Устройство для контроля токовых цепей дифференциальных защит

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите. Цель изобретения - повышение селективности и упрощение устройства. Неисправности токовых цепей в дифференциальных защитах с током срабатывания меньше номинального вызывают их излишнее срабатывание. Указанная цель достигается тем, что сумматор 3 вырабатывает напряжение, пропорциональное сумме модулей дифференциальных токов всех фаз минус сумма модулей токов всех плеч защиты трех фаз. Выходное напряжение сумматора 3 в нагрузочном режиме содержит незначительную переменную составляющую. Появление значительной переменной составляющей является признаком неисправности токовых цепей, на которую реагирует блок выявления неисправности 4 и с помощью реагирующего органа 8 блокирует защиту. При этом блок индикации 7 фиксирует, в какой фазе произошла неисправность. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

ССНЗЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕО.}УЬЛИН (19} (11) (5i)«H 02 н 3/28

3Ж6ЮЗц g

AATEHT "Ë Е.;,"."», ;, };;} }, ьхьл;.}(, .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗО}-РЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

flPH ГННТ СССР (2 } ) 4274} 5 } /24-07 (22) 0},07.87 (46) ii5,04.89, };».-I. 1; }4 (7 } ) Новосибирский электротехнический институт (72) Л. В. Б "ãèíñêèé, В, А, Давыдов и В. П. Пленка (53) 62 } . 3 } 6. 925 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У }089685, кл. Н 02 Н 3j28, }984. (54) УСТРСЙСТВО ДЛЯ КОМРОЛЯ ТСК0}.,:. : Р."

ЦЕПЕИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ (57) Изобретение относится к элект= ротехнике,, а именно к релейной за.щите. Цель изобретения — ловьппение селективности и упрощение устройства. Неисправности токовых цепей и дифференциальных защитах с током срабатывания меньше номинального и:.«зыва»т их изльжне:.—.; срабаты=:=; :«е. указанная пель достигается:.., чт: сумматор 3 вырабатывает напряжение, нрапарциональнае сумме к.. дулей дифференциальных таков всех фаз минус сумма модулей таков всех плеч защиты трех фаз. Выходное напряжение сумматора 3 в нагруэочнам режиме содер" яплт незначительную переменную составляющую. Лоявлекне значительной пере= менной составляющей являе. "я призна-. кам неисправности токовых цепей, на которую реагирует блок 4 выявления неисправности, н с помощью р агирующего органа 8 блокирует защиту.

При этом блок 7 индикации фиксирует, в какой фазе произошла неисправность.

} з.п. ф-лы, 4 ил.

14 72994

Изобретение относится к релейной защите и может быть использовано для контроля токовых цепей дифференциальных з ащит генераторов, сборных шин, 5 многообмоточных трансформаторов и их ошнновок с током срабатывания от

0,2 номинального и выше.

Цель изобретения — повышение селективности действия и упрощение уст-10 ройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для контроля токовых цепей защиты; на фиг. 2 - осциллограмма напряжения на выходе сумматора в 15 нормальном режиме; на фиг. 3 — осциллограмма при обрыве одного из плеч защиты, при закорачивании одного из трансформаторов тока (ТТ) и нарушении полярности двух ТТ; на фиг.4 — 20 векторная диаграмма токов нагрузки и осциллограмма напряжения на выходе сумматора при пну тр е ннем однофаз ном коротком замыкании (КЗ) в режиме

АПВ шин. 25

Устройство (фиг. 1) содержит первый и второй блоки 1 и 2 входных сигналов, сумматор 3, блбк 4 выявления неисправности, блок 5 запрета, возврата 6аох 7 индикаци реагирующий орган 8, пороговый орган 9 и блок 1О самоблокиронания.

Блок 4 выполнен в виде компаратора 11, транзистора 12, двух RC-цепей

13 и 14 сопротивления, конденсаторов 35

15 и 16, диодов 17-22, резисторов 23 и 24 и конденсатора 25.

Блок 10 выполнен в виде компаратора 26, транзистора 27, диодов 2830 и резисторов 31-36. 40

Устройство работает следувшим образом.

Сумматор 3 осуществляет сложение выпрямленных сигналов, пропорциональных сумме модулей токов трех фаз всех45 плеч защиты и сумме модулей дифференциальных токов всех фаз. Сигналы первой сужы имеют отрицательную полярность, а второй сумин - положительную полярность. Напряжение выход- 50 ного сигнала сумматора 3 (Vsse ) при использовании устройства в защитах генераторов, сборных шин и ошиновок получается пропорциональнь|м алгебраической разности поступавших на его 55 выход сигналов

u -K/X Yli,i- > 1i l, ц Ьс 1= а,Ъ,с где i — мгновенное значение тока

1-го плеча защиты; мгнове нное значение диффе9 ренциапьного тока;

К вЂ” коэффициент пропорциональностии

n — число плеч защиты, а, Ь, с — наименование фаз.

В нормальном режиме работы установки при отсутствии неисправности токовых цепей дифференциальный ток и", àKòè÷åñêè отсутствует. Мгновенное значение выходного сигнала сумматора

3 определяется по выражению

v„,„K Х 11.; .

При отсутствии неисправностей токовых цепей защиты трансформатора или автотрансформатора величина дифференциального тока определяется относительным изменением коэффициента трансформации под нагрузкой BV» и суммой погрешностей трансформаторов тока и средств согласования токов плеч с входами реле . У учетом по-. следнего и ê ((1+я,c)p 11;}-, 1 . с Ъ,с

Осциллограмма изменения этого сигнала подобна кривой выпрямленного трехфазного тока или напряжения и имеет незначительную переменную составляющую (фиг. 2), так как последняя уменьшается под влиянием нычитаемого 2 i i при совпадающих по фаа,Ь,с зе токах плеч. При их несовпадении компенсирующее влияние вычитаемого слабее, но уменьшаются и сами пульсации вследствие увеличения их частоты.

Отношение мгновенных максималь-, ных значений выходного напряжения сумматора 3 к минимальным не превышает 1,15. Малую величину переменной составлявшей этого напряжения можно принять за признак отсутствия неис-. правностей токоных цепей защиты. Неисправность любого вида приводит к резкому увеличению переменной составляющей выходного напряжения .сумматора 3.

Так, обрыв фазы А цепи циркуляции тока нызынает протекание дифференциального тока в этой же фазе, равного по величине несбалансированному току поврежденной фазы других з 14729 плеч защиты. ". огда при n=21i„(= liagl, а напряжение на выходе сумматора 3 равно " с Ь с 3

)= 1

Причем переменная составляющая этого напряжения возрастает и отношение мгновенных максимальных и ми- «0 нимальяых значений его равно 2 (фиг. 3) . Увеличение этого отношения в нормальном режиме является признаком яеисправяости токовых цепей защиты. Аналогичная картина наблюдается 15 при других видах неисправности. При включении установки на короткое замыкание с- током повреждения меньше тока срабатывания блока !О самоблокирования, а также при бросках тока намагничивания трансформатора яи автотрансформатора напряжение Вы„

ы < равно нулю, если нет неисправности токовых цепей, так как

2 Ф

l i 1. иаэс J.: Ф

Этим исключается срабатывание предлагаемого устройства при опробовании установки. 30

В случае виткового заж кания в обмотке работающего трансформатора или автотрансформатора с малой кратностью тока повреждения ток поврежденной фазы, например А плеча защиты, можно представить в виде двух . Ъ ° I составпянхцих i +i„,, где i„- ох нагрузки поврежденной фазы А; ток виткового заьнкания.

Поскольку 1i>.l- =li !1, выражение щ дпя напряжения U»z, при совпадакццих по фазе токах ;и i „. примет следу° I ° Ъ кицнй вид:

При их несовпадении осциллограмма напряжения U >с,„имеет практичес " с ки такой же вид, как и при регулировании коэффициента трансформации трансформатора (автотрансформатор a)Поэтому при витковых замыканиях на выходе сумматора имеют место такие же по форме сигналы, что и в нормальном режиме.

С выхода сумматора 3 напряжение

U поступает на блок 4 выявления ф 111 у неисправности, который предназначен

94 дпя измерения переменной составляющей выходного напряжения сумматора.

На инвертируняций вход компаратора !! блока 4 сигнап поступает через первую

RC-цепь, которая имеет большую постоянную з аряда конденсатора (порядка

80 мс). Постоянная разряда этого конденсатора мала (1-2 мс). На неинвертирующий вход компаратора 11 сигнал с выхода сумматора 3 поступает через вторую RC-цепь, которая имеет малую постоянную з аряда кондеяс -.тора (12 мс). Постоянная разряда этого кондеяс ато i а слре ., е." : ч "= I rÿ х.ь v о Г ar H.|ì входным соBp

11 и составляет 25 мс. Настройка блока измерения выполняется таким образом, чтобы в нормальном режиме работы установки при отсутствии неиспра:-:.— ности токовых цепей защиты напряжение на неинвертирующем входе компаратора 11 было на 15-207 меньше мгн;--венного значения напряжения на инвертирующем входе. При таком соотноше пи указанных напряжений компаратор !1 не срабатывает, а ceo отрицательный сигнал на выходе запирается диодом.

Кроме того, с выхода блока 5 запрета подается положительное напряжение, превьнпающее напряжение r выхода сумматора 3, на инвертирующий вход компаратора 11, что предотврашает срабатывание устройства при резких колебаниях нагрузки установки. При неисправности токовых цепей защиты срабатывает пороговый орган 9 и блок 5 запрета снимает запрет на дей" ствие блока 4. В выходном сигнале сумматора 3 возрастает переменная составляющая. В течение первых 3-4 мс после появления неисправности мгновенные значения входных сигналов компаватора !I уменьшаются, причем в большей степени на инвертирующем входе за счет малой постоянной времени разряда конденсатора его RCцепи. В момент пересечения кривых этих сигналов, который наступает не более, чем через 1,5-2 мс после появления неисправности, .срабатывает компаратор 1. Его выходной сигнал поступает на реагирующий орган 8, блок 7 индикации и базу транзистора

l2. Реагирующий орган 8 блокирует защиту, исключая ее срабатывание„ь подает сигнал о неисправности. Блок

7 индикации определяет неисправную фазу. транзистор 12 открывается и

147 ставит компаратор 11 на самоудержание в сработанном состоянии путем снижения потенциала инвертирующего входа до нуля.

После устр анеиия неиспр авно сти токовых цепей пороговый орган 9 возвращается в исходное состояние. При этом на выходе блока 6 возврата (при чажатии на кнопку) имеет место нулевой потенциал. Транзистор 12 закрывается и, дешунтируя инвертируищк вход компар атор а 11, воз вращает его в исходное положение. Также .Оэвращаются в исходное состояние

:Блок 7 индикации и реагирующий орган 8. Последний снимает сигнап запрета на действие защиты.

При витковых замыканиях в обмэтках трансформатора или автотрансформа; ра может сработать пороговый орган при этом блок запрета снимает запрет на действие блока 4, Однако, как показано вьше) переменная составляющая на выходе сумматора 3 ос =.ется практически без изменения, поэтому соотношение входных сигналов компаратора 11 не отличается от нормального режима и устройство не сработает а

Основное назначение блока 10 са;.мобпокирования - ограничить диапазон токов„- при которых предлагаемое устройство функционирует, величиной длительных нагрузочных токов. Это обеспечивает нревосходство устройства перед контролируемой защитой по чувствительности и быстродействию, так как при выборе его параметров срабатывания не надо учитывать переходные процессы в первичной цепи и ТТ.

На вход компаратора 26 блока 10 самоблокирования поступают через максиселектор сигналы от дифференциальных цепей scex фаз защиты, что обеспечивает работу блока при токах, превьпыающих его ток срабатывания, при внутренних КЗ, Компаратор 26 срабатывает, если кратность тока повреждения превышает заданньй уровень. Положительный сигнал с выхода компаратора 26 поступает на базу транзистора 27. Последний открывается. и, шунтируя неинвертирующий вход компаратор а 1 1 у выводи 1 из действия блок

2. Кро-: . того, положительный сигнал. с выхода компаратора 26 через диод поступает иа инвертирующий вход компаратора 11, дополнительно блокируя

Фор мул а изобретения

1. Устройство для контроля токовых цепей дифференциальных з ащит, содержащее два блока входных сигналов, 4О входы первого предназначены для подключения к входным токовым цепям контролируемой защиты, входы второго предназначены для подключения в дифференциальную цепь защиты, выходы

46 первого блока входных сигналов подключены к входам сумматора, выходы второго блока входных сигналов подкпючеиы к входам сумматора, входам блока саьюблокирования и входам поро5О гового органа, выходы последнего подключены к входам блока запрета и блока возврата, блок выявления неисправности, первый вход которого подключен к выходу сумматора, второй вход — к

5я ииходу блока запрета, третий и четвертый входы соединены с первым и вторым выходами блока самоблокирования соответственно, выход блока выявления неисправности соединен с вхо2994 6 блок 4. Это позволяет обеспечить пра. випьную работу устройства при переходе внешнего КЗ во внутреннее.

При внутренних несимметричных КЗ

5 любого вида в режиме АПВ сборных шин, если ток КЗ меньше тока срабатывания, возможна неселективная работа устрой ст ва контроля токо вых цепей.

Дей ствительно, на выходе сумматор а

3 при этом появляется переменный сигнал, обусловленный токами нагрузки (Фиг. 4), что является признаком неисправности. Кроме того, срабатывает пороговый орган 9, так как короткое замыкание является внутренним, и блок

5 запрета снимает положительный (блокирующий) сигнал с инвертирующего входа компаратора 11. Чтобы ис2п ключить неселективную работу устройства в указанном режи>-.е, на инвертирующий вхсд компаратора 11 подается положительный сигнал (+15 В) от устройства АПВ на время, достаточное

26 для работы защиты.

Таким образом, устройство для контроля токовых цепей дифференциальной защиты исключает ложные срабатывания защиты практически при любых недб исправностях токовых цепей, но не препятствует ее срабатыванию при внутренних КЗ, т. е. обладает высокой селективностью действия.

1472994 в фиг 2 Azx дом реагирующего органа, выход которого является выходом устройства, отличающееся тЕм,что, с целью повыщения селективности

5 действия и упрощения устройства, четвертый вход блока выявления неисправности предназначен для подключения к выходу блока AiIB блок выявления неисправности выполнен в виде комплр атор а и транзистор а, причем инвертирующий вход компаратора является четвертым входом блока выявления неисправности, а неинвертирукиций вход компаратора - третьим входом, третьи и четвертые входы блока выявления неисправности через первую и вторую RC-цепь подсоединены к первому входу блока выявления неисправности, выход компаратора является 20 выходом блока выявления неисправности и соединен через последовательно соединенные первый диод и резистор с базой транзистора, которая подключена к выходу блока возврата, эмиттер транзистора подключен к клемме дпя соединения с "землей", а коллек" тор через второй диод — с инвертирующим входом компаратора и является вторым входом блока выявления неисправно сти.

2. Устройство по и. 1, о г л ич ающе е с н тем, что, с целью ускорения ликвидации повреждения, дополнительно введен блок индикации, входы которого подключены к выходам порогового органа, а выход — к входу реагирующего органа, 1472994

Составитель С,Бочков

Техред Л.Сердюкова

Редактор И.Петрова

Корректор Н. Гунько

Заказ 1720/52 Тираж 605 Подписное

3ЩЯ& Государственного комитета по иэобретенини и открытияи при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущскан иаб., д. 4/5

Проивводственно-издательский коибинат "Патент", Г. Ужгород, ул. Гагарина, 101