Устройство для токовой защиты

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИЕСПУБЛИК 77103 9) Яи 2 Н 3/08 1)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТЕН Н ЕЛЬСТВУ(71) Нижегородское отделение Всесоюзногогосударственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского институтаэнергетических систем и электрических сетей "Энергосетьпроект"(56) Авторское свидетельство СССРМ 229661, кл, Н 02 Н 3/08, 1964,Авторское свидетельство СССРМ 693501, кл. Н 02 Н 3/08, 1977,Изобретение относится к технике релейной защиты и автоматики энергосистем и может использоваться для токовой защиты линий электропередач и шин, а .также опережающего деления сети,Известно устройство для токовой защиты, реагирующее на квадрат амплитуды периодической составляющей тока и отличающееся высоким быстродействием, Насыщение трансформатора тока (ТТ) при коротких замыканиях (КЗ) может вызвать излишнее срабатывание этого устройства,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, реагирующее на сумму квадратов первой и второй производной контролируемого тока, которая в первом приближении равна квадрату амплитуды периодической составляющей, и имеющее блокировку, предотвращающую излишнее срабатывание устройства при насыщении ТТ. Блокировка разрешает срабатывание устройства на интервалах времени совпадения знаков мгновенных К АВТОРСКОМУ С(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ(57) Использование: для токовой защиты линий электропередач и шин, а также опережающего деления сети, Сущность изобретения: для распознавания режима насыщения трансформатора тока (ТТ) учитывается, что величина модуля мгновенного значения контролируемого устройства тока в конце участка идеальной трансформации ТТ максимальна по сравнению со значениями тока следующего за ним участка насыщения,3 ил,значений тока и его первой производной; после момента времени насыщения ТТ знаки этих величин становятся противоположными, и по данному признаку блокируется устройство. Однако вблизи момента выхода ТТ из насыщения возможно излишнее срабатьвание устройства, поскольку при этом первая производная тока скачком изменяется до величины, соответствующей мгновенному значению периодической составляющей этой производной, а вторая производная тока приобретает Форму пика. максимум которой может значительно превосходить амплитуду периодической составляющей этой производной в условиях без насыщения ТТ, При этом в зависимости от расположения момента выхода ТТ из насыщения знаки мгновенных значений тока и его первой производной могут быть как противоположными, так и совпадающими, В последнем случае блокировка разрешает срабатывание устройства и оно может сработать излишне, если от воздействия пикавторой производной сработает токовый орган.Целью изобретения является повышение надежности функционирования устройства для токовой защиты путем исключения излишних срабатываний в режиме КЗ, сопровождающегося насыщением измерительного ТТ,Указанная цель достигается тем, что в устройство для токовой защиты. содержащее последовательно соединенные датчик тока, первой фазоповоротный элемент, первый квадратор и сумматор, последовательно соединенные второй фазоповоротный элемент и второй квадратор, включенные между выходом первого фазоповоротного элемента и вторым входом сумматора, первый компаратор, выход которого подключен к первому входу элемента И, источник питания и исполнительный элемент, дополнительно введены элемент извлечения квадратного корня, элемент времени, последовательно соединенные формирователь модуля, первый выпрямитель. первый резистор, второй выпрямитель, второй резистор, второй компаратор, конденсатор; три резистора, при этом элемент извлечения квадратного корня включен между выходом сумматора и входом первого компаратора, к выходу датчика тока подключен вход формирователя модуля, конденсатор и третий резистор включены параллельно и подключены между входом второго выпрямителя и нулевым выводом источника питания, четвертый резистор включен между выводом отрицательного напряжения и инвертирующим входом вто" рого компаратора, прямой вход которого через пятый резистор соединен с выходом формирователя модуля, а его выход соединен с вторым входом элемента И, выход которого через элемент времени подключен к входу исполнительного элемента,Для распознавания режима насыщения ТТ учитывается, что величина модуля мгновенного значения контролируемого устройством тока в конце участка идеальной трансформации ГГ максимальна по сравнению со значениями тока следующего за ним участка насыщения,На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2, 3 - эпюры сигналов, поясняющие функционирование устройства соответственно в режимах КЗ с апериодической и без апериодической составляющей тока при насыщении ТТ (номера эпюр соответствуют выходам функциональных элементов с теми же номерами).25 304045 Устройство содержит датчик тока 1, первый и второй фазоповоротные элементы 2 и 3, первый и второй квадраторы 4 и 5, сумматор 6, элемент извлечения квадратного корня 7, первый компаратор 8, логический элемент И 9, формирователь модуля 10, первый выпрямитель 11, первый резистор 12, второй выпрямитель 13, конденсатор 14, третий резистор 15, операционные усилители 16, 17 и диоды 18, 19 первого и второговыпрямителей 11 и 13, второй резистор 20, второй компаратор 21, четвертый и пятый резисторы 22 и 23, элемент времени 24, исполнительный элемент 25, источник питания 26. Датчик тока 1 предназначен для гальванической развязки целей и для преобразования контролируемого тока с выхода ТТ всигнал с требуемыми для устройства парамеграми,Подключенный к выходу датчика тока 1 первый фазоповоротный элемент 2 сдвигает фазу синусоидальных сигналов на угол,близкий к"/2, в сторону опережения, причем на частоте соответствующей гармоники; это соответствует операции дифференцирования, в том числе и несинусоидального сигнала. Включенный на выход элемента 2 идентичный ему второй фазоповоротный элемент 3 осуществляет второе дифференцирование сигнала.Первый и второй квадраторы 4 и 5, подключенные соответственно к выходам первого и второго фазоповоротных элементов 2 и 3, формируют сигналы, пропорциональные квадратам поступающих на их входы сигналов. Сигналы с выходов квадраторов 4 и 5 поступают на входы сумматора 6.Сигнал с выхода сумматора 6 поступает на вход элемента извлечения квадратного корня 7. Сигнал на входе элемента 7 имеет квадратичную зависимость, а на выходе - линейную (пропорциональную) зависимость от амплитуды периодической составляющей контролируемого тока; при этомувеличивается точность функционированияустройства,С выхода элемента извлечения квадратного корня 7 сигнал поступает на вход пер 50 вого компаратора 8, уставка срабатывания которого выбирается из условия обеспечения тоебуемой чувствительности в режиме КЗ. Если сигнал на выходе элемента извлечения квадратного корня 7 превысит уставку срабатывания первого компаратора 8, то на первом входе логического элемента И 9 появится логическая единица и срабатывание устройства для токовой защиты в целом будет определяться функционированием5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 той части устройства, которая осуществляетблокировку при насыщении ТТ,Сигнал с выхода датчика тока 1 поступает на вход формирователя модуля 10, навыходе которого сигнал приобретает положительный знак,С выхода формирователя модуля 10 сигнал подается на вход первого выпрямителя11, выход которого через первый резистор12 подключен к входу второго выпрямителя13 и к первому выводу конденсатора 14.Второй вывод конденсатора 14 подключенк нулевому выводу источника питания 26.Вход второго выпрямителя 13, кроме того,через третий резистор 15 также подключенк нулевому выводу источника питания 26.Первый и второй. выпрямители 11 и 13,состоящие из операционных усилителей 16и 17 и диодов 18 и 19, осуществляют неинвертирующую прецизионную передачу сигнала положительной полярности,Первый резистор 12 предназначен дляограничения максимального выходного тока первого выпрямителя 11, Конденсатор 14служит для запоминания напрякения на выходе первого выпрямителя 11. Снижениенапряжения на входе первого выпрямителя11 сопровождается разрядом конденсатора14 с заданной постоянной времени вдиапазоне 10 - 15 мс, определяемой третьим резистором 15, поскольку сопротивлениепервого выпрямителя 11 со стороны его выхода и сопротивление второго выпрямителя13 со стороны его входа значительно превышают сопротивление третьего резистора15.Выход второго выпрямителя 13 черезвторой резистор 20 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя второго компаратора 21, этот же входоперационного усилителя второго компаратора 21 подключен через четвертый резистор 22 к выводу отрицательногонапряжения источника питания 26 - Ел. Неинвертирующий (прямой) вход операционного усилителя второго компаратора 21через пятый резистор 23 подключен к выходу формирователя модуля 10,Второй компаратор 21 предназначендля сравнения напряжений на выходе формирователя модуля 10 и на выходе второговыпрямителя 13, Если напряжение на выходе второго выпрямителя 13 превышает напряжение на выходе формирователя модуля10, то второй компаратор 21 срабатывает,напряжение на его выходе становится близким к отрицательному напряжению источника питания 2 б, В исходном состояниинапряжение на выходе второго компаратора 21 близко к положительному напряжению источника питания 26, что обеспечивается током через четвертый резистор 22 от вывода отрицательного напряжения источника питания 26,Выход второго компаратора 21 подключен к второму входу логического элемента И 9. К выходу логического элемента И 9 подключен вход элемента времени 24, на выходе которого сигнал логической единицы появляется через заданное время в диапазоне 0,3-0,5 мс после поступления сигнала логической единицы на его вход,Выход элемента времени 24 подключен к входу исполнительного элемента 25, Сигнал с выхода исполнительного элемента 25, являющегося выходом устройства. появляется в режиме КЗ и осуществляет действия, устраняющие аварийный режим.На фиг. 2 и 3 приведены эпюры сигналов, иллюстрирующие недостатки прототипа и работу введенных основных элементов. Тонкими линиями(сплошной, пунктирной и штрих-пунктирной) на эпюрах О 1 - Оз показаны сигналы без насыщения ТТ, Постоянная времени затухания апериодической составляющей в токе КЗ на фиг, 2 (сигнал О 1) примерно равна 50 мс, Постоянная времени спада сигнала Оз равна 15 мс. устройство работает следующим образом.В режимах КЗ (см. фиг. 2, 3) в интервале времени от начала КЗ до момента насыще-, ния ТТ(в интервале идеальной трансформации) сигнал на выходе элемента извлечения квадратного корня 7 пропорционален амплитуде периодической составляющей контролируемого тока, Напряжение на выходе второго выпрямителя 13 в интервале идеальной трансформации равно напрякению на выходе формирователя модуля 10, на выходе второго компаратора 21 напряжение близко к положительному напряжению источника питания 26. Этот сигнал, соответствующий сигналу логической единицы, поступает на второй вход логического элемента И 9. Если величина периодической слагающей тока КЗ превысит уставку первого компаратара 8, последний срабатывает и подаст сигнал логической единицы на первый вход логического элемента И 9, На выходе логического элемента И 9 появится сигнал логической единицы, сработает элемент времени 24 и через заданное время подаст сигнал логической единицы на вход исполнительного элемента 25. На выходе исполнительного элемента 25 появится сигнал на отключение выключателей защищаемого обьекта; устраняется аварийный режим.В режимах КЗ в интервале времени насыщенного состояния ТТ сигналы первой и второй производных тока на выходах фазоповоротных элементов 2 и 3 приобретаютформу пика, а сигнал на выходе элементаизвлечения квадратного корня 7 может значительно превысить амплитуду периодической составляющей контролируемого тока,При насыщении ТТ напряжение на выходе формирователя модуля 10 становится меньше напряжения на выходе второго выпрямителя 13; срабатывает второй компаратор 21, на его выходе напряжение становится близким к отрицательному напряжению источника питания 2 б, Этот сигнал, соответствующий сигналу логического нуля, поступает на второй вход логическогоэлемента И 9, предотвращая излишнее срабаты вание устройства.Элемент времени 24 предотвращает излишнее срабатывание устройства в интервале времени вблизи момента насыщения ТТ, когда возможно излишнее срабатывание первого компаратора 8, но еще не произошло срабатывание второго компаратора21. Как показывает анализ, срабатывание. второго компаратора 21 происходит не позже, чем через 0,2-0,3 мс после излишнего срабатывания первого компаратора 8. Элемент времени 24 с установкой 0,3-0,5 мс позволяет устранить неправильное действие устройства.Величина постоянной времени разряда конденсатора 14 выбирается такой, чтобы обеспечить нахождение второго компаратора 21 в сработанном состоянии в интервале времени насыщенного состояния ТТ в расчетном режиме КЗ с апериодической составляющей (см, фиг. 2). 40 45 Второй компаратор 21 возвращается в исходное состояние и интервалах идеальной трансформации каждые полпериода при отсутствии апериодической составляющей (см. фиг, 3) и каждый период при наличии апериодической составляющей (см. фиг, 2); при этом создаются условия работы части устройства, контролирующей амплитуду периодической составляющей тока КЗ,Анализ показывает, что интервал времени нахождения второго компаратора 21 в исходном состоянии при идеальной трансформации составляет величину не менее 11020 2530 35 1,5 мс, что достаточно для обеспечения надежной работы устройства.Время срабатывания устройства определяется элементом времени 24 и может составлять величину 0,3 - 0,5 мс,Исключение излишних срабатываний позволяет увеличить срок службы высоковольтного оборудования на электростанциях и подстанциях и повысить надежность и устойчивость энергосистем,Ф о р мул а и зоб рете н ия Устройство для токовой защиты, содеркащее последовательно соединенные датчик тока, первый фазоповоротный элемент, первый квадратор и сумматор, последовательно соединенные второй фазоповоротный элемент и второй квадратор, включенные между выходом первого фазоповоротного элемента и вторым входом сумматора, первый ком паратор, выход которого подключен к первому входу элемента И, источник питания и исполнительныйэлемент,отлича ю щееся тем,что, с целью повышения надежности функционирования путем исключения излишних срабатываний в режиме короткого замыкания, сопровождающегося насыщением измерительного трансформатора тока, в него дополнительно введены элемент извлечения квадратного корня, элемент времени, последовательно соединенные формирователь модуля, первый выпрямитель, первый резистор, второй выпрямитель, второй резистор, второй компаратор, конденсатор, три резистора, при этом элемент извлечения квадратного корня включен между вь 1- ходом сумматора и входом первого компаратора, к выходу датчика тока подключен вход формирователя модуля, конденсатор и третий резистор включены параллельно и подключены между входом второго выпрямителя и нулевым выводом источника питания. четвертый резистор включен между выводом отрицательного напряжения и инвертирующим входом второго компаратора, прямой вход которого через пятый резистор соединен с выходом формирователя модуля, а его выход соединен с вторым входом элемента И, выход которого через элемент времени подключен к входу исполнительного элемента.1771030 Составитель В.КурицыТехред М.Моргентал эктор Г,Бельская Корректор Н.Милюко Заказ 3746 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина.