Пристрій диференціального струмового фазного захисту шин

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности, к устройствам релейной защиты шин распределительных устройств электрических станций и подстанций. Прототипом данного изобретения является известное устройство дифференциальной токовой фазной защиты шин, промежуточных трансформаторов тока, включенных во вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока присоединений, дифференциальных контуров на циркуляцию токов, включающих вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока; реагирующего токового органа на выходе дифференциального контура; фазных контуров, собранных на вторичных обмотках трансформаторов тока с выпрямительными диодами; фазных органов на выходах фазных контуров, измеряющих, соответственно, длительность пауз между положительными и отрицательными полуволнами напряжений; схему, реализующую логическую операцию "И"; органа фиксации равенства пауз между положительными и отрицательными полуволнами напряжения на выходе фазных контуров; схему, реализующую логическую операцию "НЕТ"; и выходного реле для коммутации цепей отключения приводов выключателей присоединений защищаемых секций (систем) шин. К недостаткам устройства, иллюстрирующего рассматриваемый способ, следует отнести использование в фазных контурах защиты промежуточных трансреакторов тока (ПТР), которые являясь дифференцирующими звеньями, существенно искажают формы вторичных напряжений, являющихся функциями токов присоединений (см.: Защита шин электростанций и подстанций / С.Л. Кужеков, В.Я. Синельников. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - Рис.5.7 и 5.8 на с.124 126), что снижает эффективность фазного принципа защиты шин. Кроме этого необходимость применения органа фиксации равенства пауз между положительными и отрицательными полуволнами напряжений, являющихся первой производной соответствующи х вторичных токов в фазах присоединений, усложняет и снижает быстродействие защиты шин. Кроме этого, из-за усложнения схемы и конструкции защиты снижается ее аппаратурная и эксплуатационная надежность. В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство дифференциальной токовой фазной защиты шин, которое бы обеспечило надежное практически мгновенное отключение всех питающих присоединений к секциям (системам) шин высокого напряжения распределительных устройств станций и подстанций при КЗ на шинах в зоне действия и неотключения при любых КЗ (на присоединениях вне зоны действия, сопровождающихся большими погрешностями измерительных трансформаторов тока доходящими до 95% из-за насыщения трансформаторов тока периодической и апериодической составляющей токов КЗ, и за счет этого улучшается селективность и быстродействие устройства защиты шин. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве дифференциальной токовой фазной защиты шин, содержащем измерительные трансформаторы тока, в цепях всех присоединений к шинам, первые выводы которых объединены и подключены к первому входу токового органа, а ко вторым выводам подключены первые выводы первичных обмоток промежуточных преобразователей тока, а вторые выводы преобразователей тока соединены между собой; при этом вторичные обмотки преобразователей тока состоят из двух последовательно соединенных обмоток, средние выводы которых объединены и подключены к второму и первому входам соответственно первого и второго фазных органов; крайние выводы вторичных обмоток промежуточных преобразователей тока через выпрямительные диоды, катоды которых объединены, подключены соответственно к первому и второму входам первого и второго фазных органов соответственно, выходы которых и выход токового органа являются входами логической схемы "И", выход которой подключен к выходу устройства, новым является то, что промежуточные преобразователи тока выполнены как промежуточные трансформаторы тока, при этом введен дополнительный промежуточный трансформатор тока, второй вывод первичной обмотки которого подключен в точку соединения вторых выводов первичных обмоток промежуточных трансформаторов тока, а первый вывод - к второму входу токового органа, при этом вторичная обмотка дополнительного промежуточного трансформатора тока состоит из двух последовательно соединенных обмоток, средний вывод которых подключен ко второму и первому входам соответственно первого и второго фазных органов, а крайние выводы через выпрямительные диоды подключены к первому и второму входам первого и второго фазных органов соответственно, причем каждая из последовательно соединенных вторичных обмоток промежуточных трансформаторов и дополнительного промежуточного трансформатора зашунтированы низкоомным резистором. Существенными признаками изобретения являются введение дополнительного промежуточного трансформатора тока для "исправления" формы напряжения в фазном контуре от насыщенного трансформатора тока, а также применение промежуточных трансформаторов тока, не искажающих форму вторичного тока вместо трансреакторов тока. Основным техническим результатом данного изобретения является существенное повышение надежности и быстродействия защиты при мощных КЗ, сопровождающихся насыщением измерительных трансформаторов тока, при которых работа обычных дифференциальных защит шин невозможна. Это позволяет при росте мощности энергосистем и увеличении токов КЗ не производить замену существующи х измерительных трансформаторов тока на более мощные, уменьшать нагрузку на трансформаторах тока за счет увеличения сечения вторичных проводов и др., что дает значительный технико-экономический эффект. На фиг.1 приведена блок-схема устройства дифференциальной токовой фазной защиты шин; на фиг.2 - графики изменения формы вторичных токов от измерительных трансформаторов тока присоединений защищаемой секции шин при внешнем коротком замыкании при наличии и отсутствии апериодической составляющей в точке КЗ; на фиг.3 - то же, но при КЗ в зоне действия защиты на секции шин. Устройство защиты содержит высоковольтные выключатели 1 присоединений секций (систем) шин, измерительные трансформаторы тока ТТ 2, промежуточные трансформаторы тока (ПТТ), первые выводы первичных обмоток 3 которых подключены ко вторым выводам вторичных обмоток ТТ 2, а вторые выводы обмоток 3 соединены между собой и подключены ко второму выводу первичной обмотки 4 дополнительного промежуточного трансформатора тока, первый вывод которого подключен к второму входу токового органа 5, а к первому входу органа 5 подключены объединенные первые выводы вторичных обмоток ТТ 2. Вторичные обмотки ПТТ и дополнительного трансформатора тока состоят из двух последовательно соединенных обмоток 6, с объединенными средними выводами, каждая из этих обмоток 6 зашунтирована низкоомным резистором 7, крайние выводы обмоток 6 ПТТ и дополнительного ПТТ через выпрямительные диоды 8, катоды которых объединены, подключены соответственно к первому и второму входам фазных органов 9, 10 соответственно, а к второму и первому входам соответственно первого и второго органов 9, 10, подключены объединенные средние выводы вторичных обмоток 6. Выходы органов 5, 9 и 10 подключены к входам схемы 11, реализующей логическую операцию "И", выход которой подключен к цепям отключения приводов выключателей 1 и присоединений. Устройство работает следующим образом. При мощном внешнем КЗ, ТТ поврежденного присоединения могут насыщаться и форма вторичного тока сильно искажается (см. фиг.2а). В этом случае величина пауз и может превысить заданную величину и фазные органы 9 и 10 ложно срабатывают. Для обеспечения правильной работы защиты в устройство введен дополнительный ПТТ, включенный в дифференциальный контур I на циркуляцию токов, на вторичных полуобмотках которого, включенных в фазные контуры II и III, выделяются выпрямительные импульсы тока (напряжения), пропорциональные току намагничивания ТТ 2 поврежденного присоединения с КЗ в точке Можно записать, что где вторичный ток ТТ на "идеальном" участке трансформации до насыщения ТТ в точках При - ток намагничивания ТТ. допускании, что при внешних КЗ на выходе контура I ток "дополнит" в фазных контурах защиты искаженный ток (напряжение) паузы В этом случае величина существенно сокращается до величины и Отметим, что фазные органы 9 и 10 не приходят в действие при любых погрешностях ТТ. График изменения токов от ТТ при апериодической составляющей тока КЗ показан на фиг.2а/ Из этого графика следует, что этом - достигает больших значений. При срабатывает фазный орган 10, и не срабатывает фазный орган 9. Выходы эти х органов связаны между собой через логическую схему "И" 10, вследствие чего ложного срабатывания защиты шин не происходит. На фиг.2в показан график изменения тока от ТТ при в этом случае - велико при этом срабатывает орган 9, и не срабатывает орган 10. Защита в этом случае также не работает. При КЗ в зоне действия защиты, в точке графики изменения мгновенных значений токов во всех рассмотренных выше режимах имеет вид, приведенный на фиг.3,а, б, в. В этом случае после прохождения небольшого времени затухания апериодической составляющей тока КЗ (при его наличии), защита надежно, отключает поврежденную секцию (систему) шин, так как выполняются следующие условия где - уставка срабатывания органа 5 по току; - дифференциальный "ток на выходе контура I; - уставка срабатывания фазных органов 9 и 10 по длительности пауз.