Устройство для быстродействующей токовой защиты электроустановки переменного тока

 

Использование: устройство предназначено для релейной защиты электроустановок переменного тока (трансформаторов, автотрансформаторов, воздушных линий и т.д.). Сущность изобретения: отстройка от насыщений трансформаторов тока и апериодических составляющих, увеличение быстродействия. Цель достигается введением в схему фазоповоротных звеньев, инвертора и сумматоров. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для релейной защиты генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов, воздушных линий и других элементов энергосистем. Наиболее целесообразно применение устройства для опережающего деления сети при недостаточной отключающей способности выключателей отходящих присоединений, где требуется повышение быстродействия.

Известно устройство для токовой защиты электроустановок [1].

Его недостатком является недостаточное быстродействие. Это обусловлено необходимостью отстройки от апериодических составляющих в токе. Этот недостаток устранен в устройстве [2], в котором отстройка от апериодических составляющих осуществляется за счет применения звена реального дифференцирования (трансреактора), а отстройка от режима насыщения ТТ обеспечивается за счет применения трансреактора специальной конструкции, вторичные обмотки которого зашунтированы диодами. Недостатками данного устройства является слабая отстроенность от режима включения нагрузки (с малыми постоянными времени первичной сети), а также потеря информации тока по крайней мере в течение четверти полупериода (на нисходящей ветви синусоида) из-за шунтирования обмотки трансформатора диодами. Это ограничивает область применения этого устройства, например, делительными защитами сети при недостаточной отключающей способности выключения, когда возможно формирование кратковременного сигнала отключения с помощью специального выходного органа (тиристора).

Цель изобретения - повышение устойчивости функционирования в переходных режимах и при насыщении трансформаторов тока, повышение быстродействия и упрощение.

На фиг.1 показана схема устройства, состоящего из преобразователя 1 тока, первого 2 и второго 3 фазоповоротных звеньев, инвертора 4, первого и второго сумматоров 5, 6, порогового элемента 7, выходного органа 8.

На фиг.2-5 приведены временные диаграммы выделения сигналов сумматорами 5 и 6 из контролируемого сигнала преобразователя тока.

В исходном состоянии (при отсутствии тока) на выходах всех элементов сигналы равны нулю.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме (при отсутствии насыщения измерительных трансформаторов тока) на выходах датчика 1 тока, фазоповоротных звеньев 2, 3 и инвертора 4 имеются синусоидальные сигналы. Выходной сигнал сумматора 5 равен нулю, так как U₂ = U₃ = U₄, ^ = 60^о, ^ ± 60^о, ^ = 180^о, т.е. образуют симметричную трехфазную систему векторов , , , с равными модулями и угловым сдвигом, равным 120^о. Таким образом, выходной сигнал сумматора 6, определяемый в общем случае U₆ = U₁ + U₅, в данном случае равен U₆ = U₁. Если в дaнном случае выполняется условие I > I_уст, т. е. U₆ > U, где U- уровень срабатывания порогового элемента 7, то последний срабатывает и на его выходе появляется сигнал высокого уровня, что в конечном итоге приводит к формированию выходного сигнала элементом 8.

При наличии в токе кроме периодической составляющей и апериодической составляющей (фиг.2, 3) работа устройства отличается от предыдущего случая. В данном случае ток может быть представлен в виде i=I_m·sin(ωt+α)-I_m·sinα·e , где I_m - амплитуда тока; ω - угловая частота сети; α - угол замыкания; Т_а - постоянная времени первичной сети.

Для данного случая α = 90^о и Т_а = 0,1 с. Выходной сигнал первого сумматора 5 не равен нулю, так как в отличие от периодического сигнала апериодический сигнал преобразуется фазоповоротными звеньями различно. В частном случае схемно фазоповоротные звенья 2 и 3 могут быть реализованы на основе инерционно-дифференцирующего и инерционного звеньев. Сформированный сигнал U₅ суммируется с сигналом U₁, пропорциональным току i, что значительно уменьшает содержание апериодической составляющей в сигнале U₆, подаваемом на вход порогового элемента 7. На том же графике показана периодическая составляющая U₁, что позволяет сопоставить выделенный сигнал U₆ с ней. Превышение максимального значения сигнала по отношению к амплитуде периодической составляющей U₆составляет 15% , в то время когда превышение максимального значения по отношению U₁ составляет 86%. Если при выборе уставки по току в предлагаемом устройстве коэффициент отстройки К_отс = 1,15, то при выполнении устройства, реагирующего на полный сигналU₁, он бы составлял К_отс = 1,86. Таким образом, удалось снизить коэффициент отстройки в 1,61 раза.

На фиг. 3 показаны временные диаграммы работы устройства при наличии в токе периодической, апериодических составляющих и насыщении ТТ ( α = 30^о, Т_а = 0,1 с, ε≈ 0,4 - полная погрешность ТТ). В этом случае максимальное значение сигнала второго сумматора 6 U₆ в первом полупериоде меньше, чем амплитудное значение U_n1m. На уровне амплитудного значения U_n1m сигнал U₆ достигает в третьем периоде. При выполнении порогового элемента 7, реагирующего как на мгновенное значение (амплитудное), так и на среднее значение сигнала U₆, можно достичь срабатывания не более, чем в первом периоде. Это обусловлено тем, что среднее значение отрицательной полуволны равно среднему значению той же отрицательной полуволны U_n1. Максимальное значение U₆ в первом полупериоде составляет 88% амплитудного значения U_n1m, т.е. при насыщении ТТ входной ток должен превышать ток уставки в 1,1-1,15 раза, чтобы устройство сработало.

Таким образом, устройство практически отстроено от влияния апериодических составляющих и режимов насыщения ТТ, что позволяет его применять в быстродействующей токовой защите электроустановок, например, для делительной защиты подстанций при недостаточной отключающей способности выключателей или в дуговой защите комплектных распредустройств при использовании его в качестве пускового органа, а также первых ступеней максимально-токовых защит.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее преобразователь тока, пороговый элемент и выходной орган, отличающееся тем, что дополнительно введены два сумматора, два фазоповоротных звена и инвертор, при этом к выходу преобразователя тока подключены первый вход первого сумматора, входы двух фазоповоротных звена и инвертора, выходы последних подключены к соответствующим входам второго сумматора, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход которого через пороговый элемент подключен к входу выходного органа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5