УСТРОЙСТВО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ШИН ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты шин от различного вида повреждений (подвесной или опорной изоляции, вводов выключателей и трансформаторов и т. д.) сопровождаемых различными видами коротких замыканий.
Известно устройство дифференциальной защиты шин трехфазной электрической установки, содержащее включенные в рассечки силовых цепей присоединений трансформаторы тока, а также токовые реле в каждой фазе каждой системы шин, образующие чувствительные и избирательные органы по одному органу на одну систему шин, а также один пусковой орган на две системы шин и рубильник нарушения фиксации функционально обеспечивающий при прохождении несбалансированных суммарных токов в плечах избирательных органов более короткую связь с сопротивлением, близким к нулю.
Недостатком известного устройства является сложность схемы изза наличия в каждой фазе отдельного токового реле, а также чувствительного и пускового органов и, как следствие, значительная потребляемая мощность по цепям переменного тока защиты, кроме того известное устройство обладает низкой чувствительностью, так как не может обеспечить достаточно высокого уровня токов на токовых реле изза их значительного собственного потребления по мощности срабатывания. Другим недостатком известного устройства является наличие рубильника нарушения фиксации функционально несущему только одну функцию- обеспечение более короткую связь с
сопротивлением, близким к нулю, при прохождении несбалансированных суммарных токов в плечах избирательных органов защиты а также большого количества проводных и кабельных связей защиты, что также увеличивает нагрузку на трансформаторы тока, образующих дифференциальную защиту и соответственно, снижает ее чувствительность.
Техническим результатом является устранение указанных выше недостатков.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве дифференциальной защиты шин трёхфазной электрической установки, содержащей, по меньшей мере, одну пару систем шин, соединенных между собой в каждой паре через трехфазный шиносоединительный выключатель, каждая фаза каждого присоединения которой подключена к соответствующей шине через соответствующий выключатель, содержащем трансформаторы тока по одному на каждую фазу каждого присоединения и по два на каждую фазу шиносоединительного выключателя, первичные обмотки трансформаторов тока включены в рассечки силовых цепей соответствующих фаз соответствующих присоединений и в рассечки силовых цепей
шиносоединительного выключателя со стороны каждой из систем шин, при этом направление включения первичных обмоток всех трансформаторов тока относительно соответствующих шин одинаково, вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз присоединений одной и той же системы шин соединены согласно параллельно между собой и встречно параллельно с вторичными обмотками включенных со стороны другой системы шин трансформаторов тока соответствующих фаз шиносоединительного выключателя, кроме того, содержащем для каждой системы шин цепь отключения выключателей и пороговый орган, сигнал, с выхода которого управляет замыкающими контактами, включенными последовательно в цепь отключения выключателей соответствующей системы шин, вторичные обмотки трансформаторов тока фаз А и С каждого присоединения и с каждой стороны шиносоединительного выключателя соединены согласно параллельно
/Lwss6 $p$
между собой и встречно параллельно вторичной обмотке соответствующего трансформатора тока фазы В, группы трансформаторов тока, вторичные обмотки которых соединены параллельно формируют измерительный узел цепей защиты соответствующей системы шин, кроме того, устройство содержит для каждой системы шин блок перевода измерительного узла с одной системы шин на другую, при этом блок перевода обеспечивает в нормальном режиме подключение выходных выводов измерительных узлов цепей защиты, образованных общими выводами вторичных обмоток трансформаторов тока, к входу порогового органа соответствующей системы шин, а в режиме вывода из работы порогового органа одной из систем шин переключение выходных выводов измерительного узла упомянутой системы шин с входа её порогового органа на вход порогового органа другой системы шин, а также переключение управления выключателями упомянутой системы шин на цепь отключения выключателей другой системы шин. В частном случае реализации устройства каждый из пороговых органов с управляемыми выходными сигналами пороговых органов замыкающими контактами содержит промежуточный трансформатор тока, согласующий трансформатор, преобразователь переменного напряжения в постоянное и поляризованное реле, при этом первичная и вторичные обмотки промежуточного трансформатора тока соединены согласно последовательно между собой, выводы сформированной последовательной цепи образуют вход порогового органа, вторичная обмотка промежуточного трансформатора тока подключена параллельно первичной обмотке согласующего трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к входу преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход которого подключен к цепи управления замыкающими контактами поляризованного реле, образованной последовательно включенными его рабочей и тормозной обмотками.
fobH<f
замыкающими контактами содержит промежуточный трансформатор тока, согласующий трансформатор, преобразователь переменного напряжения в постоянное, при этом первичная и вторичные обмотки промежуточного трансформатора тока соединены согласно последовательно между собой, выводы сформированной последовательной цепи образуют вход порогового органа, вторичная обмотка промежуточного трансформатора тока подключена параллельно первичной обмотке согласующего трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к входу преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход которого подключен к цепи управления замыкающими контактами поляризованного реле, общей для пороговых органов пары систем шин, при этом выходы преобразователей переменного напряжения в постоянное соединены встречно относительно друг друга.
Целесообразно преобразователь переменного напряжения в постоянное выполнить из двух параллельно включенных фазосдвигающих цепочек, входы которых подключены к вторичной обмотке согласующего трансформатора, а выходы к соответствующим входам трехфазного выпрямительного моста, выход которого через сглаживающий фильтр и фильтр 6-ой гармоники подключен к выходу преобразователя постоянного напряжения в переменное и, соответственно, к цепи управления замыкающими контактами поляризованного реле.
Целесообразно также каждый блок перевода измерительного узла с одной системы шин на другую выполнить в виде испытательного блока с двенадцатью контактами, первый и третий контакты которого соединены с соответствующими входными выводами входа порогового органа своей системы шин, второй и четвертый контакты соединены с соответствующими первым и вторым выходными выводами измерительного узла своей системы шин, пятый и седьмой контакты подключены к выходам цепей отключения своей и другой систем шин, соответственно, шестой и восьмой контакты подключены к первым выходным выводам измерительных узлов своей и другой систем шин,
соответственно, девятый и одиннадцатый контакты подключены к цепи индикации, а десятый и двенадцатый ко вторым выходным выводам измерительных узлов своей и другой системам шин, соответственно, при этом при вставленной рабочей крышке блока замкнуты пары контактов первый и второй, третий и четвертый, при снятой рабочей крышке блока и вставленной испытательной крышке блока замкнуты пары контактов пятый и седьмой, шестой и восьмой, девятый и одиннадцатый, десятый и двенадцатый.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема одного из возможных вариантов выполнения устройства. На фиг.2 представлен один из частных случаев выполнения порогового органа, используемого в предложенном изобретении, на фиг.З приведён пример выполнения блока перевода измерительного узла с одной системы шин на другую, а также схемы подключения замыкающих контактов в цепях отключения выключателей по системам шин, схему соединений блоков перевода двух систем шин между собой и с цепями отключения выключателей.
Устройство, представленное на фиг.1 чертежа содержит первую и вторую системы шин 1,2, пофазно соединенные друг с другом через трехфазный шиносоединительный выключатель 7. К системе шин 1 через трехфазные выключатели (группы пофазных выключателей) 3,4 подключены первое и второе трехфазные присоединения. К системе шин 2 через трехфазные выключатели (группы пофазных выключателей) 5,6 подключены третье и четвертое трехфазные присоединения. В цепи каждой фазы первого, второго, третьего и четвертого трехфазных присоединений последовательно с соответствующими выключателями 3-6 включены первичные обмотки соответствующих трансформаторов тока 8-11. В цепи каждой фазы шиносоединительного выключателя 7 последовательно с выключателем на стороне каждой из систем шин включены первичные обмотки трансформаторов тока 12, 13. Начала первичных обмоток всех трансформаторов тока расположены на стороне соответствующих систем шин. Вторичные обмотки
трансформаторов тока 9, 8, 13, включенных в цепи одноименных фаз присоединений и шиносоединительного выключателя, соединены параллельно. При этом вторичные обмотки трансформаторов 13 соответствующих фаз включены через контакты разъема 14 встречно вторичным обмоткам трансформаторов 9 и 8, включенным согласно относительно друг друга. Вторичные обмотки трансформаторов тока 11, 10, 12, включенных в цепи одноименных фаз присоединений и шиносоединительного выключателя, соединены параллельно. При этом вторичные обмотки трансформаторов 12 соответствующих фаз включены через контакты разъема 15 встречно вторичным обмоткам трансформаторов 11 и 10, включенных согласно между собой. Вторичные обмотки трансформаторов тока фаз А и С каждого присоединения и с каждой стороны шиносоединительного выключателя соединены согласно параллельно между собой и встречно параллельно вторичной обмотке соответствующего трансформатора тока фазы В. Группы трансформаторов тока 8, 9, 13 формируют измерительный узел цепи защиты первой системы шин 1. Группы трансформаторов тока 10 12 формируют измерительный узел цепей защиты второй системы шин 2. Общие выводы вторичных обмоток трансформаторов тока 8, 9, 13 являются выходными выводами соответствующего измерительного узла и соединены с выводами 16.2 , 16.4 соответственно блока 16 перевода измерительного узла первой системы шин с первой системы шин на вторую систему шин, с выводами 16.6, 16.10, соответственно, блока 16 и с выводами 16.8 , 16. 12, соответственно, блока 16 перевода измерительного узла второй системы шин со второй системы шин на первую систему шин. Общие выводы вторичных обмоток трансформаторов тока 10-12 являются выходными выводами соответствующего измерительного узла и соединены с выводами 16.2 , 16М4 , соответственно, блока 16, с выводами 16.6, 16.8, соответственно, блока 16 и с выводами 16.8, 16.12 .соответственно, блока 16. Выводы 16.1 , 16.3 блока 16 соединены с входом порогового органа 17, который образован входными выводами 18, 19. Выводы 16.1
, 16.3 блока 16 соединены с входом порогового органа 17, который образован входными выводами 18, 19.
На фиг 2 чертежа приведен один из возможных вариантов выполнения каждого их пороговых органов 17, 17. Пороговый орган 17(17) содержит промежуточный трансформатор тока 24, согласующий трансформатор 23. Начало первичной обмотки трансформатора 23 соединено с входным выводом 19, а её конец с объединенными выводами конца вторичной обмотки трансформатора 24 и одним из выводов первичной обмотки трансформатора 23, другой вывод которой соединен с концом вторичной обмотки трансформатора 24 и входным выводом 18. Вторичная обмотка 23 подключена к крайним выводам фазосдвигающих цепочек, первая из которых состоит из последовательно соединенных конденсатора 44 и резистора 45, а вторая - из последовательно соединенных резистора 46 и конденсатора 47. При этом фазосдвигающие цепочки соединены параллельно между собой, свободные выводы конденсатора 44 и резистора 46 соединены между собой и свободные выводы резистора 45 и конденсатора 47 объединены в общую точку, Общие выводы конденсатора 44 и резистора 45, резистора 46 и конденсатора 47, а также резистора 45 и конденсатора 47 соединены с соответствующими входными выводами трехфазного выпрямительного моста на диодах 48 - 53, выход которого подключен к конденсатору 54, являющимся сглаживающим фильтром, и к фильтру 6-ой гармоники, образованному последовательной цепью из конденсатора 55 и индуктивности 56. Выводы 33, 34 (33, 34;) согласующего фильтра и фильтра 6-ой гармоники соединены с цепью управления замыкающими контактами 31 (31) поляризованного реле. В одном из частных случаев реализации устройства в состав каждого из пороговых органов 17(17) входит свое поляризованное реле, содержащее встречно последовательно соединенные рабочую обмотку 20 и тормозную обмотку 21, шунтированную переменным резистором 22, которые образуют цепь управления замыкающими контактами 31 (31).
В другом частном случае выполнения устройства выводы 33, 34 и 33;, 34 пороговых органов 17 и 17 подключены к общей цепи управления замыкающими контактами 31 (31), выполненную аналогичным образом. При этом выходы трехфазных выпрямительных мостов соединены встречно параллельно относительно друг друга.
В частном случае, каждый из пороговых органов может быть выполнен на интегральных микросхемах в виде статического реле максимального тока, например в соответствии с приведенными в (2) конструктивными исполнениями. Пример исполнения поляризованного реле, которое можно использовать при реализации устройства, в соответствии с настоящим изобретением приведен в (3).
На фиг.З представлен пример выполнения блока 16 (16) перевода измерительного узла с одной системы шин на другую. Блок 16 (16) содержит пары контактов 25 -30, контакты пары 25 (первый и второй контакты) соединены с выводами 16.1, 16.2 (16. 1, 16.2), контакты пары 26 (четвертый и третий контакты) соединены с выводами 16.4, 16.3 (16.4, 16.3), контакты пары 27 (шестой и восьмой контакты) соединены с выводами 16.6, 16.8 (16.6, 16.8), контакты пары 29 (пятый и седьмой контакты) соединены с выводами 16.5, 16.7(16. 5, 16.7), контакты пары 28 (десятый и двенадцатый контакты) соединены с выводами 16.10, 16,12(16. 10, 16. 12), контакты пары 30 (девятый и одиннадцатый контакты) соединены с выводами 16.9, 16.11 (16.9, 16М1). Вывод 16.5 блока 16 соединен с выводом 16.7 блока 16 и с выходом цепи отключения выключателей первой системы шин 1. Вывод 16.5 блока 16 соединен с выводом 16.7 блока 16 и с выходом цепи отключения выключателей второй системы шин 2. Выводы 16.9, 16.11(16.9, 16.11) соединены с цепью индикации 32(32). В частном случае выполнения конструкция блока перевода измерительного узла с одной системы шин на другую аналогична конструкции испытательного блока, выполненного в соответствии с (1).
В нормальном нагрузочном режиме сумма токов направленных к системе шин равна сумме токов отходящих от системы шин, поэтому ток каждой фазы результирующей трехфазной последовательности, который для системы шин 1 равен сумме токов вторичных обмоток трансформаторов тока соответствующих фаз 8,9 со сдвинутым на 180 электрических градусов током вторичной обмотки трансформатора тока соответствующей фазы 13, а для системы шин 2 равен сумме токов вторичных обмоток трансформаторов тока соответствующих фаз 11,10 со сдвинутым на 180 электрических градусов током вторичной обмотки трансформатора тока соответствующей фазы 12, определяется только током небаланса за счет погрешностей трансформаторов тока. Сумма токов всех фаз в каждой результирующей трехфазной последовательности равна сумме токов фаз А и С и сдвинутым на 180 электрических градусов током фазы В. Поэтому токи на входах пороговых органов 17(17) также определяются только токами небаланса. Соответственно ток в первичной обмотке трансформатора 24 и суммарный результирующий ток первичной обмотки трансформатора 23 и, соответственно, её вторичной обмотки и токи на выходах преобразователей постоянного напряжения в переменное, поступающие на цепи (цепь) управления замыкающими контактами поляризованного реле, не превышают уровней срабатывания поляризованного реле. Замыкающие контакты 31 (31) находятся в разомкнутом состоянии, и не происходит отключения присоединений от систем шин. При возникновении повреждения, сопровождаемого коротким замыканием в какой-либо из систем шин, например, в системе шин 1, к результирующей последовательности токов первой системы шин добавится ток короткого замыкания, поэтому ток на входе порогового органа 17 резко возрастет, что приведёт к превышению тока в цепи управления замыкающими контактами 31 уровня срабатывания, замыканию замыкающих контактов 31 и подаче оперативного напряжения к цепям управления отключением выключателей 4, 3 первого и второго присоединений и к цепи управления шиносоединительного выключателя 7, которые отключают
Aw/S6Јg
соответствующие присоединения от первой системы шин. При наличии короткого замыкания в системе шин 2, защита осуществляется аналогичным образом.
Изменяя число витков первичной и /или вторичной обмоток трансформатора 23 можно выбирать ток срабатывания (уровень срабатывания) пороговых органов.
Для отстройки от тока небаланса применяется тормозная обмотка 21 поляризованного реле при этом регулировочным резистором 26 можно менять степень отстройки от тока небаланса.
За счет встречного включения вторичных обмоток трансформаторов тока фазы В относительно вторичных обмоток соответствующих трансформаторов тока фаз А и С сумма токов всех фаз в каждой результирующей трехфазной последовательности равна сумме токов фаз А и С и сдвинутым на 180 электрических градусов током фазы В, за счет чего короткое замыкание в какой либо системе шин приводит к формированию большего по величине тока на входе соответствующего порогового органа, что повышает чувствительность защиты.
Наличие промежуточного трансформаторов тока 24 дополнительно повышает чувствительность защиты за счет снижения рабочих точек на кривых намагничивания трансформаторов тока и снижения тока небаланса.
При работе устройства, содержащего блоки перевода измерительного узла с одной системы шин на другую, выполненные в виде испытательных блоков с двенадцатью контактами, при нормальной фиксации присоединений и раздельной работе всех узлов первой и второй систем шин, рабочие крышки блоков 16(16) вставлены, при этом пары контактов 25, 26 в каждом из блоков 16 и 16 замкнуты, остальные пары контактов разомкнуты. При снятой рабочей крышке блока и вставленной испытательной крышке блока 16 в блоке 16 замкнуты пары контактов 27, 28, 29, 30. Остальные пары контактов разомкнуты. При
этом выходные выводы измерительного узла 18, 19 первой системы шин подключены к входу порогового органа второй системы шин, выход цепи отключения первой  системы шин подключен к выходу цепи отключения второй системы шин и включается цепь индикации первой системы шин, указывающую на перевод присоединений первой системы шин на вторую систему шин. Перевод присоединений второй системы шин на первую систему шин осуществляется аналогичным образом.
Таким образом предложенное устройство позволяет снизить потребляемую мощность по цепям переменного тока, за счет отказа от чувствительных и пускового органов в схеме дифференциальной защиты шин трехфазной электрической установки, при безусловном сохранении всех функциональных свойств и качеств защиты, возложив эти функции на избирательные органы и блоки перевода измерительного узла с одной системы шин на другую, а также повысить чувствительность защиты за счет предложенного соединения вторичных обмоток трансформаторов тока присоединений и применения в качестве пороговых органов поляризованных реле, имеющих собственное потребление по мощности срабатывания примерно на два порядка (в 100 раз) ниже, чем по прототипу.
Источники информации
1.ТАУБЕС И.Р. Дифференциальная защита шин 110-220 кВ, Москва, Энергоатомиздат, 1984, с. 12-23.
2.ЛИНТ Г.Э. Серийные реле защиты, выполненные на интегральных микросхемах, Москва, Энергоатомиздат, 1990, с.37-54.
3.Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций, Москва, Энергия, 1979, с. 77-78.