Устройство для дифференциальной защиты электроустановки

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоцналнстнческннРеспублик ц 919006по делан кзобретеннй к открытийДата опубликования описания 10,04.82(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИффЕРЕНИИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИИзобретение относится к релейной защите электрических систем и может применяться для зашиты силовых трансформатров большой мощности шин.Известно устройство для дифференциальной защиты трансформаторов, со 5 держащее реальное дифференцируюшее звено, выход которого соединен с входом выпрямительного моста, а к выходу моста подключена цепочка из последовательо но соединенных полупроводникового диода, резистора и обмотки реле с герконом, защунтированной конденсатором 1Устройство применяется в защите типа ДЗТ1 в качестве органа дифферен 15 штальной отсечки и имеет время срабатывания, примерно равное 30 мс при кратности тока 2 по отношению к току срабатывания. Кроме того, оно может дополнительно замедляться при наличии значительной по величине апериодической составляющей в токе короткого замыкания. Однако устройство имеет недостаточно высокое быстродействие. Известно устройство, являющееся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, схема которого включает в себя цепочку из последова- тельно соединенных промежуточного трансформатора, фильтра нижних частот, формирователя абсолютных значений (выпрямителя на диодах) выходного сигнала фильтра; схемы сравнения и реагируюшего (выходного) органа, а также амплитудный селектор, Амплитудный селектор содержит амплитудный детектор положительных полуволн и амплитудный детектор отрицательных полуволн, входы которых соединены со вторичной обмоткой промежуточного трансформатора, С выходов амплитудных детекторов сигнал, явный разности их выходных напряжений, подается на вход выпрямителя, выход которого соединен со вторым входом схемы сравнения 2В связи с наличием в схеме устройства фильтра низких частот, а такжетем, что оно по принципу действия бло919006 кируется при несимметрии полуволнвходного тока, оно обладает примернотаким же быстродействием, как и устройство, описанное выше, Основной недостаток устройства - также недостаточ-но высокое быстродействие,11 ель изобретения - повьццение быстродействия дифференциальной зашиты,Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для дифференциальной 1 Озащиты, содержащем быстродействующуютоковую отсечку, состоящую из формирователя абсолютных значений дифференциельчого тока и быстродействующего органатока, соединенйого с элементом И, элемент ИЛИ, выходной орган, сумматорабсолютных значений токов плеч, соединенные последовательно формировательразности. двух величин, амплитудный детектор положительных полуволн, схему щсравнения, один из входов которой соединен с выходом формирователя абсолютныхзначений дифференциального тока, а выход с элементом ИЛИ, дополнительновведены два дифференцирующих звена, 25причем выход формирователя абсолютныхзначений дифференциального тока соединен с входом первого дифференцируюшегозвена, выход первого дифференцируюшегозвена соединен с первым входом формирователя разности двух величин, второйвход формирователя разности двух величин соединен с выходом второго дифференцируюшего звена, вход которого соединен с выходом сумматора абсолютныхзначений токов плеч.На фиг. 1 представлена структурнаясхема предлагаемого у:тройства , "нафиг. 2 показана работа устройства, приодносторойнем питании точки короткого лозамыкания в зоне действия защиты принулевых начальных условиях ", на фиг, 3 работа устройства при внешних короткихзамыканиях. Пифференшлальный ток и сумма токов плеч в режиме короткого замыкания с односторонним питанием в зоне действия защиты практически одинаковы по величине и форме, поэтому на выходах дифференщлруюших звеньев 2 и 10 сигналы также одинаковы. Сигнал на выходе формирователя 3 разности двух величии, а также на выходе амплитудного детектоУстройьтво содержит формирователь 1 Л 5 ,абсолютных значений дифференциального тока, выход которого соединен с входом первого дифференцирующего звена 2, выход которого соединен с входом формирователя 3 разноСти двух величин. И Выход формирователя разности двух величин соединен с входом амплитудного детектора 4 положительных полуволн, выход которого соединен с входом схемы 5 сравнения, Второй вход схемы 5 55 сравнения соединен с выходом формирователя 1 абсолютных значений дифференциального тока, а ее выход с входом логического элемента ИЛИ 6, Выходлогического элемента ИЛИ 6 соединенсо входом логического элемента И 7.Второй вход логического элемента И 7соединен с выходом быстродействующегооргана 8 тока, вход которого соединенс выходом формирователя 1 абсолютныхзначений дифференциального тока. Выходлогического элемента И 7 соединен свыходным органом 8 и вторым входомлогического элемента ИЛИ 6. Второйвход формирователя 3 разности двухвеличин соединен с выходом второгодяференцируюшего звена 10, вход которого соединен с выходом сумматора 11абсолютных значений токов плеч,Устройство работает следующим образом,При нормальном режиме работы защищаемого объекта дифференциальныйток на входе формирователя абсолютныхзначений дифференциального тока незначителен (существенно меньше номинального тока), а сумма токов плеч близкак номинальному значению току защищаемого объекта. Сигнал на выходел 4 ференцируюшего звена 10 значительно больше сигнала на выходе дифференцирующего звена 2 и определяет, в основном, выходной сигнал схемы формирователя 3 разчости двух величин. Навыходе амплитудного детектора 4 формируется огибающая амплитуда выходного сигнала формирователя 3, котораяподается на тормозной вход схемы 5сравнения. На рабочем входе схемы 5сравнения присутствует значительноменьший сигнал, и на выходе его формируется сигнал логического 0", Сигнал логического "0 при этом имеетместо на выходах логических элементов ИЛИ 6 и И 7. Выходной орган неработает, В этом режиме не работаеттакже быстродействующий орган тока,жк как его установка выбираеч:я внесколько раз большей номинальноготока (на силовых трансформаторах - поусловию отстройки от броска тока намагничивания),плеч защиты вследствие цасьнцения высоковольтного трансформатора тока, одновременно происходит резкое уменьшениесуммы абсолютных значений токов плеч.Сигналы на выходах дифференцируюшихзвеньев 2 и 10 в моменты возникновенияимпульсов тока небаланса резко возрастают, причем в противоположных направлениях. Амплитуда сигнала на выходе формироватечя разности двух величин равнасумме амплитуд сигналов диффереццирующих звеньев, Огибающая амплитуда сигналов формирователя 3 разности двухвеличин, сформированная на выходе амплитудного детектора 4 положительных полуволн, подается на тормозной вход схемы 5 сравнения и обеспечивает ееблокирование при протекании тока небаланса, так как значительцо превъпцаетсигнал на рабочем входе. Спгцалы цавыходах .логических элементов ИЛИ 6,И 7 остаются равными нулю, выходнойорган це работает. В этом режиме амплитуда импульсов тока цецаланса равнаамплитуде тока внешнего короткого замыкация, что приводит к срабатываниюбыстродействующего органа 8 тока ипэявлецпю сигнала на соответствующемвходе логическэгэ элемента И 7. Однакопоследний це переключается цз-за отсутствия логической "1" ца другом егэ входе.Элементы 1 и 11 могут быть выполнены цз промежуточных малогабаритных трансформаторах и полупроводниковых выпрямителях, Дифференцируюгцие звецья 2 и 10 могут быть реализовацы с помощью простейшей цепи, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, Формирователь 3 разцэстк двух величии и амплитудный детектор 4 положительных пэлуволц могут быть реализованы ца базе одного операционного микроицтегральцэгэ усилителя. Схема 5 сравнения также может быть реализована с помощью операгцэццого микроицтегралького усилителя, в режиме компаратора. Логические элементы ИЛИ 6, И 7 могут быть реализованы в эдцэм корпусе логической микросхемы, быстродействующий орган тока - на базе операционного усилителя И (ИЛИ) транзисторов, Выходной орган может быть реализован с пэмоцью реле с геркоцом, тиристэра, эптронов,Поскольку устройство предцазцачецо для применения в защите мощных силовых трансформаторов в качестве грубого органа (дифференциальной отсечки), прел 40 5 9190ра 4 положительных полуволн и тормозном выходе амплитудного детектора 4положительных полуволн и тормозномвходе .схемы 5 сравнения равен нулю,На рабочем входе схемы 5 сравнениясигнал, пропорциональный выпрямленномудифференциальному току, вызывает переключение ее выхода в состояние логической "1 ф, когда он превышает внутренний порог переключения схемы сравнения. 10Одновременно логическая "1" появляетсяна выходе элемента ИЛИ 6 и одном извходов логического элемента И 7. Через25 мс после переключения схемы 5сравнения возрастающий по абсолютной 15величине дифференциальный ток вызываетустойчивое срабатывание быстродействующего органа 8 тока, на выходе которого в момент срабатывания такжепоявляется сигнал логическэи "1". Появление логической " 1" на его выходеи, следовательно, срабатывание выходного органа, вызывающего отключениезащищаемого объекта от сети. Появление логической "1" на выходе элемента 25И 7 по цепи обратной связи через элемент ИЛИ 6 обеспечивает сохранениесигнала логической " 1 ф на соответствующем входе логического элемента Ив моменты, когда переключается в состояние логического "0" сигнал ца выходе схемы 5 сравнения. Возврат устройства в исходное состояние происходитодновременно с возвратом быстродействующего органа 8 тока после исчезновения тока короткого замыкания.Если короткому замыканию в зонедействия зашиты предшествует режимнагрузки с током, близким к номинальному, ца выходе амплитудного детектора 4 положительных полуволн и тормозном входе схемы 5 сравнения присутствует тормозной сигнал в момент началакороткого замыкания. Однако величинаего в несколько раз меньше амплитудыдифференциального тока даже ца гранисрабатывания быстродействующего органа 8 тока, и не может помешать срабатыванию схемы сравнения, т. е. вызватьзамедление в срабатывании предлагаемо 50 го устройства.При внешнем коротком замыканииформа дифференциального тока соответствует току небаланса переходного режимавнешнего короткого замыкания при на-55личии большой апериодической слагающейи насыщении только одного плеча, В этомФрежиме резкое возрастание импльса токанебаланса в момент его возникновения вызывается снижением тока в одном изформула изобретения1 О 7 9190 назначенного для ускорения срабатывания зашиты,и дублирования работы чувствительного органа при больших токах коротких замыканий, элементы 1, 11 и 9 могут быть использованы в защите одновременно и для реализации чувствительного органа: формирователь абсолютных значений дифференциального тока - для формирования рабочего сигнала, сумматор абсолютных значений токов нлечдпя формирования сигнала процентного торможения, выходной орган - дпя фор мирования отключающего импульса.Проведены испытания макетного образца предлагаемого устройства в режимах 15 внешнего короткого замыкания и короткого замыкания в зоне действия защиты. При кратности периодической слагающей первичного тока короткого замыкания в зоне действия зашиты от 5 до 18 по 20 отношению к номинальному току 3, максимальном начальном значении апериодической слагающей с постоянной времени затухания 1 10 160 мс, предельной кратности трансформатора тока, моде пирующего искаженный вторичный ток, равной 10, время срабатывания устройсжа составляет 35 мс во всех.оежимах. При внешних коротких замыканиях с теми же параметрами первичного тока и нагрузила ки одного из модельных трансформаторов тока устройство не срабатывает. При этом искажений тэка в другом нлеЧе защиты нет. Ток срабатывания макета устройства при испытаниях устанавли-, вается равным 4 Эн.Предлагаемое устройство срабатывает за 310 мс, тем самымуменьшая время срабатывания дифференциальной защиты по крайней мере в 3 - 6 раз. Кроме того, не происходит замедления в сраба 1 ъпзании при протекании тока короткого замыкания с апериодической составляющей. Тем самым уменьшается ущерб, связанный с разрушением защищаемого объекта при внутреннем к. эснижаются затраты на ремонт. Уменьшается время ремонта и потери иэ-еа простоя оборудования. Повышается устойчивость работы энергосистемы. 06 8,Предлагаемое устройство может бытьиспользовано при разработке комплексовзашит мощных трансформаторов 3301150 кВ и блоков генератор - трансформатор 500.1200 МВт на базе интегральных микросхем,Устройство для дифференциальной защиты электроустановки, содержащее быстродействующую токовую отсечку, состоящую.из формирователя абсолютных значений дифференциального тока и быстродействуюшего органа тока, соединенного с элементом И, элемент ИЛИ, выходной орган, сумматор абсолютных значений токов плеч, соединенные последовательно формирователь разности двух величин, амплитудный детектор положительных полуволн, схему сравнения, один из входов которой соединен с выходом формирователя абсолютных значений дифференциального тока, а выход с элементом ИЛИ, о т л и ч а ю ш е е с я тем,о, с целью повышения его быстродействия, дополнительно введены два дифференцируюших звена, причем выход формирователя абсолютных значений дифференциальнго тока соединен с входом первого дифференцирующего звена, выход первого дифференцируюшего звена соединен с первым входом формирователя разности двух величин, а второй вход формирователя разности двух величин соединен с выходом второго дифференцируюшего звена, вход которого соединен с выходом сумматора абсолютных значений токов плеч. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Дмитренко А. М. Дйференциапьная защита трансформаторов, - Электричество", 1975, % 2, с. 14, рис. 4.2. Ульяницкий Е. М. Дифференциальное реле эашиты тоансформаторов,Известия ВУЗов. Электротехника,1969, % 2, с. 219, рис. 1, 919006исиС ал ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ТВРаж 670 ИИПИ Государстве по делам изобрете 035, Москва, Жного комитета СС Риий и открьтий5, Раушская набд, 4