Устройство для контроля токовых цепей дифференциальной защиты любого из основных элементов станции и подстанции

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУ БЛИН 419) (11 11 Н 02 Н 3/28 ЕТЕНИЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(7) Новосибирский электротехнический институт(53) 621.216.925 (088.8 ) (56) 1Авторское свидетельство СССР Ф 736253, кл. Н 02 Н 3/28, 979.2. Авторское свидетельство СССР У 736255, кл. Н 01 Н 69/01, 1979. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОКОВЫХ ЦЕПЕЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЛЮБОГО ИЗ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИИ, содержащее два преобразователя трехфазного тока в однофазный, один из которых включен во входные токовые цепи контролируемой защиты, другой - в дифференциальную цепь защиты, и реагирующий орган о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, селективности и эффективности отст" ройки от витковых замыканий, в него введены сумматор, блок обрыва, блок неисправности, блок самоблокирования, блок запрета, блок возврата, пороговый орган и элемент ЙЛИ, при этом вход сумматора соединен с выходами преобразователей, а выход - с компараторами блока неисправности и блока обрыва, содержащего два транзистора, вьщод компаратора блока обрыва соедйнен с первьк входом элемента ИЛИ, инвер",ирующий вход указанного компаратора - с выходом блоказапрета и коллектором первого транзистора, база которого соединенас выходом блока возврата, а неинвертирующий вход - с коллекторомвторого транзистора, база которогосоединена с выходом блока самоблокирования, выход компаратора блока.неисправности соединен с вторымвходом элемента ИЛИ, а выход последнего - с входом реагирующего органаи выходом блока возврата, входыблока возврата и блока запрета соединены с выходом порогового органа,входы которого соединены с дифферен"циальными цепями всех фаэ защиты,2, Устройство по п., о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок са" моблокирования содержит компаратор, два диода, элемент ИЛИ, транзистор и инвертор, вход которого соединен с выходом другого преобразователя, выход инвертора соединен с анодом второго диода, анод первого диода соединен с выходом одного преобразователя, катоды диодов соединены с входом компаратора, выход которого служит первым входом элемента ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом блока запрета, а выход - с базой транзистора, коллектор которого служит блокирующим входом блока неисправности.Изобретение сг" пс)с:..я с .)е)ейОйЗакИТЕ И Есга)СС6 "., ТТСг тН,)ДЛЯ КОН ГРОЛЯ тОСОВЬХ ЦС )гэй, ТЗ)1 Е )Е г:циаеть 0 фазе 1 ых и дифререн 111,:,льны)сзащит генераторовбапи.:х сТЕс,многаабСточных ". рярс,я гс равИХ 01 ПИНОБГ)К С ТОКО С.РЕ)г)гТЬТЕТЯ,ТЕТЯ а0,.2 номинальна а . и;.)пег нрпОКВятывястся В. -.твсГ 7,1)гэг,.)етг.эс . Ссг ; т - О1 ИЯ.ГЬНЫХ ЗЯПТИТ:,СГ г,".,г.;)Е ) )1Ер)ТТЦИЯЛЬНЫЕ:таш Ы С ТОР.О;ЕНИЕ 1, Диф"ференциальна-фязныг .яКиты, эащггы,использующие сачетзп,е,)1 тфре)енц)е.Тт,НОГО И,ЦИффсрзТТ. 1 Г.:г Та С)ЕсЗЧС" С) Ттрин"ципов действтеИЗВ сстно ус ттас ТВ а гЛя "саттрал яТОКОВЫХ Ц ГЕИ;: г Р,ЕЕсЯ)1 гтг)Т .".ПШ -ТЫСОГЕгг;ШЕс Т,); г ;с,:,;г ИЕЕКУТРОИТЕЛЯ Яств)Ь, 1)Ь 101 Егэ 1 ЕЬП; С)схеме ОГра тный.з г г етхс) ь Гг о )1ИЗ КатарЫХ ВКЛЮа)Ы В ПП;.ЧИ Защ:"ГЫя Вход ГрС.ТЬЕ 1 С) -" с) ГТ)ТгТгс рг"."тс 1" т;ТгггГЦЕПЬ, ПРИ ЭТОМ В)гЬОГЕГГ)ОИ 7 ЕГТЕТ.ЧЯСТОТЫ СОЕГ.;И 1 Э)ГР Па СТЕЕ 1 т 1.г;ЛЯЦИИ ТО Кап, ЯВЛЕТТ) г)1 ВЕгхс) ) ЯЕ ) Гройс тва 1с)днако чстрстс гг:0 -:.-;с)е г об ,еЧнть СЕЛЕКТИВНОСти Пои ТЕКС)ТСРЫХрЕжИМаХ Напруэ СИ ) рТТГ 1 г)-,),: 1-Ср".ОПибоча )Ея т г 1 гт ; .Ггггг, " Т. ; - ;ного блокаНянб аЛЕ Е ОП:.З:;и Л;: ги .ЕгэнТСУЩНОСТИ ТС 11 РЕДЛЯ ЯЕПОТ), ЯЕЕТ,ЯУСтРОйетВО ДЛЯ ):-:ГО:",гКЫХ г:гей днсеэсг ".с 1 т" )бч,точного 7 ряес), 1).г ,ппеаб)Я заг"с;:.г);. -: Ок вВ ОДНО:,)сЗН г. г;, с с),г Г" гт .- ТЕсти ЧасГаз, ;,:,Г - :"; ггг =ТМНОГОПЛЕгЕ "О: г)г, Эг Г;с-Ь:, г",сОДНОфаэЕг)й);в, ); .,блокировки фи,п.-.с ,)ас гат 2 .гДяННСЕ уат)О. Гг")1 д ГсТягьНЕ МОЖЕТ б я11.г, г.,Г с.а,г, .г 1).". Г,токовых це -:; з:1"г .).,пс гс)110;)яторов ) тТ)я)с)Огр":е сг)ав а.сас 1)с 1 бЯТЫВ ЯНИН,с"1 гг: г, а г" гг.Т г сг)г,В НОРМЯЛЬНОМ )Г;) ,Эг)Г)а Ь: ЗЯЩИШЯЕМаГО ООЬта Он) )Кнг б:П ., СТСГрОЕ- но ат гаса 1 еба,в Естс )б,д.гав)снеагг НЕИДЕН ГИ 1)10 ТЬЬ) .Я Ь.С )гг РйаПС фЕТ)Г)а" магнитных, ". рг ":, .;"яс та вы) которые саизмергмы с тс .а., срабатывания ЭТИХ Защнт) И,:. Т с)г)Я г ЛЬОПЕ бу".ДЕТ абЛЯ,Е Гт,та;,-,;,";. - ,;,;:,:- Г)ЗИЕ,:.ЛнастьюДО Три у, г:)эя;стрг.=: - стВО не 1) с яи ) , г ",;. ) т) с)РагсПрОВОд: Е,ПЕТ )р;:ППГ,ПМ с СВЫ ".ОТЕЯстарое 11, г;.". 1)-)г,т: я аб;)ья), со ди: еня в неполную звезду, и не обеспе :.:,.пает селективную работу в, этомег.и:Тв. 1 ри нитковых замыканиях в;)б; Отках трав.форматорав и автотрансфарматарав ус.гройство должно выводиться из действия чувствительной токовойгашигы обратной последовательности.Одякс) эта мера не обеспечивает селективности действия устройства приманам числе земкнувпетхся витков,Кроме того устройство не обеспечивает требуемого быстродействия из-эаналичия фильтра нижних частот.Цель изобретения - повьшение быстро.дейстги селективнасти и эффективности атстрсйки от витковых замыканий.1 ре "Там пад селективнастью понимяетс талька избирательность действ)тет, устройство дОлжнО ВыВадить эащиту из действия при наличии неисправности в токовых цепйх и не препятст 1)ОВть работе защиты при короткихэ ямык аниях . Кроме того, ус тройс тво,:як у)ке отмечалось, может быть ис:альзовяно В защитах трансформаторови я.татрянсформаторов, При токе срабатьп)анин 0,2 - 0,3 от номинальноготока, который имеют разрабатываемыеэ 71)гиты, я также защиты, выполняемые:.Ягируе г не только на междуфазные.:сраткие замыкания, но и на виткот)ые замыкания в обмотках защищаемо, а тРЯЕЕСг)агРТЯТС)РЯ. ПРИ ЭтаМ УСтРОй:тна е должна препятствовать сра"ЯТЬВЭНИЕ) ЗЯШИ ГЫ,1 Т).ТЯЕ.ТЕНЕЯЕ ЦЕЛЬ ДОСтИГаЕтСЯ тЕМ,с Б уст 1)айс те 0 для контроля токОВыхе)-."; Дифференциальной защиты любого.э аснсвьых элементов станции и под,"тянции содержащее двя преобразовагля тре)фазнаго тока в аднофазный, ;.Дин из котарь)х включен во входныесковые цепи контра,пируемай защиты, другой - В дифференциальную цепь эащи гы, и реял."Трующий орган,. введены сумЯтор блок обрыва, блок неисправности, блок сямоблокировяния, блок запрега ОлаК ВОЗВРата, ПОРОГОВЫЙ ОРГаиэлемент ИЛИ при этом нхад сумматора соединен с выходяьи преобразователей, а Выход - с кампараторами бло- .Я неисправности и блока обрыва, соЯерж,.щегс два транзистора, выход ,ампрагара блока обрь;Ва соединен с 1. рзьм входом элемента Иг 1 И) инвертиаующий Вход указаннаг кампаратораРЦУОГгам бГ 10 ка )Япаста и каелектором первого транзистора, база которого соединена с выходом блока воз,врата, а неинвертирующий вход - с коллектором второго транзистора, база которого соединена с выходом бло ка самоблокирований, выход компаратора блока неисправности соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а выход последнего вс входом реагирующего органа и выходом блока возврата, входы блоков запрета и возврата соединены с выходом порогового органа, входы которого соединены с дифференциальными цепями защиты всех фаз,При этом блок самоблокирования содержит два диода, компаратор, элемент ИЛИ, транзистор и инвертор, вход которого соединен с входом другого преобразователя, выход инвертора соединен с анодом второго диода, 20 анод первого диода соединен с выходом одного преобразователя, катоды диодов соединены с входом компаратора, выход которого служит первым входом элемента ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом блока запрета, а выход - с базой транзистора, коллектор которого служит блокирующим входом блока неисправности,На фиг. 1 изображена структурная Зо схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - осциллограмма напряжения на . выходе сумматора в нормальном режиме; на фиг. 3 - то же, на выходе сумматора при обрыве одного из плеч защиты, при эакорачивании одного из тран. сформаторов тока (ТТ) и нарушении полярности двух ТТ; на фиг.4 - то же, при перепутывании двух фаз ТТ, собранных по схеме полная или неполная звеэ 40 да, а также при нарушении полярности одного из ТТ, собранных в треугольник; на фиг.5 - то же, при перепуты,вании ТТ двух фаэ с одновременным нарушением полярности ТТ третьей фазы., 4Устройство (фиг.) содержит преобразователи 1 и 2 трехфазного тока в однофазный, выходы которых соединены с входом сумматора 3, Выход сумматора 3 соединен с входом блока 4 обры-о ва и блока 5 неисправности. В предлагаемом устройстве ненсправ. ности выявляют блок 4 обрыва и блок 5 неисправности. Блок 4 выявляет неисправность только в том случае, еслидо ее появления установка находилась в рабочем состоянии. Поскольку при длительном рабочем режиме установки практически возможны лишь обрывы, блок 4 назван блоком обрыва, Блок 5 выявляет практически любые неисправности, которые внесены в токовые цепи при отключенной установке (перепутывание полярности, закорачивание вторичных обмоток ТТ и входных промежуточных ТТ контролируемой защиты, перепутывание их фаз, а также обрывы). Выявление неисправности происходит при включении установки в работу.Блок обрыва содержит компаратор 6 и транзисторы 7 и 8. Оба входа компаратора 6 служат входом блока 4 обрыва, а выход - его выходом. Причем инвертнрующий ход компаратора 6 присоединенвыходу сумматора 3 непосредствен:о, а неинвертырующий через делитель напряжения и цепь КС. Инвертнруащий вход компаратора 6 соединен с выходом блока 9 запрета и с коллектором транзистора 7, база которого соединена с блоком 10 возврата, а эмиттер - с корпусом. Неинвертирующий вход компаратора 6 соединен с коллектором транзистора 8, база которого соединена с выходом компаратара 11.Блок 5 неисправности содержит компаратор 12. Его выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ 13, первый вход которого присоединен к выходу компаратора 6, Выход элемента ИЛИ 13 соединен с входом реагирующего органа 4 и выходом блока 10 возвратаНеинвертирующий вход компаратора 12 присоединен к-выходу сумматора 3 через делитель напряжения, а неинвертирующий - через цепь КС. Входы блока 9 запрета и блока 10 возврата соединены с выходом порогового органа 5, входы которого включены в дифференциальные цепи всех фаэ защиты,Блок 16 самоблокирования содержит диоды 17 и 18, компаратор 1, элемент ИЛИ 19, транзистор 20 н инвертор 21, вход которого соединен с выходом преобразователя 2 и является первьм рабочим входом блока 16. Выход инвертора 21 соединен с анодом диода 8. Анод диода 7 соединен с выходом преобразователй 1, который является вторым рабочим входом блока 6, Катоды диодов 17 и 18 соединены с вхо дом компаратора 11, выход которогоПри включении установки на короткое замыкание с током повреждения меньше тока срабатывания блока 16 самоблокирования, а также при бросках тока намагничивания, напряжение Ц равно нулю, если нет неисправности токовых цепей, так как 10 15 Этим исключается срабатывание предлагаемого устройства при опробовании защищаемой установки,В случае виткового замыкания обмотки работающего трансформатора (автотрансформатора) с малой кратностью тока повреждения ток поврежденной фазы, например фазы 4 плеча защиты можно представить в1виде двух составляющих 1 а. =1 в + + д , где 1 - ток нагрузки поврежденной фазь 1 ; 1- ток виткового замыкания. Поскольку д о= 1 ау. 1 , то выражение для напряжения Бь(с при совпадающих по фазе токах ау и 1 аЬ примет следующий вид: 25 30 При их несовпадении осциллограмма напряжения Бь,с имеет практически такой же вид, как и при регулировании коэффициента трансформации автотрансфррматора (трансформатора). Поэтому при витковых замыканиях на выходе сумматора 3 имеют место такие же по форме сигналы, что и в нормальном режиме. Указанное свойство устройства позволяет отказаться от специальных мер для вывода из работы его в рассматриваемом режиме. Таким образом, повышается эффективность отстройки предлагаемого устройства от витковых замыканий,С сумматора 3 сигналы поступают на блок 4 обрыва и блок 5 неисправности. Причем на инвертирующий и неинвертирующий входы компаратора 6 по 45 50 55 нарушением полярности трансформатора тока третьей фазы.Таким образом, обеспечивается селективная работа устройства при любой практически вероятной неисправнос ти токовых цепей защиты с высокой чувствительностью. поступают сигналы соответственнонесглаженный и сглаженный. Сглаживанне сигнала Осуществляется с помощью цепи, которая имеет достаточно малую постоянную зарада (порядка 1 мс). Постоянная разряда конденсатора определяется внутренним входным сопротивлением компаратора 6 и состагляет 25 мс. В нормальном режиме при отсутствии обрыва напряжение на ,неинвертирующем входе компаратора 6 должно быть несколько меньше, чем на инвертирующем входе. При таком соотношении напряжений компаратор 6 не "рабатывает, а его отрицательный сигнал на выха." запирается диодом элемента ИЛИКроме того, с выхода блока 9 .:апрета на инвертирующий вход кс ;.ритора 6 подается положительное напряжение запрета, что исключает ложное действие предлагаемого устройства при резкомснижении нагрузки установки. В режиме Обрыва токовой цепи срабатьвает пороговый орган 15 и блок 9 запрета снимает запрет на действие блока 4 Обрыва. В выходном сигнале сумматора 3 возрастает переменная составляющая (фиг,3). В течение первых 3-4 мс после обрыва мгновенные значения входных сигналов компаратора 6 уменьшаются, причем в значителььо .меньшей степени на неинвертирующем входе за счет относительно большой постоянной разряда конденсатора. В момент пересечения кривых этих сигналов, которое наступает не более чем через 1,5 мс после обрыва, срабатывает кампаратор б. Его выходной сигнал через элемент ИЛИ 13 поступает на реагирующий орган 14 и базу транзистора 2, Реагирующий орган 14 блокирует защиту, исключая ее срабатывание, и подает сигнал о неисправнссти. Транзистор 7 ставит компаратор на саиоудерживйние в сработанном состоянии путем снижения потенциала инвсртирующего входа до нуля. Если обрыв имел кратковременный характер, то после его самоустранения пороговый орган 15 возвращается в исходное положение. При этом на выходе блока 10 возврата имеет место нулевой потенциал, Транзистор 7 закрывается и дешунтирует инвертирующий вход компаратора 6, что возвращает его в ис" ходкое состояние. Реагирующий орган 14 также возвращается в исходное состаяние, снимая сигнал и запрет на действие защиты. В случае длительного обрыва пороговый орган 5 остается н сработанном состоянии и на выходе блока 10 возврата присутствует лоло жительное напряжение, Поэтому состояние транзистора 7 и реагирующего органа 14 не меняется.Блок 5 неисправности выдает напряжение и обеспечивает блокирование защиты при различных неисправностях токовых цепей (перепутывание фаэ, нарушение полярности трансформаторов тока, закорачивание вторичной обмотки трансформаторов тока, нарушение 5 контактов токовых цепей до подачи нагрузки на установку). Длительность работы блока 5 неисправности составлПет 60-80 мс от момента включения нагрузки, а затем он автоматически 20 выводится из работы, Выходной сигнал блока 5 обеспечивает вывод защиты из действия.Блок 5 неисправности выполнен на основе компаратора 12. На инвертирую щий вход компаратора 2 подается сглаженный выходной сигнал сумматора 3, а на неинвертирующий - несглаженный, Параметры цепи КС обеспечи" вают большую постоянную заряда кон денсатора (порядка 100 мс). Уровень сглаженного сигнала Настраиваетсянесколько выше несглаженного, что обеспечивает несрабатывание компаратора 12 в нормальном режиме,а его отрицательное напряжение на выходе запирается диодом элемента ИЛИ 13При включении установки под нагрузку и наличии неисправности токовой цепи срабатывает пороговый 40 орган 15 и блок 9 запрета снимает запрет на действие блока 5 неисправности, на вход которого поступает положительный сигнал со значительной переменной составляющей, Вход.- 45 ной сигнал попадает на неинвертирующий вход компаратора 12 без задержки. На неинвертирующем входе последнего сигнал нарастает с постояннойвремени. 50Поэтому в течение нескольких периодов после момента подачи нагрузки на защищаемую установку сигнал неинвертирующего входа комаратора 12 превышает сигнал друге го входа, что приводит его к срабатыванию.Положительный сигнал, возникающий на выходе компаратора 12, через элемент ЮЮ 13 поступает на вход реагирующего органа 4 и базу транзистора 7. При этом выдается запрет на действие защиты и сигнал, а также ставится на самоудерживание компаратор 6.В режиме виткового замыкания авто- трансформатора (трансформатора) срабатывает пороговый орган 15 и блок 9 запрета снимает запрет на действие блоков 4 обрыва и 5 неисправности. Однако, как показано вышее, переменная составляющая на выходе сумматора 3 остается без изменения, поэтому соотношение входных сигналов компараторов 6 и 12 не отличается от нормального режима.На вход компаратораблока 16 самоблокирования поступают сигналы с преобразователя 1 через диод 17, а также с выхода преобразователя 2 через инвертор 21 и диод 18, что обеспечивает работу блока при токах, превьппающих его ток срабатывания как при внутренних, так и при внешних кО- ротких замыканиях, Компаратор 11 срабатывает, если кратность тока повреждения превышает в 1,4-1,5 раза номинальное значение. Положительный сигнал с выхода компаратора 11 поступает на базу транзистора 8 и через элемент ИЛИ 19 на базу транзистора 20. Последние открываются и, шунтируя неинвертирующие входы компаратора 6 и 12, выводят из действия блок 4 обрыва и блок 5 неисправности.Таким образом, предлагаемое устройство для контроля токовых цепей защиты обеспечивает более высокую селективность по сравнению с прототипом, так как реагирует на все реально возможные неисправности токовых цепей.Как показывают лабораторные испытания, время срабатывания устройства не превышает 1,5 мс и значительно меньше любой иэ известных быстродействующих защит, что обеспечивает надежное блокирование этих защит при наличии неисправности их токовых цепей.По принципу действия устройство не реагирует на витковые замыкания в обмотках трансформаторов и автотрансформаторов, поэтому обеспечивается высокая эффективность отстройки от них, Отказ от ферромагнитных утрои" телей частоты в качестве преобраэо 11 1089 б 85 12 вателей трехфазного тока в однофаз- эащи рт в ежимах без коротких эамыка ный и переход при разработке устрой- ний и внешн рих ко отких замыканий ства на микроэлектронную технику при наличии рнеисп авностей их токо- позволяет значительно повысить чувст- вых цепе е., что имеет важное значение вительность предлагаемого устройства, 5 в современных энергосистемах, неселективное отключение в которых может при Все это позволяет существенно повывести к большому экономическому ущербу, сить устойчивость несра атывани1089685 дыкС ихСНИИПИ Закаэ 2947/51 Тираи 614 Подписноефилиал ППП "Пвтеитф, г. Узгород, ул.Проектная,4