected to the inverse input of the element I.

Измерительный трансформатор 1, выпрямительный блок 2, фильтр 3 нижних частот могут иметь ту же конструкцию, что и в описании прототипа. Первый 4, второй 6 и третий 13 пороговые блоки являются соответственно аналоговым и цифровыми компараторами. Фильтр 3 нижних частот настроен на пропускание постоянной составляющей и составляющей промышленной частоты. Исполнительный элемент 7 может быть выполнен, как и в прототипе, в виде реле, обмотка которого через усилитель или непосредственно соединена с выходом второго порогового блока 6. Формирователь 11 импульсов вырабатывает одиночный импульс при перепаде на его входе сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы. Остальные элементы являются стандартными элементами электротехники. Цепи питания, кроме цепи питания одновибратора 12, на чертеже опущены, как несущественные. Measuring transformer 1, rectifier unit 2, low-pass filter 3 can have the same design as in the description of the prototype. The first 4, second 6 and third 13 threshold blocks are respectively analog and digital comparators. The low-pass filter 3 is configured to pass a constant component and a component of the industrial frequency. The actuating element 7 can be made, as in the prototype, in the form of a relay, the winding of which is connected through an amplifier or directly connected to the output of the second threshold unit 6. The pulse shaper 11 generates a single pulse when the signal at its input drops from a logical zero level to a logical unit level . The remaining elements are standard elements of electrical engineering. The power circuit, in addition to the power circuit of the single-shot 12, is omitted in the drawing as non-essential.

На фиг. 2а показан сигнал на выходе фильтра 3, фиг.2б - на выходе счетчика, фиг.2в - на выходе второго порогового блока. In FIG. 2a shows the signal at the output of filter 3, FIG. 2b - at the output of the counter, FIG. 2c - at the output of the second threshold block.

Работает дифференциальное реле следующим образом. The differential relay operates as follows.

Дифференциальное реле предназначено для работы в устройствах дифференциальной защиты трансформаторов при коротких замыканиях в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания, которые возникают при включении ненагруженного трансформатора. Для исключения ложных срабатываний производится отстройка от бросков тока намагничивания путем выявления различий между формой кривой тока короткого замыкания (область 2) и кривой тока намагничивания (область 3) на фиг.2а. The differential relay is designed to operate in the differential protection devices of transformers during short circuits in the event of the possible occurrence of magnetizing current surges that occur when an unloaded transformer is turned on. To eliminate false alarms, detuning from magnetizing current surges is performed by identifying differences between the shape of the short circuit current curve (region 2) and the magnetization current curve (region 3) in Fig. 2a.

Сигнал тока от защищаемого объекта трансформируется в измерительном трансформаторе 1, выпрямляется в выпрямительном блоке 2 и фильтруется в фильтр 3 нижних частот, который выделяет постоянную составляющую и составляющую промышленной частоты (фиг.2а). The current signal from the protected object is transformed in the measuring transformer 1, rectified in the rectifying unit 2 and filtered into a low-pass filter 3, which selects a constant component and a component of industrial frequency (figa).

При подаче на одновибратор 12 сигнала питания последний вырабатывает импульс, поступающий на вход запуска генератора 8 тактовых импульсов и через элемент ИЛИ 10 - на вход установки в ноль счетчика 5 импульсов. При отсутствии короткого замыкания на выходе фильтра 3 вырабатывается сигнал постоянной составляющей и низкий уровень сигнала первой гармоники тока промышленной частоты (область 1 на фиг.2а). При коротком замыкании (область 2 на фиг.2а) на выходе "Больше" первого порогового блока 4 формируется сигнал с уровнем логической единицы, в результате чего на счетный (информационный) вход счетчика 5 поступают импульсы от генератора 8 импульсов. При превышении выходным сигналом счетчика 5 (фиг.2б) заданного порогового уровня срабатывает второй пороговый блок 6 (фиг.2в) и на его выходе формируется сигнал логической единицы, приводящий, в свою очередь, к срабатыванию исполнительного элемента 7. When a power signal is applied to the single-vibrator 12, the latter generates a pulse supplied to the start input of the generator 8 clock pulses and through the OR element 10 to the input of the zero pulse counter 5 pulses. In the absence of a short circuit at the output of the filter 3, a constant component signal and a low signal level of the first harmonic of the industrial frequency current are generated (region 1 in Fig. 2a). In case of a short circuit (region 2 in FIG. 2a), a signal with a logic level of 1 is generated at the output of the “More” first threshold block 4, as a result of which pulses from the pulse generator 8 are sent to the counting (information) input of the counter 5. When the output signal of counter 5 (FIG. 2b) exceeds a predetermined threshold level, the second threshold block 6 (FIG. 2c) is triggered and a logic unit signal is generated at its output, which, in turn, leads to the actuation of actuator 7.

Если наблюдаются броски тока намагничивания (область 3 на фиг.2а), то наличие периодических областей в выходном сигнале фильтра 3 ниже уровня порога первого порогового блока 4 приводит к периодическому обнулению счетчика 5 импульсов за счет формирования импульса обнуления формирователем 11. Поэтому срабатывания исполнительного элемента 7 не происходит. If magnetization current surges are observed (region 3 in Fig. 2a), then the presence of periodic regions in the output signal of the filter 3 below the threshold level of the first threshold unit 4 leads to periodic zeroing of the pulse counter 5 due to the formation of a zeroing pulse by the driver 11. Therefore, the actuation element 7 not happening.

Кроме того, для исключения возможного сбоя работы дифференциального реле вследствие переполнения счетчика 5 импульсов, что, как правило, приводит к его обнулению, на выходе счетчика 5 импульсов включен третий пороговый блок 13, порог срабатывания которого устанавливается несколько меньше объема счетчика 5, но выше порога срабатывания второго порогового блока 6. Поэтому при формировании на выходе третьего порогового блока 13 уровня логической единицы, который подается на инверсный вход элемента И 9, прекращается поступление импульсов генератора 8 на счетный вход счетчика 5. Поэтому его переполнения не происходит при любых ситуациях работы устройства. In addition, to eliminate the possible failure of the differential relay due to overflow of the 5 pulse counter, which, as a rule, leads to its zeroing, the output of the 5 pulse counter includes a third threshold block 13, the threshold of which is set slightly less than the volume of the counter 5, but above the threshold the triggering of the second threshold block 6. Therefore, when the output of the third threshold block 13 is a logical unit level that is fed to the inverse input of the And 9 element, the generation of the generator pulses stops torus 8 to the counting input of the counter 5. Therefore, its overflow does not occur in any situations of operation of the device.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку в нем предусмотрена защита от мощных бросков тока намагничивания. Thus, the proposed device has higher accuracy, since it provides protection against powerful inrush currents of magnetization.

Источники информации
1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис. 35.10.Sources of information
1. Electrical reference book, in 4 volumes, t.2. Electrical products and devices. Under the general editorship of V.G. Gerasimova et al. - Moscow: Publishing House MPEI, 1998, p. 390, fig. 35.10.

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с.112, рис. 2.66 (прототип). 2. Chernobrovov N.V., Semenov V.A. Relay protection of energy systems. - M.: Energoatomizdat, 1998, p. 112, Fig. 2.66 (prototype).

Claims

1. A differential relay containing a series-connected measuring transformer, the input of which is the information input of a differential relay, a rectifier block, a low-pass filter and a first threshold block, as well as a second threshold block and an actuator connected in series, characterized in that a pulse counter is input, an output which is connected to the input of the second threshold block, a clock generator, element And, the first direct input of which is connected to the output "More" of the first threshold lock, the second direct input is connected to the output of the clock generator, and the output is connected to the counting input of the pulse counter, an OR element, a pulse shaper whose input is connected to the Less output of the first threshold block, and the output is connected to the first input of the OR element, the output of which connected to the input of the zero pulse counter, a single vibrator, the input of which is connected to the differential relay start input, and the output - to the second input of the OR element and to the start input of the clock generator, and a third threshold block, the input of which is connected to the output of the pulse counter, and the output is connected to the inverse input of the And element, while the pulse shaper is designed to generate a single pulse at its output when the signal at its input drops from a logical zero level to a logical unit level.

2. The relay according to claim 1, characterized in that the actuating element is made in the form of a relay with a make contact, the winding of which is directly or through an amplifier connected to the output of the second threshold block.