Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки

1 б эр 3равной 40, то ток небаланса в описанном рсгкиме будет равен 0,225 - 0,28 номичального тока только за счет нсбаланса из-за регулирования, Отсюда очевидна невозможность сникения тока срабатывания (по крайней мере в режиме псрегрузки) ниже 0,3 - 0,35 номинального тока при использовании описанного выше реле, Такой ток срабатывания может не обеспечить достаточно высокой чувствительности защиты при некоторых витковых замыканиях взащищасмом трансформаторе,Прототипом изобрстения является последнее из перечислснных реле,Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности устройства при сохранении его быстродействия.Поставленная цель достигастся тем, что в устройство для дифференциально-фазпой защиты электроустановки с регулятором напряжения, введены фильтр третьей гармоники дифференциального тока, блоктормояения в установившемся режиме, два дифференцирующих блока, два блока временпбй памяти, три ключа и блок выдержки времени, при этом вход фильтра третьей гармоники дифференциального тока соединен с блоком преобразования выходных величин, выход - с первым входом первого блока временной памяти и первым из Основных входов первого ключа, входы блока тормояения в установившемся режиме соединены с выходамп блока преобразования выходных величин, выход соединен с входом первого дифференцирующего блока, вторым основным входом первого ключа, а также с основным и увравляюшим входами второго ключа, выход первого дифференцнрующего блока соединен со вторым входом первого блока временнбй памяти, третий вход которого соединен с регулятором напряжения защищаемого объекта, а выход - с упр авляющим входом первого ключа, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход преобразователя дифференциального тока соединен с основным входом третьего ключа и с входом второго дифференцирую щего блока, выход которого соединен с первым входом второго блока временнбй памяти, его выход с управляющим входом третьего ключа, выход которого через блок выдержки времени сосдинен с третьим входом блока сравнения, выход второго ключа соединен с четвертым входом блока сравнения, а выход блока тормогкения в переходных режимах соединен с четвертым входом первого блока временнбй памяти и вторым входом второго блока временной памяти.На чертеже изображена структурная схема устройства.,Выходы трансформаторов тока соединены с блоком 1 преобразования выходных величин, а его выходы - с блоком торможения в установившемся режиме 2 (БТ). 10 (Л 1 О 15 50 бг 60 6 э 4БТ 2 предназначен для обеспечения необходимой тормозной характеристики устройства и имеет сш пал на выходе, пропорциональный разности суммы модулей токов ;лсч защиты и дифференциального тока. Такой алгоритм действия БТ 2 обеспечивает максимальный тормозной сигнал на его выходе при внешнем коротком замыкании со сдвигом токов на 180 эл. град. и отсутствие тормозного сигнала при внутреннем коротком замыкании и отсутствии сдвига между токами. При необходимости вместо описанного блока может быть применен любОй другой, дающий аналогичный эффект,Г 1 о цепи дифференциального тока БТ 2 связан с преобразователем дифференциального тока 3 (ПДТ), блоком торможения в переходных режимах 4 (БТП) и фильтром торможения по третьей гармонике дифференциального тока 5 (ФТГ),Схема преобразователя дифференциального тока 3 содергкит элемент, расщепляющий поступающий на него сигнал, пропорциональный дифференциальному току, в трехфазную систему с последующим выпрямлением и сглаживаиием и предназначена для преобразования переменного сигнала, пропорционального дифференциальному току, в соответствующий сигнал постоянного тока.БТП 4 предназначен для торможения защиты в переходных режимах броска токанамагничивания и внешнего короткого замьпсания. Он могкет быть выполнен на основе схемы, сравнивающей амплитуды волнполунсриодов дифференциального тока, выделяющей четные гармоники из дифференциального тока, и на других известныхпринципах,ФТГ 5 предназначен для торможенияустройства в регкиме работы защищаемоготрансформатора с перевозбуждением, например, если он включен на отключеннуюс обратной стороны линию электропередачи высокого напряжения.К выходу ПДТ 3 подключен дифференцирующий блок б (ДБ), который предназначен для выявления резкого изменениясигнала на выходе схемы преобразованиядифференциального тока 3,К выходу ДБ б подключен блок временнбй памяти 7 (ВП), предназначенный длязапоминания наличия сигнала на его входена время, равное, например, 2- 3 периодампромышленной частоты.К выходу блока ВП 7 подключен ключ 8,предназначенный для коммутации сигнала,снимаемого с ПДТ 3, на блок выдержкивремени 9 (ВВ).Блок выдержки времени 9 предназначендля задержки подаваемого с ключа 8 сигнала на время, равное, например, 1/4 периода промышленной частоты.К выходу блока ВВ 9 подключен вход 105блока сравнения 11 (БС). Блок сравнения 11 имеет четыре входа и один выход,Вход 10 БС 11 предназначен для действия на срабатывание, вход 12 - для загрубления устройства до уровня тока срабатывания защиты, равного, например, 0,4 номинального и выше в зависимости от величины поступающего на него сигнала, вход 13 - для интенсивного торможения при внешних коротких замыканиях, вход 14 - для торможения в переходных режимах,К выходу БС 11 присоединен реагирующий орган 15, предназначенный для выдачи сигнала на отключение защищаемого трансформатора.Ключ 16 по цепи управления присоединен к блоку торможения БТ 2 и предназначен для коммутации сигнала, такке поступающего с БТ 2 на вход 13 БС 11,Диффереццирующий блок ДБ 17, подключенный к выходу блока БТ 2, предназначен для выполнения функций, аналогичцых функциям блока ДБ 6.Блок временной памяти 18 1 ВП) также выполняет функции, ацллогичцьтс функциям блока ВП 7, но запоминает сигнал па время, равное, 1 Япримср, 4 - 6 периодам промыцлепной частоты,Ключ 19 предназначен для коммутациц целого ряда загрубляюцих сигналов ил вход 1 БС 11. К таким сигналам отцосятся сигнал о работе устройства регулирования нлпряи(ения под нагрузкой, сигналы от ФТГ 5, БТ 2. Кроме того, ключ 19 дает возможность регулирования начального загрубляюшего сигнала, обеспечиватощего ток срабатывания защиты при открытом положении ключа 19, на уровне, например, 0,3 - 0,5, номинального тока защищаемого трансформатора.Входы блоков временнбй памяти ВП 7 и ВП 18 соединены с выходом блока БТП 4 для того, чтобы беспечить с помощью этих блоков открытое состояние ключей 8 и 19 в течение всего времени переходцого процесса.Вход 14 блока сравнения 11 соединен с выходом блока БТП 4 для обеспечения торможения при переходных процессах брос- КОВ тОКа НЛЯГЦИттИВЯНИЯ И ВНЕШНИХ КОРОтких замыканиях.Предлагаемое устройство работает следующим образом.При коротком замыкании в зоне защиты сигнал цл выходе ПДТ 3 резко увеличивается и на выходе дифференцирующего блока ДБ 6 появляется положительный сигнал, под воздействием которого срабатывает блок воеменцой паяти ВП 7, запоминая факт появления положительного сигнала на своем входе на время, равное 2 - 3 периодлм цромыцленной частоты. Под воздействием сигнала, поступающего с блока ВП 7, ключ 8 открывается на то же самос 10 15 20 25 30 35 40 45 50 эл 60 6) время, равное 2 - 3 периодам, и пропускает сигнал с ПДТ 3 через блок ВВ 9 ца блок сравнения БС 11. Так как ца тормозныс входы блока сравнения 11 в этом режиме сипилы не поступают, цл его выходе пояьляется сигнал, поступающий нл реагирующий орган 15. Последний срабатывает и выдает сигнал цл отключение защищаемого объекта.ЕСЛИ ВнтТРЕИНСС (01)ОТКОС ЗЯМЫКЯНЦЕ СО- провождаегся появлением зцатИтсльно апериодичсской составляющей в первичном токе и переходными процессами в трансформаторах тока, то в течение всего времени переходного процесса на выходе блока БТП 4 имеется сигнал, поддерживпоци 1 бчок ВП 7 и клточ 8 в открытом состояцш, т. е. обеспечивающий выдачу сигтталл, пропорционального дифферсцциальному току, на вход 10 блока сравнения 1. На вход 14 БС 11 в этом режиме поступает сигнал от БТП 4, который оказывает децствис, обратное дсйствито сигнала, поступающего ня вход 10 БС 11, т. е. тормозягццй защиту. Кооме того, в это рен(ихе сигиал с блока БТП 4 открывает также блок ВП 18 и лОч 19. С ключа 19 иа вход 12 БС 11 также подается дополнительный тормозцоц СИГИЛЛ. ЗЛГтр бЛяОцщй тОК Срабатмнацпя злипсы итримсрно до уровня 0,4 номинального - икл зацнш,лемого трансформатора.Срабатывание заицтты проис.содит в тот ю.тсцт, когда действие сигнала, пропор- ЦПОНаЛЬЦОГО .тиффЕРЕНЦИаЛЬттОМУ ТОКУ И иостпаОщсго цл Вход 10 БС 11, преодолсЕт ТОРМОЗНОЕ ДЕйСтВИЕ СтГНЛЛОВ, ПОСтУПа 1 О- щих цл входьг 14 и 12 БС 11.БЬтстродсйетвис уСтрОйетВЛ, т(аК И бЫСтродсйствце известцых тстооцств обеспечивается за счет иравильттюго выбора типа БТП 4 и Велт-ицы сигнала, подлвлсхстго с него па БС 11.При ВИТКОВОт Зя 11 КЛИИИ тта Зяц 1 И 1 цяЕ- мом трансформаторе дифферсщиальныц ток тОнет быть весьма мал ОриентироВочт:о 15 - 20 ОО цоминллього тота). Прц ЭТОМ ЗаВТНОГО ПСРЕХОДНОГО ПРОЦЕССЯ В трансформаторах тока плеч злц 1 иты ожидать це приходится, цл выходе БТП 4 также практически цс будет спгцлла и защита сработает со своим:тт.1 итЯл ттым токот СрабатЫВаиця, рЛВНЫ ОрИЕИТцрОВОттт О 10 Оттт нохинального тока по пепи. бтот( 1, ПДТЗ, ,ЧБ 6, ВП 7, ключ 8, ВВ 9, БС 11, РО 15. Ч 1 ВСТВЦТЕЛзцост 1 ЗЛИИТ 1 В ЭТОМ ИС)1(ИЪЕ оппелеляется когстрктИей ПДТ 3. бттокл ДБ 6 и максимал.тт,тм уиовти хт чувствитс,тьности рсягир Оитегс Ооглт л 15,При деиствип мстпойстгл гтегтлтповлцил н э и гт я ж сц и я 3л 111 И тц Л Е; ОГО т 11 Л н С стт О Гт .т Л ТО Гт Л ПОЛ ИЛГГт 1 ЗКО 1РПН ТОК Г. 1 ИСМЕОС,тит- ЯЛ тто" "Отти Тлт(жо тто)1 ЕТ ВОЗИЛСТ 11 В ИС Зт.-тчта-с т;.ОГО ПОД ВОЗДЕ 1 йСТВЦЕ СЦГНЛЛЛ С ,ггБ 6 Ожет сработггт, блот( ВП 7, ключ 8 гкроется и на вход 10 БС 11 поступитсигО 20 25 30 З 5 40 тл 50 л 60 65 7нал, пропорциональный дифференциальному току. Для того, чтобы защита в этом режиме це подействовала ложно, сигнал от РПН заводится ца блок ВП 18, который открывает ключ 19 и злгрубляет защиту на все время действия РПН до уровня примерно 0,4 номинального тока защищаемого трлттсформатора (или выше, если на ключ 19 поступа,от дополнительные топмозныс сигналы от блоков БТ 2 или ФТГ 5). Величина тока срабатывания защиты в этом рекиме может быть изменена, если токи цебаланса в номинальном режиме окажутся соизмеримыми с этой величиной (напримеп, при большом диапазоне регулирования напряжения). Блок выдержки времени ВВ 9, задеряивая рабочий сигнал примерно на 1/4 периода промышленной частоты, обеспечивает в этом режиме надежное не- срабатывание защиты за счет оперекатощего действия тормозгтого сигнала.При включении защищаемого трансфопмлтора на холостой ход может возникнуть большой по величине бросок тока намагничивания, В этом случае устройство запускается по рабочей цепи, как было описано вьцпе тт нл вход 1 О БС 11 поступает рабочц: сигнал, Нелействце затциты обеспечивается за счет тормозттого действия БТП 4,Если при включении защищаемого трансформатора броска тока намагничивания не возникает, а дифференциальный ток увеличивается на величину установившегося значения тока намагничивания, то отключение защиты обеспечивается выбором минимального тока срабатывания, большего установившегося тока намагничивания, т. е. регулировкой чувствительности реагирующего органа РО 15.При увеличении тока намагничивания защищаемого трансформатора за счет его перевозбуждения, например, при отключении с обратного конца линии электропередачи высокого напряжения, второй конец которой остался подключенным к затцитттаемому трансформатору, несрабатывание защиты обеспечивается за счет фильтра тортожеттия от третьей гармоники дифференциального тока ФТГ 5, сигнал с выхода которого приводит к срабатыванито блока ВП 18 и открытию ключа 19, через которьтй этот сигнал поступает на вход 12 БС 11 и топмозит устройство в течение всего времени работы защищаемого трацсфопматО- ра с перевозбуждением.При подключении к защищаемому трансформатору дополнительной нагрузки дифференциальный ток также может скачкообразно возрасти. При этом несраблтывание защиты обеспечивается за счет блока торможения БТ 2, Как от.те талое" вт,цпе, сигнал на выходе БТ 2 пропопттцоттлл н разности суммы модулей токов плеч защиты тт молуля дифференциального тока. Этот сигнал максимален при сдвиге токов в пле 8чах зацтиты ца 180 эл. град. и равен нулюпри сдвцге, равном О. При работе защищаетяого трансформатора под нагрузкой сигнал па выходе БТ 2 увеличивается с ростом тот;а нагрузки. Таким образом прискачкообпазцом посте нагрузки сигнал навыходе блока БТ 2 также скачкообразновозрастает и на выходе блока ДБ 17 появляется голоткительный сигнал, который запускает блок ВП 18, в результате чего открьтвлстся члточ 19 и сигнал с БТ 2 поступлст ттл вход 12 БС 11, обеспечивая загрублспие за;циты в функции от тока нагрузкизлщитцаемого тплнсформатора. Ток срабатьтвлния защиты при этом всегда остаетсягышс тока небаланса.При коротком замыкании вне зоны защитьт сигнал тта выходе блока торможенияБТ 2 резко возрастает. Если он превышаетвелттчицу, соответствующую вытекатотцемуцз ловы злтциты току, примерно равному200 ото номинального, открывается ключ 16сигнал с блока БТ 2 поступает на вход 13БС 11, обеспечивая интенсивное торможение и несрабатывание защиты в этом режиме.Если внешнее копоткое замыкание сопровождл.тся переходным процессом, тонесрабатывание защиты обеспечивается дополнительно блоком торможения БТП 4.Таким образом предлагаемое устройстводля дифференциально-фазной защиты облад ет высокой чувствительностью, в томчисле к развивающимся витковым затьткапиям, а также высокой селективностьто какв режиме нормальной работы, так и привнецших коротких замыканиях,Высокое быстродействие защиты обеспечивлется использоваттием блока торможения БТП 4. сигнал на выходе которогост.ллдт,1 влстся из двух составляющих, одной,пропоппиональной разности амплитуд различных полуперттодов дифференциальноготока, и лпуготь пропорциональной велитити втопой глп оники этого тока.В качестве БТГ 1 4 может быть пспользоВЛН ЛЮбой ЛПТОй ЛттаЛОГтттттт,тй бЛОт, ОбЕСге 1 тивлтОтттттйт достаточное быстродействие иттадеяное топмокение в переходных режимах внсшццх торотких злмт-тканий.Нл кафедпе электрических станций Нов сибт 1 ского электротехнического института в настоящее время пазрабатывается пол, лптомлти 1 т Ое ттпОЙство лчя коцтполяцспплвностц блоков описанного выше устройства защиты. Опыт разпаботки такогорода тестовых устройств показывает, чтоих применение позволяет сохплтттттт аппаРЛтцтЧО НаЛЕжНОСтЬ УСТРОйСТВа НЕСМОТРЯна усложнение его схемы на уровне известных сстроттств.Ппедлагаечое устройство было испытанов НИЛ кафедры электри тлскттх станцийНовосибипского электротехнц веского института. Эксперименты показали, что мини 688947 10мальный ток срабатывания устройства может быть ориентировочно принят равным 10% номинального, а в установившихся режимах. внешних коротких замыканий устройство допускает погрешность в модуле токов плеч, равную 70 - 90%, сопровождающуюся угловой погрешностью в б 0 - 80 эл. град.Неера батывание защиты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешних коротких замыканий обеспечивалось соответствующей регулировкой блока торможения БТП 4,Формула изобретен и яУстройство для дифференциально.фазной защиты электроустановки с регулятором напряжения, содержащее трансформаторы тока, устанавливаемые по концам защищаемого объекта, к которым присоединен блок преобразования выходньх величин и подключенный к нему через блок торможения в переходном режиме блок сравнении с реагирующим органом на выходе, и преобразоватепь дифференциального тока, присоединенный также к 61 оку преобразования выходных величин, о т л и ч а ю ш е ес я тем, что, с целью повышения- чувствительности и селсктивиости, в него введены фильтр третьей гармоники дифференциального тока, блок торможения в установившемся режиме, два диффсрсицируюших блока, два блока временнбй памяти, три ключа и блок выдержки времени, при этом вход фильтра третьей гармоники дифференциального тока соединен с блоком преобразования выходных величин, выход в с первым входом первого блока временной памяти и первым из основных входов первого ключа, входы блока торможения в установившемся режиме соединены с выходами блока преобразования выходных величин, а выход - с входом первого дифференцируюшего блока, вторым основным входом первого ключа, а также с основным и управляющим входами второго кдюча, выход первого дифференцируя ющего блока соединен со вторым входом первого блока временнбй памяти, третий вход которого соединен с регулятором напряжения защищаемого объекта, а выход - с управляющим входом первого ключа, выход которого соединен со вторым входом блока срав.нения, выход преобразователя дифференциального тока соединен с основным входом третьего ключа и с входом второго дчфференцируощего блока, выход которого соединен с первым входом второго блока временной памяти, его выход - с управляющим входом третьего ключа, выход которого через блок выдержки воемени соединен с третьим входом блока сравнения, выход втооого ключа соединен с четвертым входом блока сравнения, а выход блока топможения в переходных режимах соединен с четвертым входом первого блока временной памяти и вторым входом второго блока впемеппой памятиИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 35311330 кл Н 02 Н 3/28 19732. Авторское свидетельство СССР473254, кл. Н 02 Н 3/28, 1975.Заказ 2106/7 Изд. Хе 555 Тираж 866 Подписно НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5 ипография, пр, Сапунова