Блок управления для устройства дифференциально-фазной защиты электроустановки

(54) БЛОК У ВА ДИФФ ЩИТЫ ЗЛЕ (57) Изобре нике, в част изобретения кционирова коротких за или самозап ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО МУ С.ВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Новосибирский электротехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1427465, кл. Н 02 Н 3/28, 1986. ПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАКТРОУСТАНОВКИтение относится к электротехности к релейной защите, Цель - повышение устойчивости фунния при внутренних двухфазных мыканиях (КЗ) в режимах пусков усков электродвигателей и синИзобретение относится к релейной защите и может быть использовано для запрета управления углом блокировки в устройствах дифференциально-фазных защит сборных шин, ошиновок, реакторов. генераторов, синхронных компенсаторов и высоковольтных электродвигателей электрических станций, подстанций и промышленных предприятий.Цель изобретения - повышение устойчивости функционирования блока управления при внутренних двухфазных КЗ в режимах пусков и самозапусков электродвигателей и синхронных компенсаторов, сопровождающихся однополярными сквозными токами нагрузки., 1 б 777 бЗ А хронных компенсаторов, сопровождающихся однополярными сквозными токами нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что блок управления позволяет обеспечить высокое быстродействие дифференциально-фазной защиты при любых внутренних КЗ, включая двухфазные КЗ электродвигателей и синхронных компенсаторов в режиме пуска с учетом запаздывания КЗ с момента пуска с сохранением селективности при внешних КЗ, Высокое быстродействие при двухфазных КЗ электродвигателей и синхронных компенсаторов в режиме пуска с учетом запаздывания КЗ с момента пуска обеспечивается выявлением однополярного характера тока нулевых выводов, присущего данному режиму и подачей сигнала на срабатывание блока управления для запрета форсировки времени блокировки дифференциально-фазной защиты. 3 ил. На фиг, 1 изображена структурная схема блока управления; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие работу блока при внутреннем двухфазном КЗ электродвигателя или синхронного компенсатора в режиме пуска; на фиг, 3 - то же, при внешнем (а) КЗ и внезаимном внутреннем КЗ со сдвинутыми по фазе токами (б),Блок управления (см. фиг. 1) содержит первый формирователь 1 импульсов, вход которого является первым входом блока, элемент ИЛИ 2, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов 1, а второй вход является входом модуля дифференциального тока блока, формирователь 3 импульса первого периодапереходного О.есса, Вход которого Гюцключен к выходу и)емен)з 4.ГИ 2, второй формирователь 4 импульсов, Вход ко. Орого является входа)л производ;)ой моцуля дифференциального тока блока, вцявитель 5 признака идентф)к;)ци) режимапервый вход которого соединен с вь)ходом формирователя 3 импульс." .первого периода переходного процесса, з второй вход с выходом второго формиоовзтеля 4 импульсов, расшЛритель 6 импульсов, первый вход которого соединен с выходом Выявителя 5 признака идентификации режима, з Второй ВМОД с ВыхОДОм и)ВерОрз 7, Вход которого соединен с вьгходам Второго компаоаторз 8, выход Оторого соединен с выходом интегригующей Р 1 С цепи 9, вход кОторОЙ сосднг,) с 5 ьХОдоя перво О кОмпараторз 10 Вход которого соединен с зы- ХОДОМ Вып р 5)мите) 5 1 1. ОКО 3 кОторОГО является вгс)рь)м Вхицом блокавьход расширителя имГ)у 5)ьсов 3 дк)юче) к упрзвля)ощему Входу электронно.0 ключа 12, выход которОГО яв 5)яется выходОм блока,Конкретная реализация блока уг)равлени 5) может быГь слеДу)ощзЯ (см, сОГ 1)формОов,тря 1 1 4 ич пд ОВ пр "ъг- стзвлЯОт сОбой Г)ОрОГОВые элем.;нтымОГут быь ВЫПОлнены Г)О изг)ес:)Ои сх 8 ме з транзисторах г)-р)-,1, раб.: Ггнощих в кглс е Всм режиме, Форм 1 иГОвзтег 1-, пред)Ззначен для преобрззоаания Огрицзтельного аналогового сигнала, прог)орциаз)льного сумме модулей токов плеч /К 5 (см. фиг, 2), где п ")(число плеч ззщить), )1 ри п)евыв 1)он задзн- НОГО ПОРОГЗ ВХОДНЫМ СИГНЗЛОМ НЗ ВЫХО",8 формировзтеп 5 1 фо)У )уетс 5 по 0 ки Гельный циф;)ОВОЙ сиГнзл, Аи 5)огиО :.)50 тзет фОРМИРОВЗТ 8 ЛЬ 1, ТО)Ь 0 ОГО БХОг 5)ВЛЯЕТСЯ входом произвоцной модуля дифференциального тока /г/ (фиг, 2), взятого со знаком минус.Формирователь 3 имульсз первого периода переходного процесса моет бьггь Выполнен нз транзисторе П-О"и-типа и ",ц,С" цепи, Постоянзя воемени 5 С-цег)и Вцбрзна таким образом, .чтобь, время нарастания напряжения на кондесзторе до Величины, соответствующей г)орогу Отк,ытия тр-ь)зи 1- стора, составило -= 4 мс, ")Осто,5)З 5 В 8- мени разряда ЯС-цени г 1 ри открытом транзисторе составляет около 200 ь)с. Вцявитель 5 иианаз ден ГикзцИи р 8 жимз може) Оыть Вь)ПОлнен нз итегрзльных микросхемах с эл 8)ентами +)с. 1 ри совпадении импульсов, соотвегствуОщих ЛОГИ)Еск)М С -И)н 501 пМД ,1; на его выходе формируется сигнал логического нуля на время совпадения.РасширЛтег)ь 6 импульсов может бытьВьгполнен с использованием интегральной5 микросхемь с элементами И-НЕ и диодное 11 костных цепейИ)гвертор 7 выполнен по стандартнойсхеме с использованием интегральной микросхемы с элементами И-НЕ, компараторы10 8 и 10 - по схеме неинвертирующего компаратора с отрицательной обратной связью.,Циоды в обратной связи предназначены дляисключения возникновения сигнала отрицательной полярности на выходах ко)ипарато 15 ров, Инвертиру)ощие входы компараторовподключены к средним точкам делителейн:)пояжения, включенных между положительным пол)асом источника питания и общей точкой,20 Выпрямитель 11 предназначен длядвухполупериодного выпрямления входного аналогового сигнала и может быть выполнен с применением соответствующейи)ГГВГрзльной микросх 8 мы, Включенной по25 тандзртной схеме,Междуфазные КЗ электродвигателей исинхронных компенсаторов часто возника:от В рекимах пусков или самозапусков(особенно при частых пусках или самозапускахЗО эл ):.Тродвигателей, например, мощныхмельниц ГРЭС) под воздействием электродинамических усилий, вызванных пусковыми токами или токами самозапусков, Так какдля ВозиИкновения максимальных электро 35 динамических усилий необходимо, чтобьгусковь)е токи достигли значительных вели.:.".н, близких к ударным, то для этого необходимо некоторое время с момента пуска,")Ослед)588 означает, что КЗ под воздействи 40 ем з)ектроднамических усилий возникаетспустя неуотсрое время с момена пуска и,если это время превышает 4-5 мс, то блокуправления не прореагирует на внутреннееКЗ, тзк как через 4 мс будет выведен из45 действия на 200 мс формиоователем импульса первого периода переходного про. Вссз,-зибольшу)о опасность для дифференциально-фазной защить), использующей50 форсировку угла блокировки при внешнихКЗ, представляют однополярные сквозныетоки нагрузки (отсоса), возникающие придвухфазных внутренних КЗ в режиме пускана Выводах или лобовых частях электродви-.55 Гателей и синхронных компенсаторов.Цействигельно, если междуфазное КЗвоз)гикает спустя некоторое время с моментапуска или самозапуска, то до КЗ в защитевь)рабзтцвается сигнал форсировки углаблокировки тем больший, чем больше по5 10 50 55 величине сквозной ток нагрузки. При этом при КЗ спустя 5 и более миллисекунд с момента пуска сквозные токи нагрузки могут достигать величин, близких к величинам ударных пусковых токов, но периодическая составляющая сквозных токов нагрузки вдвое меньше периодической составляющей пусковых токов, поэтому они ряд периодов промышленной частоты однополярны, и, если трансформаторы тока (ТТ) нулевых выводов электродвигателей или синхронных компенсаторов при этом не насыщаются (например, при остаточной индукции благоприятного знака в их сердечниках или слабой вторичной нагрузкой, характерной для трансформаторов тока электродвигателей с реакторным пуском и синхронных компенсаторов), то задержка в срабатывании защиты может быть значительной,Блок управления работает следующим образом.В нормальном режиме аналоговый сигнал на входе формирователя 1 импульсов не превышает его порога, так же отстроен по входу от периодического тока небаланса формирователь импульсов 4, поэтому на их выходах сигналы отсутствуют, На вход выпрямителя 11 подается аналоговый сигнал, пропорциональный току плеча нулевых выводов электродвигателя или синхронного компенсатора, который выпрямляется и выдается на вход первого компаратора 10, величина порога которого равна 1,05.от номинального тока для отстройки от помех, поэтому на выходе первого компаратора 10 сигнал отсутствует. Следовательно, блок управления в этом режиме не работает.В переходном режиме внутреннего КЗ в режиме пуска, сопровождающегося одно- полярными сквозными токами нагрузки и запаздывания КЗ с момента пуска на 4 мс и более, сигнал на входе формирователя 1 импульсов резко увеличивается еще до КЗ от пусковых токов, так как пропорционален сумме модулей токов плеча/1 к/ том. фиг. 2) и превышает его порог, поэтому на его выходе формируется положительный импульс (Овых 1) длительностью не мене 4 мс и подается через элемент ИЛИ 2 и формирователь 3 импульса первого периода переходного процесса на первый вход выявителя 5 признака идентификации режима (Овых 2).Так как до КЗ дифференциального тока нет, то второй формирователь 4 импульсов не работает и на втором входе выявителя признака идентификации режима имеется сигнал логического нуля (Овых 4). Через 4 мс 15 20 25 30 35 40 45 после пуска срабатывает формирователь 4 импульса первого периода переходного процесса и устанавливает на первом входе выявителя 5 признака идентификации режима потенциал логического нуля, запрещая его дальнейшую работу на 200 мс, поэтому на выходе последнего присутствует сигнал логической единицы (Овых 5). В то же время сигнал, пропорциональный току плеча нулевых выводов подается на вход выпрямителя 11, где выпрямляется и подается на вход первого компаратора 10 (Овык 7). Так как ток пуска значительно превосходит номинальный ток, то первый компаратор 10 срабатывает и на его выходе начинает формироваться прямоугольный сигнал положительной полярности, величиной равной напряжению источника питания, После КЗ ток плеча нулевых выводов становится однополярным, поэтому на выходе первого компаратора 10 формируется сигнал, длительностью равной длительности превышения однополярным током его порога (Оз) и выдается на вход ВС-цепи 9. Конденсатор ВС-цепи начинает заряжаться. С выхода ВС- цепи 9 сигнал поступает на вход второго компаратора 8. Постоянная времени ВС-цепи 9 выбрана таким образом, что заряд конденсатора до напряжения порога второго компаратора 8 составляет 21 мс (Оых 9) Если входной сигнал ВС-цепи 9 уменьшится до нуля, то конденсатор мгновенно разряжается через диод на вход первого компаратора 10. После срабатывания второго компаратора 8 на его выходе появляется сигнал логической единицы, длительностью равной длительности превышения напряжения на конденсаторе ЯС-цепи 9 порога компаратора 8 и выдается на вход инвертора 7(Овых 1 о), Инвертор 7 срабатывает, и на его выходе устанавливается сигнал логического нуля, длительностью равный длительности входного сигнала (Овых 11), и подается на второй вход расширителя 6 импульса. Ранее заряженный конденсатор расширителя б импульса мгновенно разряжается через диод, и на его выходе устанавливается сигнал логической единицы. Но так как заряд конденсатора происходит медленно, то на выходе расширителя б формируется расширенный сигнал (Овыхб) и выдается на управляющий вход электронного ключа 12, который при этом открывается.При внешних КЗ со значительным насыщением ТТ одного плеча защиты сигнал(Овых 4) в первом периоде появляется не сразу (см. фиг. За). Так как магнитный поток в ТТ не может измениться мгновенно, то длянасыщения сердечника требуется время, котаоое в самых тяжелых случаях не мене 5 мс.5 10 15 20 25 30 35 40 Однако сигнал (Овых 1) лоявляется сразу, так как пропорционален сумме модулей токов плеч и поступает через элемент ИЛИ 2 на формирователь 3 импульса первого периода переходного процесса, который формирует сигнал (Овыа), ограниченный длительностью 4 мс. В это время конденсатор формирователя 3 импульса первого периода переходного процесса заряжается и остается заряженным около 200 мс, что достаточно для затухания переходного процесса в первичной цепи. В результате импульсы (Овна) и (Овод) не совпадают по времени в течении всего первого периода и выявитель 5 признака идентификации режима не срабатывает (Овыхв). В то же время сигнал, пропорциональный току плеча нулевых выходов, поступает на вход выпрямителя 11, а с его выхода - на вход первого компаратора 10, который срабатывает и выдает сигнал на вход ВС-цепи 9 (Овыхв). Конденсатор НС-цепи 9 начинает заряжаться, однако поскольку длительность сигнала (Овцх 8) не превосходит 20 мс, напряжение на выходе ВС-цепи (Овца) в течении всего переходного процесса не достигает порога срабатывания второго компаратора 8, поэтому инвертор 7 не срабатывает в этом режиме. Следовательно, в течении всего переходного процесса электронный ключ закрыт.В переходном режиме внезапного внутреннего КЗ со сдвинутыми по фазе токами (см. фиг. Зб) или сопровождающего сквозными токами нагрузки одновременно появляются сигналы, пропорциональные сумме модулей токов плеч (Овцхг) и производной модуля дифференциального тока (Овых),. поэтому на выходе выявителя 5 признака. идентификации режима формируется сигнал логического нуля (Овцхь) и подается на первый вход расширителя 6 импульса. На выходе последнего формируется расширенный сигнал (Овыхб), достаточный для срабатывания электронного ключа 12, который срабатывает. Инвертор 7 в этом режиме не работает,При внутренних КЗ с односторонним питанием сигнал на входе формирователя 1 импульсов может оказаться недостаточным, поэтому входным сигналом для блока уп равления в этом режиме будет сигнал, пропорциональный модулю дифференциального тока на втором входе элемента ИЛИ 2. В дальнейшем устройство срабатывает так же, как при внезапном внутреннем КЗ с двухсторонним питанием, Инвертор 7 в этом режиме не работает. Таким образом, реализованное в блоке управления выявление однополярного сквозного тока нагрузки позволяет исключить значительную задержку в срабатывании дифференциально-фазных защит электродвигателей и синхронных компенсаторов при переходе пуска или самозапуска в двухфазное КЗ, сопровождающегося однополярными токами нагрузки, и повысить устойчивость функционирования блока управления в этом режиме, не снижая ее в других режимах Формула изобретения Блок управления для устройства дифференциально-фаэной защиты электроустановки поавт.св, Ь 1427465. отл и ча ю щи йс я тем, что, с целью повышения устойчивости функционирования при внутренних двухфазных коротких замыканиях в режимах пусков или самозапусков электродвигателей и синхронных компенсаторов, сопровождающихся однополярными сквозными токами нагрузки, в него введены последовательно соединенные выпрямитель, первый компаратор, йС-цепь, второй компаратор и инвертор, при этом вход выпрямителя является вторым входом блока управления, а выход инвертора подключен к второму входу расширителя импульса,677763Ц 3 оз,4 Фыр Фмд цр Ьг Фщ цы ЭаЮ