Устройство для дифференциальной защиты электроустановки

 

Сущность изобретения: на вход функциональной приставки подается дифференциальный сигнал U_д . С помощью фильтра высоких частот выделяется сигнал, пропорциональный уровню высших гармоник G. После преобразования сигнал G сравнивается с U_д с помощью порогового элемента. Положительный сигнал на выходе порогового элемента (являющегося и выходом ФП) появляется при К3 вне защищаемой зоны. Этим положительным сигналом открывается ключевой элемент (КЭ) и шунтируется реле тока. Тем самым обеспечивается загрубление защиты и надежная отстроенность при внешних К3. В режиме внутреннего К3 соотношение между U_д и преобразованным сигналом G иное и управляющий сигнал на выходе ФП отрицателен, КЭ разомкнут и защита работает со сниженной уставкой, что обеспечивает повышенную чувствительность, так как уставка в этом случае выбирается по условию отстройки от тока небаланса нормального режима, а неаварийного. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите электрических систем, и может быть использовано для дифференциальной защиты трансформаторов и другого электрооборудования.

Известно устройство для дифференциальной защиты с реле, использующим быстронасыщающийся трансформатор тока, и содержащее полупроводниковый блок, подключаемый к реле. Его недостатком является невысокая чувствительность, так как не обеспечивается снижение тока срабатывания по условию отстройки от броска тока намагничивания и синусоидальных токов небаланса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для дифференциальной защиты, выбранное в качестве прототипа, содержащее трехстержневой насыщающийся трансформатор тока с рабочими и вторичными обмотками, присоединенными к регулируемому резистору и к реагирующему органу, к которому через полупроводниковый ключ, расширитель импульсов подключен блок сравнения, на второй вход которого через последовательно соединенные фильтр, выпрямительный мост и расщепитель импульсов подключена вторичная обмотка трансформатора, а его первичная обмотка выполнена с отводами и присоединена к рабочим обмоткам трехстержневого насыщающегося трансформатора тока, на крайних стержнях которого размещена тормозная обмотка. Устройство предназначено для автоматического загрубления реле при бросках тока намагничивания защищаемого трансформатора и несинусоидальных токах небаланса. Однако загрубление имеет место и при внутренних коротких замыкания (КЗ), сопровождающихся насыщением сердечников трансформаторов тока (ТТ) и искажением формы их вторичных токов, что снижает чувствительность защиты. Кроме того, при слабом искажении формы дифференциального тока при внешнем КЗ и наличии синусоидальной составляющей тока небаланса возможен отказ загрубляющего устройства и ложное срабатывание защиты. Поэтому признано целесообразным использовать данное загрубляющее устройство только для отстройки реле от бросков тока намагничивания.

Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее реагирующий орган, регулируемый резистор, трехстержневой насыщающийся трансформатор тока, параллельно вторичной обмотке которого подключен ключевой элемент (КЭ), дополнительно введены формирователь дифференциального сигнала (ФДС) и функциональная приставка (ФП), выполненная в виде последовательно соединенных фильтра высоких частот, первого формирователя модуля и порогового элемента, второго формирователя модуля, причем вход последнего и вход фильтра высоких частот объединены и являются входом ФП, который подключен к выходу ФДС. Выход первого формирователя модуля подключен к пороговому входу порогового элемента, а выход второго формирователя модуля подключен к рабочему входу порогового элемента, выход которого является выходом ФП и подключен к управляющему входу КЭ.

Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа тем, что введены новые элементы, входящие в ФП, соединенные между собой особым образом: фильтр высоких частот, первый формирователь модуля и пороговый элемент, соединенные последовательно, а также второй формирователь модуля, входы фильтра высоких частот и второго формирователя модуля объединены и являются входом ФП, который подключен к выходу ФДС, причем выход первого формирователя модуля подключен к пороговому входу порогового элемента, а выход второго формирователя модуля соединен с рабочим входом порогового элемента; выход порогового элемента является выходом ФП и подключен к управляющему входу КЭ. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет признать данное техническое решение соответствующим критерию "новизна".

Благодаря введению новых неизвестных в технике блоков и элементов, находящихся в новой не известной ранее взаимосвязи друг с другом и с известными блоками и элементами получена возможность обеспечить загрубление реле только при внешних КЗ, снизить уставку срабатывания, тем самым повысив чувствительность и селективность. В современной технике не выявлено эквивалентное техническое решение, содержащее вышеперечисленные отличительные признаки в полной совокупности. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показана блок-схема устройства для дифференциальной защиты; на фиг. 2 показаны зависимости дифференциального сигнала и уровня высших гармоник в нем от полной погрешности ТТ.

Устройство (фиг. 1) содержит реле с быстронасыщающимся трансформатором тока (РНТ), ключевой элемент КЭ, формирователь дифференциального сигнала (ФДС), функциональную приставку ФП. Входы РНТ подключены к плечам защиты. РНТ содержит две уравнительные обмотки ω_1у и ω_2у, рабочую обмотку ω_р и вторичную обмотку ω₂, находящиеся на общем магнитопроводе и образующие быстронасыщающийся трансформатор тока, управляемые резисторы R_1y и R_2y и реле тока КА. Функциональная приставка ФП состоит из фильтра 1 высоких частот, формирователей 2 и 3 модуля и порогового элемента 4. Вход ФП соединен с источником дифференциального сигнала. Выход ФП подключен к управляющему входу ключевого элемента КЭ, состоящего из резисторов 5 и 6, диода 7, транзистора 8, диодного моста 9 и симистора 10. Симистор 10 включен последовательно с R_2y и параллельно реле тока КА, входящее в состав РНТ. В качестве РНТ может использоваться серийное реле РНТ-560 или ДЗТ-10. Формирователь дифференциального сигнала для ФП может быть построен по любому из известных способов, например с использованием трансреактора. КЭ состоит из широко известных распространенных элементов (резисторы, диоды, транзистор, симистор); ФП состоит из стандартных блоков, также широко известных и описанных в литературе.

Устройство работает следующим образом. Токи плеч защиты, протекая по обмоткам РНТ, образуют рабочий сигнал, действующий на срабатывание реле тока КА при превышении уставки последнего. В исходном состоянии цепь R_2y - симистор 10, шунтирующая КЭ, разомкнута (управляющий сигнал на входе ключевого элемента КЭ отрицателен). Работой КЭ и, соответственно, РНТ управляет функциональная приставка ФП. На ее вход подается дифференциальный сигнал U_д, который может быть получен по любому из известных способов. Выпрямленный формирователем модуля 3 U_д подается на рабочий вход порогового элемента 4. С помощью фильтра 1 высоких частот выделяется сигнал, пропорциональный уровню высших гармоник G. Затем этот сигнал выпрямляется и умножается на постоянный коэффициент (а) в формирователе модуля 2. Сигнал с выхода формирователя модуля 2 (аG, где а > 1) используется в качестве переменного порогового уровня порогового элемента 4 и сравнивается в нем с дифференциальным сигналом U_д. Положительный сигнал на выходе порогового элемента 4 (являющегося и выходом ФП) появляется при выполнении условия U_д < aG, что имеет место при КЗ вне защищаемой зоны, которое сопровождается насыщением ТТ. Этим положительным сигналом открывается ключевой элемент КЭ, замыкается цепь R_2y - симистор 10 и шунтируется реле тока КА. Тем самым осуществляется загрубление РНТ и обеспечивается надежная отстроенность при внешних КЗ. В режиме внутреннего КЗ U_д > aG управляющий сигнал отрицателен, КЭ разомкнут и РНТ работает со сниженной уставкой. Зависимости U_д и G (средневыпрямленные значения) от полной погрешности ТТ (ε) при внешнем и внутреннем КЗ представлены на фиг.2. Линии 1 и 2 иллюстрируют изменение дифференциального сигнала U_д (при внешнем и внутреннем КЗ соответственно). Зависимости уровня высших гармоник G(ε) при внешнем и внутреннем КЗ практически совпадают и на фиг.2 показаны одной линией 3. Линия 4 соответствует зависимости аG(ε) и используется как переменный пороговый уровень, так как расположена между линиями 1 и 2. При градуировке оси ординат фиг.2 за базис принято напряжение, соответствующее номинальному току защищаемого объекта. Цифры соответствуют кратности тока КЗ 10. При других крайностях взаимное расположение линий не меняется. Таким образом, появляется возможность идентифицировать место возникновения КЗ (внутри или вне защищаемой зоны) в широком диапазоне возможных погрешностей ТТ с точностью, достаточной для управления загрублением РНТ. При внутреннем КЗ загрубление нежелательно. Это соответствует области, расположенной выше порогового уровня (U_д > aG), РНТ работает с малой уставкой срабатывания, что обеспечивает повышенную чувствительность. При внешних КЗ - область ниже порогового уровня (U_д < <aG) - осуществляется автоматическое загрубление РНТ, что обеспечивает надежную отстроенность последнего в этом режиме. Такое выполнение устройства для дифференциальной защиты позволяет устранить противоречивость в обеспечении требований селективности и чувствительности, дает возможность существенно повысить чувствительность за счет уменьшения уставки срабатывания, так как она может выбираться по условию отстройки от тока небаланса при внешнем КЗ, рассчитанного при погрешности ТТ, меньшей 10%.

Как показали проведенные авторами теоретические и экспериментальные исследования, дополнительно введенные блоки, элементы и изменения позволяют не менее чем в 2 раза повысить чувствительность защиты и обеспечить ее селективность в более широком диапазоне погрешностей ТТ (до 80%) по сравнению с прототипом благодаря снижению уставки и избирательному загрублению. Повышение технических показателей защиты позволит уменьшить размеры повреждений защищаемого электрооборудования при КЗ, расширить по сравнению с прототипом область применения. Предлагаемое устройство реализуется на широко известных элементах и может найти применение в энергосистемах.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ, содержащее трехстержневой насыщающийся трансформатор тока с рабочими обмотками и вторичной обмоткой, параллельно последней подключены регулируемый резистор, реагирующий орган и ключевой элемент, формирователь дифференциального сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и селективности, дополнительно введена функциональная приставка, выполненная в виде последовательно соединенных фильтра высоких частот, первого формирователя модуля и порогового элемента, второго формирователя модуля, вход последнего и вход фильтра высоких частот объединены и являются входом функциональной приставки, который подключен к выходу формирователя дифференциального сигнала, выход первого формирователя модуля подключен к пороговому входу порогового элемента, выход второго формирователя модуля подключен к рабочему входу порогового элемента, выход которого является выходом функциональной приставки и подключен к управляющему входу ключевого элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2