Дифференциально-фазная защита электроустановки

Дифференциально-фазная защита электроустановки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<»i896711 (63) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 250280 (21) 2886421/24-07 (51)М. Кл с присоединением заявки М

Н 02 Н 3/28

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 07.0182 Бюллетень М 1 (5j3) УДф(621 ° 316 ° .925(088.8) Дата опубликования описания 07.0182 (72) Авторы изобретения

В.В.Рогоза, А.М.Смолин и Ю.H.Õ

Институт электродинамики AH У (71) Заявитель (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО- ФАЗНАЯ ЗАЩИТА

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите электроустановок от повреждений и может быть применено для защиты ге" нераторов.

Известно устройство дифференциально-фазной защиты электроустановки, которое включает датчики информации, к которым подключены формирователи импульсов, которые формируют импульсы, начало и конец которых совпадают с моментами перехода токов через ноль. К выходам формирователей подключены входы логического элемента, на выходе которого имеется потенциал в случае, когда на обоих входах имеются либо единичный, либо нулевой потенциал. Функцию такого элемента выполняет логический элемент "Эквивалентность". К выходу его подключен измеритель временного интервала 1 .

Недостатком известной схемы является малое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое состоит иэ датчиков информации, формирователей импульсов, логического элемента, "Электроэквивалентность" и измерителя временных интервалов. Устройство отличается от вышеуказанного тем, что между логическим элементом "Эквивалентность" и измерителем времени интервала включен вспомогательный формирователь. Этот формирователь в.ряде случаев, при неблагоприятном. соотношении длительности сформированного импульса и момента короткого замыкания, расширяет импульс и убыстряет тем самым время работы защи10 (2 l.

Быстродействие известного устройства также недостаточно.

Цель изобретения — повышение быстродействия защиты.

15 Указанная цель достигается тем, что дифференциально-фазная защита электроустановки, содержащая два полукомпонента, подключенных к транс. форматорам тока, установленных по

20 концам электроустановки и состоящих

;;аждый из соединенных последовательно датчиков информации и основного формирователя временных интервалов, выходы которых являются выходами полукомплектов и подключены к первому входу выходного блока, состоящего из соединенных последовательно логического элемента "Эквивалентность и измерителя временного интервала, 30 выход выходного блока включен в от896711 ключаюшую цепь, кажцый полукомплект содержит дополнительный формирователь временного интервала и блок торможения, причем нход дополнительного формирователя временного интервала соединен с выходом датчика информации, состоящего из последовательно соединенных преобразователя ток — напряжение и широтно-импульсного моду лятора, основные выходы дополнительных формирователей временного интервала.полукомпонентов подключены ко второму входу выходного блока, к которому подключены внеденные дополнительно и соединенные последовательно второй элемент "Эквивалентность" и второй измеритель временного интервала, причем ныходы первого и второго измерителей временного интервала подключены через введенные дополнительно и соединенные последовательно элементы ИЛИ и И к выходу выходного блока, 2О .причем. входы блока торможения подключены к вспомогательным выходам дополнительного формирователя временных интервалов "своего" полукомплекта, а выход — к одному из входон элемента 25

И ныходного блока.

Основной формирователь временного интервала содержит дешифратор и

0 -триггер, а дополнительный формирователь временного интервала содержит двоично-десятичный счетчик, два одновибратора, два О-триггера, генератор импульсов и элемент ИЛИ, причем вход первого однонибратора и

0-вход первого триггера дополнительного формирователя временного интервала являются его входом, выход первого одновибратора соединен с С-входом второго 0-триггера, а вход второго одновибратора соединен с С-входом первого 0-триггера этого формиро- 40 вателя временного интервала, выход первого одновибратора соединен также с входом "Установки нуля" счетчика, с первым вспомогательным выходом дополнительного формирователя вРемен- 4 ного интервала и через элемент ИЛИ со входом второго одновибратора, выход "Прямой перенос" счетчика соединен со вторым вспомогательным выходом дополнительного формирователя временного интервала и с элементом ИЛИ .вход счетчика соединен с выходом генератора импульсов, разрядные выходы счетчика являются разрядными выходами дополнительного. формирователя временного интервала„а выход первого триггера через 0-вход 55 второго триггера соединен с основным выходом дополнительного формировате,ля временного интервала, причем разрядные выходы дополнительного формирователя временного интервала соеди- 6О нены с разрядными входами дешифратора основного формирователя временного интервала, выход дешифратора соединен с С-входом триггера этого формирователя временного интервала,, 65

0-вход которого является входом, а выход этого триггера — выходом основного формирователя временного интервала.

Блок торможения содержит элемент

И, логический элемент "Сумма по модулю 2" и RS-триггер, причем входы элементов И и "Сумма по модулю 2" попарно соединены и являются входами блока торможения, выход Элемента

И подключен к R-входу триггера, а вы-, ход элемента "Сумма по модулю 2" подключен к 5-входу триггера, выход которого является выходом блока торможения, На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства, н однофазном изображении, на фиг.2 временные диаграммы работы защиты, в режиме внешнего и внутреннего коротко.го замыкания,на фиг.3 и 4 —,то же,работы первого полукомплекта при различных выходных сигналах датчика информации, на фиг.5 — форма сигналов на выходе датчика информации.

Принципиальная схема устройства включает датчики 1 и 2 информации, преобразователь 3 ток — напряжение, широтно-импульсный модулятор 4, дополнительный формирователь 5 временного интервала, одновибратор 7 и 8, элемент ИЛИ 9 и 10, двоично-десятичный счетчик 11, 0-триггер 12-14, генератор импульсов 15, основной формирователь 16 и 17 временного интервала, дешифратор 18, блок 19 и 20 торможения, элемент И 21 и 22, логический элемент "Сумма по модули 2"

23, логический RS-триггер 24, элемент "Эквивалентность" 25 и 26, измеритель 27 и 28 временного интервала, трансформаторы 29 и 30 тока, защищаемая электроустановка 31, полукомплекты 32 и 33, выходной блок 34.

Предлагаемая защита состоит иэ двух полукомплектов 32 и 33, подключенных к трансформаторам 29 и 30 тока, установленных по концам защищаемой установки 31, и выходного блока

34, выхоц которого включен к отключающую цепь.

Первый полукоплект 32 состоит из датчика 1 информации, дополнительного 5 и основного 16 формирователей временного интервала и блока 19 торможения. Второй полукомплект 33 состоит соответственно из датчика 2 информации дополнительного 6 и основного 17 формирователей временного интервала и блока 20 торможения.

Выходной блок 34 состоит из измерителя 27 и 28 временного интервала элементов "Эквивалентность" 25 и 26, выходные сигналы которых равны единице, если оба входных сигнала единичные или оба входных сигнала нулевые, а также из элемента ИЛИ 10 и элемента И 22.

896711

3S

45 чены ко входам элемента Эквивалентность" 25 выходного. блока. Выходы основных формирователей 16 и 17 временного интервала обоих полукомплектов подключены ко входам элемента

"Эквивалентность" 26 выходного блока, а выходы блоков 19 и 20 торможения обоих полукомплектов подключены ко входам элемента И 22 выходного блока. Выходы элементов "Эквивалентность" 25 и 26 соединены .со входами измерителей 27 и 28 временного интервала. Измерители 27 и 28 временного интервала генерируют на выходе единичный потенциал в случае превышения входным единичным импульсом по

Датчик 1 информации состоит из последовательно соединенных преобразователя 3 ток — напряжение и широтно-импульсного модулятора 4. Из аналогичных элементов состоит и второй датчик 2 информации. На выходе датчиков 1 и 2 формируется импульсная последовательность постоянного . периода (фиг.5), в которой длительность n-ro импульса связана с входным сигналом Е следующей зависимостью т гдеСоп= g - нулевой импульс, TAпериод (цикл) повторения импульсов, - коэффициент модуляции kE либо значение входного сигнала в момент начала соответственного цикла, либо интегральное значение входного сигнала, где пределами интегрирования являются моменты начала и конца цикла.

Дополнительный формирователь 5 временного интервала первого полукомплекта 32 состоит из одновибраторов 7 и 8, элемента ИЛИ 9, двоичнодесятичного счетчика 11, 0-триггеров

12 и 13, генератора 15 импульсов. ,Входная клемма дополнительного формирователя 5 соединена с одновибратором 7 и D-входом 0-триггера 12.

Одновибратор 7 генерирует узкий единичный импульс в момент перехода входного импульса от единичного потенциала к нулевому. 0-триггер работает следующим образом.

Потенциал на выходе триггера соответствует потенциалу на 0-входе в момент появления на С-входе единичного потенциала. Выход одновибратора

7 связан с входом "Установка нуля" двоично-десятичного счетчика 11, С-входом второго D-триггера 13, входом элемента ИЛИ 9 и первым вспомогательным выходом формирователя 5.

Второй вход элемента ИЛИ 9 соединен со входом "Прямой перенос" счетчика

11, и вторым вспомогательным выходом формирователя 5, а выход — co вторым одновибратором 8. Выход одновибратора 8 связан с С-входом 0-триггера 12, выход которого, в свою очередь, соединен с D-входом 3-триггера 13.

Вход "Прямой счет" счетчика 11 связан с выходом генератора 15 импульсов ° Счетчик 11 преобразует входной последовательный единичный код в двоичный параллельный код. При переполнении счетчика на выходе "Прямой пере-; нос" генерируется импульс. Разрядные выходы счетчика 11 являются разрядными выходами формирователя 5. Выход

0-триггера 13 является основным выходом формирователя 5. Аналогичную схему 4 меет дополнительный формирователь 6 второго полукомплекта 33.

t0

$5

Основной формирователь 16 временного интервала первого полукоМплекта

32 состоит из D-триггера 14 и дешифратора 18. Разрядные входы дешифратора т8 являются разрядными входа= ми основного формирователя 16, которые соединены с разрядными выходами дополнительного формирователя 5 временного интервала. Выход дешифратора 18 соединен с С-входом 0-триг гера 14, у которого D-вход связан с выходом датчика информации, а выход является выходом основного формирователя 16. Дешифратор 18 вырабатывает импульс на выходе при появлении на разрядных входах соответственного значения двоичного кода. Формирователь 17 второго полукомплекта 33 имеет аналогичную схему.

В блок 19 торможения первого полукомплекта 32 входят элемент И 21, логический элемент "Сумма по модулю

2" 23 и.RS-триггер. Входы элементов

21 и 23 связаны попарно и соединены с первым и со вторым вспомогательным выходом формирователя 5. Выход элемента И 21 соединен с R-входом

R-триггера 24, выход элемента "Сумма по модулю 2" 23 соединен с S-входом RS-триггера 24, выход которого является выходом блока 19. Элемент

"Сумма по модулю 2" работает следуюШим образом.

На выходе элемента возникает единичный потенциал, если он есть только на одном из входов элемента. На выходе RS-триггера возникает единичный потенциал в том случае, если на

S-входе нулевой потенциал, а на Р-входе — единичный потенциал. Аналогичную схему имеет блок 20 торможения второго полукомплекта 33.

Основные выходы дополнительных формирователей 5 и 6 временного интервала обоих полукомплектов подклюдлительности заданное значение. Сигналы с выходов измерителей 27 и 28 временного интервала через соединенные последовательно элементы ИЛИ

10 и И 22 действуют на отключение электроустановки.

896711

Защита работает следующим образом в режимах внутреннего и внешнего коротких замыканий.

Входными сигналами, поступающими с преобразователя 3 ток — напряжение являются Е4 и Е2. При внешнем коротком замыкании (фиг.2а) на основном выходе дополнительного формирователя

5 первого полукомплекта 32 формируется единичный импульс 06, начало которого соответствует переходу Е через минимальное значение, а конец — переходу через максимальное значение.

Дополнительный формирователь б второго полукомплекта 33 формирует единичный импульс U 6, используя сигнал

Е . На выходе основного формирователя 5

16 первого полукомплекта 32 формируется единичный импульс, начало которого соответствует переходу сигнала Е через ноль в случае его увеличения, а конец — переходу Е через ноль в 20 случае его уменьшения.

Основной формирователь 17 второго полукомплекта 33 формирует аналогичный единичный импульс U, используя сигнал Е . 25

На выходе блока 19 и 20 торможения сигналы Ч и Ч2о имеют единичное значение. Сигналы Ч6 и Чб поступают на входы элемента "Эквивалентность" 25, сигналы 046 ь 0„ на входы элемента "Эквивалентность" 26.

Выходные сигналы 025 и 026 этих элементов равны единице, если оба входных сигнала единичные или оба входных сигнала нулевые. При короткомЗ5 замыкании вне зоны длительности единичных импульсов U б. и U меньше уставки измерителеи 27 и 28 временного интервала, которые не срабатывают, и сигнал на вход не поступает.

При коротком замыкании в зоне 40 (фиг.2б) формирователи 5 и б, 16 и

17, блок 19 и 20 торможения, элементы

"Эквивалентность" 25 и 26 работают также, как и при коротком замыкании вне зоны, однако длительность единич- 45 ных импульсов Uz и 0 больше уставки измерителей 27 и 28. Измерители срабатывают.

В зависимости от момента короткого замыкания первым срабатывает либо измеритель 27, либо измеритель 28. В случае, рассматриваемом на фиг.2б, первым срабатывает измеритель 28, сигнал через элемент ИЛИ 10 проходит на вход элемента И 22, на других входах которого имеются единичные си налы 0 9 и 0 2о . Ha выходе элемента 22 появляется единичный сигнал

Ugg, который является выходным отключающим сигналом.

Рассмотрим более подробное описа- gp ние работы дополнительного формирователя 5 (6), формирующего íà основном выходе единичный импульс

06-(U 6)), начало которого соответствует переходу Е (Б ) через минималь- б5 ное значение, а конец — переходу через максимальное значение.

Датчик 1 информации преобразует входной сигнал Е в модулированную последовательность импульсов Ug (фиг,5),согласно выражению (1).Сигнал

0 д поступает на вход формирователей

5 и 16. Одновибратор .7 вырабатывает короткий единичный импульс, соответствующий заднему фронту импульсов U ,Этот импульс ставит счетчик 11 в нулевое положение. Импульсы с генератора 15 импульсов приходят на вход

"Прямой счет" счетчика 11 и начинают заполнять его. Частота генератора

15 импульсов подобрана так, что счетчик 11 будет переполнен, если на его вход "Прямой счет" поступит k импульсов с генератора 15

N = - ° Т* где Т„„ — частота генератора импульсов.

Диаграмма работы формирователя 5 при росте сигнала ЕА, т.е. в промежуток между его минимальным и максимальным значениями, показана на фиг.3.

При росте сигнала Е расстояние между задними фронтами импульсов 04 больше периода, счетчик 11 переполняется и, в момент переполнения, вырабатывает единичный импульс U .

Этот импульс через элемент ИЛИ 9 проходит на вход одновибратора 8.

На его вход через элемент ИЛИ 9 проходит также импульс с выхода одновибратора 7. Одновибратор 8 вырабатывает короткие единичные импульсы 08, соответствующие задним фронтам импульсов 09. Импульсы 0й поступают на С-вход 0-триггера 12, а на 0-вход которого поступает выходной сигнал

08 датчика 1. Первый импульс пары импульсов U 8 соответствует единичному значению 04, а второй - нулевому значению 04. Таким образом, на выходе D-триггера 12 формируются единичные импульсы U „ поступающие на вход 0-триггера 13. На его С-вход приходят импульсы сигнала 07, так как они всегда соответствуют единичному значению сигнала 0 „, то на выходе D-триггера 13 — единичный сигнал, что соответствует увеличению сигнала Е .

Диаграмма работы формирователя

5(б) при уменьшении сигнала Е (Е ) т.е. в промежутке между его максймаль- ° ным и минимальным значениями. При этом работа формирователя происходит аналогично. Отличие лишь в том, что на прямом входе счетчика 11 нет единичных импульсов, сигнал на выходе

D-триггеров 12 и 13, а следовательно на основном выходе формирователя 5 будет иметь нулевое значение.

Основные формирователи 16 и 17 време ного интервала формируют еди896711

1О ничный импульс, начало которого. соответствует переходу Е через нуль н случае его увеличения, а конец— переходу через нуль вследствие его уменьшения. В этот промежуток време ии сигнал U4 на выходе датчика 1

: больше нулевого импульса Гоп, соответствующего переходу Е через нуль

Формирователь 16(17) определяет, больше ли импульс в последовательности Ug нулевого импульса Сон(фиг.З и 42 следующим образом.

Сигналы с разрядных выходов счетчика 11, поступают на разрядные входы дешифратора 18. Дешифратор подобран так, что на его выходе формируется единичный импульс 0 8, если на разрядных выходах счетчика 11 имеется двоичный код, соответствующий числу 812 . Импульсы Ц и поступают на

C-вход 0-триггера 14, на 0-вход ко-. торого приходит сигнал Ug. Если рас- 20 стояние между задним фронтом предыдущего импульса и передним фронтом последующего импульса в сигнале U4 меньше Фоп(предыдущий импульс 04 больше ГоП, что соответствУет пРомежутку между переходом Е-„ через нуль в случае его увеличения и переходом

Е через нуль в случае его уменьше4 ния), то импульс U

Если же расстояние между зацним фронтом предыдущего импульса и перед-. ним фронтом последующего импульса в сигнале У, больше Гоп,что соответствует промежутку межцу переходом Е через нуль при его уменьшении и пере- 40 ходом Е через нуль при его увеличе° ( нии, то импульс U48 появляется в момент, когда на выходе датчика 1 сигнал U4 имеет нулевое значение.

В этом случае на выходе формирова- Я теля 16(17) будет нулевое значение.

Блоки 19 и 20 торможения предназначены для предотвращения излишнего срабатывания защиты при отсутствии напряжения на выходе преобразо- Я вателей 3 ток - напряжение.

В этом случае импульсы U4 на выходе датчика 1 становятся равной длины и расстояние между их задними фронтами становятся равными Т (периоду повторения импульсов). Формирователи

16 и 17 могут быть в этом случае иметь на выходе постоянный нулевой потенциал, что недопустимо, так как при совпадении значений U<6

U47 (фиг.2) более, чем на время, ® определенное уставкой блока 28, происхоцит срабатывание защиты.

Чтобы избежать ложного срабатына. ния защиты, элемент И 22 запирается 65 выходными сигналами блоков 1 9 и 20 торможения, Принимающих нулевые, значения при холостом ходе.

Поясним работу блоков на примере блока 19. При равенстве расстояний между задними фронтами импульсов датчика 1 на выходе U4 импульсы на выходе блока 11 и 7 совпадают,и единичный сигнал с выхода элемента И 21 ставит RS-триггер 24 в нулевое положение, и элемент И 22 заперт. Защита не срабатывает. При расстоянии между зацними фронтами Ь4, не ранном Та., что соответствует о наличии переменного напряжения U4 на выходе 1(2), импульсы с выходов блоков 7 и 11 не совпадают.и появление одного из них через:элемент "Сложение по модулю 2" 23 переводит триггер 24 в единичное положение, являющееся сигналом для элемента И 22.

Предлагаемое устройство. защиты обладает по сраннению с известными более высокими параметрами, что позволяет уменьшить вероятность выхода из строя защищаемого объекта и повысить надежность работы энергосистемы. формула изобретения

1. Дифференциально-фазная защита электроустановки, содержащая,цва полукомплекта, подключенных к трансформаторам тока, установленных по концам электроустановки и состоящих кажцый из соединенных последовательно датчиков информации и основного формирователя временных интервалон, выходы которых подключены к первому входу выходного блока, состоящего из соединенных последовательно логи-. ческого элемента "Эквивалентность" и измерителя временного интервала, выход выходного блока включен н отключающую цепь, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия, каждый полукомплект содержит дополнительный формирователь временного интервала и блок торможения, причем вход дополнительного формирователя временного интервала: соединен с выходом датчика информации, состоящего из последовательно соединенных преобразователя ток — напряжение и широтно-импульсного модулятора, основные выходы дополнительных формиронателей временного интервала обоих полукомплектов подключены ко второму входу выходного блока, к которому подключены введенные дополнительно и соединенные последовательно нторой элемент "Эквивалентность" и второй измеритель временного интервала, причем выходы первого и второго измерителей временного интервала подлючены через введенные дополнитель-. но и соединенные последовательно

896711, 12 элементы ИЛИ и И к выходу выходного блока, причем входы блока торможения подключены к вспомогательным выходам дополнительного формирователя временных интервалов "своего" п лукомплекта, а выход — к одному из входов элемента И выходного блока.

2. Защита по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что основной формирователь временного интервала содержит дешифратор и D-триггер, а дополнитель. ный формирователь временного интервала содержит двоично-десятичный счетчик, два одновибратора, два 0триггера, генератор импульсов и элемент ИЛИ, причем вход первого одновибратора и D-вход первого триггера. 15 дополнительного формирователя временного интервала являются его Входом, выход первого одновибратора соединен с С-входом второго D-триггера, а вход второго одновибратора соединен О с С-входом первого 0-триггера этого формирователя временного интервала, выход первого одновибратора соединен также с входом "Уставка нуля" счетчика, с первым вспомогательным выходом дополнительного формирователя временного интервала и через элемент

ИЛИ вЂ” со входом второго одновибратора, выход "Прямой перенос" счетчика . соединен со вторым вспомогательным выходом дополнительного формирователя временного интервала и с элементом

ИЛИ, вход счетчика соединен с выходом генератора импульсов, разрядные выходы счетчика являются. разрядными выходами дополнительного формирователя временного интервала, а выход первого триггера через 0-вход второго триггера соединен с основным выходом дополнительного. формирователя временного интервала, причем разрядные выходы дополнительного формирователя временного, интервала соединены с разрядными входами дешифратора основного формирователя временного интервала, выход дешифратора соединен . с С-входом триггера этого формирователя временного интервала, D-вход которого является входом, а выход этого триггера — выходом. основного формирователя временного интервала.

3. Защита по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок торможения содержит элемент И, логический элемент "Сумма по модулю 2" .и RS-триггер причем входы элементов И и "Сумма по модулю 2" попарно соединены и являются входами блока торможения, выход элемента И подключен к R-входу триггера, а выход элемента "Сумма по модулю 2" подключен к S-входу триггера, выход которого является выходом блока торможения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Федосеев A.Ì. Релейная защита электрических систем. М., "Энергия", 1976, с.339-342.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 420040, кл. Н 02 Н 3/28, 1972.

896711

Составитель A.ÁîÍäàðåíêî

Техред Т. Маточка Корректор В.Синицкая

Редактор С.Крупенина

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

Заказ 11720/42 Тираж 669

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5