Устройство для дифференциальнофазной защиты электроустановки с регулятором напряжения

Сокзз Советских Социалистическкх РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ л 11744832(5)М. Кл. Н 02 Н 3/28 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения А, И. Шалин Новосибирский электротехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИС РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к релейной защите трансформаторов и автотрансформаторов электрической части элек трических станций и подстанций и может использоваться для защиты силовых трансформаторов, автотрансформаторов и блоков генератор-трансформатор при возникновении внутренних коротких замыканий и развивающихся витковых замыканий, 0Известно реле дифференциально-фазной защиты, содержащее входные трансформаторы, присоединенные к трансформаторам тока, установленным на выводах защищаемого объекта, схему пре образования входных величин, присоединенную к ней двухплечевую схему сравнения и реагирующий орган с присоединенным к нему блоком торможения при бросках тока намагничивания, 20 Каждое плечо схемы сравнения состоит из шунтирующего конденсатора, тормозного резистора и последовательно с ним соединенного рабочего резистора, зашунтированного стабилитро ном, причем выводы рабочих резисторов присоединены к реагирующему органу через диоды, включенные в прямом направлении по отношению к диодам схемы преобразования, а выво ды тормозных резисторов - через диоды в обратном направлении 1) .Однако это реле в большинстве случаев не может иметь по условиям селективности в .режиме с допустимой кратковременной перегрузкой защищаемого трансформатора тока срабатывания, меньшего 30 номинального тока.Если это реле установлено на автотрансформаторе или трансформаторе, имеющем регулирование напряжения на различных сторонах, равное в сумме +(16-20)Ъ и работающем в настоящее время с перегрузкой, равной 40, ток небаланса в описанном режиме равен 0,225-0,28 номинального тока только за счет небаланса из-за регулирования. Отсюда вытекает невозможность снижения тока срабатывания (по крайней мере в режиме перегрузки) 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 в защищаемом трансформаторе, 744832Известно также устройство для дифференциально-Фазной защиты электроустановки, содержащее трансформаторы тока, устанавливаемые по концам защищаемого объекта, к которым присоединен блок преобразования выход- ных величин, подключенный к нему через блок торможения в переходном режиме, блок сравнения с реагирующим органом на выходе и преобразователь дифференциального тока, присоединенный также к блоку преобразования выходных величин, Фильтр третьей гарМоники дифференциального тока, блок торможения в установившемся режиме, два дифференцирующих блока, два блока временной памяти, три ключа и 15 блок выдержки времени, при этом вход фильтра третьей гармоники дифференциального тока соединен с блоком преобразования выходных величин, выход с первым входом первого блока вре- Я) менной памяти и первым из основных входов первого ключа, входы блока тор" можения в установившемся режиме соединены с выходами блока преобразования выходных величин, его выход соединен с входом первого дифференцирую-щего блока, вторым основным входом первого ключа, а также с основным и управляющим входами второго ключа, выход первого дифференцирующего блока соединен со вторым входом первого блока временной памяти, третий вход которого соединен с регулятором напряжения защищаемого объекта, а выход - с управляющим входом первого ключа, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, выход преобразователя дифференциального тока соединен с основным вхсдом третьего ключа и с входом второго дифференцирующего блока, выход Д 0 которого соединен с первым входом второго блока временной памяти, его выход с управляющим входом третьего ключа, выход которого через блок выдержки времени соединен с третьим входом блока сравнения, выход второго ключа соединен с четвертым входом блока сравнения, а выход блока торможения в переходных режимах соединен с четвертым входом первого блока временной памяти и вторым входом второго блока временной памяти Я .Однако это устройство может сра. - ботать ложно при появлении в его цепях мощной импульсной помехи, пос - тупившей, например, со стороны токовых цепей или непосредственно наведенной в цепях реле от внешнего электромагнитного поля при близких короткоэамыканиях, разрядах молнии и т. д. И дейстВительно, при скачкообразном увеличении сигнала навходе второго дифференцирующегоблока,. он замыкает рабочую цепь реле и, если при этом не запустились цепи торможения, реле может сработать ложно. То же самое может произойти,например, при таком повреждении втоРого дифференцирующего блока, когда на его выходе скачком появляется сигнал при неизменном сигналена входе и при любом другом повреждении в схеме реле, приводящем коткрыванию третьего ключа,Цель изобретения - повышениепом хозащищенности и надежности.По "тавленная цель достигается тем,что в устройстве для дифференциально-Фазной защиты электроустановкис регулятором напряжения, содержащем трансформаторы тока, установленные по концам защищаемого объекта с присоединенным блоком преобразования входных величин, подключенный к нему блок торможения в установившемся режиме, к которому по цепи дифференциального тока присоединены преобразователь дифференциального тока, блок торможения в переходном режиме, гармонический Фильтр,а к выходу блока торможения в установившемся режиме присоединен черездифференцирующий блок первый блоквременной памяти и первый ключ, блоксравнения с реагирующим органом, выход преобразователя дифференциального тока через дифференцирующий блок,второй блок временной памяти, второйключ, временной блок присоединен кблоку сравнения и непосредственно ковторому ключу, выход блока торможения в переходном режиме присоединенк первому блоку временной памяти,ко второму блоку временной памятии к блоку сравнения, выход гармонического Фильтра присоединен к первому блоку временной памяти и к первому ключу, который присоединен поцепи управления к третьему ключу и кблоку торможения в установившемсярежиме, а выход третьего ключа присое;динен к блоку сравнения, временнойблок выполнен в виде блока памятивеличины предшествующего режима, приэтом выход преобразователя дифференциального тока дополнительно соединен со входом блока сравнения.Иа чертеже изображена структурная схема реле,Предлагаемое реле содержит блок 1 преобразования входных величин, при. соединенный к трансформаторам тока защиты и предназначенный для преобразования вторичных токов трансформаторов тока в величины, удобные для работы защиты, Выходы блока 1 соединены с блоком 2 торможения в установиьшемся режиме. Блок 2.торможения предназначен для обеспечения необходимой тормозной характеристики реле и имеет сигнал на выходе, пропорциональный разности уммы модулей токов плеч защиты и дифференциального тока. Такой алгоритм действия блока 2 обеспечивает максимальныйтормозной сигнал на выходе привнешнем коротком замыкании со 180"сдвигом токов и отсутствие тормозного сигнала при внутреннем коротком замыкании и отсутствии сдвигамежду токами. По цепи дифференциального тока блок 2 связан с преобразователем 3 дифференциального тока,блоком 4 торможения в переходныхрежимах и гармоническим фильтром 5,Преобразователь 3 дифференциаль 1 Оного тока содержит устройство, расщепляющее поступающий на него сигнал,пропорциональный дифференциальномутоку, на несколько составляющих(две или три) с последующим выпрямлением и сглаживаниеим и предназначендля преобразования переменного сигнала, пропорционального дифференциальному току, в соответствующийсигнал постоянного тока, Блок 4 торможения в переходных режимах предназначен для торможения защиты впереходных режимах броска тока намагничивания и внешнего короткого замыкания. Он может быть выполнен наоснове схемы, сравнивающей амплитуды 25волн полупериодов дифференциального тока, выделяющей четные гармоникидифференциального тока, и других известных принципах.Гармонический фильтр 5 может быть 30выполнен в виде фильтра третьей илипятой гармоники и предназначен дляторможения защиты в режиме работызащищаемого трансформатора с перевозбуждением, например, если он включенна отключенную с обратной сторонылинию электропередачи высокого напряжения,К .выходе блока 3 подключен дифференцирующий блок 6, который предназначен для выявления резкого изменения сигнала на выходе преобразователя 3 дифференциального тока.К выходу дифференцирующего блока6 подключен блок 7 временной памяти,предназначенный для запоминания наличия сигнала на его входе на время,равное, например, 5-6 периодам промышленной частоты.К выходу блока 7 подключен ключ8, предназначенный для коммутации сиг нала, снимаемого с преобразователя3, на блок 9 памяти,Блок 9 памяти предназначен длязапоминания величинь 1 сигнала на еговходе на время, равное, например,2 с. Этот блок может состоять иэемкости, шунтированной высокоомнымрезистором, и заряжающейся с малойпостоянной времени до величины напряжения, поступающего на блок 9 памяти сключа 8, и истокового повторителя,вход которого соединен с указаннойемкостью, а выход является выходомблока 9, Изменением величины резистора, шунтирующего емкость, можно И менять время, на которое запоминается поступивший на блок 9 памят 1 сигнал, в необходимых пределах. Истоковый повторитель, обладающий большим входным сопротивлением (порядка 10 Ком и более для серийных микросхем), обеспечивает необходимую величину выходного сигнала блока 9 памяти, не уменьшая практически времени разряда упомянутой выше емкости.При необходимости блок 9 памятиможет быть выполнен на любом другомпринципе,К выходу блока 9 подключен вход10 блока 11 сравнения.Вход 12 блока 11 сравнения подключен к выходу преобразователя 3 дифференциального тока,Блок 11 сравнения имеет. пять входов и один выход и может быть выполнен на серийном операционном усилителе в микросхемном исполнении илилюбом другом аналогичном устройстве.Вход 10 блока 11 сравнения предназначен для того, чтобы с выдержкой времени, определяемой блоком 7временной. памяти, компенсировать положительный сигнал, поступающий навход 12 блока 11 сравнения. Сигнал,поступающий на вход 10, является тормозящим.Вход 12 блока 11 предназначен длядействия на срабатывание.Вход 13 блока 11 предназначен длязагрубления реле до уровня тока срабатывания, равного, например, 0,4номинального и выше, в зависимостиот величины поступающего на него сигнала,Вход 14 блока 11 предназначен дляинтенсивного торможения реле при внешних коротких замыканиях,Вход 15 блока 11 предназначен дляторможения защиты в переходных режимах.К выходу блока 11 сравнения присоединен реагирующий орган 16, предназначенный для выдачи сигнала наотключение з щищаемого трансформатора,Ключ 17 по цепям управления присоединен к блоку 2 торможения и предназначен для коммутации сигнала, такжепоступающего с блока 2 на вход 14 блока 11 сравнения.Дифференцирующий блок 18, подключенный к выходу блока 2 торможения,предназначен для выполнения функций,аналогичных функциям дифференцирующего блока 6,Блок 19 временной памяти такжевыполняет функции, аналогичные функциям блока 7 временной памяти, но запоминает сигнал на время, равное7-9 периодам промышленной частоты.Ключ 20 предназначен для коммутации целого ряда загрубляющих сигналовна вход 13 блока 11 сравнения. К та 744832ким сигналам относятся сигнал о работеустройства регулирования напряжеяияпод яагрузкой, сигналы от гармонического Фильтра 5 и блока 2 торможения,Кроме того ключ 20 дает возможностьрегулирования начального эагрубляющегосигнала, обеспечивающего ток срабатывания защиты при открытом положенииключа 20 на уровне равном 0,3-0,5номинального тока защищаемого трансФорматора. (ДВходы блоков 7 и 19 времеяной памяти соединены с выходом блока 4 торможения в переходных режимах для того,чтобы обеспечить с помощью этих блоковоткрытое состояние ключа 20 и закрытое состояние ключа 8 н течение всего времени переходного процесса.Вход 15 блока 11 сравнечия соединен с выходом блока 4 для обеспечения торможения защиты при переходных процессах бросков тока намагни" Вчиваяия и внешних коротких замыканий,Предлагаемое реле работает следуи"щим образом.При коротком замыкании в зоне защиты, сигнал на выходе преобразо- ,Явателя 3 дифференциального тока резко увеличивается, и на выходе дифференцирующего блока б появляетсяположительный сигнал, под воздейст вием которого срабатывает блок 7 временной памяти, запоминая факт появления положительного сигнала на своемвходе на время, равное 5-6 периодампромышленной частоты, Под воздействием сигнала, поступающего с бло- ):,ка 7 временной памяти ключ. 8 закрывается на то же Самое время,не пропускания на блок 9 памятисигнала, пропорционального новому,увеличившемуся значению дифферен 40циального тока, Блок 9 памяти запоминает значение сигнала, пропорционального величине дифференциальноготока до его увеличения. Этот сигнали выдается на вход 10 блока 11 сравнения.На вход 12 блока 11 поступаетсигнал, пропорциональный новому1 увеличившемуся значению дифференциального тока.В результате этого навыходе блока 5011 сравнения на время, равное 5-6периодам промышленной частоты, появляется сигнал, пропорциональный разности унеличиншегося значения дифференциального тока и его пре-. Зэдыдущего значения. Под воздействием этого сигнала срабатывает реагирующий орган 16 и выдает сигнална отклю-;ение защищаемого объекта,Если внутреннее короткое замыкание сопровождается появлениемзначительнойпериодической составляющей в первичном токе и переходными процессами в трансформаторах тока, то н течение всего времени переходного процесса на выходе блока 4 имеется сигнал, поддерживающий блок 7 временной памяти в открытом состоянии, а ключ 8 - н закрытом состоянии, обеспечивая ноздействие на блоке 11 сравнения разностисигналан,поступающих яа его входы 12я .анной изменению сигнала,про.а-:,онального дифференциальному.аку, На вход 15 блока 11 сравненияв зтам режиме поступает сигнал от1,блока 4 который ока.зынает яа релетормозное действие. Кроме тога нэтом режиме сщ.яал с блока 4 открывает также блок 19 и ключ 20. С ключа 20 яа вход 13 блока 11 сраннениятакже выдается дополнительный тормозной сигнал, эагрубляющий токсрабатывания защиты примерно доуровня 0,4 номинального тока защищаемого трансформатора,Срабатывание защиты происходитв тот момент, когда действие сигнала, пропорционального дифференциальному току, и поступающегона вход 12 блока 11 сравнения, преодолевает тормозное действие сигналов, поступающих на входы 10, 13и 15 блока 11 сравнения,Быстродействие предлагаемогореле, как и быстродействие известных защит, обеспечивается за счетправильного выбора типа блока 4 торможения в переходных режимах и величины сигнала, подаваемого с негояа блок 11 сравнения.При нитковом замыкании на защищаемом трансформаторе изменениедифференциального тока может бытьвесьма мало (15-2:Ъ номинального тока). При этом заметного переходногопроцесса в трансформаторах тока небудет, на выходе блока 4 также практически яе будет сигнала и защитысработает со своим минимальным током срабатывания ранным 10 номинального тока по цепи блока 1, блока 3,блока 11, реагирующего органа 16,"увствителъяость за 1 иты з этом режи:ме определяется конструкцией блокаЗр д, также уровне : максимальной чувствительности реа;крук. згс органа 16,При действии устройства регулирования напряжения защищаемого трансформатора под нагрузкой (РПН) ток в дифФеренциальной пепи также может возрасти, н результате чего ключ 8 закрывается и на входы 12 и 10 блока 11 опять поступают различные по величине сигналы, что может принести к лож - ному дейстнию защиты.ДЛя предотвращения ложного действия в этом режиме сигнал от РПН заводится на блок 19 нременной памяти, который открывает ключ 20 и эагрубляет защиту яа все время действия РПН до урания примерно 0,4 номинального тока защищаемого трансформатора (или нные, если наПри подключении к защищаемому трансформатору дополнительной нагрузки дифференциальный ток также может скачкообразно возрасти, При этом недействие защиты обеспечивается эа счет блока 2 торможения. Сигнал на выходе блока 2 пропорционален разности суммы модулей токов плеч защиты и модуля дифференциального тока. Этот сигнал максимален при 180 сдвиге токов в плечах защиты и равен нулю при сдвиге, равном 0 При работе защищаемого трансформатора под нагрузкой сигнал на выходе блока 2 торможения увеличивается с 60 ключ 20 поступают дополнительныетормозные сигналы от блока 2 торможения или гармонического фильтра 5.Величина тока срабатывания защитыв этом режиме может быть увеличена,если токи небаланса в нормальном режиме окажутся соизмеримыми с ней(например, при большом диапазоне регулирования напряжения),При включении защищаемого транс.Форматора на холостой ход можетвозникнуть большой по величине бросок тока намагничивания. В этом случае защита запускается по рабочейцепи и на вход 12 блока 11 сравненияпоступает сигнал больший, чем на вход10. Недействие же защиты обеспечивается за счет тормозного сигнала,поступающего на вход 15 блока 11 сблока 4 торможения в переходных режимах,Если при включении защищаемого 20трансформатора броска тока намагничивания не возникает, а дифференциальный ток увеличивается на величину установившегося значения токанамагничивания, то недействие защиты обеспечивается выбором ее минимального тока срабатывания большим установившегося тока намагничивания,т, е. регулировкой чувствительностиреагирующего органа 16. 30При увеличении тока намагничивания защищаемого трансформатора эасчет его перевозбуждения, например,при отключении с обратного конца линии электропередачи высокого напряже- З 5ния,второй конец которой остался подключенным к защищаемому трансформатору,недействие защиты обеспечиваетсяза счет тормозного действия сигнала,снимаемого с гармонического фильтра5(с входящим в его состав выпрямителем),включенного на выход блока 1 преобразования входных величин. Сигналс выхода гармонического фильтра 5 приводит к срабатыванию блока 19 и открытию ключа 20, через который этот 45сигнал поступает на вход 13 блока11 сравнения и тормозит защиту донеобходимого уровня в течение всеговремени работы защищаемого трансформатора с перевозбуждением, 50 ростом нагрузки. Таким образом, прискачкообразном росте нагрузки сигнална выходе блока 2 также скачкообразновозрастает и на выходе дифференцирующего блока 18 появляется положительный сигнал, который запускает блок19 временной памяти, в результатечего открывается ключ 20 и сигналс блока 2 поступает на вход 13 блока 11, обеспечивая загрубление защиты н функции от тока нагрузки защищаемого трансформатора. Ток срабатывания защиты при этом всегда остаетсявыше тока небаланса.При коротком замыкании вне зонызащиты сигнал на выходе блока 2 торможения резко возрастает. Если онпревышает величину, соответствующую вытекающему из зоны защиты току, примерно равному 200 номинального, открывается ключ 17 и сигналс блока 2 поступает на вход 14 блока11, обеспечивая интенсивное торможение и недействие защиты в этомрежиме.Если внешнее короткое замыканиесопровождается переходным процессом, то недействие защиты обеспечивается дополнительно блоком 4 торможения в переходных режимах.Если в результате повреждения,возникшего в блоках 6, 7 и 18, илиэа счет импульсной помехи, наведен-.ной в этих цепях, защита кратковременно запускается, т. е. на некотороевремя (в пределах 2 с) закрываетсяключ 8, то ложного действия защитыне происходит, так как сигналы, поступающие на входы 10 и 12 блока 11уравновешивают друг друга, а также,за счет собственного времени срабатывания блока 11 совместно с реагирующим органом 16.Таким образом, при сохранении быстродействия, селективности и чувствительности известного предлагаемое дифференциально-фазное реле обладает более высокой помехозащищенностью и надсжностью,Опыты показывают, что предлагаемое устройство позволяет дополнительно повысить аппаратную надежность защиты и обеспечить уровень этой надежности, несмотря на усложнение схемы, на уровне, достигнутом для существующих защит.Минимальный ток срабатывания защиты, использующей предлагаемое реле, может быть ориентировочно принят равным 10 номинального, в установившихся режимах внешних коротких замыканий защита допускает погрешность в модуле токов плеч, равную 70-90, сопровождающуюся угловой прогрешностью в 60-80 эл. град.Недействие защиты в переходных режимах броска тока намагничивания и внешних коротких замыканий обес744832 12 Формула изобретения ЦНИИПИ Тираж 7 Заказ 3829/20 Подписное ПП Патент,од, ул,Проектная или ал Ужпечивается соответствующей регулировкой блока 4 торможения,Устройство для дифференциальнофазной защиты электроустановки с регулятором напряжения, содержащее трансформаторы тока, установленные по концам защищаемого объекта с присоединенным блоком преобразования входных величин, подключенный к нему блок торможения в установившемся режиме, к которому по цепи дифференциального тока приСоединены преобразователь дифференциального тока, блок торможения в переходном режиме, гармонический фильтр, а к выходу блока торможения в установившемся режиме присоединен через дифференцирующий блок первый блок временной памяти и первый ключ, блок сравнения с реагирующим органом, выход преобразователя дифференциального тока через дифференцирующий блок, второй блок временной памяти, второй ключ, временной блок присоединен к блоку сравнения н непосредственно ко второмуключу, выход блока торможения в переходном режиме присоединен к первому блоку временной памяти, ко второмублоку временной памяти и к блоку сравнения, выход гармонического фильтраприсоединен к первому блоку временнойпамяти и к первому ключу, которыйприсоединен по цепи управления ктретьему ключу и к блоку торможенияв установившемся режиме, а выходтретьего ключа присоединен к блокусравнения, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения помехоэащищенности и надежности, временной блок выполнен в виде блока памятивеличины предшествующего режима, приэтом выход преобразователя дифференциального тока дополнительно соединенсо входом блока сравнения.2 О Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 173254, кл. Н 02 Н 3/28, 1975.2. Авторское свидетельство СССР25 по заявке 9 240 б 390/24-07,кл. Н 02 Н 3/28, 1976,