Устройство для дифференциальной защиты трансформатора

.",с ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ М СУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Новосибирский электротехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР473254, кл. Н 02 Н 3/28, 1973.Авторское свидетельство СССР653669, кл. Н 02 Н 1/04, Н 02 Н 3/28, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА (57) Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите электроустановки, и может быть использовано для защиты трансформаторов и авто- трансформ аторон. Цел ь изобретения - повышение быстродействия при коротких замыканиях, сопровождающихся тяжелыми переходчыми процессами. Устройство содержит грансформаторы 1 тока, установленные по концам защищаемого объекта, к вторичным обмоткам которых присоединено дифференциально-фазное реле 2, и блок 3 фиксации признака броска тока намагничивания, Дифференциально-фазное реле 2 содержит блок 13 преобразования входных сигналов, двуплечий блок 14 сравнения, блок 15 управления углом блокировки. Между дифференциально-фазным реле 2 и блоком 3 фик"ации признака броска тока намагничивания включен блок 11 управления. Повышение быстродействия достигается тем, что блок 3 фиксации признака броска тока намагничивания содержит блок 4 преобразования, формирователь 5 контрольного сигнала, элемент 6 И - НЕ, функциональный преобразователь 7, компаратор 8 и блок 9 выдержки времени. Высокое быстродействие достигается тем, что пороговый элемент 10 разблокирует блок 16 через блок 11 управления при очень больших токах внутренних коротких замыканий. 5 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной зашиты, и может быть использовано для защиты трансформаторов и автотрансформаторов.Цель изобретения - повышение быстроде йствия устройства дл я зашиты трансформатора и автотрансформатора при коротких замыканиях, сопровождающихся тяжелыми переходными процессами.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для защиты трансформатора; на фиг. 2 и 3 - эпюры выходных сигналов переходного процесса при апериодическом и периодическом бросках тока намагничивания 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 сл агаюшей.Устройство для 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 намагничивания, содержащий блок 4 преобразования, 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 управления.Первый выход дифференциально-фазного реле 2 соединен с первым входом блока 3, являющимся входом блока 4 преобразования, выход которого является входом формирователя 5 контрольного сигнала, Два выхода формирователя 5 контрольного сигнала являются входами логического элемента И - НЕ 6. Вход функционального преобразователя 7,являющийся вторым входом блока 3, и вход порогового элемента 10 объединены и подключены к второму выходу дифференциально-фазного реле 2, Два выхода функционального преобразователя 7 подключены к компаратору 8, выход которого является входом блока 9 выдержки времени. Выходы логического элемента И - НЕ 6 и блока 9 выдержки времени, являющиеся выходами блока 3, а также выход порогового элемента 10 подключены к блоку 11 управления, выход которого подключается к управляющему входу дифференциально-фазного реле 2,Конкретная реализация 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 преобразования входных величин, выхо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ды которого подключены к двум входам двуплечего блока 14 сравнения, первый выход которого подключен к блоку 15 управления углом блокировки, а два других соединены с фазным блоком 16. Первый управляющий вход фазного блока 16 подключен к выходу блока 15 управления углом блокировки, а второй управляющий вход является управляющим входом дифференциально-фазного реле 2. Между третьими выходами блока 12 датчиков тока и двуплечего блока 14 сравнения включен преобразователь 17 дифференциального тока, первый выход которого является вторым выходом дифференциально-фазного реле 2 и подключен к входу пускового блока 18, а второй выход является первым выходом дифференциально-фазного реле 2. Выход логического элемента И 19, входами которого являются выходы фазного 16 и пускового 18 блоков, является основным выходом дифференциально-фазного реле 2,Блок 12 датчиков тока реле содержит промежуточные датчики тока, первичные обмотки которых являются входами блока 12 датчиков тока, одни одноименные концы вторичных обмоток являются первыми двумя выходами блока 12 датчиков тока, а другие одноименные концы объединены и являются третьим выходом.Блок 13 преобразования входных величин реле содержит многоплечевой диодный полумост, катоды и аноды которого объединены и являются его выходами.Двуплечий блок 14 сравнения реле состоит из последовательно соединенных двух резисторов и двух стабилитронов.Блок 15 управления углом блокировки реле может быть выполнен по общеизвестной схеме блока нелинейности, выход которого является выходом блока 15 управления углом блокировки.Фазный 16 и пусковой 18 блоки реле выполнены по схеме регулирующего органа с выдержкой времени и без выдержки времени соответственно на операционных усилителях.Преобразователь 17 дифференциального тока реле выполнен, например, по схеме, со. держащей два разделительных трансфор. матора 20 и 21, первичные обмотки которых включены последовательно и являются входами преобразователя 17 дифференциального тока, а вторичная обмотка разделительного трансформатора 20 подключена к выпрямительному мосту 22, выход которого является первым выходом преобразователя 17 дифференциального тока, вторичная обмотка разделительного трансформатора 21 подключена к резистору и является вторым выходом преобразователя 17.Блок 4 преобразования содержит активный дифференциатор 23, вход которого является входом блока 4, а выход подключен к активному двухполупериодному выпрямителю 24, выходкоторого является вьходом блока 4 преобразования.Формирователь 5 контрольного сигнала содержит ждуций мультивибратор 25 и компаратор 26. Вход компаратора 26 является входом формирователя 5 контрольного сигнала, а выход является первым выходом формирователя 5 и подключен к ждущему мультивибратору 25, выход которого является вторым выходом формирователя 5 контрольного сигнала.Функциональный преобразователь Может быть выполнен, например, по схеме 1 содержащей интегрирующее 27 и дифференцирующее 28 звенья, входы которых объединены и являются входом функционального преобразователя 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 является входом блока 9, зарядную ЯС-цепь и компаратор 32, выход которого является выходом блока 9 выдержки времени.Пороговый элемент 10 может быть выполнен на операционном усилителе,Блок 11 управления выполнен по схеме .ИЛИ расширения импульсов с использованием логических элементов И - НЕ 33 и 34.Устройство зашиты работает следующим образом.Сигналы от датчиков тока (блок 12), первичные обмотклкоторых подключены к трансформаторам 1 тока плеч защиты, разделяются по знаку полупериода с помощью блока 13 преобразования входных величин и поступают на входы блока 14 сравнения,При внутренних КЗ и периодических бросках тока намагничивания током в течение ,каждого периода обтекаются попеременно "оба резистора блока 14 сравнения и если напряжение на стабилитронах блока 14 сравнения не превышает напряжения стабилизации 1.1, то в фазном блоке б и по обмоткам . разделительных трансформато"ров 20 и 21 преобразователяТ дифферен циального тока протекает переменный ток. ,Если напряжение на стабилитронах блока 14 сравнения превышает 1.1, то. часть тока шунтируется стабилитронами и в фазном блоке 16 протекает переменный ток с ограниченной амплитудой, В указанных вьппе режимах на входе блоке 15 управления углом блокировки напряжение с выхода блока 14 сравнения не превышает Ьс, поэтому блок 15 не вырабатывает управляющего сигнала для фазного блока 16. Защита срабатывает, если срабатывают фазный 16 и пусковой 18 блоки, представляющие реагирующие органы с выдержкой и без выдержки времени соответственно, и на выходе логического элемента И 19 появляется. сйг.нал отключения. В исхолном состоянии с выхода блока 11 управления на второй управляющий вхол фазного блока 16 поступает 5,".игнал запрещения срабатывания.Задача блока 3 фиксации признака брос.ха тока намагничивания устройства защиты заключается в идентификации режима внутреннего КЗ и снятии сигнала запрещения с второго управляющего вхола фазного О блока 16.В основу принципа действия первого ка-,нала блока 3 фиксации признака броска тока намагничивания, содержащего блок 4 преобразования, формирователь 5 контрольного сигнала, логический элемент И - НЕ 6, положено то свойство, что форма апериодического броска тока намагничивания представляет собой последовательность пикообразных импульсов, максимальная длительность которых не превышает 13,5 мс и оформа периодического броска тока намагничивания представляет собой последовательность периодических импульсов, максимальная длительность которых не превышает 16,6 мс, а между импульсами следуют бестоковые п аузы (фиг. 2, 3) . Одна ко вслед ствие постоянной времени апериодического.броска тока намагничивания последняя плохо трансформируется трансформаторами тока плеч защиты и датчиками тока устрой-.ства защиты, при этом в кривой броска тока намагничивания вместо пауз появля-, З ются отрицательные полуволны малой крутизны (фиг. 2). Для восстановления бестоковых пауз в блоке 4 преобразования дифференциатор 23 дифференцирует входной сигнал. Сигнал с выхода дифференциатора 23 выпрямляется активным двухполупериодным выпрямителем 24 и запускает формирователь 5 контрольного сигнала на уровне несколько ниже порога срабатывания дифференциально-фазного реле 2 защиты. Ждуший мультивибратор 25 при этом выраба О тывает блокирующий сигнал на логическийэлемент И - НЕ 6 длительностью 17 мс. Благодаря этому в режиме броска тока намагничивания на выходе логического элемента И - НЕ 6 постоянно присутствует логиче.ская единица (фиг. 2 и 3).45При внутренних коротких замыканиях впроизводной тока короткого замыкания через 17 мс нет бестоковых пауз (фиг. 5) и на выходе логического элемента И - НЕ б появляется логический ноль, который запоминается на некоторое время блоком 11 управ.ления и снимает сигнал запрещения с второго управляющего входа фазного блока 16 дифференциально-фазного реле 2. Однако при кратностях внутреннего короткого зайы кания, не превышающих максимальное зна.55 чение броска тока намагничивания и содержащих максимальное значение апериодической составляющей в производной тока короткого замыкания, через 17 мс с начала переходного процесса появляются бестоковые паузы вследствие насыщения трансформа. торов тока плеч защиты (фиг, 4). Поэтому первый канал блока фиксации признака броска тока намагничивания дает аадержку в срабатывании дифференциально-фаэного реле.Задача второго канала блока 3 фиксации признака .броска тока намагничивания, содержащего функциональный преобразователь 7, компаратор 8, блок 9 выдержки времени состоит в выявлении режима внутрен не короткого замыкания с максимальной анериодицеской составляющей, когда возг можно значительное насыщение трансформа. торов тока плеч защиты и, следовательно, задержки в срабатывании реле,В основу принципа действия второго ка,нала блока фиксации признака броска тока намагничивания положено то свойство, что форма кривой тока короткого замыкания с максимальной апериодической составляющей отличается от формы кривой апериодицеского броса тока Намагничивания с мак- симальной шириной основания (фиг. 2 и 4). Анализ формы сигнала, пропорционального модулю дифференциального тока, поступающего с первого выхода преобразователя 17 дифференциального тока, осуществляется функциональным преобразователем 7, содержащим, например, дифференцирующее 28 и интегрирующее 27 звенья, Компаратор 29 и транзисторный ключ 30 производят сброс заряда конденсатора интегрирующего звена 27 в момент перехода через ноль производной модуля дифференциального тока. Компаратор 8 сравнивает сигналы с выхода функционального преобразователя, а блок 9 выдержки времени контролирует время с начала переходного процесса до точки пересечения этих сигналов. В режиме внутреннего короткого замыкания с начаьным углом .60, т.е. при налиции максимальных апериодицеских слагающих, контролируемое время всегда больше, чем при бросках тока намагничивания с максимальной шири. ной основания. Время выдержки Ь блока 9 выдержки времени определяется по выражениюЬ= 1 кБТН+ 1 зап 3,5 - 4,0 мс,где 1 кБТН - контролируемое время при апериодицеских бросках тока намагничивания с максимальной шириной основания, принимается 3 - 3,5 мс;1-.:0,5 мс время запаса.При превышении контролируемого времени 4 мс, что соответствует внутреннему Короткому замыканию с начальным углом.50 д(фиг. 4), на выходе блока 9 выдержкивремени появляется логический нуль, фикснрующий наличие максимальной апериодице ской слагающей, который также запоминается на некоторое время блоком 11 управления и разблокировывает фазный блок 16 дифференциально-фазного реле 2,При очень больших токах внутренних коротких замыканий, првышающих максиьрльные значения броска тока намагничива 10 ния, представляющих значительную опасность для устойчивости работы системы, срабатывает пороговый элемент 10 и аналогично описанному выше разблокировывает фазный блок 16 дифференциально-фазного реле, чем обеспечивается наиболее высокое быстро. действие защиты. 15 формула изобретения Устройство для дифференциальной зй-щиты трансформатора, содержащее трансформаторы тока, установленные по концам загцищаемого объекта, вторичные обмотки которых подключены к рабочему входу дифференциально-фазного реле, блок фиксация признака броска тока намагничивания, пос 25 роговый элемент, при этом второй вход блокйфиксации признака броска тока намагни( чивания и вход порогового элемента объеди: иены между собой и присоединены к вто рому выходу дифференциально-фаэного реле, а также блок управления, входы которого Зб соединены с выходами блока фиксации признака броска тока намагничивания и порогового элемента, а выход соединен с управляющим входом дифференциально-фазного реле, отличающееся тем, что, с целью новы.шения быстродействия при коротких замыЗ 5 каниях, сопровождающихся переходнымипроцессами, блок фиксации признака броска тока намагничивания содержит блок преобразования, формирователь контрольного сигнала, логический элемент И - НЕ, функци ональный преобразователь, компаратор иблок выдержки времени, при этом первый выход дифференциально-фаэного реле соединен с первым входом блока фиксации признака броска тока намагничивания, к которому подключен вход блока преобразования, 45 выход которого соединен с формирователем контрольного сигнала, два выхода которого подключены к логическому элементу И - НЕ, второй вход блока фиксации признака броска тока намагничивания соединен с входом функционального преобразователя, 50 выход которого через компаратор соединенс входом блока выдержки времени, выход которого н выход лопиеского элемента И - НЕ подключены к выходам блока фиксации признака броска тока намагничивания.1272390 И г 7 Муск ВНИИПИ Гпо дел 13035, Моск иал ППП П д, 4 ектн едактор Е. Папп аказ б 344/51Состав Техред Тираж осударс м изо а, Ж - атент,итель А. БондаренкИ. Вересб 12твенного комибретений и от35, Раушская наг. Ужгород, ул. Корректор Подписное тета СССР крытий