Устройство для дифференциальной защиты трансформатора

ИСАНИБРЕТЕЙ Союз СоветскихСоцналнстнческнхРеспублик 8 АВТОРСКОМУ ВИДЕТЕЛЬС 61) Дополнительное к авт. сеид 1) 2843970/(22)Заявлено 9( 7/О присоединением заяв Государстееннын камнтет СССР5 1 О 15 гда входнои уро.нтов, рассматительно, близоклучайной помехигольных импульсо вого, а и Изобретение относится к устройствам дифференциальной релейной защить трансформаторов.Известно устройство для дифференциальной защиты трансформатора, кото рое, с целью повышения надежности отстройки от бросков намагничиваю- щего тока трансформатора и обеспечения фиксации режима внутреннего короткого замыкания в широком диапазоне погрешностей трансформаторов тока, содержит промежуточный трансформатор тока, вторичная обмотка которо го подключена к резистору и выпрями- тельному мосту, соединенному с первичной обмоткой трансреактора, ко вторичной обмотке которого подсоединены два пороговых элемента, два логических элемента И, орган сравнения импульсов по длительности и выходное реле, причем с упомянутыми лсгическими элементами и органом запоминания соединены выходы формирователя прямоугольных импульсов, соответДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЦИТЫОРИАТОРА ствующих нечетным и четным полуволнам дифференциального тока 11.Недостатками известного устройства являются относительная сложность, особенно из-за наличия формирователя прямоугольных импульсов, и недостаточная схемная надежность, так как когда входной уровень пороговых элементов близок по величине к максимумам напряжения на выходе транс- реактора, ширина выходных импульсов пороговых элементов почти одинакова, что может вызвать ложное отключение, например, в режиме апериодического броска тока намагничивания при насыщении основных трансформаторов тока защиты; аналогичное ложное отключение может быть, к вень пороговых элем риваемый также отно к нулю, если из-заФормирователь прямоначинает счет не с ьше первого, или со второ3 91900лупериода дифференциального тока,вследствие чего четные полупериодыстановятся нечетными и наоборот, товозможны как ложное отключение, таки отказ дифзащиты, 5Наиболее близкой к предлагаемомуявляется полупроводниковая дифференциальная защита трансформаторас время-импульсным способом отстройки от переходных токов небаланса и 1 оторможением, которая содержит трансреактор, выпрямительный мост, релей"ный формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, элемент времени,орган запоминания, второй инвертори исполнительный орган 2,Недостаток известной системы состоит. в том, что она не всегда можетбыть отстроена от апериодическогобррска тока намагничивания, трансфор- омированного глубоко насыщенным трансФорматором тока.Цель изобретения - повышение надежности и селективности путем улучщения отстройки от броска тока намагничивания при глубоком насыщениитрансформатора тока.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для дифференциальнойзащиты трансформатора, содержащее по- зоследовательно соединенные промежуточный трансреактор, выпрямительный мост,релейный формирователь прямоугольныхимпульсов, инвертор, элемент времени,орган запоминания, второй инвертор, з 5исполнительный орган, дополнительновведена подключенная на выходе выпрямительного моста цепочка последовательно соединенных резисторов, одиниз которых зашунтирован конденсато- о. ром, а параллельно второму включенвход релейного формирователя прямоугольных импульсов, причем цепочкарезисторов подсоединена к мосту черездроссель (или реле отсечки), параллельно которому через регулируемыйрезистор включен шунтирующий диод,На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2графики дифференциального тока и его ьопроизводной в режимах короткого замыкаНия в зоне защиты, где пунктиромпоказаны дифференциальный ток и егопроизводная, когда в токе имеетсяапериодическая составляющая и трансФорматоры тока защиты не насыщены,а сплошной линией - при глубокомнасыщении трансформаторов тока, при 8 фчем график производной заштрихован вертикально; на Фиг, 3 - то же, в режимах апериодического броска тока.намагничивания, где пунктиром показан апериодический бросок тока намагничивания, а сплошной линией - то же, при глубоком насыщении трансформаторов тока защиты, причем график производной заштрихован вертикально. При построении графиков производных вычисляются их средние значения наотдельных участках, а затем с учетом среднего приближенно намечаются мгновенные значения. Устройство содержит промежуточныйтрансреактор 1, первичная обмотка которого включена в цепь дифференциального тока, а ко вторичной обмотке подсоединен вход выпрямительного моста 2. На.выходе моста 2 включена цепочка 3 последовательно соединенных резисторов 1 и 5, из которых резистор 5 зашунтирован конденсатором 6,параллельно резиСтору 1 включен вход релейного формирователя 7 прямоугольных импульсов, последовательно соединенные инвертор 8, элемент 9 времени, орган 10 запоминания, второй инвертор 11 и исполнительный блок 12. Последний может иметь тормозные входы:13 - для токов в плечах дифференциальной защиты и 11 - для второй гармоники в дифференциальном токе. Реле 15 дифференциальной отсечки включено на выходе выпрямительного моста 2. Дпя расширения возможностей регулировки параллельно дросселю (или реле 15, подключенному к мосту 2) подсоединена цепочка иэ регулируемого резистора 16 и шунтирующего диода 17Устройство работает следующим образом.Рассмотрим влияние реле 15 (или дросселя), включенного последовательно с цепочкой 3. Для упрощения предположим, что равна нулю индуктивность потоков рассеяния обмоток трансреактора 1 это близко к реальному положению.Вариант А, Сопротивление регулируемого резистора 16 равно бесконечности (цепь шунтирующего вентиля 17 разорвана), При этом варианте индуктивность реле 15 (или дросселя) продлевает угасающий импульс тока через резистор Ч, подэаряжает конденсатор 6 и, когда новый входной сигнал напряжения превышает напряжение на конао 8 бМожно ожидать, что наиболее выгодным является вариант, промежуточныймежду А и Б.Рассмотрим аварийные и эксплуатационные энергетические режимы защищаемого силового трансформатора.Р е ж и м . Короткое эамыка"ние в зоне дифференциальной защитыЙри синусоидальном токе беэ апериоцической составляющей,Р е ж и м 11, Аналогичен режичу 1, но еще имеется апериодическаясоставляющая, которая практически нетрансформируется трансреактором.При режимах 1 и 11 цепочка 3 создает для каждой входной синусоидальной полуволны саморегулирующийся трапецеидальный пороговый уровень и обеспечивает на входе релейного Формиро"вателя 7 близкие к минимальным паузам, длительность которых не зависит от амплитуды сигнала.Р е ж и м 11. Короткое замыкание в зоне дифференциальной защитыпри токе с первой и третьей гармоникой, но без апериодической составляющей. При этом на вход цепочки 3поступает периодический сигналПС СПо, + о,где ПС и СП - импульсы средние поформе между прямоугольной и синусоидальной, причем П ставится с тойстороны, где импульс ближе к прямоугольному, в знаменателе указана длительность импульсов в долях периода(Т), А таких условиях цепочка 3 навход релейного Формирователя 7 передает сигнал с минимальными паузами,длительность которых не зависит отамплитуды исходного сигнала.Р е ж и м 1 Ч, Апериодический бросок тока намагничивания, который близок к неполной синусоиде с основанием 180-240 о, сдвинутый вверх. Приэтом на входе цепочки 3 появляетсязатухающий сигнал, который можнообозначитьПС + ПС ОО, - 0,66 О, - О,34+где О - пауза.Цепочка 3 работает в режиме, состоящем из аналогичного режиму 1паузы.Р е ж и м Ч. Периодический бро,сок тока намагничивания,В таких условиях на входе цепочки 3 появляется затухающий сигнал,равный 5 919 денсаторе 6, уменьшает вновь появившийся ток через резистор 4 или уменьшает новое наростание этого тока, если он не прерывается,Вариант Б. Сопротивление регули- руемого резистора 16 равно нулю. ЭДС,поддерживающая уменьшающийся ток в дросселе, открывает вентиль 17 при следующем соотношении:Оог- Оь 101 д= )гдгде 1 и г -.соответственно ток иактивное сопротивлениев дросселе (или реле 15);15г - сопротивление резис 4тора;Оог - напряжение входногосигнала;ОБ - напряжение на конденсаторе 6.Выпрямительный мост 2 перестает пропускать ток, когдаОЬОсг25 Когда напряжение О вновь появившегося сигнала начинает превышать напряжение Оь на конденсаторе, то снова в резисторе 4 появляется токОсг - Оь14гповторяющий Форму разности напряжений (О - Об) и уменьшающий токчерез вентиль 17, пока не станет равным току в дросселе, т.е, до соот 35 ношения 30 4 АЗатем при сохранении этого равенства ток в дросселе 1 д начинает возрастать, а ЭДС самоиндукции е изменяет направление и противодействует ему. Таким образом, в условиях варианта Б при снижении напряжения входного сигнала ток в резисторе 4 уменьшает ся без затягивания, вызванного индуктивностью дросселя (или реле 15), а ток через дроссель перераспределяется с закрывающегося выпрямитель- ного моста 2 на диод 17.50Когда напряжение нового входного сигнала превышает напряжение на конденсаторе 6, новый ток в резисторе 4 повторяет форму разности упомянутых напряжений пока не станет равным то ку в дросселе, который перераспреде.ляется с закрывающегося диода 17 на выпрямительный мост 2.7 919009ПС + С + СП 0п,Еп,1Здесь цепочка 3 работает аналогично режиму 1 Ч.Р е ж и м Ч. Аналогично режиму 1 Ч, но при глубоком насыщении трансформаторов тока защиты (Фиг. 3). На вход цепочки 3 поступает сигнал, который можно обозначитьПС+ С О0,63 0,37Выбором емкости конденсатора 6 можно сделать так, что малый импульс С оказывается меньше разрядного напряжения на этом конденсаторе и поэтому на резисторе 4 возникает пауза0 70аналогично режимам Ч и 1 Ч.Р е ж и м Ч 1. Аналогичен режиму 11, но при глубоком насыщении 2 о трансформаторов тока защиты (фиг.2). На вход цепочки 3 поступает сигнал, который можно обозначитьТр С Трс0,25 - 033 0,75 - 0,67 25 где ТР С - импульс, средний по форме между трапецией и синусоидой.Сравнивая графики, производных дифФеренциального тока, представленные на фиг. 2 и Фиг. 3 видим, цтб если ЗО конденсатор б подобрать так, цтобы он в режиме б своим порогом не пропустил малый импульс С к Формирователю 7, то в режиме Ч 1 это не может привести к созданию увеличенной пау- З 5 эы. торый выбран, например, так, цто эапаузу (или часть ее) практически успевает разрядиться на резистор 5, Вэтом режиме сигнал на входе цепочки3 можно обознацитьП 0+0,5 0,5где в числителе даны обозначения импульса или паузы, а в энаменателе -их длительность в долях периода (Т),Р е ж и м 5 , На выходе выпрямительного моста 2 появляется периодический однополупериодный сигналС О0,5 0,5где С - синусоидальная полуволна (илиблизкая к ней). При этом на резисторе 4 вследствие заряда,конденсатора б возникает импульс, отличающийся/от синусоидальной полуволны косымвозрастающим срезом у основания, ипоэтому выходной импульс меньше подлительности. Таким образом, благодаря цепочке появляется клиновидныйпороговый саморегулирующийся уровень,расширяющийся приблизительно к середине периода.Р е ж и м В . На выходе выпрямительного моста 2 появляется периодический двухполупериодный сигналС С+0,5 0,5При этом цепочка 3 создает для каждой входной синусоидальной полуволны саморегулирующийся трапецеидальныйпороговый уровень, расширяющийся ксвоему концу,Р е ж и м ъ . На выходе моста 2появляется, например, периодицескийсигналС йС ОО 15 0,35 На тот случай, если в режиме Ч 11 все же возникает увелиценная пауза и вызывает ложную блокировку дифференциальной защиты, предусмотрено реле 15 дифференциальной отсечки, Возможно включение реле 15 дифференциальной отсечки в цепь первичной обмотки трансформатора. В этом слуцае анализ идеализированных составляющих режимов работы упрощены и может быть выполнен более подробно.Р е ж и м о . Если на выходе выпрямительного моста 2 периодически появляются прямоугольные импульсы (П) о с паузами (О), равными длительности импульсов, то на резисторе 4, т.е, на входе релейного формирователя получаем приблизительно трапецеидальные импульсы (Т) такой же длительности, причем мгновенное значение импульса уменьшается от начала к кон" цу эа счет заряда конденсатора 6, когде АС - синусоидальный импульс, относительно малый по длительности и амплитуде. Если амплитуда малого синусоидального импульса оказывается маньше, цем напряжение на конденсаторе 6 при разряде на резистор 5, то этот импульс не дает выходного на резисторе 4, и пауза на выходе цепочки 3 оказывается длительнее, чем на входе.Таким образом, в предлагаемом устройстве простая цепочка 3 и схема ее подключения позволяют получить саморегулирующийся порог, который можно не пропустить относительно малый импульс в режиме Ч 1, причем мало веро 9 91900 ятно, чтобы этот порог создал ложные паузы в режиме Ч 1. Добавление к реле отсечки (или к специальному дросселю) шунтирующего диода с регулируемым резистором позволяет видоизменять упомянутый саморегулирующийся порог,формула изобретенияУстройство для дифференциальной защиты трансформатора, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансреактор, выпрямительный 15 мост, релейный формирователь прямоугольных импульсов, инвертор, элемент времени, орган запоминания, второй инвертор, исполнительный орган, о т л и ч а ю щ.е е ся . тем, что, с целью повышения его надежности и селективности путем улучшения отст 8 10ройки от броска тока намагничивания при глубоком насыщении трансформатора тока, дополнительно введена подключенная на выходе выпрямительного моста цепочка последовательно соединенных резисторов, один из которых зашунтирован конденсатором, а параллельно второму включен вход упомянутого релейного Формирователя прямоугольных импульсов, причем цепочка резисторов подсоединена к мосту через дроссель или реле отсечки), параллельно которому ч".рез регулируемый резистор включен шунтирующий диод.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАвторское свидетельство СССРМ 675520, кл, Н 02 Н 7/04, 25 07 792. Федосеев А,М, Релейная защитаэлектрических систем, М., "Энергия",1976, рис. 9-26, 9-21..919008 актор Л Корректор М. Шаро каз 2156/ Филиал ППП "Патент, гужгород, ул. Проект Составитель В. Зимакобунова Техред Е, Харитончик Тираж б 70ИИПИ Государственного коипо делам изобретений и035, Москва, И, Раушск Подписноетета СССРткрытийя наб., д