Устройство для защиты реактора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1304121 д 4 Н 02 Н 7/22 О)р 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13. ц йБлп :14еление Всесоюзного гоктно-изыскательского и ского института энерэлектрических сетей кий и Е. П. Короле.8)етельство СССРН 7/04, 10.81.ельство СССР ЛЯ ЗАЩИТЫ РЕОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите от внутренних повреждений шуцтирующих реакторов. Целью изобрстеция является повышеццс чувствительности защиты. Указанная цель достигается введением в устройство цнвертора 7, масштабного усилителя 8, формирователя модуля 1. В устройстве производится сравнение мгновенных значений рабочего ц тормозного сигналов, причем в нормальном режиме они равны, а при повреждении реактора 2 появляется сигнал рассогласования. Предусмотрено блокирование устройства при пропадации напряжения, а также при работе измерительных трансформаторов тока с погрешностями. 4 цл.1Изобретение относится к технике релейной защиты электрических станций и подстанций, а именно к устройствам для защиты от внутренних повреждений: шунтирующих реакторов, включенных в цепи установок поперечной компенсации реактивной мощности.Целью изобретения является повышение чувствительности защиты реакторов.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - 4 - эпюры, поясняющие его работу.Устройство содержит датчик 1 тока (трансформатор тока), устанавливаемый в цепи защищаемого реактора 2, датчик 3 на. пряжения (трансформатор напряжения), подключенный к сети 4.К выходу датчика 3 напряжения подключен вход фазоповоротного блока 5, к выходу датчика 1 тока - вход дифференциатора 6, к выходу фазорегулирующего блока 5 вход инвертора 7. Выход дифференциатора 6 подключен к входу масштабного усилителя 8 и входу первого формирователя 9 импульсов прямоугольного напряжения. Выход датчика 3 напряжения соединен через второй формирователь 10 импульссов прямоугольного напряжения с входом формирователя 11 модуля. Выходы масштабного усилителя 8 и инвертора 7 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 12, выход которого через компаратор 13 подключен к второму входу блока 14 совпадения, к первому входу которого подключен выход первого формирователя 9 импульсов прямоугольного напряжения. Выходы блока 14 совпадений подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента И 15, выход которого через блок 16 задержки, ограничитель 17 длительности амплитуды, расширитель 18 импульсов, второй блок 19 задержки подключен к входу исполнительного органа 20.Фазоповоротный блок 5 осуществляет сдвиг напряжения, поступающего на его вхол в сторону отставания на угол до 3 5. Дифференциатор 6 формирует выходной сигнал, пропорциональный первой производной тока реактора.Инвертор 7 производит изменение знака входного напряжения на противоположный.Масштабный усилитель 8 служит для согласования уровня рабочего сигнала, формируемого из тока реактора, с уровнем тормозного сигнала, формируемого из напряжения на реакторе.Блоки 9 и 1 О преобразуют соответствующие входные напряжения в напряже. ния прямоугольной формы с сохранением полярности, причем при напряжениях на их входах, близких к нулю, напряжения на выходах равны нулю.Формирователь 11 модуля преобразует поступающее на его вход двуполярное прямоугольное напряжение в однополярное. 2Сумматор 12 производит сложение мгновенных значений входных напряжений от блоков 7 и 8.Компаратор 3 выполнен с духполярнымпорогом и формирует на выходе сигналы высокого (по модулю) уровня, совпадающие по знаку с входным сигналом, в интервалах превышения последним установленного порога. Если входной сигнал не превышает порога компаратора 13, то сигнал на его выходе равен нулю.Блок 14 совпадения формирует однополярный выходной сигнал высокого уровня при совпадении знаков сигналов, поступающих на его входы от блоков 9 и 13.Первый блок 16 задержки осуществля ет задержку сигнала на время 1 = 0,5 - 1 мсс целью предотвращения ложных срабатываний под действием импульсных помех.Ограничитель 17 длительности импульсовформирует короткие импульсы прямоугольной формы из переднего фронта сигнала, поступающего от первого блока 16 залерж ки, с целью стабилизации длительности расширенных блоком 18 импульсов.Расширитель 18 импульсов увеличиваетдлительность поступающих на его вход коротких импульсов на время 2 м0 мс, те. ло появления сигнала срабатывания в следующем полупериоле. При этом обеспечивается сплошной сигнал высокого уровня ца выходе расширителя. Время задержки ца срабатывание второго блока 19 за лержки (з) выбирается большим длительности одиночного расширенного блоком 18 импульса, чем обеспечивается отстройка защиты из излишних срабатываний из-за пе.рехолных процессов в элементах схемы 1 з м : 15 мс).35 Исполнительный орган 20 обеспечиваетотключение выключателя в цепи защищаемог о реактора.Устройство работает следующим образом.Рабочий сигнал, пропорциональный токуреактора и сдвинутый относительно него в стоорону опережения на угол близкии к 90 (86 - 88), последовательно формируется лифференциатором 6 и масштабным усилителем 8.Тормозной сигнал формируется из напряжения на реакторе путем его сдвига на небольшой угол (3 - 5) в сторону отставания блоком 5 и инвертирования блоком 7.В нормальном режиме (фиг. 2) ток и нанапряжение реактора сдвинуты на угол Ч, 50 составляющий для исправного реактора89,7 - 88,9. Подстройкой рабочего сигнала по амплитуде на масштабном усилителе 8 и тормозного сигнала по фазена фазоповоротном блоке 5 с учетом инвертирования последнего на 7 в нормальном режиме обеспечивается равенство сигналов, поступающих на входы сумматора 12, по амплитуде и сдвиг между ними по фазе на угол 180". Поэтому сумма мгновенных значенийуказанных сигналов близка к нулю. Компаратор 13 находится в несработанном состоянии (нуль на выходе). На выходе блока 14 совпадения сохраняется сигнал низкого уровня и срабатывания устройства не происходит.При возникновении внутреннего повреждения реактора происходит уменьшение его сопротивления и угла, что приводит к увеличению тока через реактор и сдвигу его по фазе относительно напряжения в сторону опережения (фиг. 3). Теперь рабочий Ц, и тормозной 1)7 сигналы не компенсируются, так как рабочий сигнал, сформированный из тока, возрастает, а тормозной сигнал, формируемый из напряжения на реакторе, практически не изменяется. Кроме того, угол между Г)7 и 18 становится отличным от 180, поэтому на выходе сумматора 12 появляется отличное от нуля напряжение, пропорциональное разности рабочего и тормозного сигналов. Если это напряжение превышает порог срабатывания компаратора 13, то на его выходе появляются двухполярные прямоугольные сигналы высокого уровня в интервалах превышения порога входным сигналом. Напряжение с выхода компаратора 13 поступает на второй вход блока 14 совпадения, ца первый вход которого поступает сигнал (. от первого формирователя прямоугольного напряжения 9 из тока. При совпадении указанных сигналов по знаку на выходе блока 14 совпадения появляется сигнал высокого уровня длительностью, равной времени совпадения. Этот сигнал поступает на Второй вход логического элемента И 15, на первом входе которого присутствует постоянный сигнал высокого уровня с выхода формирователя 11 модуля, свидетельствующий 0 наличии напряжения в сети. Совпадение указанных сигналов обусловливает появление сигнала высокого уровня на выходе логического элемента И 15. Если длительность импульсов на выходе логического элемецта И 15 В) больше времени задержким1 мс первого блока6 задержки, то на выходе последнего появляется сигнал высокого уровня 1 ц который ограничивается по длительности В блоке7, расширяется на время 12 м 10 мс в расширителе 18 и затем поступает на вход второго блока 19 задержки с временем задержки з = 15 мс. Так как сигналы срабатывания повторяются в каждом полупериоде, то расширенные импульсы Б перекрывают паузы между сигналами на входе расширителя 017 и на выходе блока 18 формируется непрерывный сигнал высокого уровня. Через время (з срабатывает исполнительный орган 20, осугцествляющий отключение реактора от сети.В режимах оперативного или автоматического повторного включения линии с реактором переходный ток может содержать 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 значительную апериодицескую слагающую, ввиду чего измерительные трансформаторы тока (ТТ) могут работать со значительными погрешностями (фиг. 4). При этом в каждом периоде в большую из полуволн имеется интервал, в котором формы первичного и вторичного токов ТТ не совпадают. В этом интервале нарушается равенство рабочего и тормозного сигналов, что приводит к срабатыванию компаратора 13, а также блока 14 совпадения, логического элемента И 15, первого элемента 16 задержки, ограничителя 17 длительности импульсов, расширителя 18 импульсов. Так как в переходном процессе насыщение ТТ происходит только при одной полярности тока (совпадающей .по знаку с апериодической слагающей тока), то интервал между импульса.ми, поступающим; с первого блока 16 задержкц спс. 1 ра иц тсл7 длцтсльцости импульсов ня р" сширитсль 8 импульсов, превышает Время= О мс. Поэтому выходной снял расширителя 18 содержит интервалы цяпр 51 ж.Пи я низкОГО уроВня. Тяк кк время задержки второго блока 18 задержки выбирается больНим длительности одиночного расширенного импульса (1,1 =5 мс), тоИгнял ня цсголнитсльцый орган устройства не проходит.Гри Отклоцсциц реактора от сети рабочий сигял, рормирусмый цз тока, Отсутств 7 ет, я т 015 мозОИ си Гнал продолжает пос- ТУПЯТЬ НЯ СГХМЯТОР 2, ТО ПРИВОДИТ К СРЯ- батывянию компарятора 3, двухполярый сиГяс Выход 51 котОООГО постПаст ця Вто - рой вход блока 14 совпадения. Одн 1 ко НЯ псрвом Входе 0.101 я 14 совпадения Гн 1 л от формирователя 9 црямоугольцого напряжения из тока раве нулю, что обусловливает сохранение сигнала низкого уровня ця ЕГО ВЫХОДС, Я ЗНЯЦИТ и ЦЯ ВСЕХ ПОС.СДУЮ- цих бг 10 ках. С,сдов 1 тсльО, ложнОГО срабатывяни 51 запиты нс прОИЗОЙдст.В режи мс ОтклОени 5 51 цнии э, скГропс)с. дачи 1 сц 4), к которой Подключен рс. актор 2, может Возникнуть колебятслный процесс Б кОтъэс, сост 05 ццс ИЗ индъктиВ- ности реактора и емкости линии (сстц 4) относите,ьцо земли. При этом частота колебаний может суцествецно отличаться от промышленной ц составлять 30- - 70 Гц. Для шуцтируощих реакторов00- - 1150 кВ. добротность которы.; весьма высока (болсе 300), измсцение частоты В указанных пределам приводит к изменению угля реактора менее чем ня +О, 1 (ягсо 300 = 89,8 ягсп 300-Д=89,7; Я Гс(д 300 .0- = 89,9), цто соответствует отцосительой погрсцостц по действующему знацснцю тока менее 0,2). Так как действующсс значение тока цсрез шунтирующий реактор обратно пропорционально частоте сети, а выходное напряжение дифферецциаторя 7 прямо пропорционально частоте Входого сигнала, то уровень рабочего сигналя, формируемого по каналудатчик 1 тока реактора, дифференциатор 6 и масштабный усилитель 8, при изменении частоты сети остается неизменным. Амплитуда сигнала на выходе фазоповоротного блока 5, осуществляющего в канале формирования тормозного сигнала небольшой корректкрук)щкй сдвиг (3 - 5) напряжения реактора, в незначительной степени зависит от частоты при изменении ее в диапазоне 50-"-20 Гц, Действительно, коэффкцинт передачи стандартного активного фазоповоротного блока может быть представлен в видек- --=; гсщтт где Т - постоянная времени фазоповоротного блока 5, равная примерно 3 10 с при наибольшем угле сдвига 5".Расчет отношения модулей коэффициентов передачи при отклонении частоты сети на +20 Гц от промышленной (50 Гц) обусловливаег погрешность по уровню выходного сигнала блока 5+О,ЗЯ к -- 0,6",г. Следовательно результирующий небаланс суммы рабочего и тормозного сигналов в нормальном режиме, от которого необходимо отстраиваться с помощью порога срабатывания компарагора 13, не превышает 104.При замыкании небольшого числа витков (15) сопротивление реактора, а следовательно, и ток через него изменяется не менее чем на 2",/, поэтому чувствительность предложенного устройства оказывается достаточной для их выявления.При повреждениях в цепях напряжения тормозной сигнал может отсутствовать, тогда от рабочего сигнала срабатывают компаратор 13 и блок 14 совпадения, подавая сигнал высокого уровня на второй вход логического элемента И 15. Однако прк этом сигнал, формируемый по каналу 10 в 11, будет равен нулю, чем обеспечивается блокирование срабатыванкя элемента И 15, а следовательно, к устройства в целом.Использование изобретения позволяет повысить чувствительность защиты шуктирующих реакторов, оно обеспечивает выявление аварийного режима и отключение реактора в ранней стадии развития повреждения, когда разрушению подвергается лишь часть обмотки и не затронуты магнитопровод, фарфоровые опорные изоляторы и другие основные части конструкции, Это позволяет сохранить реактор ремонтопригодным и сократить расходы на его восстановление.Формула изобретенияО Устройство для защиты реактора, содержащее датчик напряжения, вход которого включается в сеть, к которой подсоединен защищаемый реактор, а выход подключен к входу фазоповоротного блока, датчик тока, первичная обмотка которого подключается между реактором и сетью, первый и второй формирователи импульсов прямоугольного напряжения, дифференциатор, блок совпадения, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов прямоугольного напряжения, к входу которого подключен выход дифференциатора, первый блок задержки и цепочку из последовательно соединенных расширителя импульсов, второго блока задержки и исполнительного органа, отличающееся тем, 25 что, с целью повышения чувствительностизащиты, в него дополнительно введены инвертор, масштабный усилитель, формирователь модуля, вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов прямоугольного напряжения, сумматор, компаратор, логический элемент И и ограничитель длительности импульсов, выход которого подключен к входу расширителя импульсов, а вход - к выходу первого блока задержки, соединенного входом с выходом логического элемента И, к первому входу коЗ 5 торого подсоединен выход формирователямодуля, а к второму входу - выход блока совпадения, второй вход которого соединен с выходом компаратора, соединенного входом с выходом сумматора, первый к второй входы которого подключены соот.ветственно к выходу масштабного усилителя к инвертора, а их входы - соответ.ственно к выходам дкфференцкатора и фазоповоротного блока, при этом входы дифферекциатора к второго формирователя прямоугольного напряжения соединены соответственно с выходами датчика тока и датчика напряжения.Составитель К. П 1 иланРедактор Л. Веселовская Техрсд И. Верее Корректор А. ЗимокосовЗаказ 132054 Тираж 619 1 однисносВНИИГ 1 И Государственного комитгга СССР но делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж .:15, Раугнская наб., и. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. 1 роектная, 4