Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ А(51) Н 02 Н 3/2 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДЕТЕЛЬСТВ У К СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Л.В.Багинский, Ю.А.Гуляев., А.В.Дмитриев, В.П.Ерушин и С.И.Исаев (71) Новосибирский электротехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР Мф 7297 18, кл. Н 02 Н 3/28, 1978.2. Авторскоесвидетельство СССР У 985878, кл. Н 02 Н 3/28, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАЦИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен блок преобразования входных величин, блок сравнения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодов блока преобразования входных величин, пускозой блок, включенный через разделительный трансформатор и выпрямительный мост между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабилитронами блока сравнения, фазный блок, включениьй между резисторами и стабилитронами блока сравнения, блок управления временем блокировки, вход.которого соединен с блоком сравнения,а выход - с управляющим входом фазного блока, логический элемент И,входы которого соединены с выходамипускового и фазного блоков, а выходявляется выходом устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения устойчивости функционирования, в него введены блок формирования производной дифференциального тока и блок управления, при этом входблока формирования производной дифференциального тока подключен к выпрямительному мосту, выход - ко второмувходу блока управления, а блок управления содержит последовательно соединенные формирователь импульсов,вход которого является первым входомблока управления, соединенным с блоком сравнения, выявитель признакаидентификации режима, второй входкоторого объединен с входом транзисторного ключа и является вторым входом блока управления, запоминающийблок и транзисторный ключ, выход которого является выходом блока управления, соединенного с управляющимвходом фазного блока.Изобретение относится к релейной защите и может быть использовано для защиты электроустановки, в частности сборных шин, ошиновок трансформаторов, силовых трансформаторов (авто- трансформаторов), реакторов, генераторов, синхронных компенсаторов и высоковольтных электродвигателей электростанций и подстанций.Известно устройство для дифференциально-фазной защиты сборных шин, содержащее датчики тока, включенные в каждое плечо защиты, схему сравнения на резисторах и стабилитронах, пусковой орган, Фазный орган, подключенный к выпрямительному мосту, два логических элемента, причем выход второго соединен с входом первого и входом блока запрещения срабатывания Я .20Однако в этом устройстве при работе ТХ в области средних индукций при внешних коротких замыканиях (КЗ) возможно снятие запрещающего сигнала логическим блоком, что может привес ти к неселективному действию защиты. При внутренних КЗ с большими вытекающими токами нагрузки возможно блокирование защиты.Наиболее близким к изобретению 30 является устройство для дифференциально-фазной защиты, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен диодный блок преобразования входных величин, блок срав-З 5 нения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодного блока преобразования входных величин, пусковой 0 блок, включенный через разделительный трансформатор и выпрямительный мост между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабилитронами блока сравнения, фазный блок, вклю- ц ченный между резисторами и стабилитронами блока сравнения, блок управления временем блокировки, один вход которого соединен с блоком сравнения, а выход - с фазным блоком, логичес- п 0 кий элемент И, входы которого соединены с выходами фаэного и пускового блоков 21 .Однако известное устройство характеризуется недостаточной устойчивос- у тью. функционирования. При этом оно требует" запоминания запрещающего сигнала первого периода переходного проЦесса на несколько периодов при внешних КЗ. Поэтому при переходе внешнего КЗ во внутреннее возникает задержка в срабатывании. Кроме того, при пусках синхронных компенсаторов и мощных высоковольтных электродвигателей может возникать насьпцение ТТ одного плеча, причем ТТ второго плеча практически не насьпцается, в этом режиме возникает ложный сигнал, который не перекрывается временем блоки" ровки.Целью изобретения является повышение устойчивости функционирования.Цель достигается тем, что в устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки, содержащее блок датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен диодный блок преобразования входных величин, блок сравнения, выполненный на резисторах и стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодов блока преобразования входных величин, пусковой блок, включенный через разделительный трансформатор и выпрями- тельный мост между общей точкой вторичных обмоток датчиков тока и стабилитронами блока сравнения, Фазный блок, включенный между резисторами и стабилитронами блока сравнения, блок управления временем блокировки, вход которого соединен с блоком сравнения, а выход - с управляющим входом Фазного блока, логический элемент И, входы которого соединены с выходами фазного и пускового блоков, а выход является выходом устройства, введены блок формирования производ-. ной дифференциального тока, вход которого подключен к выпрямительному мосту, а выход - ко второму входу блока управления, и блок управления, содержащий формирователь импульсов, вход которого является входом блока и соединен с блоком сравнения и входом блока управления времени блокировки, выявитель признака идентификации режима, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а вход - с выходом блока формирования производной диф,ференциального тока, запоминающее устройство, вход которого подключен к Выходу выявителя признака иденти-.фикации режима, транзисторный ключ, управляющий вход которого соединении блока 3 сравнения, фазный блок 7, блок 8 управления временем блокировки, вход которого соединен с блоком3 сравнения, а выход - с управляющимвходом фазного блока 7, логическийэлемент И 9, входы которого соединены с выходами пускового 4 и фаэного 7 блоков, а выход является выходом устройства, блок 10 формирования проиэ 50 с выходом запоминающего устройства, вход - с выходом блока формирования производной дифференциального тока, а выход - с управляющим входом фазного блока. 5В устройстве обеспечивается сверх- суммарный положительный эффект, обусловленный совокупностью указанных признаков, заключающийся в том, что они реализуют качественно новый приэ нак идентификации режима, на основе которого осуществляется ограничение длительности ложного входного сигнала при внешних КЗ. Учитывая характер переходного тока небаланса длитель юность входного сигнала при внешнихКЗ ограничивается моментом иаксимумадифференциального тока, причем эапризнак внешнего КЗ принято отставание переднего фронта производной диф-Зференциального тока от вторичноготока. Таким образом, ограничениевходного ложного сигнала на внешнемКЗ обеспечивает высокую отстроенностьзащиты от этого резима. На фиг. 1 изображена структурнаясхема устройства для дифференциальнофазной защиты; иа фиг, 2 - осциллограииы токов иебаланса при внешнем (а) и внутреннем (б) КЗ; на фиг. 3 - эпюры, поясняющие работу устройства при внутреннем (а) и внешним (б) КЗ; на фиг. 4 и 5 " осциллограммы токов и напряжений при испытании устройства в переходных режимах внутреннего и внешнего КЗ.Устройство (фиг. 1) содержит блок 1 датчиков тока, к вторичным обмоткам которых подключен блок 2 преобразования входных величин, блок 3 сравнения, выполненный на резисторахи стабилитронах, катоды и аноды которых соединены соответственно с катодами и анодами диодов блока 2 преобразования входных величин, пусковойблок 4, включенный через разделительный трансформатор 5 и выпрямительныймост 6 между общей точкой вторичныхобмоток датчиков тока и стабилитронаводной дифференциального тока, вход которого подклочен к выпрямительному мосту 6, и блок 11 управления, первый вхоц которого подключен к блоку 3 сравнения, второй и третий - к выходу блока 10 формирования производной дифференциального тока, а выход - к управляющему входу фазиого блока 7.Блок 11 управления содержит формирователь 12 импульсов, вход которого является входом блока, выявитель 13 признака идентификации реЖима, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя 12 импульсов, а вход является вторыи входом блока, запоминающее устройство 14, вход которого подключен к выходу выявителя 13 признака идентификации режима, и транзисторный ключ 15,управляющий. вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 14, вход является третьим входом блока, а выход - выходом блока.Формирователь 12 импульсов может быть выполнен на полевом транзисторе и дифференцирующей КС-цепи, выявитель 13 признака идентификации режима - на транзисторе и - р - л-типа, работающем в ключевом режиме, запоминающее устройство 14 может быть выполнено в виде КС-цепи.Устройство работает следующим образом.Токи от ТТ плеч защиты поступают на первичные обмотки блока 1 датчиков тока. Сигналы от датчиков тока разделяются по знаку полупериода с помощью блока 2 преобразования входных величин и поступают на вход блока 3 сравнения. При внутреннем КЗ и совпадающих по фазе токах плечи блока 3 сравнения попеременно обтекаются токами положительной и отрицательной полярности и напряжения на плечах образуют входные сигналы фазного блока 7, При внешних КЗ полуволны тока существуют одновременно в обоих плечах блока 3 сравнения. Если эти токи невелики (соизмеримы с номинальными), то на фазный блок 7 подводится разность напряжений блока 3 сравнения, пропорциональная дифференциальному току. При больших токах внешнего КЗ в соответствие с принципом действия прототипа предлагаемого устройства напряжения на плечах блока 3 сравнения стабилизируются и на входе фазного блока 7 образуется сигнал, равный раз 1156184ности длительности полуволн токов, существующих на плечах блока 3 сравнения. Таким образом схема начинает действовать как дифференциально-фаэная.Чтобы обеспечить надежное срабатывание в первом периоде переходного процесса в том числе и при сдвинутых по фазе токах необходимо иметь время10 блокировки фазного блока 7 3 мс. Однако такое время не обеспечит селективной работы защиты при внешних КЗ со значительным содержанием апериодической слагающей (фиг. 2) поэтому15 необходимо принятие мер для обеспечения селективности защиты. Характер осциллограмм переходного тока небаланса (фиг. 26) таков, что время от его начала до максимумавсегда меньше, чем от максимума до конца (С).й При внутренних КЗ и насыщении ТТ (Фиг. 2 а) 1). В связи с этим введено ограничение длительности входного сигнала Фазного блока 7 максимумом5 дифференциального тока в режиме внешнего КЗ. Однако ограничение длительности входного сигнала фазного блока 7 приводит к снижению чувствительности защиты при внутренних КЗ особенно со сдвинутыми по фазе токами и при ЗО внутренних КЗ с вытекающими токами нагрузки, когда из-за ограничения длительности входного сигнала фазный блок 7 искусственно укорачивает полезный сигнал, Снижение чувствитель ности возможно также в режиме внутренних КЗ на землю, сопровождающихся высокочастотной составляющей, обусловленной разрядным током защищаемого объекта; Для предотвращения .снижения чувствительности в устройстве используется такое управление ограничением длительности входного сигнала фазного блока 7 по качественным признакам внешнего КЗ, чтобы это 43 ограничение имело место только при внешних КЗ. В качестве признака внеш.него КЗ используется отставание переднего фронта производной дифферен 0 циального тока от первого из вторичных токов, появившегося в блоке 3сравнения. Для этого блок 1 датчиков тока формирует сигнал, пропорцио.нальный дифференциальному току защи -ты, который трансформируется разделительным трансформатором 5, выпрямляется мостом б и поступает на входблока 10 формирования производнойдифференциального тока. Блок 10 формирования производной дифференциального тока дифференцирует и инвертирует входной сигнал и положительнымиполуволнами (Фиг, 3) выходного напряжения через постоянно открытый транзисторный ключ 15 блокирует фазныйблок 7 в режиме внешних КЗ. При этомблок 11 управления сопоставляет передние фронты отрицательной полуволны производной дифференциальноготока и первого из появившихся в блоке 3 сравнения вторичного тока и выявляет отставание первого от послед-него не менее чем на 1,5-2 мс. Поэтому выходной сигнал запоминающегоустройства 14 отсутствует. При внутренних КЗ выявитель 13 признака идентификации режима Фиксирует совпаде-.ние сопоставляемых передних фронтови вырабатывает управляющий импульс,который удлиняется запоминающим устройством 14 до момента осуществления ограничения длительности входного сигнала фазного блока 7, В результате транзисторный ключ 15 закрывается и ограничение длительности непроисходит,Таким образом, реализация вышеописанного признака идентификациирежима позволяет сократить в несколь"ко раз в режиме внешнего КЗ сложныйсигнал, а в режиме внутреннего КЗизбежать сокращения длительностиполезного сигнала. Благодаря этомуповышается отстроенность устройствадля дифференциально-фазиой защитыот внешних КЗ и чувствительность квнутренним КЗ. Время идентификациирежима составляет 1-2 мс./51 Тираж 620ВНИИПИ Государственного комитетапо деламизобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 31 ак Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Филиал Составитель Л.КорнееваТехред О.Ващинина Корректор С.Шекма