Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки

Устройство для дифференциально-фазной защиты электроустановки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к релейной защите и может быть использовано для защиты основного электрооборудования электрических станций и подстанций. Цель изобретения - повышение надежности функционирования . Идентификация режимов внешних и внутренних КЗ при сохранении гарантированного быстродействия и высокой чувствительности производится в устройстве путем использования в совокупности качественно новых признаков, к которым относятся удвоение напряжения на схеме сравнения при внешних КЗ, различие соотношений времен нарастания и уменьшения модуля дифференциального тока при внешних и внутренних КЗ, отсутствие дифференциального тока при внешнем КЗ в течение первых нескольких миллисекунд после начала процесса, разновременность появления напряжения на защищаемом трансформаторе и броска тока намагничивания в нем. наличие в каждом периоде переходного процесса в ТТ интервалов точной трансформации, время превышения дифференциальным током заданного уровня измерения. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 Н 3/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4328007/07 (22) 16.11.87 (46) 15.09.91. Бюл. ¹ 34 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Л.В. Багинский, В.Е. Глазырин, В.П. Ерушин и И.П. Тимофеев (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1156184, кл. Н 02 Н 3/28, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬHQ-ФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕKTPQУСТАНОВ КИ (57) Изобретение относится к релейной защите и может быть использовано для защиты основногоэлектрооборудования электрических станций и подстанций. Цель изобретения— повышение надежности функционирования. Идентификация режимов внешних и

Изобретение относится к релейной защите и может быть использовано для защиты сосредоточенных объектов электрических систем: генераторов, синхронных компенсаторов, силовых трансформаторов (автотрансформаторов), реакторов, ошиновок и сборных шин.

Целью изобретения является повышение надежности функционирования устройства, а также обеспечение отстройки от броска тока намагничивания, и отстройки от повышенных погрешностей трансформаторов тока.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема

„„. Ж„„1677762 А1 внутренних КЗ при сохранении гарантированного быстродействия и высокой чувствительности производится в устройстве путем использования в совокупности качественно новых признаков, к которым относятся удвоение напряжения на схеме сравнения при внешних КЗ, различие соотношений времен нарастания и уменьшения модуля дифференциального тока при внешних и внутренних КЗ, отсутствиедифференциального тока при внешнем КЗ в течение первых нескольких миллисекунд после начала процесса, разновременность появления напряжения на защищаемом трансформаторе и броска тока намагничивания в нем, наличие в каждом периоде переходного процесса в ТТ интервалов точной трансформации, время превышения дифференциальным током заданного уровня измерения. 2 з,п. ф-лы, 11 ил. устройства для защиты трансформаторов; на фиг, 3 — структурная схема устройства для защиты сборных шин; на фиг, 4 — осциллограммы токов небаланса при внешнем (а) и внутреннем (б) повреждении; на фиг. 5 — 11— эпюры напряжений в различных режимах работы.

Устройство содержит: 1 блок датчиков тока, 2 блок преобразования входных величин, 3 блок давления, 4 пусковой орган, 5 выпрямитель, 6 разделительный трансформатор, 7 фазный орган, 8 блок управления времени блокировки, 9, 10 первый и второй максиселекторы, 11 первый сумматор,.12 блок управления, 13 дифференциатор, 14

1677762 компаратор, 15 блок запрета, 16 формирователь управляющего сигнала, 17 элемент задержки, 18 второй сумматор, 19 элемент

И.

Блок 1 датчиков тока содержит раэделительныетрансформаторы 20, количество которых соответствует числу сторон защищаемого объекта, Каждый разделительный трансформатор имеет первичную обмотку с промежуточными выводами, а также дополнительную вторичную обмотку, замкнутую на переменный резистор 21.

Блок 2 преобразования может быть выполнен в виде многоплечевого диодного моста, количество входов и диодных цепочек которого соответствует числу сторон защищаемого объекта.

Блок 3 сравнения может быть выполнен на резисторах и стабилитронах.

Пусковой орган 4 выполнен на компараторе 22, управляющий вход которого соединен с выходом делителя напряжения, выполненного на резисторах 23 и 24 и включенного между источником питания и общей точкой, и катодом разделительного диода

25, анод которого является управляющим входом пускового органа 4.

Фазный орган 7 содержит последовательно включенные выпрямитель 26, компаратор 27 и 28 элемент времени. Управляющий вход компаратора 27 соединен с выходом делителя напряжения, выполненного на резисторах 29 и 30 и включенного между источником питания и общей точкой, и является третьим входом фазного органа 7. Управляющий вход 28 элемента времени . соединен с выходом делителя напряжения, выполненного на резисторах 31 и 32 и включен ного между источником питания и общей точкой, и катодом разделительного диода

33; анод которого является четвертым входом фазного органа 7.

Блок 8 управления временем блокировки может быть выполнен в виде блока нелинейности с использованием операционного чсилителя.

Блок12 управления содержитформирователь 34 импульсов, вход которого является вторым входом блока 12. Выход формирователя 34 импульсов соединен с первым входом логического элемента ИЛИ

35, второй вход которого является третьим . входом блока 12 управления, а выход соединен с входом формирователя 36 импульса первого периода. Выход формирователя 34 импульсов соединен с первым входом выявителя 37 признака идентификации режима, второй вход которого соединен с выходом формирователя 36 импульса первого периода, а третий вход — с выходом

55 второго формирователя 38 импульсов, вход которого является первым входом блока 12.

Выход выявителя 37 признака идентификации режима соединен с входом расширителя 39 импульсов, выход которого является первым выходом блока 12 управления и соединен с входом ключевого элемента 40.

Выход которого является вторым выходом блока управления. Выход расширителя 39 импульсов через инвертор 41 подключен к первому входу логического элемента И 42.

Второй вход логического элемента И 42 соединен с выходом блока 43 задержки, вход которого подключен к выходу формирователя 34 импульсов. Выход логического элемента И 42 соединен с входом второго расширителя 44 импульсов, выход которого подключен к входу инвертора 45. Инвертор

45 выполнен с открытым коллекторным выходом, соединенным через резистор 46 с источником питания. Выход инвертора 45 соединен с четвертым входом выявителя 37 признака идентификации режима и является дополнительным выводом блока 12.

Формирователь 16 управляющего сигнала может быть выполнен на инверторе и делителя напряжения.

Запоминающее устройство 17 может быть выполнено в виде цепи с эмиттерным повторителем.

Формирователь 36 импульса первого периода может быть выполнен на транзисторе, работающем в ключевом режиме, с время задающей цепью.

Выявитель 37 признака идентификации режима выполняет логическую операцию И.

Для обеспечения отстройки от бросков намагничивающего тока при защите трансформаторов (автотрансформаторов) в устройство дополнительно введены блок 47 торможения, блок 48 управления тормозным сигналом, второй компаратор 49, второй элемент ИЛИ 50, второй и третий элементы И 51 и 52, третий компаратор 53, второй блок 54 задержки, третий элемент

ИЛИ 55, блок 56 преобразователь напряжения, третий 57 и четвертый 58 блоки задержки, третий расширитель 59 импульсов, четвертый элемент ИЛИ 60, четвертый расширитель 61 импульсов.

Блок 47 торможения может быть выполнен в виде активного Я-С-фильтра, не пропускающего сигнал 1-й гармоники, выпрямителя и ограничителя напряжения.

Блок 48 управления тормозным сигналом может быть выполнен на транзисторе.

Блок 56 преобразования напряжения может быть выполнен в виде последова1677762 тельно соединенных расширителя напряжения, выпрямителя и компаратора.

Для обеспечения отстройки от повышенных погрешностей трансформаторов тока при защите сборных шин в устройство дополнительно вводятся:- второй вы прямитель 62, пятый компаратор 63, пятый расширитель 64 импульсов, четвертый элемент И

65, блок 66 задания уставок, четвертый компаратор 67, формирователь 68 опорного напряжения, пятый блок 69 задержки, шестой расширитель 70 импульсов, одновибратор

71, первый инвертор 72, пятый элемент

ИЛИ 73. Первый вход пятый элемент И 74, седьмой расширитель 75 импульсов, второй инвертор 76, шестой элемент И 77, шестой и седьмой 78 и 79 блоки задержки, третий инвертор 80, шестой элемент ИЛИ 81.

Блок 66 зацания уставок может быть выполнен, например, по схеме, содержащей резисторные делители напряжения, конденсатор, транзистор и-р-п-типа и разделительные диоды.

Формирователь 68 опорного напряжения может быть выполнен, например, по схеме, содержащей диод, конденсатор, транзистор и четыре резистора.

Устройство 1 работает следующим образом.

Токи от трансформаторов тока плеч защиты поступают на первичные обмокти разделительных трансформаторов 20 блока 1 датчиков тока, Сигналы со вторичных обмоток разделительных трансформаторов 20 разделяются по знаку полупериода с помощью схемы 2 преобразования входных величин и поступает на вход схемы 3 сравнения. При внутреннем КЗ и совпадающих по фазе токах плечи схемы 3 сравнения попеременно обтекаются токами положительной и отрицательной полярности и напряжения на плечах образуют входные сигналы фазного органа 7. При внешних КЗ полуволны тока существуют одновременно в обоих плечах схемы 3 сравнения. Если эти тока соизмеримы с номинальными, то на фазный орган 7 поступает разность напряжений схемы 3 сравнения, пропорциональная дифференциальному току. При больших тбках внешнего К3, в соответствии с принципом действия прототипа предлагаемого устройства, напряжения на плечах схемы 3 сравнения стабилизируется и на входе фазного органа 7 образуется сигнал, равный разности длительности полуволн токов, существующих на плечах схемы 3 сравнения, Таким образом, схема начинает действовать как дифференциально-фазная.

Чтобы обеспечить надежное срабатывание защиты в первом периоде переходно5

55 го процесса в том числе и при сдвинутых по фазе токах необходимо иметь время блокировки фазного органа 7 — 3 мс. Однако такое время не обеспечит селективной работы защиты при внешних КЗ со значительным содержанием апериодической слагающей (фиг. 5). Характер осциллограмм переходного тока небаланса (фиг. 5б) таков, что время от его начала до максимума (tt) всегда меньше, чем от максимума до конца (t2). При внутренних же КЗ и насыщении ТТ (фиг. 5,а)

t1>tz. В связи с этим в устройстве использовано ограничение длительности входного сигнала фазного органа 7 максимумом дифференциального тока в режиме внешнего

КЗ, Однако ограничениедлительности входного сигнала фазного органа 7 приводит к снижению чувствительности защиты при внутренних КЗ, особенно со сдвинутыми по фазе токами и при внутренних КЗ с вытекающими токами нагрузки, когда из-за ограничения длительности входного сигнала фазный орган 7 искусственно укорачивает полезный сигнал, Снижение чувствительности возможно также в режиме внутреннего

КЗ на землю, сопровождающемся высокочастотной составляющей, обусловленной разрядным током сети. Для предотвращения снижения чувствительности предусмотрено управление ограничением длительности входного сигнала фазного органа 7 по качественным признакам переходных процессов таким образом, чтобы это ограничение имело место только при внешних КЗ, В качестве признака внутреннего КЗ используется то, что в этом режиме одновременно возникают токи плеч защиты и дифференциальный ток. При внешнем же

КЗ дифференциальный ток появляется только после насыщения ТТ, в результате чего имеет место его существенное отставание от токов плеч.

Для этого блок 1 датчиков тока формирует сигнал, пропорциональный дифференциальному току защиты, который трансформируется раздельным трансформатором 6, выпрямляется выпрямителем 5 и поступает на вход 13 дифференциатора. Получаемая на выходе блока 13 производная модуля дифференциального тока подается на второй формирователь 38 импульсов блока 12 управления, на выходе которого появляется логический сигнал "1" в том случае, если производная положительная и ее значение превышает уста вку. Уставка второго формирователя 38 импульсов выбирается так, чтобы он не срабатывал при дифференциальных токах, обусловленных установившимися токами небаланса, возможными в рабочем режиме защищаемого объекта. Таким образом, с вы1677762

10

20

30

45

55 хода второго формирователя 38 импульсов на второй вход выявителя 37 признака идентификации режима выдается сигнал логическая "1" во всех случаях, когда производная модуля диффенециального тока положительна и достаточно велика.

Кроме того, первый сумматор 11 формирует на своем выходе напряжение, равное падению напряжения на верхнем плече схемы 3 сравнения, которое подается на второй вход первого максиселектора 9. На первый вход первого максиселектора 9 подается напряжение нижнего плеча схемы 3 сравнения. Большая из поступивших величин с выхода максиселектора 9 подается на вход формирователя 34 импульсов блока 12 управления. Формирователь 34 импульсов формирует на своем выходе логический сигнал "1" в том случае, если напряжение, хотя бы на одном плече схемы 3 сравнения, превысит значение, соответствующее току защищаемого объекта в рабочем режиме. При появлении логического сигнала "1" на выходе формирователя 34 импульсов он подается на первый вход выявителя 37 признака идентификации режима и первый входлогического элемента ИЛИ 35. Появление логической "1" на выходе. логического элемента

ИЛИ 35 и, соответственно, на входе формирователя 36 импульсов первого периода переходного процесса запускает этот формирователь. Формирователь 36 импульса первого периода вырабатывает импульс длительностью 4 мс, а затем устанавливает на своем выходе логический уровень "0" до конца переходного процесса. Таким образом, логический уровень "1" подается на третий вход выявителя 37 признака идентификации режима только в течение 4 мс в начале первого периода переходного процесса. На четвертом входе выявителя 37 признака идентификации режима в исходном состоянии установлен логический уровень "1". Поскольку выявитель 37 признака идентификации режима реализует логиче:кую операцию И, импульс на его выходе ьозникает только при одновременном появлении тока плеча и дифференциального тока, что соответствует режиму внутреннего

КЗ. При внешнем же КЗ дифференциальный ток возникает только после насыщения TT защиты, что никогда не бывает ранее 4 мс после начала переходного процесса. Поэтому при внешнем КЗ на выходе выявителя 37 признака идентификации режима логический уровень "1" не появляется.

Таким образом, при внутреннем КЗ на выходе выявителя 37 признака идентификации режима вырабатывается импульс, который поступает на вход первого расширителя

39 импульсов. Длительность импульса на выходе расширителя 39 импульсов выбирается такой, чтобы за время, на которое он расширяет импульс, защита надежно сработала при внутреннем КЗ. С выхода первого расширителя 39 импульсов сигнал подается на управляющий вход блока 15 запрета, исключая, таким образом, ограничение длительности входного сигнала фазного органа

7. Кроме того, сигнал с выхода первого расширителя 39 импульсов подается на вход ключевого элемента 40, который шунтирует выход запоминающего устройства 17. Таким образом исключается увеличение уставок пускового 4 и фазного 7 органов при внутренних К3 со сдвинутыми по фазе токами плеч и внутренних КЗ, сопровождающихся вытекающими токами нагрузки.

При внешних КЗ (фиг. 6) на выходе выявителя 37 признака идентификации режима импульс не появляется. На выходе первого расширителя 39 импульсов сохраняется логический уровень "0", а на выходе первого инвертора 41 логический уровень "1", который подается на первый вход логического элемента И 42. Сигнал с выхода формирователя 34 импульсов подается также на вход блока 43 задержки, который устанавливает на выходе логический уровень "1" через 5 мс после поступления сигнала на его вход. С выхода блока 43 задержки сигнал поступает на второй вход логического элемента И 42.

На выходе логического элемента И 42 устанавливается логический уровень "1" только в том случае, если к моменту поступления на

его второй вход сигнала о возникновении сверхтока (задерживаемого на 5 мс) на его первом входе сохранится сигнал об отсутствии внутреннего КЗ. Таким образом, на выходе логического элемента И 43 появляется сигнал, информирующий о возникновении внешнего К3. Этот сигнал подается на второй расширитель 44 импульсов, который увеличивает длительность импульса на 60 мс, Полученный на выходе второго расширителя 44 импульсов сигнал инвертируется вторым инвертором 45, который имеет открытый коллекторный выход и через резистор 46 соединен с источником питания.

Выход второго инвертора 45 является дополнительным выводом блока 12, использование которого будет рассмотрено ниже.

К схеме 3 сравнения подключен блок 8 управления временем блокировки. Входной сигнал этого блока имеет максимальное значение при внешних КЗ, поскольку на него поступает сумма напряжений плеч схемы

3 сравнения, а при внешних К3 полуволны напряжений на плечах схемы 3 сравнения совпадают по времени. При внутренних К3

1677762 полуволны напряжений на плечах схемы 3 сравнения .не совпадают по времени или же уровень одного из них ниже напряжения стабилизации стабилитронов схемы 3 сравнения. Поэтому напряжение со схемы 3 сравнения используется для выработки тормозного сигнала, формирующего характеристику срабатывания устройства. Блок 8 управления временем блокировки выполнен в виде блока нелинейности с одним изломом характеристики, -При значениях входного напряжения, соответствующих нормальному режиму работы защищаемого объекта, выходной сигнал остается постоянным и сравнительно низким по величине, обеспечивая начальные параметры срабатывания защиты, При увеличении сквозного тока через защищаемый объект до уровня, превышающего токи рабочих режимов, выходное напряжение блока 8 управления временем блокировки начинает возрастать и обеспечивает необходимое увеличение параметров срабатывания защиты, Это напряжение подается на второй вход второго максиселектора 10. С выхода второго максиселектора 10 сигнал поступает на вход запоминающего устройства 17. Необходимость запоминания сигнала в данной цепи обусловлена тем, что при внешних К3 высокий уровень напряжения на схеме 3 сравнения имеет место, пока ни один из ТТ не насыщен, а после насыщения одного из ТТ это напряжение уменьшается, но одновременно с этим резко увеличивается ложный сигнал на входах пускового 4 и фазного 7 органов. Запоминание же позволяет обеспечить необходимый уровень параметров срабатывания, обеспечивающий отстройку от таких режимов, С выхода запоминающего устройства 17 через сумматор 18 тормозной сигнал подается на управляющие входы пускового 4 и фазного 7 органов. Использование сумматора 18 необходимо для того, чтобы обеспечить возможность введения тормозных сигналов от дополнительных блоков защиты, В отличие от прототипа тормозной сигнал подан на пусковой орган 4, Благодаря этому обеспечивается отстройка от установившихся токов небаланса при использовании устройства в защите трансформатора. Разделительные диоды 33 и 25 исключают взаимное влияние делителей напряжения, выполненных на резисторах 23, 24 и 31, 32 соответственно, подключенных к управляющим входам компаратора 22 пускового органа 4 и элемента 28 времени фазного органа 7.

Для выполнения ограничения входного сигнала фазного органа 7 при внешних К3 к выходу блока 13 дифференцирования под5

55 ключен компаратор 14, который срабатывает при отрицательном знаке производной модуля дифференциального тока. Сигнал о срабатывании компаратора 14 через блок 15 запрета подается на третий вход фаэного органа 7, увеличивая порог срабатывания компаратора 27 таким образом, чтобы он возвратился в исходное состояние при любом возможном сигнале на его входе. Это позволяет вернуть компаратор 27 в исходное состояние и осуществить сброс отсчета элемента 28 времени. При внутренних же К3 с блока 12 управления поступает запрещающий сигнал, который исключает выдачу сигнала от компаратора 14 через блок 15 запрета на третий вход фазного органа 7, В результате этого длительность сигнала, поступающего на элемент 2". времени не ограничивается, что обеспечивает повышение чувствительности защиты к внутренним К3.

Для многоплечевых защит дополнительной причиной возникновения токов небаланса является неточное уравнение номинальных токов плеч защиты, Для исключения этого недостатка в предлагаемом устройстве разделительные трансформаторы 20 блока 1 датчиков тока имеютдополнительные витки с отводами, что позволяет ступенчато изменять коэффициент их трансформации. Кроме того, предусмотрена дополнительная вторичная обмотка, которая замкнута на переменный резистор 21. Изменяя сопротивление резистора 21, можно плавно менять коэффициент передачи разделительного трансформатора 20. Испытания показали, что диапазон регулирования с помощью резистора 21 может достигать

357; без существенного влияния на остальные характеристики защиты.

Использование дополнительного вывода блока 12 необходимо для исключения ложных срабатываний защиты при внешних несимметричных К3. В этих режимах иэ-за насыщения ТТ неповрежденной фазы на входе устройства появляются сигналы, характерные для внутренних К3, но несколько меньшей амплитуды, Для исключения ложных срабатываний дополнительные выводы всех трех фаз объединяются, что обеспечивает обмен информацией между фазами.

В нормальном режиме на дополнительных выводах установлен логический уровень "1", поскольку во всех фазах закрыты выходные транзисторы вторых инверторов

45, а дополнительные выводы через резисторы 46 подключены к источнику питания.

При внешнем КЗ, как уже описывалось выше, чем 5 мс после возникновения тока на выходе логического элемента И 42 в поврежденной фазе появляется логический уро1677762

10 вень "1". Этот сигнал удлиняется по времени вторым рас пирителем 44 импульсов и поступает на вход инвертора 45. Его выход»ой транзистор устанавливает на дополнительном выводе логический уровень "0", который передаегся также на все остальные фазы, Поступив в неповрежденную фазу, этот сигнал запрещает работу выявителя 37 признака идентификации режима, исключая ложное срабатывание блока 12 управления, а также поступает на вход формирователя 16 управляющего сигнала.

Этот формирователь вырабатывает тормозной сигнал, достаточный для исключения

cP3b3Tbl B3H1 Ié фазного ОРгана 1 оТ вхоДного . сигнала, свойственного рассматриваемому режиму. Этот сигнал через второй максиселектор 10 поступает на вход запоминающего устройства 17, а затем через второй сумматор 18ъыдается на управляющие входы пускового 4 и фазного 7 органов, предотвращая срабатывание. Если же происходит внутреннее КЗ, то блок 12 управления повре>кденной фазы устанавливает, что КЗ внутреннее, сразу же после возникновения тока, запрещает выдачу тормозного сигнала и исключает ограничение длительности входного сигHGPB фазного oprBH3 7, Таким образом, при возникновении внутренне,o КЗ устройство защиты в поврежденной фазе работает следующим образом (фиг. 7), В ыпрямлен ный дифференциальный сигнал поступает на пусковой орган 4 и вызывает его срабатывание. Одновременно сигнал с выхода схемы 3 сравнения поступает в фазный орган 7, запуская в нем элемент 28 времени. Сработавший пусковой орган 4 выдает сигнал на третий вход блока

12 управления, запуская в нем формирователь 36 импульса первого периода, Практически одновременно на первой и второй входы блока i2 управления также поступаIoT сигналы, достаточные для срабатывания соответствующих формирователей (38, 34) импульсов. Получив эти сигналы, блок 12 ,правления фиксирует, что КЗ внутреннее, запрещая тормо>кение пускового 4 и фазного 7 органов, а также искл очая ограничение длительности входного сигнала фазного органа 7. При этом фазный орган 7 срабатывает с минимальной установкой по времени и выдает сигнал на вход логического элемента

И 19, на втором входе которого уже присутствует сигнал от пускового органа 4. В результате с выхода логического элемента И

19 выдается сигнал на отключение защищаемого обьекта, При внешнем КЗ до насыщения TT дифференциальный ток отсутствует, Поэтому в

55 блок 12 управления в начале переходного процесса поступает сигнал только один сигнал, который запускает формирователь 36 импульса первого периода, Одновременно с этим формируется сумма напряжений плеч схемы 3 сравнения, которая подается на вход блока 8 управления временем блокировки, B результате этого на его выходе формируется тормозной сигнал, передаваемый на пусковой 4 и фазный 7 органы. Поскольку за время идентификации режима на первый вход блока 12 управления сигнал не поступает, блок 12 управления устанавливает, что КЗ является внешним. В результате этого оно разрешает тормо>кение, сохраняет ограничение длительности входного сигнала фазного органа 7 и выдает информацию соседним фазам, что КЗ является внешним. В связи с этим после насыщения ТТ и появления токов небаланса на фазный орган 7 выдаются все необходимые сигналы, обеспечивающие его высокую отстроенность от переходных режимов внешних КЗ.

При защите трансформаторов (автотрансформаторов) устройство работает следующим образом.

С выхода разделительного трансформатора 6 сигнал, пропорциональный дифференциальному току, поступает на вход блока

47 торможения, который выполнен в виде режекторного фильтра, не пропускающего сигнал основной частоты, выпрямителя и ограничителя напряжения, Тормозной сигнал блоком 47 торможения вырабатывается в переходном режиме работы силового трансформатора. При этом в режиме апериодиче-ского броска тока намагничивания в выходном сигнале блока 47 торможения присутствуют апериодическая слагающая и высшие гармоники, а в режиме периодического — высшие гармоники. В связи с тем, что в блоке 47 торможения используется широкополосный фильтр, время запаздывания выходного сигнала значительно меньше времени, соответствующего углу блокировки защиты, что обеспечивает селективную работу защиты при бросках тока намагничивания. При внутренних КЗ и насыщении ТТ блок 47 торможения так же будет вырабатывать тормозной сигнал.

Высокое быстродействие защиты в этих режимах обеспечивается блоком 48 управления тормозным сигналом, который запрещает выдачу тормозного сигнала на второй вход второго сумматора 18 при наличии сигнала на своем управляющем входе.

В режиме броска тока намагничивания этот управляющий сигнал отсутствует и выходное напряжение блока 47 торможения поступает на второй вход второго сумматора

1677762

18, обеспечивая необходимое увеличение уставок пускового 4 и фазного 7 органов.

Формирование сигнала на управляющем входе блока 48 управления тормозным сигналом осуществляется следующим образом, При включении силового трансформатора под напряжение в режиме опробования возможно возникновение либо броска тока намагничивания, либо внутреннего КЗ. В первом случае от момента выдачи напряжения до появления тока существуют бестоковые паузы, - обусловленные временем, необходимым для насыщения сердечника силового трансформатора. Во втором случае одновременно с выдачей напряжения в каждой фазе появляется ток КЗ. Следовательно, наличие паузы перед броском тока намагничивания может служить отличительным признаком броска тока намагничивания и внутреннего КЗ в режиме опробования.

В нормальном режиме работы на обмотках силового трансформатора есть напряжение. При этом возможно возникновение режимов внутреннего и внешнего КЗ, распознавание которых обеспечивается устройством и не требует дополнительных сигналов от блока 47 торможения. Возникновение же броска тока намагничивания возможно только при восстановлении напряжения на обмотках силового трансформатора после внешнего К3. Следовательно, признаком идентификации режима броска тока намагничивания после выдачи напряжения на обмотки силового трансформатора является наличие в предшествующем режиме внешнего КЗ.

При включении силового трансформатора на холостой ход (фиг. 8) на его обмотках и соответственно на входе блока 56 преобразования напряжения появляется напряжение Ор, которое блок 56 преобразования напряжения расщепляет, выпрямляет, сглаживает, формирует на определенном пороге постоянное напряжение, а затем инвертирует его. Выходной сигнал блока 56 преобразования напряжения U6< удлиняется третьим блоком 58 задержки на 2 мс.

Напряжение, пропорциональное производной модуля дифферециального тока Оьд, с выхода 13 дифференциатора подается на вход второго компаратора 49 через время, необходимое для насыщения сердечника силового трансформатора. Второй компаратор 49 на уровне Ола формирует прямоугольные импульсы Ок2, первый из которых будет отставать от начала переходного процесса на время, превышающее уставку блока 58 задержки (2 мс). Поэтому на входах элемента И 52 не произойдет совпадения

10

20

35

50 положительных импульсов и на входе элемента ИЛИ 60, а следовательно, и на управляющем входе блока 48 управления тормозным сигналом напряжение будет равно нулю. Благодаря этому выходной сигнал блока 47 торможения проходит на второй вход второго сумматора 18. что обеспечивает несрабатывание защиты.

Во время импульсов тока намагничивания напряжение на обмотках силового трансформатора может значительно снижаться, поэтому блок 58 задержки имеет выдержку времени на возврат в исходное состояние 20 мс, которая надежно перекрывает максимально возможную длительность указанных выше импульсов. Блок 57 задержки имеет выдержку времени на срабатывание и возврат 20 мс. Поэтому на второй вход элемента 55 ИЛИ в течение 20 — 20 мс от момента выдачи напряжения на обмотки силового трансформатора поступает положительный сигнал. Блок 54 задержки удлиняет выходной импульс элемента 50 ИЛИ на 20 мс, а затем задерживает передний его фрон на 4 мс. Пэтому через 4 мс после момента срабатывания компаратора 49 на выходе блока 54 задержки появится положительное напряжение, которое будет поддерживаться импульсами с выхода компаратора 49 на протяжении всего переходного процесса.

Следовательно, имеется положительный сигнал хотя бы на одном из входов элемента

55 ИЛИ, с инверсного выхода которого при этом снимается напряжение, равное нулю.

Поэтому совпадения положительных импульсов на входах элемента И 51 не произойдет и следовательно напряжения на выходах 59 и 61 расширителей импульсов будут равны нулю. В связи с этим снятия торможения блоков 48 управления тормозным сигналом, а также запрета ограничения длительности входного сигнала фазного органа 7 не произойдет, и будет обеспечено несрабатывание защиты на протяжении всего режима броска тока намагничивания.

При внутреннем КЗ, возникающем в режиме опробования (фиг. 9), блоки задержки

54, 57, 58 элемент ИЛИ 55, элемент И 51 и расширитель 59 импульсов работают так же, как и при броске тока намагничивания. Од-нако в дифференциальном токе не будет бестоковой паузы от момента выдачи напряжения до появления тока КЗ. Поэтому сигнал на выходе компаратора 49 появится

5 через время, определяемое олько его порогом переключения. На входах элемента И 52 произойдет совпадение сигналов во времени, и последний выработает импульс, который удлинится расширителем 61 импульсов и поступит на управляющий вход блока 48

1677762

25

40

55 управления тормозным сигналом, который снимает торможение пускового 4 и фазного

7 органов, обеспечивая высокое быстродействие защиты в режиме опробования.

По окончании переходного процесса в режиме опробования на обмотках силового трансформатора установится номинальное напряжение, а ток в дифференциальной цепи будет равен нулю. В.связи с этим выходные сигналы блоков задержки 54, 57, 58 будут равны нулю, а элемента ИЛИ 55— логической единице, В этом случае бросок тока намагничивания возможен только после отключения внешнего КЗ. При внутреннем же К3 (фиг. 10) на выходе компаратора

49 появляются импульсы, которые удлиняются блоком 54 задержки на 20 мс, а их передний фронт задерживается на 4 мс. Поэтому на входах элемента И 51 совпадут во времени сигналы логической единицы элемента ИЛИ 55 и компаратора 49. Элемент

51 И сформирует положительный сигнал, который затем удлинится и расширителями импульсов 59 и 61, Выходное напряжение расширителя 61 импульсов поступает на управляющий вход блока 48 управления тормозным сигналом, который снимает торможение, Выходной сигнал расширителя 59 импульсов запрещает блокирование фазного органа 7 выходным сигналом компаратора 14, Это обеспечивает надежное срабатывание защиты в начале переходного процесса внутреннего КЗ.

При внутреннем КЗ после нормального режима работы и глубокой посадке напряжения (фиг. 1 t) на выходе блока 56 преобразования напряжения появляется положительный сигнал. При появлении дифференциального тока компаратор 49 вырабатывает напряжение, которое с выдержкой времени 4 мс переключает блок 54 задержки в состояние с положительным выходным сигналом. На выходах блоков задержки 57 и

58 появляются положительные напряжения с задержкой 20 мс. Таким образом, в течение первых 4 мс после качала переходного

".îoöåcñà внутреннего КЗ. на всех входах элемента ИЛИ 55 имеются сигналы, соответствующие логическому нулю, à íà его выходе будет сигнал, соответствующий логической единице, которое подается на второй вход элемента 51 И, В это же время выходное напряжение компаратора 49 поступает на первый вход элемента И 51. В результате этого на его выходе появляется импульс длительностью, равной времени совпадения выходных сигналов компаратора 49 и элемента ИЛИ 55. Этот импульс удлиняетсч расширителями 59 и 61 импульсов и поступают на третий вход блока 15 запрета и на управляющий вход блока 48 управления тормозным сигналом соответственно. Это обеспечивает надежное срабатывание защиты в начале переходного процесса внутреннего КЗ.

При внешних КЗ с выхода блока 3 сравнения поступает напряжение на вход компаратора 53, достаточное для его срабатывания. Полученный таким образом на его выходе положительный импульс вызывает срабатывание блока 54 задержки через 4 мс. В результате этого выходной сигнал элемента ИЛИ 55 в свою очередь блокирует элемент И 51. Поэтому бросок тока намагничивания, который может возникнуть при отключении внешнего КЗ не вызывает снятия торможения защиты блоком 48 управления тормозным сигналом.

Таким образом, устройство обеспечивает высокую устойчивость функционирования защиты трансформатора при всех экстремальных переходных процессах возможных на данном объеме защиты, то есть позволяет надежно отстроиться от бросков тока намагничивания, обеспечивая при внутренних К3 высокое быстродействие защиты, При защипе сборных шин устройство работает следующим образом, Одной из особенностей сборных шин кэк объекта защиты является значительное различие по величине номинального тока ТТ и максимального сквозного тока защиты сборных шин в рабочем режиме, от которого уровень запуска устройств идентификации режимов должен быть отстроен. Так на сборных шинах мощных ГЭС мощность подключенных генераторов может быть резко различной в течение суток и в определенные времена года. При этом будет резко различным и уровень токов внешних КЗ, который может в минимальном режиме работы станции оказаться меньше максимального сквозного тока в рабочем режиме, от которого устройства идентификации режимов по уровню запуска отстроены. Это относится и к сборным шинам мощных узловых подстанций, максимальный сквозной ток которых значительно отличается от номинальных токов ТТ присо