SU1272390A1 - Устройство дл дифференциальной защиты трансформатора - Google Patents

Abstract

изобретение относитс  к области электротехники , а именно к релейной защите электроустановки, и может быть использовано дл  защиты трансформаторов и авто-, трансформаторов. Цель изобретени  - повыщение быстродействи  при коротких замыкани х , сопровождающихс  т желыми переходными процессами. Устройство содержит трансформаторы 1 тока, установленные по концам защищаемого объекта, к вторичным обмоткам которых присоединено дифференциально-фазное реле 2, и блок 3 фиксации признака броска тока намагничивани . Дифференциально-фазное реле 2 содержит блок 13 преобразовани  входных сигналов, двуплечий блок 14 сравнени , блок 15 управлени  углом блокировки. Между дифференциально-фазным реле 2 и блоком 3 фиксации признака броска тока намагничивани  включен блок 11 управлени . Повыщение быстродействи  достигаетс  тем, что блок 3 фиксации признака броска тока намагничивани  содержит блок 4 преобразовани , формирователь 5 контрольного сигнала , элемент 6 И-НЕ, функциональный преобразователь 7, компаратор 8 и блок 9 выдержки времени. Высокое быстродействие (Л достигаетс  тем, что пороговый элемент 10 разблокирует блок 16 через блок 11 управлени  при очень больщих токах внутренних коротких замыканий. 5 ил. ГС to со

Description

Изобретение относитс  к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты, и может быть использовано дл  защиты трансформаторов и автотрансформаторов.

Цель изобретени  - повыщение быстродействи  устройства дл  защиты трансформатора и автотрансформатора при коротких замыкани х, сопровождающихс  т желыми переходными процессами.

На фиг. 1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства дл  защиты трансформатора; на фиг. 2 и 3 - эпюры выходных сигналов переходного процесса при апериодическом и периодическом бросках тока намагничивани  соответственно; на фиг. 4 - эпюры переходного процесса тока КЗ при максимальной апериодической слагающей и глубоком насыщении трансформаторов тока; на фиг. 5 - эпюры переходного процесса тока КЗ при отсутствии апериодической слагающей.

Устройство дл  дифференциальной защиты трансформатора (фиг. 1) содержит трансформаторы 1 тока,установленные по сторонам силового трансформатора и подключенные к дифференциально-фазному реле 2, блок 3 фиксации признака броска тока намагничивани , содержащий блок 4 преобразовани , формирователь 5 контрольного сигнала, логический элемент И-НЕ 6, функциональный преобразователь 7, компаратор 8 и блок 9 выдержки времени, пороговый элемент 10 и блок 11 управлени .

Первый выход дифференциально-фазного реле 2 соединен с первым входом блока 3,  вл ющимс  входом блока 4 преобразовани , выход которого  вл етс  входом формировател  5 контрольного сигнала. Два выхода формировател  5 контрольного сигнала  вл ютс  входами логического элемента И-НЕ 6. Вход функционального преобразовател  7,  вл ющийс  вторым входом блока 3, и вход порогового элемента 10 объединены и подключены к второму выходу дифференциально-фазного реле 2. Два выхода функционального преобразовател  7 подключены к компаратору 8, выход которого  вл етс  входом блока 9 выдержки времени. Выходы логического элемента И- НЕ 6 и блока 9 выдержки времени,  вл ющиес  выходами блока 3, а также выход порогового элемента 10 подключены к блоку 11 управлени , выход которого подключаетс  к управл ющему входу дифференциально-фазного реле 2.

Конкретна  реализаци  предлагаемого .устройства может быть следующей. Трансформаторы 1 тока выполнены из общеизвестных высоковольтных измерительных грансформаторов тока.

Дифференциально-фазное реле ,2 может быть выполнено, например, по схеме, содержащей блок 12 датчиков тока, первые два выходы которых соединены с блоком 13 преобразовани  входных величин, выходы которого подключены к двум входам двуплечего блока 14 сравнени , первый выход которого подключен к блоку 15 управлени  углом блокировки, а два других соединены с фазным блоком 16. Первый управл ющий вход фазного блока 16 подключен к выходу блока 15 управлени  углом блокировки , а второй управл ющий вход  вл етс  управл ющим входом дифференциально-фазного реле 2. Между третьими выходами блока 12 датчиков тока и двуплечего блока 14 сравнени  включен преобразователь 17 дифференциального тока, первый выход которого  вл етс  вторым выходом . дифференциально-фазного реле 2 и подключен к входу пускового блока 18, а второй выход  вл етс  первым выходом дифференциально-фазного реле 2. Выход логического элемента И 19, входами которого  вл ютс  выходы фазного 16 и пускового 18 блоков,  вл етс  основным выходом дифференци0 ально-фазного реле 2.

Блок 12 датчиков тока реле содержит промежуточные датчики тока, первичные обмотки которых  вл ютс  входами блока 12 датчиков тока, одни одноименные концы вторичных обмоток  вл ютс  первыми двум  5 выходами блока 12 датчиков тока, а другие одноименные концы объединены и  вл ютс  третьим выходом.

Блок 13 преобразовани  входных величин реле содержит многоплечевой диодный полумост, катоды и аноды которого объединены и  вл ютс  его выходами.

Двуплечий блок 14 сравнени  реле состоит из последовательно соединенных двух резисторов и двух стабилитронов.

Блок 15 управлени  углом блокировки реле может быть выполнен по общеизвестной схеме блока нелинейности, выход которого  вл етс  выходом блока 15 управлени  углом блокировки.

Фазный 16 и пусковой 18 блоки реле выполнены по схеме регулирующего органа с

выдержкой времени и без выдержки времени соответственно на операционных усилител х .

Преобразователь 17 дифференциального тока реле выполнен, например, по схеме, со , держащей два разделительных трансформатора 20 и 21, первичные обмотки которых включены последовательно и  вл ютс  входами преобразовател  17 дифференциального тока, а вторична  обмотка разделительного трансформатора 20 под0 ключена к выпр мительному мосту 22, выход которого  вл етс  первым выходом преобразовател  17 дифференциального тока, вторична  обмотка разделительного трансформатора 21 подключена к резистору и  вл етс  вторым выходом преобразовател  17.

5 Блок 4 преобразовани  содержит активный дифференциатор 23, вход которого  вл етс  входом блока 4, а выход подключен к активному двухполупериодному выпр Мигелю 24, выходкоторого  вл етс  выходом блока 4 преобразовани . Формирователь 5 контрольного сигнала содержит ждущий мультивибратор 25 и компаратор 26. Вход компаратора 26  вл етс  входом формировател  5 контрольного сигнала , а выход  вл етс  первым выходом формировател  5 и подключен к ждущему мультивибратору 25, выход которого  вл етс  вторым выходом формировател  5 контрольного сигнала. Функциональный . преобразователь быть выполнен, например, по схеме содержащей интегрирующее 27 и дифференцирующее 28 звень , входы которых объединены и  вл ютс  входом функционального преобразовател  7, а их выходы - его выходами, компаратор 29, вход которого подключен к выходу дифференцирующего звена 28, а выход к транзисторному ключу 30, выход которого подключен к выходу интегрирующего звена 27. Блок 9 выдержки времени в свою очередь содержит транзисторный ключ 31, база которого  вл етс  входом блока 9, зар дную RC-цепь и компаратор 32, выход которого  вл етс  выходом блока 9 выдержки времени. Пороговый элемент 10 может быть выполнен на операционном усилителе. Блок 11 управлени  выполнен по схеме .ИЛИ расщирени  импульсов с использованием логических элементов И-НЕ 33 и 34. .т n lWrvriA JJIt,IYItn J VJD 11-, %JtJ n UT. Устройство защиты работает следующим образом. Сигналы от датчиков тока (блок 12), пер .вличныё обмотк тсгугорьпгподключены к трансформаторам 1 тока плеч защиты, раздел ютс  по знаку полупериода с помощью блока 13 преобразовани  входных величин и поступают на входы блока 14 сравнени , При внутренних КЗ и периодических бросках тока намагничивани  током в течение Каждого периода обтекаютс  попеременно Ъба резистора блока 14 сравнени  и если напр жение на стабилитронах блока 14 сравнени  не превыщает напр жени  стабилизации UCT, то в фазном блоке 16 и по обмоткам разделительных трансформатоi joB 20 и 21 преобразовател  17 дифферен циального тока протекает переменный ток. ,Если напр жение на стабилитронах блока 14 сравнени  превыщает Ост, то. часть тока шунтируетс  стабилитронами и в фазном блоке 16 протекает переменный ток с drpaниченной амплитудой. В указанных выше режимах на входе блоке 15 управлени  углом блокировки напр жение с выхода блока 14 сравнени  не превышает UCT, поэтому блок 15 не вырабатывает управл ющего сигнала дл  фазного блока 16. Защита срабатывает , если срабатывают фазный 16 и пусковой 18 блоки, представл ющие реагирующие органы с выдержкой и без выдержки времени соответственно, и на выходе логического элемента И 19 по вл етс , сигнал отключе1ги . F исходном с.осто } им с РЗЫхода блока I1 управлени  на пторой управл ющий вход фазного блока 16 поступает :игнал запрещени  срабатывани . Задача блока 3 фиксации прнз)1ака брос .а тока намагничивани  устройства защиты заключаетс  в идентификации режима внутреннего КЗ и сн тии сигнала запрещени  с второго управл ющего входа фазного блока 16. В основу принципа действи  первог(3 канала блока 3 фиксации признака броска тока намагничивани , содержащего блок 4 преобразовани , формирователь 5 контрольного сигнала, логический элемент ИНЕ 6, положено то свойство, что форма апериодического броска тока намагничивани  представл ет собой последовательность пикообразных импульсов, максимальна  длительность которых не превыщает 13,5 мс и форма периодического броска тока намагничивани  представл ет собой последовательность периодических импульсов, максимальна  длительность которых не превышает 16,6 мс, а между импульсами следуют бестоковые паузы (фиг. 2, 3). Однако вследствие посто нной времени апериодического -броска тока намагничивани  последн   плохо трансформируетс  трансформаторами тока плеч защиты и датчиками тока устрой-, ства защиты, при этом в кривой броска тока намагничивани  вместо пауз по вл -, отрицательные пблуволны малой крутизны (фиг. 2). Дл  восстановлени  бестоковых пауз в блоке 4 преобразовани  дифференциатор 23 дифференцирует входной сигнал. Сигнал с выхода дифференциатора 23 выпр мл етс  активным двухполупериод ш выпр мителем 24 и запускает формирователь 5 контрольного сигнала на,уровне несколько ниже порога срабатывани  дифференциально-фазного реле 2 защиты. Ждущий мультивибратор 25 при этом вырабатывает блокирующий сигнал на логический элемент И-НЕ 6 длительностью 17 мс. Бла Д Р режиме броска тока намаг ичивани  на выходе логического элемента И-НЕ 6 посто нно присутствует логическа  единица (фиг. 2 и 3). При внутренних коротких замыкани х в производной тока короткого замыкани  через 17 мс нет бестоковых пауз (фиг. 5) и на выходе логического элемента И-НЕ 6 по вл етс  логический ноль, который запоминаетс  на некоторое врем  блоком 11 управлени  и снимает сигнал запрещени  с второго управл ющего входа фазного блока 16 дифференциально-фазного реле 2. Однако Три кратност зс внутреннего короткого заМЫ кани , не превышающих максимальное значение броска тока намагничивани  и содержащих максимальное значение апериодической составл ющей в производной тока короткого замыкани , через 17 мс с начала переходного процесса по вл ютс  бестоковые паузы вследствие насыщени  трансформаторов тока п.леч защиты (фиг. 4). Поэтому первый канал блока фиксации признака броска тока намагничивани  дает аадержку в срабатывании дифференциально-фазного реле.

Задача второго канала блока 3 фиксации п)изнака броска тока намагничивани , содержап1его функциональный преобразователь 7, компаратор 8, блок 9 выдержки времени состоит в вы влении режима внутрен негн короткого замыкани  с максимальной апериодической составл ющей, когда воз можно значительное насыщение трансформаторов тока плеч защиты и, следовательно, задержки в срабатывании реле.

В основу принципа действи  второго ка/1ала блока фиксации признака броска тока намагничивани  положено то свойство, что форма кривой тока короткого замыкани  с максимальной апериодической составл ющей отличаетс  от формы кривой апериодического броса тока Намагничивани  с максимальной щириной основани  {фиг. 2 и 4). Анализ формы сигнала, пропорционального модулю дифференциального тока, поступающего с первого выхода преобразовател  17 дифференциального тока, осуществл етс  функциональным преобразователем 7, содержащим , например, дифференцирующее 28 и интегрирующее 27 звень . Компаратор 29 и транзисторный ключ 30 производ т сброс зар да конденсатора интегрирующего звена 27 в момент перехода через ноль производной модул  дифференциального тока. Компаратор 8 сравнивает сигналы с выхода функционального преобразовател  7, а блок 9 выдержки времени контролирует врем  с .начала переходного процесса до точки пересечени  этих сигналов. В режиме внутреннего короткого замыкани  с начаьным углом .60°, т.е. при наличии максимальных апериодических слагающих, контролируемое врем  всегда больше, чем при бросках тока намагничивани  с максимальной щириной основани . Врем  выдержки t блока 9 выдержки времени определ етс  по выражению

tB 1кБТН4- 1эапж 3,5- 4,0 мс,

где 1кБТН - контролируемое врем  при апериодических бросках тока намагничивани  с максимальной шириной основани , принимаетс  3-3,5 мс; 1ап.жО,5мс врем  запаса.

При превышении контролируемого времени 4 мс, что соответствует внутреннему Короткому замыканию с начальным углом

/.50(фиг. 4), на выходе блока 9 выдержк времени по вл етс  логический нуль, фикс1 - рующий наличие максимальной апериодической слагающей, который также запоминаетс  на некоторое врем  блоком 11 управле ни  и разблокировывает фазный блок 16 дифференциально-фазного реле 2.

При очень больших токах внутренних коротких замыканий, првышающих максиг зльные значени  броска тока намагничивани , представл ющих значительную опасность дл  устойчивости работы системы, срабатывает пороговый элемент 10 и аналогично описанному выще разблокировывает фазный блок 16 дифференциально-фазного реле, чем обеспечиваетс  наиболее высокое быстродействие защиты.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  дифференциальной зЗщиты трансформатора, содержащее трансформаторы тока, установленные по концам

   защищаемого объекта, вторичные обмотки

   .которых подключены к рабочему входу дифференциально-фазного реле, блок фиксации

   признака броска тока намагничивани , по-

   5 роговый элемент, при этом второй вход блоки фиксации признака броска тока намагни чивани  и вход порогового элемента объеди- нены между собой и присоединены к второму выходу дифференциально-фазного реле, а также блок управлени , входы которого

   & соединены с выходами блока фиксации признака броска тока намагничивани  и порогового элемента, а выход соединен с управл ющим входом дифференциально-фазного реле, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  при коротких замы5 каии х, сопровождающихс  переходными процессами, блок фиксации признака броска тока намагничивани  содержит блок преобразовани , формирователь контрольного сигнала, логический элемент И-НЕ, функци- ональный преобразователь, компаратор и блок выдержки времени, при этом первый выход дифференциально-фазного реле соединен с первым входом блока фиксации признаку броска тока намагничивани , к которому подключен вход блока преобразовани ,

   5 выход которого соединен с формирователем контрольного сигнала, два выхода которого подключены к логическому элементу И-НЕ, второй вход блока фиксации признака броска токд намагничивани  соединен с входом функционального преобразовател ,

   0 выход которого через компаратор соединен с входом блока выдержки времени, выход которого и выход логического элемента И-НЕ подключены к выходам блока фиксации признака броска тока намагничивани .

   t

   11 II II ir

   nn

   J

   г