Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки

ОП ИСАНИЕИЗОВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 995189(23) Приоритет -Опубликовано 07.02.83. Бюллетень5 Дата опубликования описания 17.02.83пв делам лзебретение в юткрмтийВ, В. Рогоза, В. Л. Тутик и Ю. Н. Холоденко 1фИнститут электродинамики АН Украинской ССРи Специальное конструкторско-технологическс 1 е бюро.при Институте электродинамики АН Украинскои ССР1Изобретение относится к электротехнике, конкретно к устройствам для дифференциально-фазных защит и может быть применено для защит энергоустановок, например генераторов.Известно устройство дифференциально фазной защиты электроустановки, которое состоит из датчиков информации, формирователей импульсов, логического элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, вспомогательного формирователя и измерителя временных интервалов 1 .Недостатком указанного устройства является сравнительно большое время срабатывания, превышающее один период промышленной частоты. т 5Наиболее близким к предлагаемому является устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки, содержащее трансформаторы тока, установленные по концам защищаемого объекта и подсоединенные к двум полукомплектам защиты, а также общий выходной блок, Каждый полукомплект защиты состоит из датчика информации, двух формирователей временных интервалов и блока торможения. 1 З датчик информации 2входят преобразователь ток - напряжение и широтно-импульсный модулятор. Оба формирователя включены параллельно и подключены к выходу датчика информации. Первый дополнительный формирователь формирует временные интервалы (единичный потенциал) при положительном знаке производной входного сигнала, второй основной - . при положительном знаке сигнала. Первый формирователь состоит из реверсивного двоично-десятичного счетчика, двух одновибраторов, двух Р-триггеров, элемента ИЛИ и генератора импульсов. Второй формирователь включает в себя дешифратор и Р-триг- . гер. Блок торможения подключен к вспомогательным выходам первого формирователя и состоит из элемента И, логического элемента СУММА ПО МОДУЛЮ 2 и К 5-триггера, Выходной блок состоит из двух элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, причем,к выходу каждого из них подключен соответствующий измеритель временного интервала. К входам элементов ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ подключены выходы соответствующих формирователей. Выходы измерителей временного интервала через элемент ИЛИ подключены к входу элемента И. К другимСоста Тех ред Тираж осударстве ам изобрет ва, Ж - 35атент, г. ВНИИПИ Г по дел 113035, Моск илиал ППП Пого комит ний и от Раушская жгород, у Редактор А. ВласенкоЗаказ 608/39 Корректор И. ШПодписноеета СССРрытийнаб., д. 4/5Проектная, 4входам элемента" И подсоединены выходы блоков торможения.Время срабатывания известного устройства вдвое меньше и составляет приблизительно полпериода, промышленной частоты 2.Известное устройство характеризуется сложностью схемы и недостаточной надежностью при работе установки на холостом ходу.Цель изобретения - упрощение схемы и повышение надежности защиты.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки, содержащее два измерительных полукомплекта, измерительные входы каждого из которых подключены к трансформатору тока, установленному на соответствующем конце электроустановки и состоящему из включенных последовательно датчика информации и одновибратора, выход которого соединен с входом Установка нуля двоично-десятичного счетчика, вход Прямой счет которого связан с выходом генератора импульсов, а разрядные выходы - с входами дешифратора, блока торможения, включающего в себя элемент И и КЯ-триггер, общий выходной блок, состоящий из двух измерителей временного интервала, подключенных через элемент ИЛИ к входу элемента И, к другим входам которого подключены блокирующие выходы измерительных полукомплектов, а выход элемента И подключен к отключающей цепи, дополнительно введены два одновибратора и два промежуточных выходных блока, а для двух измерительных полукомплектов используется один генератор импульсов, причем выход одновибратора каждого полукомплекта соединен с основным входом блока торможения, дополнительный выход дешифратора каждого полукомплекта соединен с вспомогательным входом блока торможения, основной выход этого дешифратора является основным выходом полукомплекта, а выход Прямой перенос. счетчика каждого полу- комплекта является вспомогательным выходом полукомплекта, причем дополнительные входы первого промежуточного выходного блока соединены с вспомогательными входами полукомплектов, дополнительные выходы второго промежуточного выходного блока соединены с основными входами полукомплектов, причем вход первого дополнительно установленного одновибратора подключен к второму выходу генератора импульсов, а выход - к входу второго одновибратора и к управляющим входам первого и второго промежуточных выходных блоков, причем выход второго одновибратора подключен к основным входам первого и второго промежуточных выходных блоков, выходы которых подключены соответственно к первому и второму измерителям временного интервала общего выходного блока. 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Каждый промежуточный выходной блок содержит элемент ИЛИ, двоично-десятичный счетчик и Р-триггер, причем вход Установка нуля счетчика является основным входом этого блока, а вход Прямой счет счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы которого являются дополнительными входами этого блока, причем выход счетчика соединен с Р-входом триггера, С-вход которого является управляющим входом блока, а выход триггера является выходом блока. В блок торможения дополнительно введены двоично-десятичный счетчик и Р-триггер, причем вход Установка нуля счетчика соединен с 3-входом КЯ-триггера и является вспомогательным входом блока, выход счетчика подключен к К-входу КЯ-триггера, выход которого подключен к Р-входу Р-триггера и первому входу элемента И, второй вход которого является управляющим входом блока, а выход элемента И подключен к входу Прямой счет счетчика, причем С-вход Р-триггера является основным входом. блока, а выход - блокирующим выходом измерительного полу- комплекта.На фиг. 1 -представлено предлагаемое устройство, принципиальная схема в однофазном изображении; на фиг. 2 - 5 - временные диаграммы работы защиты при различных выходных сигналах датчика информации.Устройство содержит два измерительных полукомплекта 1 и 2, подключенных к трансформаторам 3 и 4 тока, установленных по концам защищаемой электроустановки 5, общего выходного блока 6, выход которого включен в отключающую цепь, генератор 7 импульсов и двух промежуточных выходных блоков 8 и 9. Измерительный полукомплект 1 состоит из датчика 1 О информации, одновибратора 11, двоично-десятичного счетчика2, дешифратора 13 и блока 14 торможения. Выход датчика 10 информации через одновибратор 11 соединен с входом Установка нуля счетчика 12, Разрядные выходы счетчика 12 связаны с разрядными входами дешифратора 13, дополНительный выход которого соединен с вспомогательным входом блока 14 торможения. Основной вход блока 14 подключен к выходу одновибратора 11. Аналогично построен измерительный полу- комплект 2. Первый выход генератора 7 импульсов соединен с дополнительными входами блоков 1 и 2, к которым в каждом блоке подключены входные зажимы Прямой счет счетчика 12 и управляющий вход блока 14 торможения, Второй выход генератора 7 связан с последовательно соединенными одно- вибраторами 15 и 16. Выход одновибратора 15 связан также с управляющими входами блоков 8 и 9, а выход одновибратора 16 - с основными входами тех же блоков. Промежуточный выходной блок 8 состоит из элемента ИЛИ 17, двоично.десятичного счетчика 18 и Р-триггера 19. Входы элемента ИЛИ 17 являются дополнительными входами блока 8 и соединены с вспомогательными входами блоковкоторые соединены с выходами Прямой перенос счетчика -12 , и аналогичного счетчика, входящего в блок 2, Выход элемента ИЛИ 17 соединен с входом фПрямой счет двоично-десятичного счетчика 18, -у которого вход фУстановка нуля является основным входом блока 8. Разрядный выход счетчика 18 связан с Р-входом Р-триггера 19, у которого С-вход является управляющим входом, а выход - выходом блока 8. Аналогично построен промежуточ.ный выходной блок 9, с той только разни з цей, что его дополнительные входы соединены с основными выходами дешифратора 13 и такого же дешифратора блока 2. Выходы блоков 8 и 9 связаны с входами измерителей временных интервалов 20 и 21, входящих в общий выходной блок 6. Выходы из- ф мерителей 20 и 21 через элемент ИЛИ 22 соединены с входом элемента И 23, выход которого является выходом блока 6. Блок 14 торможения состоит из элемента И 24, двоично-десятичного счетчика 25, КЬ-тригге-ра 26 и Р-триггера 27, Вспомогательный вход блока 14 подключен к входу вУстановка нуля счетчика 25 и 5-входу КЯ-триггера 26. К-вход триггера 26 связан с разрядным выходом счетчика 25, а,выход его соединен с Р-входом Р-триггера 27 и одним 30 из входов элемента И 24, Второй вход элемента И 24 является управляющим входом блока 14, С-вход Р-триггера 2 является основным входом блока4, а выход Р-триггера 27 - выходом блока, Этот выход подсоединен к второму, входу элемента И 23, к тре. тьему входу которого подключен блок торможения, входящий в измерительный полу- комплект 2 и имеющий структуру, аналогичную блоку 14 торможения.Напряжение на выходах блоков 10 - 13 первого полукомплекта обозначены как 1-1 м, -ю, 1-ал Цз. 1.1 г а напряжения на выходах таких же блоков второго полукомплекта - как Цо г, 1-1 н.г 1. а.г 1-1 ег гт.гРассмотрим работу защиты в режимах внутреннего и внешнего короткого замыканий.При внешнем коротком замыкании. (фиг. 2 а) на выходе вПрямой перенос счетчика2 измерительного полукомплекта 1 формируется пачка импульсов Цг начало которой соответствует переходу 1 через минимальное значение, а конец - переходу через максимальное значение. Измерительный полукомплект 2 на первом выходе фор- фф мирует аналогичную пачку импульсов Цг,г, используя сигнал 1 г. На основном выходе дешифратора 13 измерительного полукомплекта 1 формируется пачка импульсов 1.)в, начало которой соответствует переходу сигнала 1 через ноль, в случае его увеличения, а конец - переходу 1, через ноль, в случае его уменьшения.Измерительный полукомплект на втором выходе формирует аналогичную пачку импульсов Цз г, используя сигнал 1 г,На блокирующих выходах блоков 14 торможения полукомплектов 1 и 2 сигналы г; и 1.1 гт.г имеют единичное значение. Сигналы Цг, и 1.1 гг,г поступают на дополнительные входы промежуточного выходного блока 8, сигналы 11 г, и ив.г - на дополнительные входы блока 9. Выходные сигналы этих блоков Ц и 11 е равны единице, если пачки импульсов на входах совпадают или оба сигнала нулевые. При коротком замыкании вне зоны длительности единичных импульсов Ц, и 13 меньше уставки измерителей 20 и 21 временного интервала, которые не срабатывают и сигнал на вход элемента ИЛИ 1.1 гг не поступает. При коротком замыкании в зоне (фиг. 2 Ь) измерительные полукомплекты 1 и 2, промежуточ-. ные выходные блоки 8 и 9, блок 14 торможения работают так же, как и при коротком замыкании вне зоны, однако длительность единичных импульсов Ц и 11 больше уставки измерителей 20 и 21. Измерители срабатывают.В зависимости от момента короткого замыкания первым срабатывает либо измеритель 20, либо измеритель 21. В случае, рассматриваемом на фиг. 2 Ь, первым срабатывает измеритель 21, сигнал через элемент ИЛИ 22 проходит на вход элемента И 23, на других входах которого имеются единичные сигналы 1.1 г 1 и 1.1 гт;г. На выходе элемента 23 появляется единичный сигнал 11 г, который является выходным отключающим синалом.Рассмотрим более подробное описание работы элементов измерительного полукомплекта, формирующих пачки импульсов, на-. чало которых соответствует переходу 1, (1 ) через минимальное значение, а конец - переходу через максимальное значение, а также пачки импульсов, начало которых соответствует переходу 1( ) через ноль в случае увеличения сигнала, а конец - переходу через ноль в случае уменьшения сигнала и работу промежуточных выходных блоков.Датчик 10 информации преобразует входной сигнал,11(1 г) в модулированную последовательность импульсов 1.1 щ. На фиг;, 3 изображен момент работы защиты при росте сигнала 1, в положительный полупериод, и при росте сигнала 1 г - в отрицательный полупериод. Сигнал 1.11 О, поступает на вход одновибратора 11 первого измерительного полукомплекта, который вырабатывает короткий единичный импульс Ц соответствующий заднему фронту импульса 1.11, Этот импульс ставит счетчик 12 в нулевое995189 7положение, Импульсы генератора 7 импульсов приходят на ход Прямой счет счетчика 12 и начинают заполнять его. При росте сигнала 1 расстояние между заднимифронтами импульсов Цо, увеличивается исчетчик 11 переполняется, и в момент переполнения вырабатывает единичный импульс Бал.Аналогично датчику 10 информации, датчик информации второго измерительного полукомплекта вырабатывает импульсы Ц,а одновибратор генерирует единичные им- Спульсы Ц, соответствуюшие концу импульса Уо Так как расстояние между импульсами 11 я,р увеличивается, то десятичныйсчетчик второго измерительного полукомплекта, который выполняет такую же функцию, что и счетчик 12, переполняется и навспомогательном входе измерительного формирователя 2 вырабатывается единичный импыьс Ц. Импульсы Ц, и Ц.с вспомогательных входов полукомплектов черезэлемент ИЛИ 17 поступают на вход Пря Омой счет счетчика 18 первого промежуточного выходного блока 8.Генератор 7 импульсов на втором выходегенерирует импульсы Ь, которые поступают на одновибратор 15, Одновибратор 15генерирует импульсы 11 поступающие на25одновибратор 16, который в свою очередьгенерирует импульсы Ц, очищающие счетчик 18.При появлении на входе Прямой счетсчетчика 18 одного импульса, на выходесчетчика формируется единичный сигнал.При поступлении второго, в течение тактапреобразования импульса на выходе счетчика - нулевой сигнал. Таким образом, нулевой сигнал на выходе счетчика 18 устанавливается тогда, когда на вход счетчика за 35такт преобразования поступает два импульса, что соответствует режиму, когда производные токов 1, и 1 обоих полукомплектовположительны, или не поступает ни одногоимпульса, что соответствует режиму, когдапроизводные токов 1, и 1 а отрицательны.40В противном случае на выходе счетчикаустанавливается единичный сигнал,Ь данном случае, после появления второго импульса от блока 12, на выходе счетчика 18 будет присутствовать нулевой сигнал, который поступает на Р.-вход Р-триггера 19,При наличии нулевого сигнала на Р-входе передний фронт сигнала с выхода одновибратора 15 формирует на инверсном выходе триггера 19 единичное состояние. Навыходе промежуточного выходного блока 8формируется сигнал Ув.При несовпадении знаков производныхтоков 1, и 1 на выходе блока 12 одного изполукомплектов сигнал отсутствует, на выходе счетчика 18 в момент появления импульса Ц - единичный сигнал, а на инверсном выходе триггера 19 - нулевойсигнал. 8Сигналы с разных входов счетчика 12 поступают на разрядные входы дешифратора 13, Дешифратор подобран так, что на его выходе формируется единичный импульс, если на разрядных выходах счетчйка 12 имеется двоичный код, соответствуюший числу М/2, где М - число импульсов генератора , необходимых для переполнения счетчика 12.Схема дешифратора собрана так, что импульс Цз только тогда поступает на вход промежуточного выходного блока, если совпадает с единичным импульсом Ц . Так, например, для случая, изображенного на фиг. 3, импульс Цз, совпадает с единичным импульсом Ц и поэтому он поступает на вход промежуточного выходного блока 9, а импульс Цз с дешифратора измерительного полукомплекта 2 появляется в тот момент, когда Ц,г равен нулевому значению, поэтому этот импульс на вход промежуточного выходного блока 9 не поступает. На выходе промежуточного выходного блока 9 формируется сигнал У . На фиг. 5 изображен момент работы зашиты при росте 1, в положительный полупериод и уменьшении 1 д в положительный полупериод. При этом элементы измерительных полукомплектов работают так же, как и в предыдущем случае, с той лишь разницей, что расстояние между задними фронтами Ц,д второго полукомплекта уменьшается, счетчик 12 второго измерительного полукомплекта переполняться не будет и на вход промежуточного выходного блока 8 поступает лишь один импульс Ц, и поэтому на выходе блока 8 будет нулевой сигнал 11, . На выходе промежуточного выходного блока 9 будет единичный сигнал У, так как на его вход поступают импульсы Ц и Ц обоих полукомплектов.Блок 14 торможения предназначен для предотвращения излишнего срабатывания зашиты при отсутствии тока на входе датчика 10 информации. На фиг, 5 а.показана работа блока торможения при наличии тока в трансформаторе тока 3.На выходе дешифратора 13 формируется импульс Ц близкий к переполнению счетчика 12. Этот импульс очищает счетчик 25 и переводит КЯ-триггер 26 в единичное состояние, который в свою очередь открывает путь импульсам через элемент И 24 на вход Прямой счет счетчика 25. Отсчитав определенное количество импульсов, счетчик 25 формирует на своем выходе единичный импульс 11 , который переводит КЯ-триггер 26 в нулевой состояние и этим самым прекращает доступ импульсов на вход Прямой счет счетчика 25. Таким образом на выходе Ю-триггера 26 формируется импульс 1.1 Этот импульс поступает на Р-вход Р-триггера 27, на С-вход которого поступают импульсы от одновибратора 11 Ц которыевырабатываются к концу единичного импульса 11,л. Поскольку эти импульсы не совпадают, то на инверсном выходе Р-триггера 27 будет единичное состояние.На фиг, 5 о показана работа блока торможения при отсутствии тока в трансформаторе тока . В этом случае импульсы 111 о на выходе датчика 10 информации становятся равной длины и расстояние между их задними фронтами становится равным Т (период повторения импульсов). В этом случае элементы блока торможения работают так же, но импульсы 1.12 и Ц на Р-триггере 2 совпадают, и он на своем инверсном выходе формирует нулевое состояние.Предлагаемое устройство зашиты обладает по сравнению с известными более высокими параметрами, что позволит уменьшить вероятность выхода из строя защищаемого объекта и повысить надежность работы энергосистемы.20Формула изобретения 1, Устройство для дифференциально-фазной зашиты электроустановки, содержащее два измерительных полукомплекта, каждый из которых подключен к трансформатору тока, установленному на соответствующем конце электроустановки и состоящему из включенных последовательно датчика информации и одновибратора, выход которого соединен с входом Установка нуляз двоично- Зо десятичного счетчика, вход Прямой счет которого связан с выходом генератора импульсов, а разрядные выходы - с входами дешифратора, блока торможения, включающего в себя элемент И и КЯ-триггер, а также общий для двух полукомплектов выходной блок, состоящий из двух измерителей временного интервала, подключенных через элемент ИЛИ к входу элемента И, к другим входам которого подключены выходы блоков торможения, являющиеся блокирующими выходами измерительных полукомплектов, а выход элемента И подключен к отключающей цепи, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы и повышения надежности защиты, в него дополнительно введены два одновибратора и два промежуточ ных выходных блока, а для двух измерительных полукомплектов используется один генератор импульсов, причем выход одновибратора каждого полукомплекта соединен с основным входом блока торможения, дополнительный выход дешифратора каждого полукомплекта соединен с вспомогательным входом блока торможения, основной выход этого дешифратора является основным выходом полукомплекта, а выход Прямой перенос счетчика каждого полукомплекта является вспомогательным выходом полукомплекта, причем дополнительные входы первого промежуточного выходного блока соединены со вспомогательными входами полу- комплектов, дополнительные входы второго промежуточного выходного блока соединены с основными входами полукомплектов, причем вход первого дополнительно установленного одновибратора подключен к второму выходу генератора импульсвв, а выход - к входу второго одновибратора и к управляющим входам первого и второго промежуточных выходных блоков, причем выход второго одновибратора подключен к основным входам первого и второго промежуточных выходных блоков, выходы которых подключены соответственно к первому и второму измерителям временного интервала общего выходного блока,2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый промежуточный выходной блок содержит элемент ИЛИ, двоично-десятичный счетчик и Р-триггер, причем вход Установка нуля счетчика является основным входом этого блока, а вход Прямой счет счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого являются дополнительными входами этого блока, причем выход счетчика соединен с Р-входом триггера, С-вход которого является управляющим входом блока, а выход триггера является выходом блока,3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в блок торможения дополнительно введены двоично-десятичный счетчик и Р-триггер, причем вход Установка нуля счетчика соединен с Ь-входом КЬ-триггера и является вспомогательным входом блока, выход счетчика подключен к К-входу КЬ-триггера, выход которого подключен к Р-входу Р-триггера и первому входу элемента И, втброй вход которого является управляющим входом блока, а выход элемента И подключен к входу Прямой счет, счетчика, причем С-вход Р-триггера является основным входом блока, а выход - выходом блока торможения и блокирующим выходом измерительного полуком плекта.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР420040, кл. Н 02 Н 3/28, 1972.2. Авторское свидетельство СССР по заявке2886421(07, кл. Н 02 Н 3/28, 1981.