Устройство для блокировки дифференциальной защиты трансформатора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И 9)ЯО 1511 Н 02 28 7 04 ЪР 11 ,.- С 1" ДП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ащит яииальавтово"ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) 1. Федосеев А.М. Релейнаяэлектрических систем, М "Эне1976, с. 437-438.2. Дмитриенко А.М. Дифференная защита трансформаторов итрансформаторов. "Электричест1975, 9 2, с. 1-9.(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЛОКИРОВДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРРА, содержащее трансреактор, перая обмотка которого предназначена для подключения в дифференциальнуюцепь трансформаторов тока, установленных с обеих сторон защищаемогообъекта, формирователь импульсов,подключенный к вторичной обмоткетрансреактора и связанный с выходныморганом, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения быстро"действия, чувствительности и надежности функционирования при насыщениях трансформаторов тока, в негодополнительно введены блок совпаденияи расширитель импульсов, причем вы"ходы формирователя импульсов соединены с входами блока совпадения,выход которого через расширитель импульсов соединен с выходным органом.1 О 91212 2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов содержит включенные после. довательно первый компаратор и дифференцирующее звено выход которого через динисторы соединен с разнополярными входами первого и второго операционных усилителей, остальные входы которых объединены между собой, а выходы через диоды подключены к 1(1 выходу формирователя при этом блок совпадения содержит транзисторный переключатель, третий операционный усилитель, два диода, КС-цепочку, неинвертирующий повторитель на. четвертом операционном усилителе, Вто 1 эой компаратор и одновибратор, причем вход блока совпадения подключен к коллекторам транзисторов переключателя, эмиттер первого из них соединен с входом неинвертирующего повторителя на четвертом операционном усилителе и КС-цепочкой, выход повторителя подключен через последовательно включенные второй компаратор и одновибратор к инвертирующемувходу третьего операционного усилителя, связанного через третий диод базой первого из транзисторов пере:,л(7 чателя, к базе второго из которых30 по" тчВче 71 чадре - чатверт 7 ВНов пря мой вход и выход третьего операць 7 онного,7 си 17 ьтепя з эмиттер Второго 7,., б(7 е(.Бис;3(7:носится к э,.7 скт.70 г(Гтс( я 777777 ьслп 777)вьтх раЪсяс 7 ол 7 ат7 ов иа.вОтансформаторовВ (,( но ус Т 1 эдй( "1 во для д 7 и 7 фе 17 (ь (ьно 1:а;7 и-ь 7 17 э 77 нс(7 О 7 эма (эоар 7(а(7 ле (л;7рой( и от броа тока намагничивВБил иасьпЦЯющБ 1(.я дэоме 7 у/Оч 7(ый трансформа; Ор ; 7 еру 7 ич Б.ия обмотка которого включена в,г(и(,(7- (7 ЕРЕНП 7 нап( Н(7 И ЦСПЬ ТРВ 7 НС(гРМЗТОРОВ "ока, и вторичная подключена к исполнительному ОргануС 7 пако чувствительн(эс 7 ь укаэанного устройства недостаточна,Иаиб(элее близким к пр=.:длагаемому по технической сущности и достигаемому осзультату является устройство транзистора переключателя соединенс выходом блока совпадения,3, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем что формирователь1импульсов содержит третий и четвертый компараторы, два триггера, первыйэлемент И и три элемента выдержкивремени, причем входы компараторовподключены к входным зажимам формирователя, а выходы - к единичным .установочным входам триггеров, выходы которых подключены к входам первого элемента И, выход которого соединен с входом первого элемента выдержки времени и с первым Выходомформирователя, выход первого элемента выдержки времени соединен с первыми установочными выводами триггеров и с в.(одом второго элемента выдержки времени, выход которого соединен с вторым вьгходом формирователя и с входом третьего элемента выдержки времени, выход которого соединен с третьим выходом формирователя,причем блок совпадения содержит трехвходовой второй элемент И, входы которого соединены с первьм, вторым итретьим входами блока совпадения,соедиь 7 енными соответственно с первым,вторым и третьюл Выходами формирова:еля,7 причем выход второго элементаИ соединен с выходом блока совпадениядля блокировки дифференциальной защиты трансформатора, содержащеетоансформатор, формирователь импульсов, выполненный в виде выпрямителя,подк;.ючонный к выходному органу черезсоединенные последовательно первый(7 нвеотор,. иервый элемент выдержкиВ 1 эемени второй инвертор и Второйэлемент Выдержки вэемени 1.23 Однако известное устройство характеризуется недостаточным быстродействием и низкой надежностью при глубоких насыщениях трансформаторов тока в режиме появления броска тока намагнич 7 ивания, сопровождающихся по явлением Отрицательных полуволн, заполняющих бестоковые паузы.9272 45 50 5. зисторов переключателя, к базе второз 1 ОЦель изобретения т повышение чувствительности, быстродействия и на" дежности функционирования при глубоких насыщениях трансформаторов тока.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для блокировки дифференциальной защиты трансфррматора, содержащее трансреактор, первичная обмотка которого предназначена для подключения в дифференциальную цепь трансформаторов тока, установленных с обеих сторон защищаемого объекта, формирователь импульсов, подключенный к вторичной обмотке трансреактора и связанный с выходным органом, дополнительно введены блок совпадения и расширитель импульсов, причем выходы формирователя импульсов соединены с входами блока совпадения, выход которого через расширитель импульсов соединен с выходным органом.Формирователь импульсов содержит включенные последовательно первый компаратор и дифференцирующее звено, выход которого через динисторы соединен с разнополярными входами первого и второго операционных усилителей, остальные входы которых объединены между собой, а выходы через диоды подключены к выходу формирователя, при этом блок совпадения содержит транзисторный переключатель, третий операционный усилитель, два диода, КС-цепочку, неинвертирующий повторитель на четвертом операционном усилителе, второй компаратор иодновибратор, причем вход блока совпадения подключен к коллекторам транзисторов переключателя, . эмиттер перваго из них соединен с входом неинвертирующего повторителя на четвертом операционном усилителе и КС-цепочкой, выход повторителя подключен через последовательно включенные второй компаратор и одновибратор к инвертирующему входу третьего опера. ционного усилителя, связанного через первый диод с базой первого из транго иэ которых подключены через четвертый диод прямой вход и выход третьего операционного усилителя, а ,эмиттер второго транзистора переключателя соединен с выходом блока сравнения,Формирователь импульсов содержит третий и четвертый компараторы, два триггера, первый элемент И и три 5 10 15 20 5 30 35 40 элемента выдержки времени, причемвходы компараторов подключены к входным зажимам формирователя, а выходы -к единичным установочным входамтриггеров, выходы которых подключенык входам первого элемента И, выходкоторого соединен с входом первогоэлемента выдержки времени и с первымвыходом формирователя, выход первогоэлемента выдержки времени соединен спервыми установочными выводами триггеров и с входом второго элементавыдержки времени, выход которого соединен с вторым выходом формирователя и с входом третьего элемента выдержки времени, выход которого сое- .динен с третьим выходом формирователя, причем блок совпадения содержиттрехвходовой второй элемент И, входыкоторого соединены с первым, вторыми третьим входами блока совпадения,соединенными соответственно с первым,вторым и третьим выходами формирователя, причем выход второго элементаИ соединен с выходом блока совпадения.На фиг.1 и 2 изображены вариантывыполнения предлагаемого устройства;на фиг. 3-6 - диаграммы работы устрой- -ства в режимах соЬтветственно внутреннего к.з, с нормальной работойтрансформаторов тока, внутреннегок.з, с насыщением трансформаторовтока, периодического броска тэка намагничивания и апериодического броска тока намагничивания с формированием отрицательных полуволн,Устройство содержит (фиг. и 2)трансреактор 1, формирователь 2 импульсов, блок 3 совпадения, расширитель 4 импульсов и выходной орган 5.Выполнение различных вариантовустройства отличается в части формирователя 2 импульсов и блока 3 совпадения. В устройстве, изображенном на фиг.1, формирователь импульсов содержит первый компаратор б, дифференпирующее звено 7, выход которого через динис- торы 8 и 9 подключен к разнополярным входам первого 10 и второго 11 операционных усилителей, выходы которых через диоды 12 подключены к входу блока 3 совпадения, содержашего транзисторный переключатель на двух транзисторах 13 и 14. КС-цепочку 15, тре" тий операционный усилитель 16, неинвертирующий повторитель 17 на операционном усилителе, второй кампаратор 18, выход которого через одновибратор19 саецинен с неинвертирующим входамтретьего операционного усилителя 16,Базы транзисторов 13 и 14 через диоды20 соединены с входами и выходам операционного усилителя 16 а эмиттертранзистора 14 снязан с расширителем4 игпульсов.В устройстве, изображенном нафиг.2 формирователь импульсов под9Оключен к трансреактору 1 вторичнаяобмотка которого имеет отвод посередине. подключенный к нупевому потенциалу схемы устройства, Формирователь импульсов содержит два компаратора 21 и 22, два триггера 23 и 4первый элемент И 25 и три элементавыцержки времени 26-28. Причем выхацпервого элемента И 25, выход второгоэлемента 27 выдержки времени и выходтретьего элемента 28 выдержки являются соответственно первыми, вторымии третьими выходами формирователя,соединенными с входами второго элемента И 29, входящего в блок 3 совпадения,На фиг.3-6 показаны дифферехгцисл:ный ток 30 в первичной обмотке трансреактора, напряжение 31 на вторичнойобмотке, импульсы 32, форггируемыефармроватРлем 2 при дастюкени 1 током.20максимальных значений запугк эле мента Быдержки Бремени и храр 21 ировэниехмгу 1.сохз 1 хереэ Бремя ь. = 94 мс гослегчаксимума така 33 и 34 саотвеГстБен хно; снгЯБ 1,зэ на выходе блока савп" " 3 д.-.гия, СИГННЛ За На ВЫХОде рас 11112 р 11.,.Олуволн тока равны 10 м., а прибрас.;сах;"аа намагничивания ани баль.1 стройство работает следующим Об Р:-ЗО;:4,.з ясхан 2 цм режиме Ои осутс гвих,/Откыт. а траэистор 1 ч закаьгт;. вгъст 22 ои 2 ве, изобраяеннл". ьх 1 хггсиг.алы па выходах триггеров, эле 21 ента И 25 и элемента 28 выдержки Бремени равны нулю.а на выходах элементовг.6 и 2. выдержки времени =: единице5.з1 устпойстве, изображенном нафиг:.1, при вохгикновении тока в трансреактарекампаратор 6 образует насвоем Бьгходе 0 при отсутствии Бходна" го сигнала, -1 при положительной полуволне и +1 нри отрицательной, Диф 2 юеренцирующее звено 7 генерирует выходной импульс длительностью =0,5 мс при перезаряде конденсатора ат -1 до +1 и наоборот, причем амплитуда импульса прй перезаряде конденсатора вдвое больше, чем при простом разряде от +1 до 0 или заряде от 0 до до +1, 1 Тервьгй и второй операционные услители 10 и 11 образуют компараторы с детекторами уровня на входе в виде динисторов, Каждый атрипательный входной импульс от дифференцирующего звена, амплитуда которого превышает порог открывания динистора, преобразуется в сигнал +1 верхним па схеме комгаратаром 10, а каждый положительный импульс - нижним компаратаром 11,Таким образом, формирователь 2 импульсов формирует импульс уровня + при каждом изменении знака первой производной тока по времени.Сигнал на выходе неинвертирующего повторителя 17 повторяет характер входного сигнала.В момент поступления им" пульса +1 От формирователя 2 через от-. крытый транзистор 13 крнденсатор КС- цепочки 15 заряжается, а после снятия импульса начинает разряжаться, соответственно напряжение на входе компаратора 18 сначала возрастает скачком да +1, а затем плавно снижается ст +1 до О. В момент возрастания напряжения оно превышает уставку +Ц 0 р н компаратор 8 переключается в состояние выхода -1. Со снижением вход нага наряжРния да уставки +Ц проор исходит обратное переключение компаратара 8 в состояние +1, заданная , длительность снижения напряжения на Бьгоде повторителя 17 составляет9,4 мс. В исходном состоянии входной конденсатор одновибратора 19 заряжен да +1, напряжение на инБертирующем входе операционного усилителя Одновибратора 19 равно О, положтельное смещение неинвертирующега входа обесгечивает формирование постояннаа сигнала + на выходе одновибратора,. Ко -да компаратор 18 пере-.г ключается в состояние -1, койденсатхбр 1 ерезаряжается, но поведение одновибх ратара не изменяется, так как напряжение на инвертиругющем входе остается меньшим, чем опорное напряжение. С возвращением компаратора в состояние + на инвертирующий Бхад операпионно- го .силителя одногибратара 19 черезконденсатор поступает напряжение, большее, чем опорное смещение, поэтому одновибратор 19 переходит в состояние -1 и остается в нем до окончания перезаряда конденсатора, т.е. на вре мя 12 = 05 мсгКаждьй смещенный во времени на9,4 мс блоками 15-19 импульс -1 поступает на управляющие входы транзисторов 13 и 14, запирая транзистор О 13 и открывая через операционный усилитель 16 транзистор 14. В режимах внутреннего к,з, (фиг,3)5 и в режиме тока внутреннего к.з, большой кратности, даже искаженного насьпщенными трансформаторами тока (фиг,4), экстремумы полуволн тока и соответственно импульсы 1 появляют 20 ся на выходе Формирователя 2 через строго регулярные промежутки длительностью Т/2=10 мс. Поэтому дри, совпадении основного импульса от формирователя 2 и смещенного по времени импульса от одновибратора 19, что характерно только для режимов к. з., очередной импульс +1 от Формирователя2 проходит через открытый транзистор 14 на вход расширителя 4 импульсов и ,заряжает его конденсатор. На выходе расширителя 4 образуется .сигнал отри-. цательной полярности, транзистор вы" ходного органа 5 открывается и реле срабатывает, разрешая действие дифференциальной защиты, Расширитель им35 пульсов преобразует импульсные сигналы элемента И 29.в непрерывный сигнал, время его задержки составляет порядка 15-20 мс.В режиме периодического броска 40 тока намагничивания (фиг.5) регулярность образования экстремумов полу- волн, т.е. перехода первой производной тока через нуль, и соответственно Формирования импульсов на выходе 45 Формирователя 2 нарушается. Происходит чередование интервалов времени между импульсами с длительностью то меньше 10 мс, то больше этого значения, поэтому момент переключения 50 транзисторов 13 и 14 через 9,4 мс на время 0,6 мс не совпадает с моментом образования следующего экстремума входного тока и импульса 1 на выходе Формирователя 2. Поэтому, несмотря на 55 на кратковременное открытие транзистора 14, через него нечему поступатьна расширитель 4 и запоминаться им,выходной орган не действует. В режиме трансформированного апериодического броска тока намагничивания с образованием отрицательних . полуволн (фиг.6) также имеет место нарушение регулярности изменения знака первой производной тока по времени, поэтому устройство не сра" батывает.В устройстве, изображенном на Фиг.2, при возникновении тока в транс. реакторе 1 и появлении полуволны положительной полярности производной тока компаратор 21 переходит в состояние выхода "0" на время ее сущест-. вования, устанавливая выход триггера 23 на 1. Положение остальных элементов не изменяется. С последующим изменением знака производной включается компаратор 22 и своим сигналом "О" устанавливает на "1"второй триггер 24, По появлению."1"на обоих входах элемента И"25 формирует "1" на выходе, конденсатор элемента 26 выдержки времени начинает заряжаться обратным током входного транзистора своей микросхемы и через время заряда й=0,5 мс элемент 26 переключается, Сигналом 0 он разряжает конденсаторы элементов 27 и 28 выдержки, которые переходят соответ-. ственно в положение "0" и "1". Одновременно он устанавливает первый триггер 23, на входе которого нет, сигнала от компаратора 21, в положение "0", триггер 24 остается в положении "1". Элемент И 25 возвращается в состояние "0", разряжая входной конденсатор элемента 26 и производя тем самым его возврат. С очередным переходом производной через нуль срабатывает снова компаратор 21, устанавливает на "1" триггер 23 и элемент И 25, Через задержку 0,5 мс элемента 26 триггер 24 устанавливается на "О", Формирователь снова воз" вращается в ждущий режим, Таким образом, Формирователь 2 вырабатывает на своем первом выходе импульсы уровня "1" длительностью с=0,5 мс при каждом изменении знака производ-; ной дифференциального тока.Разряжаемый кажцым переходом элемента 26 в состояние "0" конденсатор элемента 27 начинает затем заряжаться обратным входннм током микросхемы, За время уставки 7 = 1 Омс напряжение на конденсаторе достигает порога переключения логического элемента, состояние выхода элемента 27 задержки9 10912изменяется на "1", Сигналы "1"с выходовобоих элементов 27 и 28 задержки пода-ются на входы элемента И 29, одновременно начинает заряжаться конденсатор элемента 28 задержки, благодарячему через время 1=05 мс элемент28 задержки переходит в состояние"0" и сигнал "1" третьего входа элемента И 29 снимается. таким образом,на втором и третьем выходах форми Оруются импульсы "1" длительностью0,5 мс, сдвинутые относительно входного импульса на время ь = 10 мс.В режиме к.з. независимо от степени погрешности, вносимой трансформаторами тока, на всех входах элемента И 29 периодически совпадаютимпульсы от формирователя 2, элементИ 29 переключается и разряжает кон. -денсатор расширителя 4, которыйсигналом "1" включает выходной орган5. Контакт реле разрешает действиезащиты,В режимах апериодического и периодического бросков тока намагничива 2."ния совпадение импульсов с уровнем"1" на всех входах элемента И 29отсутствует, устройство не разрешаетдействие дифференциальной защиты.Величина уставки по времени ьЗОпредлагаемого устройства строго оцнозначна, определяется длительностьюполупериода промышленной частоты иконструктивным исполнением устройства и не требует регулировки в зави 10симости от вида неисправности илизаданного порога чувствительностизащиты, Это существенно упрощает .наладку и эксплуатацию устройства,поскольку уставка может быть выставлена однократно на заводе-изготовителе. Устройство правильно выявляетапериодический бросок тока намагничивания и в том случае, когда онтрансформируется с формированиемотрицательных полуволн, Это позволяет не отстраиваться от уровня отрицательных полуволн трансформированного апериодического броска токанамагничивания и, следовательно, обеспечивает повышенную чувствительностьустройства, Время реакции предлагаемого устройства на повреждение непревышает 15 мс, следовательно оноболее быстродействующее, чем известное, Последнее качество способствуетускоренному выявлению аварии и болеераннему отключению силового оборудования, снижению ущерба, связанногос затратами на ремонт трансформатораи его простой,Предлагаемое устройство правильно действует и в режиме тока внутреннего к.з. большой кратности, трансформированного с большой погрешностью насьшенными трансформаторами тока, т.е, более надежно н работе по сравнению с известным, которое в подобном режиме может отказать в действии.1091272 Составитель А,БондаренкоТехред Л.Иартяшова Корректор А.Дзяткои ил. едактор А,Лежл Заказ 309 ч М В Яатент , г, Уж Проектная, 1 род Т ИИИ Рос делам 035 МодУ ДфР дарственного зобретений и ква сК 35 р Р Подписноеомитета СССРткрытийушская наб., д, 4/