Устройство для питания комплектов релейной защиты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 183 О 144 А и 05 Р 1/46 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К ПАТЕНТУ иту нфи- за 7 - 6. ПГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(73) Ярославский политехнический ин(56) Алексеев В.С Варганов Г.ППлов Б.И. и Розенблюм Р,З, Релейнщита, - М.: Знергия, 1976, с.410, рис,414, рис,7-10,Авторское свидетельство СССРМ 652546, кл. 0 05 Р 3/06, 1976,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЛЕКТОВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЪ(57) Использование: электропитание комплектов релейной защиты на понижающих подстанциях с переменным оперативным током. Сущность изобретения; устройство содержит промежуточные трансформаторы напряжения 1 и тока 3, выходы каждого из которых через выпрямители 2 и 5 подсоединены к выходным выводам 6, токовое реле 8, первое и второе управляющее реле 15 и 19 и реле времени 20, причем выходные контакты упомянутых реле управляют работой коммутатора 14, подключающего к выходным выводам 6 балластные резисторы 12 и 13. 3 3.и. ф-лы, 3 ил.5 10 15 30 40 45 50 Изобретение относитсл к электротехнике и может бьТь использовано для питания комплектов релейной защиты на понижающих подстанциях с переменным оперативным током,Цель изобретения - повышение надеж- . ности,На фиг,1 представлена функциональнал схсма устройства; на фиг,2 - принципиальнал функциональнал схема управления тиристорами; на фиг.З - принципиальная функциональная схема блока вспомогательного питания,Устройство длл питания комплектов релейной защиты см. фиг,1) содержит промежуто нцй 1 грансформатор напряжения 1, первичная обмотка которого подклочена к Входным выводам длл подключения источника напряжения, а вторичная обмотка подклочена к входу первого 2 Выпрлмительного моста. Устройство содержит также промежуточнь.и насьщающийся трансформатор тока 3, первичнал обмотка которого подсоединена к Входным Выводам для подключения источника тока, а вторичнал обмотка Вместе с конденсатом 4, шунтирующим ее, образует ферорезонансный контур и подклочена к входу второо 5 Выпрямительного моста, причем выходы первого 2 и второго 5 ьыпрлмительных мосов соединены с выходными выводами+б и-б Длл подключения нагрузки, Кроме того, устроиство содержит Двухобмоточный трансформатор 7 тОкОВОГО реле 8 с Выходным контактом 9, два 10 и 11 соединенньх катодами диода, два 12 и 13 балластных резистора и управляемый коммутатор 14.Представленное на фиг,1 устройство длл Гитанил комплектов рслейной защиты отличается тем, что В него введены первое 15 управляогдее реле с зходным двухобмотогным трансформатором 16 и выходным замыкающим контактом 17, блок 18 вспомоГательного питания, второе управляющее реле 19, реле времени 20 с входным замыкающим контактом 21 и двз 22 и 23 ограничительных резистора, Токовое реле 8 Выполнено реагирующим на Отношение воемени превышения мгновенным напряжением на еГО Входе зздэнноГО урОвнл к Остальной части полупериода ВходноГО на пряженил, причем первичная обмотка трансформатора 7 токового реле 8 с выходным конгактом 9 выполненным замькающим, через первый ограничительный резистор 22 подключена к вторичной обмотке промежуточного насыщающегося трансформатора тока 3, Первичная обмотка двухобмоточного трансФорматора 16 первоО 15 управля,ощего реле через Второй ограничительный резистор 23 подключена к выходным выводам+6 и - 6 для подключения нагрузки, а его вторичная обмотка подключена к входам первого 24 и второго 25 полосовых фильтров соответственно второй и четвертой гармоник, входы которых использованы в качестве входа первого 15 управляющего реле, а выходы полосовых фильтров 24 и 25 через собственные формирователи модулей 26 и 27 соединены с входами (Р рабочим и Т тормозным) узла сравнения 28, выход которого подключен к управляющему входу выходного замыкающего контакта 17, использованного в качестве выхода первого управляющего реле. Вход второго 19 управллющего реле подключен к выходным выводам +б и -6 для подключения нагрузки, а его выход соединен с запускающим входом реле 20 времени с выходным замыкающим контактом 21 Вход блока 18 вспомогательного питания подклочен к выходным Выводам+6 и - 6 для подключения нагрузки, а его выходные выводы - 29, ноль и +30 с пониженным постолнным нап рлжением для питания операционных усилителей подсоединены к соответствующим выводам в токовом реле 8, в первом управляющем реле 15 и еще без нулевого вывода подсоединены к соответствующим выводам 31 - 32 на входе управления коммутатором 14, Силовой вход коммутатора 14 подключен к выходным выводам +б и -б длл подключения нагрузки, а выход зашунтирован первым .12 балластным резистором, причем один из Выводов первого 12 балластного резистора через второй 13 балластный резистор подключен к обьединенным катодам двух 10 и 11 диодов, аноды которых подсоединены к выводам вторичной обмотки промежуточного насцщающегося трансформатора тока 3,Предусмотрено второе исполнение представленного устройства см, фиг,1). которое от первого исполнения отличается тем, что в него введены дополнительный конденсатор 33 и режимный переклочзтель 34, а второй 13 балластный резистор выполнен с отводом, причем один выводдополнительного конденсатора 33 подключен к отрицательному выходному выводу - 6 для подключения нагрузки, а второй его вывод через режимный переключатель 34 подсоединен к отводу второго 13 балластного резистора,Предусмотрено третье исполиение представленного устройства (см. фиг,1 и 2), которое от первого или второго исполнения отличается тем, что в него введены два 35 и 36 тиристора и реле минимального напряжения 37, а промежуточный трансформатор1830144 5 10 15 20 25 30 и 11 диодов, Рассмотрение работы представленного 35 питания током (БПТ). содержащий элементы, аналогичные трансформатору 3, конденсатору.4 и выпрямительному мосту 5,50 Ккп Окпт г тю - Ккп Окп( г то остальные коэффициенты будут связаныуравнением 55 Кь 4 = 2,08 Кь 2. напряжения 1 снабжен дополнительной обмоткой, включенной последовательно с его вторичной обмоткой, причем свободный вывод 38 дополнительной обмотки через встречно включенные тиристоры 35 и 36 соединены с выходными выводами -6 и+6 для .подключения нагрузки. Реле минимального напряжения 37 входом 39 подсоединено к первичной обмотке промежуточного трансформатора напряжения 1, выходом 40 выпрямительного элемента реле минимального напряжения 37. подсоединено к питающему входу в блоке 41 предельно ступенчатого управления тиристорами, а размыкающий контакт 42 реле минимального напряжения 37 последовательно с дополнительно введенным размыкающим контактам 19 во втором управляющем реле 19 подсоединен к управляющему входу в блоке 41 управлениятиристорами, выходные цепи которого подключены к цепям управления тиристорами 35 и 36; Предусмотрено четвертое исполнение представленного устройства (см. фиг.1 и 3), которое от первого, второго и третьего исполнения отличается тем, что блок 18 вспомогательного питания включает в себя последовательно соединенные межДу входом и выходом сглаживающий 1.С-фильтр с дросселем 43,.с конденсатором 44 и преобразователь 45 постоянного напряжения; также включает в себя щунтирующий резистор 46, подключенный между выходом Са фильтра и объединенные катодами двух 10 устройства для питания комплектов релейной защиты целесообразно начать,. используя общепринятое описание работы известного комбинированного блока питания (БПК), имеющего блок питания напряжением (БПН), содержащий элементы. аналогичные трансформатору 1 и выпрями- тельному мосту 2, а также имеющего блок Напряжение на выходе БПК в значительной мере зависит от фазного угла между входным током БПТ и входным напряжением БПЯ. Если напряжения на входах мостовцх выпрямителей совпадают по фазе и одинаковы по форме. а также по амплитуде, то результирующее напряжение БПК равно каждому из них. Если же эти напряжения сдвинуты по фазе на 90, равны по амплитуде и синусоидальны, то выходное напряжение БПК будет в 1,41 раза больше. При учете действительной формы кривой напряжения у феррорезонансного БПТ выходное напряжение БПК колеблется от 1,2 до 1,3 от напряжения каждого из комбинируемых блоков, Если в составе БПК нестабилиэированный БПН не дает возможности обеспечить питание нагрузки (БПК) при коротком замыкании(к.з.) в защищаемой электросети, то перед БПН включают феррорезонансный стабилизатор напряжения (СН).Представленное устройство для питания комплектов релейной защиты имеет первое 15. управляющее реле, у которого узел сравнения.28 реагирует в сторону срабатывания (вывод+р) при увеличении модуля напряжения четвертой гармоники и тормозится (вывод-т) при увеличении модуля напряжения второй гармоники. Если напряжения на входах выпрямительных мостов 2 и 5 практически синусоидальны, имеют одинаковую амплитуду Оуп и совпадают по фазе или сдвинуты на 180, то на общем вцхуе этих мостов модуль второй гачоники О 2 равен 0,426 Оп, а модуль О ь четвертой гармоники составляет 0,085 Оя 1. Параметры должны быть выбраны так, чтобы при этом соотношении модулей четвертой и второй гармоник первое 15 управляющее реле не сработало, Если же напряжение на выходах выпрямительных мостов 2 и 5 практически синусоидальны, имеют одинаковую амплитуду Ое, но сдвинуты по фазе на угол +90 О или - .90 О, то на общем ходе этих мостов рован нулю модула тм второй гармони ки; а модУль 04 у четвеРтой гаРмоники равен 0,12 О. Параметры должны быть такими, чтобы при этом соотношении модулей четвертой и второй гармоник сработало первое 15 управляющее реле.Передаточная функция узла сравнения 28 имеет выражение Кь 4 Оь 4 - Кь 2 Оь 2 Ккп Окп,где Окп - напряжение на выходе узла сравнения 28, поступающее далее на компаратор и исполнительный орган с замыкающим контактом 17:Кь 4: Кь 2: Ккп- соответствующие коэффициенты.Если выбрано следующее соотношение величин При срабатывании первого 15 управляющего реле замкнется его замыкающий контакт 17, вследствие чего сработает уп 183014410 15 20 25 30 35 равляемый коммутатор 14 и возникнут токи (направленные к выходному выводу -6) в балластных резисторах 12 и 13, При этом происходит уменьшение напряжения на выходных выводах +6 и - 6 для подключения нагрузки, но практически не изменяется соотношение модулей четвертой и второй гармоник, потому что подключились резисторы, которые не изменяют реакцию нагрузки на фаэный режим работы выпрямительных мостов 2 и 5,Представленное устройство имеет второе 19 управляющее реле, вход которого подключен к выходным выводам+6 и -б для подклю.ения нагрузки, э его выход соединен с запускающим входом реле времени 20 с выходным замыкающим контактом 21 на управляющем входе управляемого коммутатора 14. Второе 19 управляющее реле срабатывает, когда в нормальном режиме, т,е. при отсутствии короткого замыкания в защищаемой электросети, возникает повышенное напряжение на выходных выводах +б и -6, например, из-за малой величины подключенной к ним нагрузки или из-за повышения входного напряжения на промежуточном трансформаторе напряжения 1. Срабатывание контакта 21 вызывает срабатывание управляемого коммутатора 14 с упомянутыми выше результатами.Представленное устройство имеет токовое реле 8 с промежуточным трансформатором 7, подсоединенным черезограничительный резистор 22 к вторичной обмотке промежуточного насыщающегося трансформатора тока 3; токовое реле 8 имеет выходной замыкающий контакт 9, подсоединенный на управляющем входе управляемого коммутатора 14. Вследствие того что токовое реле 8 выполнено реагирующим нэ отношение времени превышения мгновенным напряжением на его входе заданного уровня к остальной части полупериоца входного напряжения, зто реле значительно более чувствительно к напряжению на вторичной обмотке вошедшего в феррорезонанс нэ основной гармонике ненагруженного промежуточного насыщающегося трансформатора тока 3, чем к аналогичному напряжению у номинально нагруженного трансформатора така 3; отношение чувствительностей составляет (13/7)/(8,75/1,25)- =1,85/0,78 = 2,38.Поэтому токовое реле 8 может быть выполнено так, чтобы оно срабатывало только при относительно малой нагрузке(менее 0,5 от номинальной) и при своем срабатывании замыкающим контактом 9 вызывало срабатывание управляемого коммутатора 14 с упомянутыми выше результатами. В представленном устройстве при исполнении его по и. 2 формулы изобретения работа может происходит следующим образом.Например, в ненормальном режиме, когда в защищаемой электросети произошло короткое замыкание, вследствие чего в феррорезонансном контуре из трансформатора 3 и конденсатора 4 возник феррорезонансный скачек на основной гармонике,еще произошел отказ в работе токового реле 8, Это реле должно было сработать из-за малой нагрузки феррорезонансного контура, при которой переменное напряжение на контуре близко к прямоугольному, Тогда дополнительный конденсатор 33, подсоединенный через режимный переключатель 34, будет брать от диодов 10 и 11 очень малый емкостный ток, потому что переменное и почти прямоугольное напряжение при двухполупериодном выпрямлении становится почти постоянным. Если же токовое реле 8 не должно было сработать, поскольку нагрузка феррорезонансного контура была больше, чем 0,5 от номинальной, то на дополнительном конденсаторе 33, подсоединенном через режимный переключатель 34, будет значительная пульсация напряжения, из-за чего повышается способность феррорезонансного контура взять более значительную нагрузку, Емкость дополнительного конденсатора ЗЗ должна быть нэ столько меньше, чем емкость конденсатора 4 в феррорезонансном контуре, чтобы при подсоединении конденсатора 33 несущественно изменялись формы кривых. напряжений на феррорезонансном контуре,Представленное устройство при исполнении его по п,З формулы изобретения рэботает следующим образом.Из-за того, что вход 39 у реле 37 минимального напряжения подсоединен к первичной обмотке промежугочного трансформатора напряжения 1, то при снижении напряжения до заданного сработавшее реле 37 скачком полностью с углом регулирования а = 0 включает а работу тиристоры 35 и 36. При этом увеличивается напряжение на входе первого 2 выпрямительного моста незэвисимо от того работает ли этот мост на нагрузку или нет, Это явление происходит также независимо, как в возможных пределах поддерживает свое выходное напряжение стабилизированным феррорезонасный стабилизатор СН, включенный перед блоком питания напряжением БПН в известном комбинированном блоке питания БПК, Однако, если при снижении напряжения на входе трансформатора 1 одновременно повысится напряжение на выходных выводах+6 и -6 для питания всей нагрузки от обоих выпрямительных мостов 2 и 5, например из-за того, что увеличилось напряжение на входе 5 второго выпрямительного моста, и если при этом сработает второе управляющее реле 19, то разомкнется размыкающий контакт 19 р этого реле и заблокирует действие реле 37 минимального напряжения, После этого тиристорц 35 и 36 скачком и полностью перейдут на угол управления а О, т,е. вцключатся из действия. Скачкообразное регулирование работы тиристов 35 и 36 от угла регулирования а = 0 (каждый тиристор пропускает ток в течение всего своего полупериода) до угла регулирования - 180 (каждый тиристор все время закрыт) не только создает упрощение представленного устройства. но и не нарушает при регулировании соотношения между четвертой и второй гармониками на входахузла сравнения 28 в первом 15 управляющем реле. Представленное устройство при исполнении по п.4 формулы изобретения работает следующим образом.Блок 18 вспомогательного питания (вся фиг.З) обеспечивает пониженное постоянное напряжение для питания операционных усилителей, которое должно быть наиболее стабилизированным и не терять стабилизации при переходных процессах. Сохранение стабильности при переходных процессах достигается тем, что в блоке 18 содержится только один сглаживающий ЕС-фильтр, вход которого подсоединен к общим выводам+6 и -б для подключения нагрузки, куда поступают напряжения от первого 2 и второго 5 выпрямительных мостов (см, фиг.1). Это общее напряжение регулируется первым 15 управляющим реле в зависимости от соотношения модулей четвертой и второй гармоник, вторым 19 управляющим реле, срабатывающим при повышении напряжения, а также реле 8, срабатывающим при возникновении феррорезонанса на основной гармонике, когда феррорезонансный контур имеет нагрузку не более 0.5 от номинальной. Все управляющие реле действуют на управляемый коммутатор 14. который к выходным выводам +6 и - б подключает балластные резисторы 12 и 13, вследствие чего не только уменьшается напряжение, но также уменьшаются (демифируются) колебательные процессы. Если резистор, обычно шунтирующий индуктивность дросселя вС-фильтре, подсоединить между выходом 1 С-фильтра и обьединенными катодами двух 10 и 11 диодов (подобно резистору 46 на фиг.З), та возможны следующие автоматически получаемые ва. рианты работы блока 18 вспомогательного питания (см. фиг.З и 1),Когда диоды 10 и 11 поочередно открываются, т.е. при совместной работе выпрями- тельных мостов 2 и 5 или при самостоятельной работе выпрямительного моста 5, шунтирование дросселя 43 получается наиболее интенсивным,Когда диоды 10 и 11 закрыты, а управляемый коммутатор 14 не соединяет выводы ( - ) и - б, то шунтирование дросселя 43 наименее интенсивное, потому что общее сопротивление шунтирующей цепи равно сумме сопротивлений шунтирующего резистора 46, а также балластных резисторов 12. и 13,Когда диоды 10 и 11 закрыты, а управляемый коммутатор 14 соединяет выводы (-) и -6, то происходит не шунтирование дросселя 43, а добавление нагрузки на выходеС- фильтра, причем общее сопротивление добавленной нагрузки равно сумме сопротивлений шунтирующего резистора 46 и балластного резистора 13. Формула изобретения 1; Устройство для питания комплектов релейной защиты, содержащее промежуточный трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключена .к входным выводам для подключения источника напряжения, а вторичная обмотка подключена к входу первого выпрямительного моста, промежуточный насыщающийся трансформатор тока, первичная обмотка которого подсоединена к входным выводам для подключения источника тока, а вторичная обмотка вместе с конденсатором, шунтирующим ее, образует феррорезонансный контур и подключена к входу второго выпрямительного моста, причем выходы первого и второго выпрямительных мостов соединены с выходными выводами для подключения нагрузки, двухобмоточный трансформатор токового реле с выходным контактом, два соединенных катодами диода, два балластных резистора и управляемый коммутатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности. в него введены первое управляющее реле с входным двух- обмоточным трансформатором и выходным замыкающим контактом, состоящее из первого и второго полосовых фильтров соответственно второй и четвертой гармоник, двух формирователей модулей и узла сравнения, блок вспомогательного питания, второе управляющее реле. реле времени с выходным замыкающим контактом и два ограничи 1830144тельных резистора, а токовое реле выполне- грузки, а выход зашунтирован первым бално реагирующим на отношение времени ластным резистором, причем один из вывопревышевия мгновенным током на его вхо- дов упомянутого первого балластного дрщданцеюуравня к остальной части пол- резистора через второй балластный резиурЗриодавхедноготока, причемпервичная 5 стор подключен к объединенным катодам оаммкв трансформатора токового реле с диодов, аноды. которых подсоединены к вывыходным контактом, выполненным замы- водам вторичной обмотки промежуточного кающим, черезпервцйограничительныйре-. насыщающегося трансформатора тока.зистор подключена к вторичной обмотке 2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е епромежуточного насыщающегося транс ся тем;чтовнеговведеныдополнительный форматора тока, первичная обмотка двухоб- конденсатор и режимный переключатель, а моточного трансформатора первого второй балластный резистор выполнен с отуправляющего реле через второй ограничи- водом, причем один вывод дополнительного тельный резистор подключена к выходнымконденсатора подключен к отрицательному. выводам для подключения нагрузки, а его. 15 выходному вцводудля подключения нагрузвторичная обмотка подключена к входам ки, а другой его вывод через режимный пепервого и второго пблосовых фильтров со- реключатель подсоединенк отводу второго отеетстеино второй и четвертой гармоник;. балластного резистора.выходы паласовых фильтров через собст. Устройство по п.1 или 2, о т л и ч а ювеннье.формирователи модулей соединены 20 щ е е с я тем, что в иаго введены два тирис входами узла сравнения первого управля- . стора и реле минимального напряжения,:а ющего реле, выход которого подключен к промежуточный трансформатор напряжеуправляющему аходу выходного замыкаЮ- ния.снабжен дополнительной. обмоткой, щего конгакта, использованного в качествевключенной последовательно с его вторичвыходэ первого управляющего Реле; вход 2 б ной обмоткой, прйчемсвободный выводдовторого управляющего реле подключен к полнительной обмотки через встречно выходным выводом для подключения на- включенные тиристоры соединен с выходгрузки, а его выход соединен с запускаю- ными выводами ля подключения нагрузки, щим входом реле времени с выходным , реле минимального напряжения входом замыкающим койтактом; вход блока аспо- ЗО подсоединено к выходным выводам для могательнаго питания подключен к выход- подклвчейия нагрузки, а выходом подклюным еывщамдля подключейия нагрузки, а чено к управляющимвыводам тиристоров. его выход соединен:с выводами питания, 4. Устройство поп.1,2 или 3, о тли ча ютокового и первого управляющего реле, а щ е е с я тем, что блок вспомогательного так же через параллельно совдийвйныв за питания включает в себя последовательно сомцкающие контакты токового реле, первого единенные между входом и выходом сглажиуправляющего релеи реле времени подклю-,: веющий Ы-фильтр, преобразователь чен к входу управления управляемого ком-, постоянного напряжения и шунтирующий ре. мутатбра. вход которогО подключен к зиатор, подключенный между выходом 1.С- выходйым выводам Для подклаченйя йа ильтраиобъединеннымикатодамидиодов,1830144 Составитель Ю. ОпадчийРедактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал орректор Г. Кос роизводственно-издательский комбинат ":Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 2493 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушскэя.наб,. 4/5