устройство быстрого сравнения и торможения для дифференциальной защиты трансформатора

Формула изобретения

Устройство быстрого сравнения и торможения для дифференциальной защиты трансформатора, содержащее цепь сравнения, на клеммы которой через балластные сопротивления подаются выпрямленные двухполупериодные рабочий и тормозной токи, причем цепь сравнения выполнена в виде параллельно включенных последовательного резонансного контура двойной промышленной частоты и активного резистора, отличающееся тем, что параллельно им включена высокодобротная индуктивность, а параллельно активному резистору - высокоомное сопротивление, через которое напряжение с высокодобротной индуктивности поступает на инвертирующий вход операционного усилителя, совместно с конденсатором в обратной отрицательной связи создающего интегрирующее звено с выходной клеммой, при этом цепь сравнения зашунтирована конденсатором небольшой емкости.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты силовых трансформаторов, где необходимо быстро сравнивать рабочий и тормозной сигналы диффзащиты. Оно может быть использовано и в качестве быстродействующего устройства сравнения измеряемых величин в других защитах, например для реле направления мощности.

Технический результат достигается тем, что в цепь сравнения, выполненную в виде параллельно включенных последовательного резонансного контура и активного резистора и питающуюся от двухполупериодных выпрямителей источников сравниваемых рабочего и тормозного токов, параллельно включена высокодобротная катушка индуктивности, ток в которой создает э.д.с. самоиндукции, форсирующей процесс сравнения и торможения, а параллельно резистору включен интегрирующий усилитель, с выхода которого снимается результат сравнения токов и торможения.

Известны электромагнитные реле с торможением типа ДЗТ-11 и другие, в которых торможение дифференциальной защиты осуществляется током небаланса за счет насыщения промежуточного трансформатора. Результат торможения при сравнении рабочего и тормозного токов сильно зависит от угла между этими переменными токами /1/.

Лучшее торможение достигается при сравнении выпрямленных токов в аналоге /2/, представляющем серийное устройство защиты типа ЯРЭ 2201. Здесь выпрямленный тормозной ток, подаваемый в схему сравнения и торможения, подается на заряд конденсатора с медленным разрядом с постоянной времени более 30 мс. Такое медленное изменение сравниваемых величин характерно для всех известных устройств с накопительным усредняющим конденсатором, когда пульсации сравниваемых выпрямленных сигналов снижаются за счет затягивания формирования результирующего сигнала сравнения и торможения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство /3/, относящееся к реле направления мощности обратной последовательности и содержащее кроме логических и измерительных элементов схему сравнения в виде фазочувствительной схемы, на выходе которой через сглаживающие блоки и фильтры включены пороговые элементы. Устройство используется для высокочастотной фильтровой направленной защиты сетей 110-330 кВ, в которой с целью повышения чувствительности и быстродействия использованы сглаживающие блоки в цепи сравнения токов в виде последовательного индуктивно-емкостного фильтра 100 Гц, включенного параллельно активному сопротивлению. Причем последующие элементы подключены к цепи сравнения через сглаживающую инерционную активно-емкостную цепочку и дифференцирующую цепочку так, что один выход сравнения осуществляется от конденсатора инерционной цепочки, а другой - от резистора дифференцирующей. Подавление переменной составляющей 100 Гц в дифференциальной цепи сравнения оказывается вполне эффективным. Однако постоянная составляющая результата сравнения медленно нарастает и медленно спадает на конденсаторе фильтра, выполняющем для нее в этом случае роль того же накопительного конденсатора, что и в аналоге. Уменьшение разрядного сопротивления ограничено эффектом снижения участия индуктивно-емкостного фильтра в подавлении переменной составляющей. Дифференцирующая цепочка создает большие погрешности в передаче постоянной составляющей результата сравнения.

Указанные процессы затрудняют повышение быстродействия прототипа. На фиг.1. внизу показано напряжение на цепи сравнения, а вверху - напряжение на выходе инерционной цепи прототипа. Видно замедление.

Предлагаемое изобретение направленно на форсировку как процесса нарастания результата сравнения рабочего и тормозного сигналов, так и его спада. Для этого в цепь сравнения прототипа параллельно его элементам вводится индуктивность с высокой добротностью, на которой появляются всплески э.д.с., способствующие быстрому формированию фронтов выходного сигнала, а для сохранения постоянной составляющей выходного напряжения в установившемся режиме измерения инерционная активно-емкостная цепочка заменяется на интегрирующий электронный блок, выполненный, например, на операционном усилителе.

На фиг.2. показана схема предлагаемого устройства. Слева - рабочий двухполупериодный выпрямленный ток от источника тока от клеммы 1 и балластного сопротивления подается на цепь сравнения. Справа - тормозной двухполупериодный выпрямленный ток - от источника тока через клемму 2 и балластное сопротивление подается на эту же цепь сравнения. Основным элементом цепи сравнения является высокодобротная индуктивность 3, параллельно которой включен последовательный резонансный индуктивно-емкостный контур 4 и 5, настроенный на 100 Гц. Параллельно индуктивности 3 также включено активное гасительное сопротивление 6. Через высокоомное сопротивление 7 напряжение с индуктивности 3 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 8, который совместно с конденсатором 9 в обратной отрицательной связи создает интегрирующее звено с выходной клеммой 10. Сравниваемые токи собираются в точке заземления.

Параллельно цепи сравнения для сглаживания чрезмерно больших э.д.с. самоиндукции на индуктивности 3 включен небольшой конденсатор 11, показанный пунктиром. Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. От клемм 1 и 2 основная часть сравниваемых выпрямленных рабочего и тормозного токов замыкается по индуктивности 3, создавая на ней большую э.д.с. самоиндукции и показанную на осциллограмме фиг.3 внизу. Здесь же вверху показан быстрый нарастающий и спадающий фронты результата сравнения, созданные э.д.с. самоиндукции. Для наглядности процесс форсировки выполнен с некоторым преобладанием.

Реализация предлагаемого устройства не представляет трудностей. Катушка индуктивности 3 выполняется на миниатюрном ферритовом сердечнике с зазором, обеспечивающим линейность. Емкость 11 имеет величину не более 0,1 мкФ на напряжение до 160 В. Элементы интегратора миниатюрны.

Физические испытания предлагаемого устройства показали, что время переходного процесса при сравнении и торможении относительно прототипа уменьшаются в 2÷5 раз.

Литература

1. Дроздов А.Д., Платонов В.В. Реле дифференциальных защит элементов энергосистем. - М.: Энергия, 1968 г.

2. Дмитриенко A.M. Реле дифференциальной защиты высоковольтных электродвигателей и понижающий трансформаторов. Электрические станции, 1983 г., № 12.

3. Алимов Ю.Н. и Яриз Н.А. Реле направления мощности обратной последовательности. А.С. СССР № 376853, 1973 г.