Устройство для селективной защиты сети переменного тока с токоограничивающими автоматами

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКТИВЙОЙ . ЗАЩИТЫ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ТОКО;ОГРАНИЧИВАЮЩИМИ АВТОМАТАМИ/ содержаЧ щее датчики производной тока в каждо присоединении защищаемой сети, после довательно соединенные с преобразова телями, по вслюченными к сумматору, выход последнего функционально связан с одним элемента сравнения, к другому входу которого подклй чен орган задания параметра срабатывания , а выход элемента сравнения через пороговый орган соединен с цепями отключения токоограничивающих автоматов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия , дополнительно введены выпрямители , второй сумматор, элементы вычитания, элемент регулирования коэффициента передачи по каналу производной сквозного тока, при этом выход первого сумматора через выпрямитель соединен с первым входом элемента вычитания, выход которого подключен к элементу сравнения, выходы преобразователей через выпрямители по чис- jiy присоединений подключены ко входам § второго сумматора, выход которого соединен с первым входом второго элемента вычитания, ко второму входу котьрого подключен выход первого выпрями теля, а выхбд второго элемента вычитания через элемент регулирования коэффициента передачи по каналу прои водной сквозного тока подключен ко второму входу первого элемента вычит ния.

„„SU„„1042122 . А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) Н 02 Н 3 08, с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3234146/24-07 (22) 12.01.81 (46) 15.09.83. Бюл.934 (72) Н М. Бойко (71) Всесоюзный научно-исследовательс кий проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (53)621.316.925(088.8) (56 ) 1. Федосеев A.È. Основы релейной защиты. М.-Л. ГЭИ, 1961, с.223

229,232.

2. Васинеж В.Н. Анализ и синтез отруктурных схем дифференциальной защиты сборных шин постоянного тока.:. Труды ВНИИР. Вып.2;Чебоксары, 1974, с.21-38. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ . .ЗАЩИТЫ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С TORO» . ,ОГРАНИЧИВАЮЩИМИ ABTOMATANH, содержащее датчики производной тока в каждом присоединении защищаемой сети, последовательно соединенные с преобразоВа° телями, поЯслюченными к сумматору, выход последнего функционально связан с одним входом элемента сравнения, к другому входу которого подключен орган задания параметра срабатывания, а выход элемента сравнения. через пороговый орган соединен с цепями отключения токоограничиваищих автоматов, о т л и ч а ю щ е е с я. тем, что, с целью повью. ения быстродействия, дополнительно введены выпря. мители, второй сумматор, элементы вычитания, элемент регулирования коэффициента передачи по каналу производной сквозного тока, при этом выход первого сумматора через выпрямитель соединен с первым входом элемента вычитания, выход которого подключен к элементу сравнения, выходы преобразователей через выпрямители по чис- лу присоединений подключены ко входам, g второго сумматора, выход которого сое динен с первым входом второго элемента вычитания, ко второму входу которого подключен выход первого выпрями теля, а выхЬд второго элемента вычитания через элемент регулирования Я коэффициента передачи по каналу прои водной сквозного тока подключен ко второму входу первого элемента вычнт ния.

1042122

Изобретение относится к релейной .защите и может быть использовано в сетях переменного тока автономных энергосистем.

Известны устройства селективной защиты участков сетей переменного 5 и постоянного токов, в основу которых положен дифференциальный принцип.

Основной их признак — абсолютная селективность — вытекает из принципа непрерывности энергетического тока l1))p

Недостатком известных устройств защиты, не позволяющим использовать. их в энергосистемах с токоограничивающими автоматами, является их низкое быстродействие, 15

По принципу действия известные устройства дифференциальной защиты

Ф можно разделить на следующие группы:. стройства, реагирующие на действуюцее значение токов в присоединениях. защищаемого участка," устройства, реагирующие на мгновенное значение этих токов; устройства„ реагирующие на мгновенное значение первой производной этих токов по времени. Первая группа устройств имеет собственное время срабатывания в диапазоне 0,02-

0,1 с, вторая группа устройств в диапазоне 0,002-0,02 с(в зависимос-, ти от типа реагирующего органа и от кратности тока короткого замыкания ,по отношению к уставке срабатывания), Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство дифференциальной защиты, реагирующее на мгновенное значение З5 первой производной тока, замыкающегося в пределах защищаемого участка.. . В данном устройстве датчики производ« ной тока, устанавливаемые в присоединениях защицаемого участка, через 4р входные преобразователи подключены к сумматору, выход которого связан с одним из входов элемента сравнения, к другому Входу которого подключен оРган задания параметра срабатывания,45 а выход элемента сравнения через пороговый орган соединен с цепями отключения токоограничивающих автоматов. Собственное время срабатывания данной защиты, при работе по прямому назначению в сети постоянного тока, . составляет несколько десятков микросекунд и обусловлено, главным образом, переходными процессами во входных це пях защиты. В принципе, подобная защита работоспособна и в сети перемен-э5 ного тока (2).

Однако быстродействие ее при этом намного ниже в силу того, что оно определяется уже переходными процессами в первичной сети, характеризую- 60 . щимися значительно большими постоянными времени и значительно более сложным характером, чем на постоян-: ном токе, в силу большего числа факторов, влияющих на их протекание.

Такое быстродействие совершенно неудовлетворительно для сетей с токо-. ограничивающими автоматическими выклю чателями.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для Селективной защиты сети переменного тока с токоограничивающими автоматами, содержацее датчйки производной тока в каждом присоединении защищенной сети, последовательно соединенные с преобразователями, подключенными к сумматору, выход последнего функционально связан с одним входом элемента сравнения, к другому входу которого подключен орган задания параметра: срабатывания а выход элемента сравнения

I через пороговый элемент соединен с цепями отключения токоограничивающих автоматов, дополнительно введены выпрямители, второй сумматор, элементы вычитания, элемент регулирования коэффициента передачи по каналу про1 изводной сквозного тока, при этом выход первого сумматора через выпрямитель соединен с первым входом эле- мента вычитания, выход которого под.- : ключен к элементу сравнения, выходы преобразователей через выпрямители по числу присоединений подключены ко входам второго сумматора, выход которого соединен с первым входом второго элемента вычитания, ко второму входу которого подключен выход первого выпрямителя, а выход второго элемента вычитания через элемент регулирования коэффициента передачи по каналу производной сквозного тока, подключен ко второму входу первого элемента вычитания.

На фиг.1 дана функциональная схе-, ма устройства для селективной защиты сети .переменного тока с токоограничивающими автоматами;.на фиг.2 график зависимости быстродействия защиты в зависимости от кратности входного сигнала. устрбйство (фиг.1) содержит датчики 1-3. производной тока в каждом присоединении. сети, преобразователи

4-6, сумма ори 7 и 8, выпрямители

9 и 10, элементы .вычитании 11 и 12,орган задания параметра срабатывания 13, элемент сравнения 14; порого вый элемент 15, элемент регулирования коэффициента передачи но каналу производной сквозного тока 16.

Входы блока выпрямителей 10 подключают в параплель со входами сумматора 7 ко входным преобразователям 4-6, а его выходы - к сумматору 9

При включении устройства защиты в фаботу на выходе сумматора 8 возникает электрический сигнал Вэ, пропорциональный по амплитуде суэце модулей

1042122

4 первых производных токов во всех ., Оптимальное значение коэффициента присоединениях защищаемого участка . P опРеделяется режимами работы защищаемого участка сети. В режиме npecI1 дельных сквозных токов через защищаег

Ь 3 (g) ., ьий участок первое .слагаемое выраже-н=1 1 . 5,ние (3 ) равно нулю лишь при отсутст- . вии погрешностей у датчиков и входГеометрической интерпретацией п ипри- ных преобразователей. у реальных веденного выражения является проекция .устройств, всегда имеются погрешности многоугольника, составленного векторами производных полного тока за относительно номинального коэффициеного тока saWmae 10 та передачи, обозначаемые +аКкоторые мого участка сети, на произвольную мы которые ьную лдриводят к появлению погрешности выполнения операции формирования временную ось. В общем случае, прн од- н

НОВРЕМЕННОМ НаЛИЧИИ На ЗаЩИЩаЕМОМ - :конт Оли .участке тока внутреннего за к ния .контролируемого параметрау т.е. к появлению сигнала небаланса на выходе )5 блока 11 при протекании через защищае и сквозного тока, многоугольник замыкается вектором производной тока внутреннего короткого замыкания. мый участок больших сквозных токов.

Если сквозной ток протекает через

Чтобы определить проекцию сквозного Г и (г+1) -Ый датчики, имеющие макси скв мальные значения погрешности разного тока бс„В 1на тУ же вРеменнУю 0 знака,. то сигнал небаланса Равен ось, нужно из проекции многоугольника производных полного тока вычесть:: нв 1" 1+1 (1 г пЮ11) д пюк д проекцию производной тока внутреннего . cI a.

1 д (4) короткого замыкания -(,K K -dK I â „cKKs

: 25 . (г 1г 111сн1! dt 1пс х cIt

ВтоРое слагаемое еерееееее (3) кв1 с3 / г1 си сИ -. позволяет в рассматриваемом режиме

Ю уменьшить значение третьего слагаемо

Сигнал, пропорциональный первой "jp ro, при условии, что выражение (3/в производной сквозного тока, формирует- целом будет отрйцательным или ь ым или рався при включении устройства защиты ; ным нулю, и ложного срабатывания зав.работу на выходе элемента вычита-. - щиты не произойдет. Его уровень . ния Х2. Для этого сигнал с выхода .: определяется коэффициентом р, мини-. сумматора 8 подают на первый вход 35 мально допустимое значение которого элемента вычитания 12, а на его вто- по условию отсутствия ложного срарой вход подают выпрямленный выпря- батывания защиты можно определить мителем 9 сигнал с выхода сумматора: . :из (3 ) с учетом (4 )

7. Сигнал 9 „в, пропорциональный первой производной сквозного тока . . I (31 /( через защищаемый участок, исполь- .:.40 2 K c1xk — / — K K 1 скв 1 !ен кэ dt /юс1х 1 a l «у ср аует Ллл умееьиееея уроенл сегеала геЪг у ; (у небалланса S < на входе порогового и сне,у органа путем вычитания первого сигна,.:. ла из второго.. -В режиме дугового замыкания на

Сигнал небаланса возникает на вы-:45 защищаемом участке с большим оста ходе сумматора 7 (и, соответственно: У . точным напряжением одновременно с выпрямителя 9) при протекании через:,:: током внутреннего замыкания через защищаемый участок сквозного тока .::,этот участок может протекать и .с возно ток ток отсоса в .нагрузбольшой кратности. Вычитание выпол" -, . !схвозной ток т к тс няет элемент вычитания 11; к прямому . 50 ку — превышающий ток внутреннего замывходу которого подключен выхо выпрямителя 9, а к инвертирующе дключен выход вы- . кания. При этом в выражении (3 ) в навыход элемента, регулирующего коэфР Рующему " личин все три слагаемые, но э.ащита фициент передачи срабатывает только в случае, когда ной сквозного тока 16 ициент передачи по каналу производ- первое слагаемое превышает по абсоно сквозного тока 16, вход которого.:55 лютной величине су1в у двух д гих. подключен к выходу элемента вычитауьму двух других. .ния 12 П ри включении устройства за- . ф иент оп е е

Это условие выполняется, если коэфщиты в Работу на выходе элемента вы "ц "7 пр д ЛЯе и д"" Рассма РИ

ВаемогО Режима из (3 )1 не превышает не; которого максимального значения

С11г /С11 CI1

В =Я.К к - S gx вн ( И . 1 Г г g4. ске,у,у t1, . 1

1- r cIt ï где 3 - коэфФициент передачи по кана лу сквозного тока. 65 енкз)

Д1 /cp скв К ю сов — — л

1042122

Таким образом, выражения (5 ) и (6 ) определяют диапазон допустимых по условиям нормальной работы защиты значений коэффициента передачи по каналу сквозного тока пап ) I max

Пороговый орган устройства защиты, состоящий из блоков 13-15., работает аналогично соответствующему органу прототипа. Поэтому полный аморитм работы устройства селективной защиты на токоограничивающих автоматах мбжно представить в виде

15 гдето „- команда на отключение; ° ъ - уровень сигнала на,отключео ние; г — текущий номер; количество присоединений защищаемого участка

K> — коэффициент преобразования -ro датчика, - полный ток в г-той ветви Зр

Ф защищаемого участка

К вЂ” коэффициент преобразования

r .-.того входного преобразова теля; ,Щ -(заданное значение параметра

"л «1, д ) р срабатывания защиты (порог срабатывания ).

Датчики производной тока вырабатывают сигнал, характеризующий скорость изменения токов, протекающих по присоединениям защищаеиого участка, т.е. сигнал об их первых производных по времени

3%К„ к

"=w3 (cos wt+aL-Ì 1- — exp — — )

dt r m к т„, -т —.„ (9) где r — - текущий номер (присоединения. защищаемого участка, датчика, входного преобразователя );

З„з„- начальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания, T постоянная времени первичной сети, определяемая в точке короткого затлыкания.

Собственное время срабатывания защиты определяют путем подстановки в. (8 ) значений производных тока-.(9) и разрешения полученного уравнения 60 относительно времени. Решение,-полученное для этих значений постоянной времени и разности углов о(-. 4к (наихудших начальных условий ), представ. лено граФически на фиг.2. По оси аб 5 сцисс графика отложены относительные значения производной тока внутреннего короткого замыкания в логарифмическом масштабе (за базу принимается заданное значение параметра срабатывания ),по оси 4 ординат обозначено время.

Выбор -оптимального значения коэф-, фициента передачи по каналу производной сквозного тока по условиям (5 1-(7 1 позволяет обеспечить заданное значение параметра срабатывания не более 0,5. При кратности входногс сигнала относительно номинального значения порядка 10 (такой же, как для прототипа ), собственное время срабатывания защиты 1с получается в соответствии с графиком (фиг.2J равным 0,125 мс, т.е. уменьшается по сравнению с прототипом более, че л на порядок. Такое быстродействие позволяет обеспечить выполнение селен тивной защиты участков сети переменного тока на базе токоограничивающих автоматических выключателей.

Конкретная схемная реализация устройства селективной защиты на тонкоограничивающих автоматах так же, как и его структура, определяется целью изобретения и сводится к обеспечению минимального запаздывания при прохождении электрических сигналов по цепям устройства. С этой целью в качестве датчиков производной тока используют. воздушные трансформаторы тока, либо трансфакторные датчики на карбонильном железе. Входные преобразователи в последнем случае выполняют на базе обычных резистивных делителей, согласованных с волновым сопротивлением линий связи

Сумматоры и выпрямители логического блока устройства защиты, показанные на фиг.1 в наиболее общем виде, выполнены по .известным схемам .на базе операционнвх усилителей (в последнем варианте устройств. использованы усилители типа К140УД8А).

Выпрямители выполняются на операционных усилителях с целью уменьшения прямого паденыя .напряжения на этих о элементах, т.е. уменьшения ацитивной погрешности измерения (особенно при малых крайностях токов в присоедине ниях защищаемого участка ).

Пороговый элемент устройства эащи. ты, состоящий из блоков 13-15 выполйен на базе одного компаратора.

В энергетике и в релейной защите задача ускорения, ликвидации аварий. ных режимов работы энергосистемы и их последствий всегда была и остается весьма актуальной. Ускорение отключения коротких замыканий в системе уменьшает степень повреждаемости основного оборудования, снижает опас. ность возникновения пожара, умень1042122

ООИ д00

00D

Составитель В. Зимаков

Редактор Т. ПарФенова ТехредЖ.Кастелевич Корректор В. Бутяга

Эаказ 7142/54 . Тираж 617 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал IIIIII "Патент", r. Ужгород, ул. ПрОектная, 4 шает недоотпуск энергии потребителям, повьааает ее качество, повыаает устойчйвость параллельной работы ма; шин в системе .

Ликвидация аварийных режимов с по мощью коммутационных аппаратов, обес-. .печивающих ограничение ударного тока, короткого заьыкания,сулит еще более ощутимые преимущества, так как помимо того, что при этом обеспечивается

;минимально возможное.время отключения, о практически исключающее термическое воздействие тока короткого замыкания . на оборудование, значительно уменьшается и его динамическое действие, вызывающее самые серьезные повреждения. 15

На базе перечисленных аппаратов выполняются неселективные и ограничен", на:селективные системы защиты простей. ших участков сети. Например, имеются схемные решения, предусматривающие ® использование подобных аппаратов в качестве шиносоединительиых выключателей, которые при возникновении аварийного режима расчленяют энергосистему на отдельные участки, снижая,. тем самым, подпитку точки короткого замыкания и облегчая отключение.

Некоторые схемные решения предус- . матривают защиту с помощью токоограничивающих автоматов радиальных участ. ков распределительной сети, отключение которых при возникновении замыкания происходит так же неселективно, а затем логическое .устройство производит каскадное ЛПВ неповрежденных участков. Все решения, подобные описанным, являются полумерами, связанными к тому же со значительными послеаварийными нарушениями режима работы энергосистемы.

Предлагаемоеустройство селективной защиты .на токоограничивающих автоматах -обеспечивает создание защиты, облаобладающей абсолютной селективностью.. и пригодной для любых участков электрической сети.