SU1019538A1 - Устройство дл дифференциальной защиты - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЯСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ, соде1 аиее блок датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сравнени  со средней точкой, фазный орган, соединенный с выходом схемы сравнени  через выпр митель , пускэвой орган, включенный между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнени , первый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом фазного и пускового органов, а выход - с входом выходного органа, отличаю.щее с   тем, что, с целью повышени  селективности защиты при внешних повреждени х, дополнительно введены два компаратора, второй элемент И, расширитель импульсов, инвертор, блок дифференцировани , формирователь сигналов запрета, дифференциальное сопротивление нагрузки, при этом последнее включено последовательно, с пусковым органом между общей точ-. кой. вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнени , причем средн   точка схемы сравнени  соединенна  с одним концом дифференциального сопротивлени  нагрузки. заземлена, а катоды и анода многоплечевого диодного полумоста соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами первого и второго компараторов соответственно/причем инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход второго компаратора  вл ютс  их управл ющими входами, выходы компараторов соединены с входами второго элемента И, выход котЬрого св зан с входом расширител  импульсов и выходом фор чировател  сигналов запрета , шлход расширител  импульсов соединен с входом инвертора и управл ющим входом второго компаратора, а управл ющий вход первого компарато-- ра св зан с выходом инвертора и тре- S . тьим входом первого логического эле (Л мейта И,незаземленный конец дифференциального сопротивлени  нагрузки toeдинён с входом блока дифференцировани , выход которого соедине с входом формировател  сигналов запрета. ,2. Устройство ПОП.1, отличающеес  тем, что формирователь сигналов запрета содержит третий и четвертый компаратор л, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор и второй инвертор причем вход фор мировател  сигналов запрета соедисл нен с неинвертирующим входом третьесо го и инвертирующим входом четвертого компаратора, при этом инвертирую00 щий вход третьего компаратора предназначен дл  подключени  к плюсовому .зажиму источника опорного напр жени , а неинвертирующий вход четвертого компаратора - дл  подключени  к минусовому зажиму источника опорного напр жени , выходы третьего и четвертого компараторов подключенык анодам двух диодов, катоды которых объединены в общую точку с входом второго инвертора, одним концом нагрузочного резистора и конденсатора, другие концы которых зазе1члены, вы

Description

ход второго инвертора соединен с катодом третьего диода, анод которого

 вл етс  выходом формировател  сигналов запрета.

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  защиты сборных шин электростанций и подстанций, ошиновок силовых трансформаторов и автотрансформаторов, высоковольтных электродвигателей и синхронных компенсаторов.

Известно устройство дл  диффёрен .циальной защиты шин, содер кащее группу параллельно включенных выпр мительных полумостов, тормозные и рабочие сопротивлени ,реагирующий ор гаи, причем тормозной сигнал, пропорционален абсолютному значению положительных или отрицательных полуволн токов присоединений Cl3.

Недостатками данного устройства  вл ютс  низка  селективность и быстродействие в переходных режимах работы, а также снижение чувствительности к внутренним замыкани м при наличии вытекающих токов нагрузки.

Известно также устройство дл  дифференциально-фазной защиты, содержащее нелинейные датчики тока, схему преобразовани  входных величин, схему сравнени  на резисторах, шунтированных стабилитронами и присоединенный к ней через емкости реагирующий орган и обладающее более высокой селективностью в переходных режимах 23.

Однако это устройство не может обеспечить селективность действи  защиты в переходных режимах внешнего короткого замыкани  в услови х npeji дельно искаженной информации от трансформаторов тока.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  дифференциально-фазной защиты сборных шин, содержащее датчики тока, включенные в каждое плечо защиты, многоплечевой диодный полумост, присоединенную к нему двухплечевую схему сравнени  на резисторах и стабилитронах, фазный орган, св занный со схемой сравнени  через выпр мительный мост, логический блок И, два входа которого соединены с выходами пускового и фазного органов, два формировател  входных логических сигналов, блок запрещени  и разрешени  срабатывани , блок временной задержки и два логических элемента И-НЕ

Известное устройство отстроено от внешних коротких замыканий при глубоких насыщени х трансформаторов тока путем использовани  признака идеальной трансформации трансформаторов

тока до момента насыщени  сердечника в первой полуволне переходного процесса С 3.

Однако если трансформатор тока работает в области средних-индукций возможна ложна  выдача разрешающего на срабатывание за1диты сигнала. Кроме того, прн глубоких насыщени х трансформаторов тока.напр жение на входе формировател  логического сигнала может оказатьс  недостаточным дл  его запуска (особенно в случае, если вследствие развити  системы краность тока короткого замыкани  превысила предельную дл  трансформатора тока, и блокируюечий сигнал не будет вырабатыватьс  именно тогда, когда погрешность трансформатора тока максмальна . Все это существенно снижает отстроенность защиты в рехсимах внешних коротких замыканий при работе трансформаторов тока как при глубоких насыщени х, так и в области средних индукций.

Целью изобретени   вл етс  повышение селективности защиты при внешних повреждени х при сохранении высокого быстродействи  в различных режимах внутренних коротких замыкани х .

Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  дифференциально защиты, содержащее блок датчиков тока , одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сравнени  со средней точкой, фазный орган, соединенный с выходом схемы сравнени  через выпр митель, пусковой орган, включенный между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнени , первый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом фазного и пускового органов, а выход - с входом выходного органа, дополнительно введены два компаратора, второй элемент И, расширитель иглпульсов , инвертор, блок дифференцирова-: ни , формирователь сигналов запрета, дифференциальное сопротивление нагрузки , при этом последнее включено последовательно с пусковым органом между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы

сравнени , причем средн   точка схемы сравнеии , соединенна  с одним концом дифференциального сопротивлени  нагрузки, заземлена, а катоды и аноды многоплечево.го диодного полу моста соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами первого и второго компараторов соответственно, причем инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход вт&рого |сомпаратора  вл ютс  их управл ющими входами, выходы компараторов соединены с входами второго элемента И, выход которой св зан с входом расширител  импульсов и выходом формировател  сигналов запрета, выход расширител  импульсов соединен с.входом инвертора и управл ющим входом второго компаратора, а управл ющий вход первого компаратора св зан с выходом инвертора и третьим входом первого логического элемента И, неэаэемленный конец дифференциального ссэпротивлени  нагрузки соединен с входом блока дифференцировани , выход которого  вл етс  входом формиро вател  сигналов запрета, при этом формирователь сигналов запрета содержит третий и четвертый компараторы, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор и второй инвертор, приче вход формировател  сигналов запрета соединен с неинвертирующим входом третьего и инвертирующим входом четвертого компаратора, при этом инвертирукидий вход третьего компаратора

предназначен дл  подключени  к плюсовому зажиму источника опорного напр жени , а неинвертирукашй вход четвертого компаратора - дл  подключени  к минусовому зажиму источника опорного напр жени , выходы третвего и четвертого коглпараторов подключены к анодам двух диодов, катоды которых объединены в общую точку с входом инвертора, одним концом нагрузочного резистора и конденса тора, другие концы которых заземлены выход второго инвертора соединен с катодом третьего диода, анод которого  вл етс  выходом формировател  сигналов запрета.

На фиг.1 изобрсикена структурна  схема устройства защиты} на фиг.2 ИЗ, приведены осциллограммы ,токов и напр жений в цеп х устройства защи ты при внешнем и при внутреннем корртких замыкани х со сдвинутыми по фазе-токами.

На фиг.2 и 3 обозначены тпНтт4 вторичные токи трансформаторов тока защищаемого объекта,поступающие во входные цепи устройства защиты

- ток в дифференциальной цепи устройства защиты, образованной между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнени ,.

1019538

Зоп - начальный, ровень запуска компараторов 11 и .12 , i сниженный после фиксации режима внешнего короткого

замыкани уровень запуска компараторов 11 и 12/

jjjon уровень запуска компараторов

18 и 19.

а также сигналы на выходах соответствующих блоков устройства.

Устройство зшциты используетс  дл  защиты сборных шин 1, которые могут иметь несколько присоединений с линейными трансформаторами тока.

Устройство защиты содержит блок 2 датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту 3, катоды и анодда диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сгэавнени  со средней точкой 4. Фазный орган 5 соединен с выходом схемы 4 сравнени  через выпр митель 6. Пусковой орган 7 включен между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы 4 сравнени . Первый логический , мент И 8, первый и второй входы которого соединены с выходами фазного 5 и пускового 7 органов, подключен к входу выходного органа 9. Дифференциальное сопротивление нагрузки 1о включено последовательно с пусковым органом 17 между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы 4 сравнени , причем средн   точка схемы,4 сравнени  соединена с одним концом дифференциального сопротивлени  нагрузки 10 и заземлена. Неинвертирующий вход первого компаратора 11 соединен с катодами,а инвертирующий вход второго компаратора 12 - с анодами многоплечевого диодного полумоста 3, причем инвертирующий вход первого компаратора 11 и неинЬертирующий вход второго компаратора 12  вл ютс  их управл ющими входами. Входы второго элемента и 13 соединены с выходами компараторов 11 и 12, а выход - со входом расширител  14 импульсов и с выходом формировател  15 сигналов запрета. Выход расширител  14 импульсов соединен со входом первого инвертора 16 и управл ющим входом второго компаратора 12. Выход инвертора 16 подключен к управл ющему входу первого компаратора 11 и к третьему входу первого логического элемента И . Вход блока 17 дифференцировани  соединен с незаэемленным концом дифференциального сопротивлени  10, а выход - со входом формировател  15 сигналов запрета. Вход формировател , .15 сигналов Запрета соединен с неинвертирующим входом третьегО компаратора 18 и инвертирующим входом четвертого компаратора 19,. приче.. на инвертирующий вход третьего компаратора 18 подаетс  положи- тельное опорное напр жение, а на инвертируквдий вход четвертого компаратора 19 - отрицательное. Выход третьего компаратора 1й подключен к анодпервого диода 20, выход четвертого компаратора 19 - к аноду второго диода 21, катоды диодов 20 и 21, объединены н общую точку со входом второго инвертора 22 и с одним концо резистора 23 и конденсатора 24, другие концы гсоторых заземлены. Выход второго инвертора -i2 соединен с катодом третьего диода 25,-анод которого  вл етс  выходом формировател  15 сигналов запрета.

Устройство работает следующим образом .

Сигналы от блока датчиков тока первичные обмотки которых подключены к трансформаторам тока плеч зашиты, раз д;1 л ютс  по знаку полупериода .с помощью многоплечевого диодного полумоста J и поступают на вход схемы 4 сравнени .

При внутренних коротких замыкдни х в течение каждого периода обтекаютс  током попеременно оба резистора схемы 4 сравнени  и, если напр жение на стабилитронах схемы 4 .сразнени  не превышает напр жени  стабилизации, то по сопротивлению нагрузки схемы 4 сравнени  и в пусковом органе 7 протекает переменный ток. Если напр жение на стабилитрона схемы 7 сравнени  превышает напр жение стабилизации, то часть тока шунтируетс  стабилитронами, и по сЬпротивлению нагрузки схемы сравнени  протекает переменный ток с ограни.- ченной амплитудой. Защита сработает, если сработает фазный 5 и пусковой 7 органы и на третьем входе первого логического элемента И 8 будет сигнал высокого уровн . Врем  срабатывани  защиты составл ет 3-3,5 мс и опрдел етс  углом блокировки фазного органа 5. При внешнем коротком замыкнии или нормальном режиме одновременно существуют токи положительной и отрицательной пол рности и, если трансформаторы тока и датчики тока работают без погрешности, сигналы на входе фазного 5 и пускового 7 органо равны нулю. Следует заметить, что по цепи пускового органа в такой схеме протекает дифференциальный ток.

В переходном режиме внешнего корокого замыкани  один из трансформаторов тока (как правило - трансформато тока поврежденного присоединени ) обычно насыщаетс . Током обтекаютс  оба плеча схемы 4 сравнени  (при насщении трансформатора тока хот  бы кратковременно). При этом в начале каждой ПОЛУВОЛТ1Ы, совпадающей по знаку с апериодической слагающей,

ток небаланса содержит практически апериодическую слагающую, а периодическа  слагающа  близка к нулю. Поэтому производна  от тока небаланса в эти моменты времени также близка к нулю.

Сигналы с плеч схемы 4 сравнени  подаютс  на компараторы 11 и 12, положительный ( относительно средней точки, котора  дл  этого заземлена) на неинвертирук цнй вход компаратора 11, отрицательный - на инвертирующий вход компаратора 12. Уровень запуска последних / отстроен от напр жени  на плечах схемы сравнени  при номинальном сквозном токе.

Поскольку напр жени  на обеих плечах схемы сравнени  по в тз  одновременно, компараторы 11 и также срабатывают одновременно и на входах второго элемента И 13 по вл ютс  потенциалы высокого уровн , что  вл етс  одним из признаков внешнего короткого замыкани . Поскольку в начале периода ни один из-трансформаторов тока еще не насыщен, ток в дифференциальной цепи отсутствует, и сигнал с.выхода элемента И 13 подаетс  на вход расширител  14 им- пульсов, где он удлин етс  до 1820 мс. Напр жение логической 1 с выхода расширител  14 импульсов подас  на вход первого инвертора 16.

При этом напр жение логического О с выхода инвертора 16 подаетс  на третий вход первого элемента И 8, предупрежда  неселективное срабатывание защиты при ложном действии фазного 5 и пускового 7 органов. Вследствие снижени  напр жени  на управл ющем входе первого компаратора 11, св занного с выходом первого инвертора 16. и повышени  положительного напр жени  на управл ющем входе второго компаратора 12, св занного с выходом расширител  14 импульсов, г оизводитс  снижение уровн  запуска обоих компараторов 11 и 12. таким образом, в последующих периодах, когда вследствие насыщени  трансформаторов тока сигналы на плечах схемы сравнени  значительно уменьшаютс , формирование сигналов на входах второго элемента И i3 производитс  на низком уровне, чем обеспечиваетс  устойчивый запуск логической части схемы в последующих за первым периодах переходного процесса. В режиме внешнего короткого замыкани  при работе трансформатора тока в области средних индукций дл  отстройки от небаланса на предполагаемом участке идеальной трансформации в „последующих после первого периодах переходного процесса, а также дл  идентификации режима внутреннего короткого замыкани  со сдвинутыми по фазе токами используетс  .производна  дифференциального тока. Напр жение с сопротивлени  10 подаетс  на вход блока;17 дифференцировани , с выхода которого сигнал пропорциональный производной дифференциального тока, подаетс  на инвертирующий и . неинвертирук дий входы двух компараторов 1« и 19, фо мирующих на определенней уровне из разнопол рного сигнала положительные импульсы. Выходы компаратор 18 и 19 соединены по схеме ИЛИ дио ды 20 и 21). В исходном состо нии или при отсутствии дифференциальног тока на выходе обоих компараторов 18 и 19 будет отрицательное напр жение и на выходе второго инвертора 22, вход которого соединен с катода ми диодов 20 и 21, имеем потенциал высокого уровн . Таким образе, третий диод 25, катод которого подк чен к выходу инвертора 2, а анод  вл етс  выходом формировател  1ь сигналов запрета, закрыт и шунтировани  сигналов с выхода второго эле мента И 13 не происходит. В режиме внутреннего короткого замыкани  со сдвинутыми по фазе токами (фиг.З в течение времени совп дени  сигналов на входах второго элемента И 13 на выходе компаратора 18 и 19 будет потенциал высокого уровн , а на выходе второго инверто ра 22 - низкого. Поэтому сигналы с выхода элемента .И 1J шунтируютс  открытым диодом 25 и на вход расширител  14 импульсов сигналы не поступают . Блокировани  защиты логичес кой частью в этом режиме не происхо дит. В режиме внутреннего короткого замык&а   при одностороннем питании или отсутствии сдвига по фазе между токами компараторы 11 и 12 ср батывдют поочередно в Кс1ждой полуволне тока короткого заьыкани  и совпадени  сигналов на элементе И 12 не будет. При внутреннем коротком закыкании с вытеканвдим.. тсэком нагрузки, превышающим порог срабатывани  -/Зрп компараторов 11 и 12 также будет совпадение сигналов на входах элемента И 13. Если взаимный угол между втекающим током короткого зa вJкaни  и вытекающим током нагрузки близок к 180 то в момент совпадени  сигналов на входах элемента 13 компараторы 18 и 19 кратковременно-возврёицаютс  в исходное состо ние. Однако задержка на возврат резистор 23 и конденсатор 24) инвертора 22 в течение 11 ,6 мс достаточна, чтобы на выходе инвертора 22 в этом режиме сигнал логического О был непрерывным, Поэтому сигн,алы с выхода элемента И 13 шунтируютс  через открытый диод и блог, кировани  защиты также не произойдет. Если в результате внешнего короткого замыкани  возникнет короткое замыкание в зоне зан ты, по той же фаз е, топри наиболее неблагопри тном моменте возникновени  короткого замыкани  в зоне возможна задержка в срабатывании защиты до 20 мс, обусловленна  задержкой на возврат расширител  13 импульсов. При коротком замыкании в зоне на другой фазе врем  срабатывани  обусловлено только углом блокировки фазного органа. Таким образом, предлагаемое, устройство защиты обеспечивает по сравнению с известными устройствами, высокук . отстроенность во всех возможных режимах внешнего короткого за шкаии  при сохранении высокого быстродействи  в различный режимах внутреннего короткого замыкани  и мсисет найти широкое применение дл  защиты шин и трансформаторов подстанций и элект- ростанций. . .

Ю

й|-П4| 5:

I

G

- -KIZH

«s

in.

irrt

u

ni nil Пи r

itiK

u.

D

ltd

и

tl

tut

и

a

u

Af

tut

и

Д A

«

П Inn or

rMn

on ПП ПП

in

IT

Int im

u

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ, содержащее блок датчиков тока, одни концы вторичных обмоток которых объединены, а другие присоединены к многоплечевому диодному полумосту, катоды и аноды диодов которого объединены и подключены к двухплечевой схеме сравнения со средней точкой, фазный орган, соединенный с выходом схемы сравнения через выпрямитель, пусковой орган, включенный между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и средней точкой схемы сравнения, первый логический элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом фазного и пускового органов, а выход - с входом выходного органа, отличаю- щ е - е с я тем, что, с целью повышения селективности защиты при внешних повреждениях, дополнительно введены два компаратора, второй элемент И, расширитель импульсов, инвертор, блок дифференцирования, формирователь сигналов запрета, дифференциальное сопротивление нагрузки, при этом последнее включено последовательно, с пусковьм органом между общей точкой. вторичных обмоток датчиков тока И средней точкой схемы сравнения, причем средняя точка схемы сравнения соединенная с одним концом дифференциального сопротивления нагрузки, заземлена, а катоды и анода многоплечевого диодного полумоста соединены с иеинвертирующим и инвертирующим входами первого и второго компараторов соответственно/причем инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход второго компаратора являются их управляющими входами, выходы компараторов соединены с входами второго элемента И, выход котЬрого связан с входом расширителя импульсов и выходом формирователя сигналов запрета, выход расширителя импульсов соединен с входом инвертора и управляющим входом второго компаратора, а управляющий вход первого компаратора связан с выходом инвертора и третьим входом первого логического_эле мейта И,незаземленный конец дифференциального сопротивления нагрузки Соединен с входом блока дифференцирования, выход которого соединен с входом формирователя сигналов запрета.

<2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь сигналов запрета содержит трети! и четвертый компараторы, три диода, нагрузочный резистор, конденсатор и второй инвертор причем вход формирователя сигналов запрета соединен с неинвертирующим входом третьего и инвертирующим входом четвертого компаратора, при этом инвертирующий вход третьего компаратора предназначен для подключения к плюсовому .зажиму источника опорного напряжения, а неинвертирующий вход четвертого компаратора - для подключения к. минусовому зажиму источника опорного напряжения, выходы третьего и четвертого компараторов подключены к анодам двух диодов, катоды которых объединены в общую точку с входом второго инвертора, одним концом нагрузочного резистора и конденсатора, другие концы которых заземлены, вы,_aSU..„ 1019538 ход второго инвертора соединен с ка- является выходом формирователя сигтодом третьего диода, анод которого налов запрета.