Устройство для дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора)

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоциалистическихРеспублик1)1 ОО 1277(22) Заявлено 040181 (21) 3228264/24-07с присоединением заявки Йо(1 М Кп 3 Н 02 Н 3/28 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий53 УДК 621. 316. .925(088.8) Дата опубликования описания 280283(72) Авторыизобретения Л.В, Багинский, В.Е. Глазырин и А,Ф. Саломатин Новосибирский электротехнический институт(71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТИ ТРАНСФОРМАТОРА 1 АВТОТРАНСФОРМАТОРА 120 Устройство относится к релейнойзащите трансформаторов и автотрансформаторов электрической части электрических станций и подстанций и можетиспользоваться для защиты силовыхтрансформаторов при возникновениивнутренних коротких и витковых замыканий,Для защиты силовых трансформаторов 10известно дифференциально-фазное реле,содержащее входные трансформаторы,присоединенные к трансформаторам то- .ка, установленным на выводах защищаемого объекта, схему преобразованиявходных величин, присоединенную к нейдвуплечевую схему сравнения и реагирующий орган с подсоединенным к немублоком торможения при бросках токанамагничивания ).1).Однако укаэанное дифференциальнофазное реле обладает чувствительностью, недостаточной для выявлениявсех витковых замыканий, поскольку .его необходимо отстраивать от токовнебаланса при максимальных токах нагрузки.Кроме того, известно дифференциально-фазное реле, содержащее тридифференциально-Фазные схемы защитыот коротких замыканий и чувствительную часть, состоящую из Фильтров токов одной из симметричных составляющих токов несимметричного режима,дифференциального токового органа блока отстройки от бросков тока намагничивания, блокировки при перевозбуждениях и блокировки от сверхтоков ),2,Однако это устройство необходимо отстраивать от токов небаланса рассматриваемой последовательности при токе блокирования дифференциального токового органа блокировкой от сверх- токов. Поскольку ток блокирования дифференциального токового органа может составлять до 21 нт (1 нт - номинальный ток трансформатора), ток небаланса,обусловленный регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора под нагрузкой при внешних коротких замыканиях, может быть значительной величины, что тре" бует значительного загрубления при наличии регулирования коэффициента трансформации силового трансформатора. Это ограничивает чувствительность защиты.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для дифферен, циальной защиты трансформатора, содержащее фильтры одной из симметричных составляющих токов несимметричного режима, блок отстройки от брос:ов тока намагничивания, блокировку от сверхтоков, блокировку при перевозбуждениях, дифференциальный токовый орган, фазный орган и блок управления3 .Однако известное устройство обладает недостаточной селектиэностью в конечной части переходного процесса затухающего броска тока намагничи О вания, что связано с недостаточной чувствительностью фильтра блока отстройки от бросков тока намагничивания. Дальнейшее увеличение чувствительности фильтра нецелесообразно, 15 так как ведет к задержкам э срабатывании при внутренних коротких замыканиях. Кроме того, недостатком известного устройства является наличие двух параллельных каналов обработки вход ных сигналов, имеющих различные принципы действия. Как следствие этого, необходимы блок управления, выбирающий один из принципоэ обработки сигнала, и связи этого блока с измерительными органами устройства. Обычноувеличение числа блоков и связей между ними снижает надежность устройства.Цель изобретения - повышение селективности защиты в режиме бросков ЗО тока намагничивания при сохранении быстродействия, а также упрощение конструкции.Поставленная цель достигается тем, что э устройстве для дифференциаль ной зашиты трансформатора (автотрансформатора), содержащем подключенные к соответствующим трансформаторам тока, установленным по сторонам защищаемого объекта, фильтры одной из 40 симметричных составляющих токов несимметричного режима, блок отстройки от бросков тока намагничивания, блокировку от сверхтоков с входами, присоединенными к трансформаторам 45 тока, реагирующий орган и блок обработки сигналоэ с выходов фильтров симметричных составляющих, последний выполнен в виде последовательно соединенных элемента преобразования входных величин, элемента сравнения и выпрямителя и присоединен к рабочему входу реагирующего органа,выполненного в виде электронного реле вре. мени миллисекундного диапазона с регулируемым порогом срабатывания, 55 тормозный вход, которого соединен с выходом блока отстройки от бросков тока намагничивания, а выход реагирующего органа присоединен к вновь введенному элементу И, второй вход 60 которого соединен с блокировкой от сверхтоков, а выход является выходом устройства.Элемент сравнения в блоке обработки сигналов с выходов. фильтров сим метричных составляющих содержит два усилителя-ограничителя и сумматор, причем выходы усилителей-ограничителей соединены с входом сумматора.Нз чертеже показана схема предлагаемого устройства.Устройство содержит .фильтры 1-3 токов симметричных составляющих несимметричного режима, которые соединены с блоком 4 обработки входного сигнала с выходов фильтров симметричных составляющих. В состав блока 4 обработки входят последовательно соединенные элемент 5 преобразования входных величин, элемент б сравнения, выпрямитель 7. Блок 4 обработки сигнала аналогичен блоку управления прототипа по виду обрабатываемой информации . Выход блока 4 обработки сигналасоединен с рабочим входом реагирующего органа 8, выполненного в видеэлектронного реле времени миллисекундного диапазона. На тормозной входреагирующего органа 8 подается сигнал с выхода блока 9 отстройки отбросков тока намагничивания, Сигналыс выхода реагирующего органа 8 и блокировки при сверхтоках 10 подаютсяна вход элемента И 11, выход которого является выходом устройства ивключен по схеме ИЛИ по отношению квыходу существующей дифференциальнойзащиты трансформатора (автотрансформатора),Элемент 5 преобразования представляет собой схему разделения входныхвеличин с фильтров 1-3 тока по знакамполупериодов, выполненную на диодныхполумостах.Элемент б сравнения выполняет опе"рацию ограничения положительных иотрицательных полуволн сигналов с выходов элемента 5 преобразования помодулю с помощью усилителей-ограничителей и их алгебраического суммирования.Выпрямитель 7 представляет собойвыпрямитель переменного сигнала с выхода элемента б сравнения, выполненный на базе интегрального операционного усилителя.Устройство предназначено для совместной работы с существующей дифференциальной защитой трансформатора(автотрансформатора) от внутреннихповреждений с целью повышения еечувствительности к витковым замыканиям,Предлагаемое устройство работаетследующим образом.При витковом замыкании в защищаемом трансформаторе на выходах фильтров 1-3 токов появляются токи, которые в элементе 5 преобразовання; раз"деляются по знакам полупериодов. Встроенностью от бросков тока намагничивания. элементе б сравнения сигналы одноименного знака суммируются, причем на определенном уровне рост суммарных сигналов одноименных знаков прекращается схемой ограничения. Выходное напряжение элемента ь сравнения полу чается путем еще одного суммирования двух последних сигналов, что поз воляет при внешних коротких замыканиях до наступления амплитудного ограничения иметь на выходе элемента б 10 сравнения сигнал, пропорциональный разности токов плеч трансформатора, а при внутренних коротких замыканиях - их сумме.Далее сигнал с выхода элемента б 15 сравнения выпрямляется и поступает на вход реагируюшего органа 8. Если длительность выпрямленного сигнала превышает время блокирования реагирующего органа 8, последний срабатывает и выдается сигнал на отключение трансформатора.При несимметричных токах нагрузки на реагирующий орган 8 поступаютсигналы от Фильтров 1-3 токов. При этом величина тока небаланса определяется в основном регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора. Причем в устройство поступает небаланс от протекания только рассматриваемой симметричной составляющей тока, что позволяет иметь уставку реагируюшего органа 8, достаточную для выявления всех витковых замыканий в трансформаторе. Если сквозной несимметричный ток превышает величину, при которой в элементе б сравнения начинается ограничение сигнала ( эта величина выбирается несколько большей максимального тока рассматриваемой симметричной сос тавляюшей в рабочем режиме), сигнал с выхода элемента б сравнения представляет собой значение напряжения, пропорциональное входным сигналам, сравниваемым только по фазе, т.е. . 45 устройство переходит в дифференци.ально-фаэный режим, в котором оно нечувствительно к токам вебаланса.Поэтому при несимметричных внешних коротких замыканиях, когда ток небаланса, обусловленный регулированием коэффициента трансформации силового трансформатора,.может быть значительным, устройство работает в дифференциально-фаэном режиме.55Таким образом, входная информация устройства и конечный результат обработки входных сигналов остаются прежними: обрабатываются входные сиг нади устройства после фильтров симметричных составляющих плеч зашиты, 6 О используется .сочетание дифференциального и дифференциально-фазного принципов действия. Отличие в том, что в прототипе для достижения указанного эффекта использовалась прос тая совокупность двух различных попринципу действия устройств в одномреле: дифференциального токового ор-гана (обрабатываюшего входную информацию по диФференциальному принципудействия) и Фазного органа ( с дифференциально-Фазвым принципом действия). Наличие этих двух разнотипныхустройств обусловило необходимостьблока управления, выбирающего одиниз двух принципов обработки сигналаи блокируюшего дифференциальный токо.вый или фазный,орган. В предлагаемом устройстве сочетание дифференциально-фазного и дифференциального принципов действия достигается в блоке 4 обработки входных сигналов с выходов фильтров симметричных составляющих,. который аналогичен блоку Управления в прототипе по виду обрабатываемой информации, посредством од-. ного канала обработки Входной информации. При этом в значительной мере упрощается конструкция устройства и, следовательно, его надежность.В режиме броска тока намагничивания кратностью выше. 0,31 нт на выходе блока 9 отстройки появляется тормозной сигнал, исключающий возможность срабатывания реагируюшего ор-гана 8 в этом режиме, так как. при такой кратности надежно работают Фильтры блока 9 отстройки. Отстройка от этого режима с малой кратностью тока(менее 0,31 нт), когда фильтры немогут выработать достаточный тормоз-ной сигнал, осуществляется за счег выбора времени срабатывания реагирующего органа 8, превышающего длительвость однополярного импульса броскатока намагничивания кратности0,31 вт. Исследования формы кривойтока указанного режима кратностью0,31 нт показали, что ширина основания однополярного импульса при этомне превышает б мс, следовательно,время блокирования реагирующего органа должно быть больше этой величины. Устройство-прототип содержит реагирующий орган в общем виде, Приэтом подразумевается наиболее простой тип реагирующего органа - реагирующий на средневыпрямлевное значениерабочего сигнала, Однако этот типреагирующего органа обладает недостаточной селективностью в конечной части переходного процесса броска тока намагничивания, что связано с недостоточной чувствительностью фильтра блока отстройки от бросков тока намагничивания. Дальнейшее увеличение чувствительности фильтра непелеаооб" разно, так как ведет к задержкам в срабатывании при внутренних короткихзамыканиях. Следовательно, устройст"во-прототип обладает меньшей от 1001277При сверхтоках короткого замыканиякак внутреннего, так и внешнего, при тывания устройства при наличии сигна 10 В качестве фильтров 1-3 тока могут да", то могут быть использованы фильткоторых надежно работает основнаязащита, от блокировки при сверхтоках 10 на элемент И 11 поступает эапре" щающий сигнал в виде логического нуля,Элемент И 11 выдает сигнал срабала срабатывания реагирующего органа8 и отсутствии запрещающего сигналаот блокировки при сверхтоках 10. быть использованы Фильтры токов нулевой последовательности, либо фильтры токов обратной последовательности . Если трансформаторы тока дифференциальной защиты трансформатораимеют схему соединения "звезда-звезры токов как обратной, так и нулевойпоследовательности, однако более целесообразным прецставляется использование фильтров токов нулевой последовательности. Если же трансформаторы тока дифференциальной защитытрансформатора имеют схему соединения "звезда-треугольник", токи нулевой последовательности в плечахдифференциальной схемы трансформаторов тока отсутствуют, и, следовательно, в схеме могут быть приведены только фильтры токов обратной последовательности,Устройство позволяет, благодарясочетанию дифференциального и дифФеренциально-фазного принципов действия, повысить устойчивость несрабатывания защиты в переходных режимах, которые могут привести к ложному срабатыванию, и иметь чувствительность, необходимую для выявления всех витковых замыканий в трансформаторе 1 автотрансформаторе).Повышение чувствительности возможно потому, что реагирующий орган8 в дифференциальном режиме необходимо отстраивать от тока нвбаланса,обусловленного током, п, и которомнаступает ограничение сигнала в элементе 6 сравнения, т.е. при которомустройство переходит в дифференциально-фазный режим (0,2-0,3) 1 нт.Величина этого тока определяетсямаксимальным током используемой симметричной составляющей, которая может длительно существовать в рабочемрежиме.Устройство прошло лабораторнывиспытания в статических режимах и наэлектродинамической модели преходныхтоков короткого замыкания и бросковтока намагничивания, а также производственные испытания на группе изтрех однофазных автотрансформаторовобщей мощностью 800 ИВА, с высшимнапряжением 500 кВ. Испытания показывают, что устройство имеет чувст-,20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 витвльность 0,08 1 нм при регулировании коэффициента трансформации силового трансформатора Й 16, время срабатывания не более 40 мс и не реагирует на броски тока намагничивания кратностью до 101 нт.Таким образом, устройство, имея более простую, чем в прототипе, конструкцию, обладает всеми его достоинствами, т,е. высокими чувствительностью и быстродействием, кроме того, имеет более высокую устойчивость несрабатывания в режиме броска тока намагничивания.формула изобретения1, Устройство для дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора), содержащее подключенные к соответствующим трансформаторам тока, установленным по сторонам защищаемого объекта, фильтры одной из симметричных составляющих токов несимметричного режима, блок отстройки от бросков тока намагничивания, блокировку от сверхтоков с входами, присоединенными к трансформаторам тока, реагирующий орган и блок обработки сигналов с выходов Фильтров симметричных составляющих, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения селективности защиты в режиме бросков тока намагничивания иперевозбуждений защищаемого трансфор.матора, а также упрощения конструкции, блок обработки сигналов с выходов Фильтров симметричных составляющих выполнен в виде последовательносоединенных элемента преобразованиявходных величин, элемента сравненияи выпрямителя и присоединен к рабочему входу реагирующего органа, выполненного в виде электронного релевремени миллисекундного диапазона срегулируемым порогом срабатывания,тормозной вход которого соединен свыходом блока отстройки от бросковтока намагничивания, а выход реагирующего органа присоединен к вновьвведенному элементу И, второй входкоторого соединен с блокировкой отповерхности от сверхтоков, а выходявляется выходом устройства,2. Устройство по п. 1; о т л ич а ю щ е е с я тем, что элементсравнения в блоке обработки сигналовсодержит два усилителя-ограничителяи сумматор, при этом выходы усилителей-ограничителей соединены с входомсумматора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 473524, кл. Н 02 Н 3/28, 1979. 2, Авторское свидетельство СССР 9 64908 б, кл. Н 02 Н 3/28, 1980. 3. Авторское свидетельство СССР 9 743105, кл; Н 02 Н 3/28, 1981,1001277 Составитель Л. КорнеевВласенко Техред и. Тепер Редакто орре О/65 ВНИИ/5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная ПИ Госу делам5, Моск комитета СС открытий ушская наб.,