Устройство для защиты силового трансформатора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19 чаи 1 525 51)4 Н 02 Н 3/ СПИ ЕНИЯ Всесоюзноо-изыска"ательскох систем ргосетьтво СССР 4, 1984.1 СИЛОВОГО мато ов 3 тока Из етени е, а имен т быть ис тех о орматор орматор н т ра амыкани,ся повы к вити твия,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБР РСНОМУ СВИДЕ"ГЕПЬСТВ( 22) 05.0587 (46) 30.11.89, Бюл. У 44 (71) Горьковское отделениго государственного проек тельского и научно-исслед го института энергетически электрических сетей "Эн проект" (72) Е.П,Королев (53) 621.36,925 (088.8) (56) Авторское свидетельс В 1200359, кл . Н 02 Н 7/О (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ЗАЩИТЬ относится к электроно к релейной защитепользовано для защитьблоков генераторгенераторов при кор Целью изобретения являе шение чувствительности защиты овым замыканиям и быстродейсНа фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2- 4 - эпюры, поясняющие принцип действия устройства и его работу в различ-. ных режимах,, Устройство для защиты силового трансформатора 1 (фиг, ) содержит установленные с обеих сторон трансформаторы 2 и 3 тока, Вторичные обмотки трансформаторов 2 тока на сто" роне высшего напряжения через датчики 4-6 фазных токов соединены в тре" угольник, а датчики 7-9 разности фазных токов соединены в звезду, ВторичТР АН СФОР МАТ ОР А(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защитесиловых трансформаторов при внутренних коротких замыканиях, Цель изобретения - повышение чувствительностии быстродействия защиты. Указаннаяцель достигается тем, что в устройство дополнительно введены пофазныерабочие органы, сравнивающие знакивходных сигналов, сформированных изтоков обеих сторон эащишаемого двухобмоточного силового трансформатора1 з,п,ф-лы. 4 нл,ные обмотки трансфор р на стороне низшего напряжения через датчики. 10-12 фазных токов соединены в звезду.Трансформатор 13 напряжения, подключен первичными обмотками к сети 14 высшего напряжения, Выходы датчиков 4-6 фазных токов подключены соответственно к первому 15, второму 16 и третьему 17 входам, а вторичные обмотки трансформатора напряжения 13 - к соответствуюпдм входам органа блокировки 18: четвертому 19, пятому 20 и шестому 21. Выходы датчиков 7-9 раз ности фазных токов подключены к первым входам 22, а выходы датчиков 10-12 фазных токов - к вторым входам 23 соответственно первого 24, второго 25и третьего 26 рабочих органов,Третьи входы 27 рабочих органов 24- 26 соединены с выходом органа блокировки 18, а первые 28 и вторые 29 выходы рабочих органов подключены к со ответстнующим входам логического элемента ИЛИ 30, Первый логический зле;мент И 31 соединен первым входом свыходом логического элемента ИЛИ 30,а выходом - с входом расширителя 32импульсов, к выходу которого подключен исполнительный орган 33,Каждый рабочий орган 24-26 содержит первый 34 и второй 35 Формирователи прямоугольного напряжения, входыкоторых образуют соответственно первый 22 и второй 23 входы рабочего ор-,гана, первый Зб, второй 37 формирователи модуля, входы которых соединеныс входами соответственно первого 34и второго 35 Формирователей прямоугольйого напряжения, первый одновибратор38, соединенный входом с выходом пер ного Формирователя 34 прямоугольного. напряжения, первый блок несовпадения39, первый вход которого подключен квходу первого одновибратора 38, дифФеренциатор 40, соединенный входомс выходом первого одновибратора 38,а выходом - с вторым входом первогоблока несовпадения 39, первый 41 ивторой 42 блоки выборки и хранения,:управляющие входы которых подключенык выходу первого блока несовпадения39, а рабочие входы - к выходам соответственно первого 36 и второго 37Формирователей модуля, первый блоксовпадения 43, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора 38, а второй вход - с выходом .второго Формирователя 35 прямоугольного напряжения, второй блокнесовпадения 44, первый вход которо,го подключен.к выходу первого одно;вибратора 38, а второй вход - к второ 40му входу первого блока совпадения 43,второй блок совпадения 45, первыйвход которого соединен с выходом первого одновибратора 38, а второй вход -с выходом первого блока совпадения 43,15второй 46 и третий 47 логические элементы И, первые входы которых подключены к выходам соответственно второгоблока совпадения 45 и второго блоканесовпадения 44, первый 48 и второй49 сумматоры, первый 50 и второй 51инерционные элементы, входы которыхсоединены с выходами, соответственновторого 41 и третьего 42 блоков выборки и хранения, а также с неинвертирующими входами соответственно первого 48 и второго 49 сумматоров, авходы инерционных элементов 50 и 51 подключены к инвертирующим входам соответственно сумматоров 48 и 49, третий 52 и четвертый 53 формирователипрямоугольного напряжения, входы которых соединены с выходами соответственно первого 48 и второго 49 сумматоров,третий блок несовпадения 54, первыйи второй входы которого подключенык выходам соответственно третьего 52и четвертого 53 формирователей прямоугольного напряжения, а выход - ктретьему входу третьего логического,элемента И 47, второй одновибратор55, соединенный входом с первым вхо"дом третьего блока несовпадения 54,а выходом - с вторым входом третьегологического элемента И 47, Второйвход второго логического элемента И 46образует третий вход 27 ранчегооргана, а выходы второго 46 и третьего 47 логических элементов И образуют соответственно первый 28 и второй29 выходы рабочего органа,Второй вход 56 первого логического элемента И 31 является входом блокирования защиты на время действия переключателя регулирования напряженияпод нагрузкой (РПН).Устройство работает следующим образом,Орган блокировки 18 от бросков тока намагничивания силоного трансформатора выполнен по прототипу, Его ра-.бота основана на принципе контроля угла между первыми гармониками тока инапряжения одноименных фаэ трансформатора 1. Практически это выполнено путем контроля мгновенного значения напряжения в сети в момент перехода тока той же Фазы череэ максимум, Приэтом блокирующий сигнал в виде логического нуля на выходе органа блокировки появляется только в том случае,если угол между током и напряжениембольше или равен установке, определяемой углом холостого хода исправноготрансформатора. Во всех других режимах на третьи входы 27 рабочих органов 24-26 с выхода органа блокировки 18 поступает логический сигнал высокого уровня, разрешающий срабатывание защиты при наличии логической единицы на первом входе второго логического элемента И 46.,Б нормальном режиме работы силового трансформатора 1 под нагрузкой напряжения на выходе всех датчиков 4-12отличаются от нуля, При этом напряже25798 5г 10 5 3050в 5 15 ния на первом 22 и втором 23 входах рабочих органов противоположны по зна ку, На выходах первого 34 и второго 35 формирователей прямоугольного напряжения формируются единичные сигналы, совпадающие по знаку с их входными сигналами, Сигнал с выхода блока 34 ограничивается по длительности в первом одновибраторе 38 до значения 1 =2-3 мс. В блоке 43 проверяется сов падение знаков сигналов с выхода блока 35 и с выхода одновибратора 38. На интервале длительности импульса от одновибратора 38 имеет место несовпадение знаков сравниваемых сигналов, и сигнал на выходе блока 43 равен нулю, После окончатя действия сигнала с выхода одновибратора 38 на выходе блока 43 появляется сигнал, повторяющий напряжение на его втором входе. Так как на первом входе второго блока совпадения 45 присутствует нулевой сигнал, то на его выходе сохраняется логический сигнал низкого уровня, а значит, сигнал низкого уров ня будет на первом выходе 28 рабочего органа, При этом в интервалах существования нулевого сигнала с выхода одновибратора 38 на входах второго блока несовпадения 44 присутствуют сигналы разной полярности, что обуславливает появление сигналов высоко -го уровня на его выходе и на первом входе третьего логического элемента И 47. Так как в установившемся режиме моменты выборки, определяемые моментами прихода импульсов с выхода первого блока несовпадения 39 науправляющие входы блоков выборки и хранения 41 и 42, не меняются, то не меняются и напряжения на их выходах, Следовательно, напряжения на выходах сумматоров 48 и 49, формирователей 52 и 53 прямоугольного напряжения и на обоихвходах третьего блока несовпадения 54 равны нулю. На третьем входе третьего логического элемента И 47 присутствует сигнал низкого уровня с выхода третьего блока несовпадения 44 значит, и на втором выходе рабочего органа имеет место сигнал низкого уро ня, При этом все последующие блокине возбуждаются и защита не срабатывает.Если в режиме нагрузки произойдет увеличение или уменьшение тока в силовом трансформаторе, например, изза изменения нагрузки или напряжения в сети 14, то после очередной выборки одновременно изменяется з качениенапряжений на обоих блоках 41 и 42 ныбооки и хранения либо в сторону увеличения, либо в сторону снижения в зависимости от характера возмущения, Оба сигкача пройдут через сумматоры 48 и 49 и фор.мирователи 52 и 53 прямоуголыых напряжений на входы третьего блока несовпадения54. Так как знаки приращения этих сигналов одинаковы, то на выходе блока несовпадения 54 будет сохраняться сигнал низкого уровня и, следовательно,защита не сработает, Через время, определяемое постоянной времени инерционных элементов 50 и 51, сигналына обоих входах сумматоров 46 и Ь 9 выравниваются н на их ьыходах,вковь установятся нулевые значения напряжений, В связи с тем, что возможно некоторое различие в постоянных времени инерции инерционных элементов 50 и 51, а также различие в порогахчувствительности формирователей 52 и53 прямоугольногс напряжения, появление нулей на их выходах может бытьнеодновременным, Наличие сигнала высокого уровня на одном из входов третьего блОка несовпадения 54 обусловливает появление логического сигнала высокого уровня на его выходе, а следовательно, и на третьем входе третьего логического элемента И 47, Однакосрабатывание защиты не произойдет,так как сигнал высокого уровня на 35втором входе тр еть его ло гическо го элемента И 47 с выхода второго одновибратора 55 присутствует в течение времени 1 =15 мс от момента появлениясигнала высокого уровня на выходе третьего формирователя 52 прямоугольного напряжения, т,е, меньше временисуществования сигнала высокого уров ня на выходах блоков 52 и 53, Поэтому в любой момент времени по крайней мере на одном из входов третьего логического элемента И 47 присутствует сигнал низкого уровня, что обуславливает сохранение сигнала низкогоуровня на его выходе, а следовательно,и на втором выходе 29 рабочего органа. Если в режиме нагрузки произошло витковое короткое замыкание в силовом трансформаторе (фиг, 2), при котором токи в трансформаторах тока 3, а следовательно, и через датчики 10-12 фазных 1токов снизились (или не изменились),а в трансформаторах тока 2 возросли, 7 15257то условия по состоянию первого выхо,да рабочего органа не изменятся,При этом соответственно снизится (илине изменится) значение напряжения выборки на выходе второго блока 42 выборки и хранения, а на выходе блокавыборки 41 возрастет, В результатена выходе первого сумматора 48 поя вится .затухающий экспоненциальныйО,(или нуль),В блоках 52 и 53 из этих сигналовформируются единичные прямоугольныесигналы, совпадающие по знаку с соответствующими входными,Так как сигналы на обоих входах третьего блока 54несовпадения разного знака (или имеется сигнал только на одном из вхо - 20дов), то на его выходе в течение это го времени присутствует логическийсигнал высокого уровня, который поступает на третий вход третьего логического элемента И 47, 25На второй вход третьего логическо"3го элемента И 47 поступает логическийсигнал высокого уровня с выхода вто рого одновибратора 55. Длительностьэтого сигнала равна 1.2.=5 мс, Так какследующий сигнал высокого уровня отпервого блока несовпадения 44 поступитна первый вход через время, не превы,шающее 1, то в момент совпадения сигналов высокого уровня на. всех трех входах третьего логического элемента И47 на его выходе появится логичес.кий сигнал высокого уровня, Наличиелогического сигнала высокого уровня на любом входе второго логичес 40, кого элемента ИЛИ 30 обусловливаетпоявление сигнала высокого уровня.на его выходе, Этот сигнал поступает на первый вход первого логичес.кого элемента И 31, на втором входе4556 которого. присутствует логическийсигнал высокого уровня, поступающийот устройства РПН ( блокируемым является сигнал низкого уровня, вырабатываемый в процессе срабатывания РПН),Наличие логических сигналов высокого уровня на обоих входах элемента 31обусловливает появление сигнала высокого уровня на его выходе, Далееэтот сигнал расширяется по длительности в первом расширителе 32 импульсов до значения, необходимого для надежного срабатывания исполнительногооргана 33,98Работа защиты при внешнем короткомзамыкании (фиг, 3) отличается от работы в нормальном нагрузочном режиме,описанном выше, тем, что из-за возможного переходного процесса в каждом полупериоде сигналов от датчиковтока 7"9 и 10-12 могут меняться значения выборки на выходах блоков выборки и хранения 4 и 42, Однако поскольку приращения выборки.на обоих блоках 41 и 42 всегда одного знака, тона выходе третьего блока несовпадения54 сохраняется логический сигнал низкого уровня и срабатывание защиты непрОизойдет,Если в режиме нагрузки вступает вработу устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), то вмоменты переключения отпаек обмотоксилового трансформатора на второйвход 56 первого логического элемента И 31 поступает сигнал низкого уроння, исключающий возможносгь срабатывания защиты, реагирующей на возникающее при этом кратковременное замыкание части витков трансформаторакак на повреждение,При включении силового трансформатора 1 под напряжение в сеть 14 в режиме холостого хода током обтекаютсятолько трансформаторы тока 2, Поэто" .му напряжения будут присутствоватьна выходах датчиков токов 4-9, С выхода датчиков тока 7-9 сигналы посту-пают на первые входы 22 рабочих органов 24-26, Так как напряжение на втором входе 23 рабочего органа отсутствует, то на обоих нходах второгоблока совпадения 45 будут присутствовать сигналы, совпадающие по знаку ипо длительности, На выходе н: орогоблока совпадения 45, а следовательно,и на первом входе второго логического элемента И 46 в интервалах совпадения будет присутствовать сигнал высокого уровня, На первом входе третьего логического элемента И 47 будетсохраняться логический нуль, так какна входах второго блока несовпадения44 имеется либо совпадение сигналовпо знаку, либо, нулевые сигналы. Поэтому по второму выходу 29 рабочего органа защита не сработает,При исправном силовом трансформаторе 1 от броска тока намагничиваниясрабатынает орган блокировки .18 отбросков тока намагничивания.Сигнал низкого уровня с выхода органа блокировки поступает через третьивходы 27 рабочих органов 24-26,на второй вход второго логического элемента .И 46 и блокирует защиту.Если в результате броска тока намагничивания при включении холостогосилового трансформатора под напряжение в обмотке одной иэ фаз его возникло витковое короткое замыкание,то условия для работы рабочих органов не изменятся, поэтому на первом входе второго логического элемента И 46 будут присутствовать периоди"15чески повторяющиеся кратковременные,(длительностью С,) сигналы высокогоуровня,При повреждении обмотки трансформатора (витковое короткое замыкание)увеличиваются активные потери, чтоприводит к уменьшению угла между током в обмотке и напряжением соответствующей фазы и к возврату органа блокировки 18, Защита деблокируется, и 25при следующем совпадении сигналов высокого уровня на обоих входах второгологического элемента И 46 в рабочеморгане проиэойдвт срабатывание исполнительного органа 33,30При восстановлении напряжения нанагруженном трансформаторе может бытьбросок тока намагничивания на фоне. сквозного тока нагрузки, В этом режиме рабочие органы 24-26 работаюттак же,. как и в описанном выше режиме внешнего короткого замыкания, т,е,на выходе второго блока совпадения45 присутствует логический сигнал низкого уровня, а на выходе второго блока несовпадения 44 - периодически повторяющиеся короткие логические сигналы высокого уровня, поступающие напервый вход третьего логического элемента И 47, Так как при восстановлении. напряжения на трансформаторе имеет место приращение токов в трансформаторахтока 2 и 3 одного знака, т,е, увеличение тока, то на обоих входах третьего блока несовпадения 54 будут присутствовать сигналы, совпадающие по знаку,0Следовательно, на его выходе будетсохранятьсялогический сигнал низкого уровня, который поступает на третий вход третьего логического элемента И 47, На втором входе элемента 47логический сигнал высокого уровня.будет присутствовать в течение С =15 мспосле момента первой выборки блоком,41, В результате в любой момент времени по крайней мере на одном из входовчетвертого логического элемента И 47будет присутствовать сигнал низкогоуровня что предотвратит сраб.атываниеэ ащиты.При коротком замыкании в трансформаторе 1 с током, превышающим ток нагрузки, и наличии тока подпитки местакороткого замыкания со стороны низшего напряжения сигналы на входах 22 и23 рабочих органов 24- 26 совпадаютпо знаку (фиг, 4), После прохожденияэтих сигналов через формирователи 34и 35 прямоугольного. напряжения, первый одновибратор 38 и первый блоксовпадения 43 будет иметь место совпадения сигналов одного знака на обоихвходах второго блока совпадения 45 ивторого блока несовпадения 44В ре"зультате логический сигнал высокого.уровня с выхода блока 45 поступает напервый вход второго логического элемента И 46, на втором входе которогок этому времени будет присутствоватьлогический сигнал высокого уровня свыхода органа блокировки 18 от бросков тока намагничивания, Совпадениелогических сигналов высокого уровняна обоих входах второго логическогоэлемента И 46 обусловливает сигнал высокого уровня на его выходе, что приводит к срабатыванию. исполнительногооргана 33. Время срабатывания защитыв этом режиме зависит от момента возникновения короткого заьикания, постоянной времени затухания переходного процесса в токе к,з и не превышает 5 мс,Ча работу защиты не влияет различие в уровнях токов в датчиках 7-9 и10-12, обусловленных, например, переключениями РПН, так как. рабочие органы защиты выполнены на принципе сравнения знаков входных сигналов,В моменты переключения РПН осуществляется блокирование защиты на времяпереключения,Устройство позволяет выполнить защиту силовых тринсформаторов с токомсрабатывания. менее 5 Х от номинальноготока независимо от наличия РПН. Приэтом время действия защиты составляетоколо 5 мс при коротком замыкании взащищаемой зоне с током, превышанхцимток нагрузки; не более 20 мс при витковом замыкании в обмотке трансформатора в режиме нагрузки; не более 30 мс11 1525798г в случае возникновения виткового замыкания при включении трансформатора под напряжение. Формула изобретения51. Устройство для защиты силовоготрансформатора, содержащее трансформаторы тока, предназначенные для установки с обеих сторон силового трансформатора, датчики разности Фазныхтоков стороны высшего .напряжения, датчики фазных токов стороны высшего напряжения, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входом органа блокировки, трансФорматор напряжения, предназнеченныйдля подключения к сети высшего напряжения, к вторичным обмоткам которогоподключены соответственно четвертый,пятый и шестой входы органа блокиров"ки, рабочий орган, последовательносоединенные. первый элемент И, расширитель импулъсов, исполнительныйблок, выход которого является выходом устройства, о т л и Й а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения чувствительности и быстродействия, рабочий орган установлен в каждой фазе,, дополнительно введены три датчикафазных токов стороны низшего напряже,;ния, выходы последних подключены квторому входу рабочего органа соответствующей фазы, к первому входу которого подключены выходы датчиков раз 35, ности Фазных токов стороны высшегонапряжения, третьи входы рабочих ор; ганов объединены и соединены с выходом органа блокировки, выходы рабо, чих органов подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которогопредназначен для подключения к блокурегулирования коэффициента трансформации силового трансформатора под нагрузкой,2, Устройство по п,1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что каждый из рабочих органов выполнен в виде четырех Формирователей прямоугольного напряжения, дифференцизтора, двух формирователей модуля, двух одновибраторов, двух блоков совпадения и трех блоков несовпадения, двух блоков выборки и хранения, двух инерционных элементов, двух сумматоров, второго и .третьего элементов И, причем входы первых формирователей прямоугольного . напряженияи модуля объединены и являются первым входом рабочего органа, входы вторых формирователей прямоугольного напряжения и модуля также объединены иявляются вторым входом рабочего органа, выход первого формирователя прямоугольного напряжения подключен черезпоследовательно соединенные первыйодновибратор, первый вход второго блока совпадения с первым входом второго элемента И, второй вход которогоявляется третьим входом рабочего органа а выход - первым выходом рабочего органа,.выход второго формирователя прямоугольного напряжения подключен к первому входу первого блокасовпадения и через первый вход второго блока несовпадения соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого является вторым выходомрабочего органа, выход первого одновибратора соединен с вторым выходомвторого блока несовпадения и с вторымвходом первого блока совпадения, выход которого соединен с вторым входомвторого блока совпадения, второй входпервого блока совпадения соединен свходом дифференциатора, выход которого подключен к первому входу первогоблока несовпадения, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя прямоугольного напряжения,а выход - с управлякщиьщ входами первогои второго блоков выборки и хранения, прямые входы которых подключены к выходам соответственно первогои второго формирователей модуля, выход первого блока выборки и храненияподключен к прямому входу первого сумматора и через первый инерционный элемент к инверсному входу первого сумматора, выход которого через последовательно соединенные третий формирователь прямоугольного напряжения и второй одновибратор подключен к второмувходу третьего элемента И, выход второго блока выборки и хранения соединен с прямым входом второго сумматораи через второй информационный элементс инверсным входом второго сумматора,выход которого через четвертый формирователь прямоугольного напряжения подключен к первому входу третьего блоканесовпадения второй вход которого соединен с входом второго одновибратора, а выход с третьим входом третьегоэлемента И.