устройство для сигнализации и контроля исправности релейной защиты

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ И КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, включающее последовательно соединенные входной блок, измерительно-логические блоки и выходной блок, механизм переключения коммутационного аппарата, содержащее источник контрольного сигнала, выход которого через первый замыкающий контакт ключа управления с нейтральным положением соединен с прямыми входами n первых элементов И, выходы которых предназначены для подключения к входам измерительно-логических блоков соответствующих ступеней блока релейной защиты и соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым индикатором, R-входы всех первых RS-триггеров объединены и подключены к второму замыкающему контакту ключа управления с нейтральным положением, S-входы первых RS-триггеров подключены к выходам соответствущих вторых элементов И, выходы первых RS-триггеров подключены к соответствующему первому индикатору и к инверсному входу соответствущего первого элемента И, первые входы вторых элементов И предназначены для подключеия к выходам измерительно-логических блоков соответствующих ступеней блока релейной защиты, элемент задержки, третий, четвертый и пятый элементы И, третий индикатор и второй RS-триггер, выход последнего соединен с входом третьего индикатора и с инверсным входом пятого элемента И, а S-вход через элемент задержки подключен к выходу третьего элемента И, первый вход которого соединен с первым замыкающим контактом ключа управления с нейтральным положением, а второй вход соединен с выходом пятого элемента И и с вторыми объединенными входами вторых элементов И, выход пятого элемента И предназначен для подключения к входной клемме механизма переключения коммутационного аппарата, прямой вход пятого элемента И предназначен для подключения к выходной клемме выходного блока и соединен с инверсным входом четвертого элемента И, прямой вход которого соединен с R-входами первых RS-триггеров, а выход подключен к R-входу второго RS-триггера, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем предотвращения отказов в работе релейной защиты при совпадении режима ее контроля с коротким замыканием на защищаемом объекте, дополнительно введены третий RS-триггер, четвертый индикатор, третий замыкающий контакт ключа управления с нейтральным положением и пусковой орган, вход последнего предназначен для подключения к выходу входного блока и подключен к третьему замыкающему контакту ключа управления с нейтральным положением, а выход соединен с инверсным входом третьего элемента И и с S-входом третьего RS-триггера, R-вход которого соединен с прямым входом четвертого элемента И, а выход подключен ко входу четвертого индикатора и к инверсным входам первых элементов И.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к релейной защите и противоаварийной автоматике электротехнических установок и предназначено для сигнализации срабатывания и осуществления контроля исправности аппаратуры дискретной автоматики, например, многоступенчатых устройств релейной защиты без выведения их из работы и отключения защищаемого объекта.

Известно устройство, используемое для сигнализации срабатывания и контроля исправности многоступенчатых релейных защит, содержащее входной блок, n измерительно-логических блоков по числу ее ступеней, входы которых, являющиеся входами релейной защиты, подключены к соответствующим выходам входного блока, а выходы соединены с входами выходного блока, выход которого образует выход релейной защиты, механизм переключения коммутационного аппарата, источник контрольного сигнала, ключ управления с нейтральным положением и двумя замыкающими контактами, n первых элементов И, прямые входы которых через первый замыкающий контакт ключа управления соединены с источником контрольного сигнала, а выходы подключены к входам измерительно-логических блоков соответствующих ступеней релейной защиты и входам элемента ИЛИ, n первых индикаторов, n первых RS-триггеров и n вторых элементов И, первые входы которых предназначены для подключения к выходам измерительно-логических блоков соответствующих ступеней релейной защиты, а выходы связаны с S-входами соответствующих первых RS-триггеров, R-входы которых соединены с вторым замыкающим контактом ключа управления, а выходы каждого из них подключены к входам соответствующих первых индикаторов и к инверсным входам соответствующих первых элементов И, второй индикатор, вход которого связан с выходом элемента ИЛИ, третий, четвертый и пятый элементы И, элемент задержки, третий индикатор и второй RS-триггер, выход которого соединен с входом третьего индикатора и инверсным входом пятого элемента И, S-вход через элемент задержки подключен к выходу третьего элемента И, а R-вход связан с выходом четвертого элемента И, прямой вход которого соединен с вторым замыкающим контактом ключа управления, а инверсный вход подключен к выходу релейной защиты и прямому входу пятого элемента И, выход которого связан с входом механизма переключения коммутационного аппарата, с вторыми входами всех вторых элементов И и с первым входом третьего элемента И, соединенному вторым входом с первым замыкающим контактом ключа управления.

Такое устройство обеспечивает раздельную сигнализацию о срабатывании любой ступени релейной защиты при коротком замыкании в зоне ее действия и позволяет проводить параллельную проверку исправности всех ступеней релейной защиты без вывода ее из работы и без отключения защищаемого объекта. Оно не допускает действия защиты на отключение в случае невозврата ее в исходное состояние или при увеличении времени возврата по окончании режима проверки в результате возникновения неисправностей в элементах схемы какой-либо из ступеней, сигнализируя о их появлении.

Однако, такое устройство не обеспечивает действие релейной защиты на отключение, если в режиме ее контроля происходит короткое замыкание на защищаемом объекте. Длительное появление сигнала на выходе релейной защиты в этом случае воспринимается им как невозврат в исходное состояние какой-либо из ступеней по окончании режима ее контроля, в результате чего действие защиты на отключение блокируется. Это снижает надежность действия релейной защиты и может привести к народнохозяйственному ущербу, т. к. отключение поврежденного элемента будет производиться защитами смежных элементов.

Цель изобретения - повышение надежности путем предотвращения отказов в работе релейной защиты при совпадении режима ее контроля с коротким замыканием на защищаемом объекте.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство для сигнализации и контроля исправности релейной защиты содержит входной блок 1, измерительно-логические 2 и выходной 3 блоки релейной защиты 4, причем релейная защита 4 состоит из n измерительно-логических блоков 2₁, 2₂, . . . , 2_n по числу ее ступеней, входы которых, являющиеся входами релейной защиты 4, подключены к соответствующим выходам входного блока 1, а выходы соединены с входами выходного блока 3, выход которого является выходом релейной защиты 4, механизм переключения коммутационного аппарата 5, источник 6 контрольного сигнала, ключ 7 управления с нейтральным положением с первым 7₁, вторым 7₂ и третьим 7₃ замыкающими контактами, элемент ИЛИ 8, пусковой орган 9, n первых элементов И 10₁, 10₂, . . . , 10_n, n первых индикаторов 11₁, 11₂, . . . , 11_n, n первых RS-триггеров 12₁, 12₂, . . . , 12_n, n вторых элементов И 13₁, 13₂, . . , 13_n, второй 14 и третий 15 индикаторы, третий 16, четвертый 17, и пятый 18 элементы И, элемент задержки 19, второй 20 и третий 21 RS-триггеры, четвертый индикатор 22. Прямые входы всех первых элементов И 10₁, 10₂, . . . , 10_n через первый замыкающий контакт 7₁ ключа 7 соединены с источником 6, а выходы связаны с входами блоков 2 соответствующих ступеней релейной защиты 4 и входами элемента ИЛИ 8, выход которого подключен к входу второго индикатора 14. Первые входы всех вторых элементов И 13₁, 13₂, . . . , 13_n предназначены для подключения к выходам блоков 2 соответствующих ступеней релейной защиты 4, а выходы связаны с S-входами соответствующих первых RS-триггеров 12, R-входы которых соединены с вторым замыкающим контактом 7₂ ключа 7, а выходы каждого из них подключены к входам соответствующих первых индикаторов 11 и к первым инверсным входам соответствующих первых элементов И 10. Выход второго RS-триггера 20 соединен с входом третьего индикатора 15 и инверсным входом пятого элемента И 18, а S-вход через элемент 19 задержки подключен к выходу третьего элемента И 16, первый вход которого соединен с первым замыкающим контактом 7₁ ключа 7, а второй вход подключен к выходу пятого элемента И 18, выходная клемма выходного блока 3 через прямой вход пятого элемента И 18 подключена к входной клемме механизма переключения коммутационного аппарата 5. Выходная клемма выходного блока 3 также предназначена для соединения с инверсным входом четвертого элемента И 17, прямой вход которого соединен с вторым замыкающим контактом 7₂ ключа 7, а выход подключен к R-входу второго RS-триггера 20. Вход пускового органа 9 предназначен для подключения к выходу входного блока 1 и к третьему замыкающему контакту 7₃ ключа 7, а выход соединен с дополнительным инверсным входом третьего элемента И 16 и с S-входом третьего RS-триггера 21, R-вход которого связан с вторым замыкающим контактом 7₂ ключа 7, а выход подключен к входу четвертого индикатора 22 и дополнительным инверсным входам всех первых элементов И 10.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, несущий информацию о состоянии защищаемого объекта, формируется во входном блоке 1 при помощи, например, измерительных трансформаторов тока и напряжения, и с его выходов поступает на входы релейной защиты 4 и вход пускового органа 9. При отсутствии аварийной ситуации на защищаемом объекте нет сигналов на выходах измерительно-логических блоков 2 всех ступеней защиты, на входах и выходе ее выходного блока 3, на входах и выходе пятого элемента И 18, на входе механизма переключения коммутационного аппарата 5 на выходе пускового органа 9. В режиме работы устройства без контроля ключ управления 7 находится в нейтральном положении, замыкающие контакты его 7₁, 7₂ и 7₃ разомкнуты. При этом сигналы на входах и выходах всех первых 10, вторых 13, третьего 16 и четвертого 17 элементов И, всех первых RS-триггеров 12, второго 20 и третьего 21 RS-триггеров, элемента ИЛИ 8, элемента задержки 19 отсутствуют, а все индикаторы 11, 14, 15 и 22 выключены.

Перед контролем исправности релейной защиты 4 проверяется исправное состояние пускового органа 9. Для этого замыкается третий контакт 7₃ ключа 7. Сигнал от источника 6 поступает на вход пускового органа 9, который в случае исправного состояния срабатывает. С его выхода сигнал подается на S-вход третьего RS-триггера 21, который переключается, в результате чего сигнал с его выхода поступает на вход четвертого индикатора 22. Четвертый индикатор 22 включается, сигнализируя о срабатывании пускового органа 9.

После этого ключ 7 управления переводится в нейтральное положение, третий контакт его 7₃ размыкается, в результате чего пусковой орган 9 отключается от источника 6 и возвращается в исходное состояние, но четвертый индикатор 22 остается во включенном состоянии. Для снятия этого сигнала необходимо кратковременно замкнуть второй контакт 7₂ ключа управления 7. При этом от источника контрольного сигнала 6 поступает сигнал на R-вход третьего RS-триггера 21, который переключается в исходное состояние, сигнал на его выходе исчезает и четвертый индикатор 22 выключается. Если пусковой орган 9 находится в исправном состоянии, то можно производить контроль релейной защиты 4.

При контроле исправности релейной защиты 4 замыкается первый контакт 7₁ ключа 7 управления. Сигнал от источника 6 контрольного сигнала поступает на прямые входы всех первых элементов И 10 и появляется на их выходах, так как на инверсных входах этих элементов сигналы отсутствуют. С выходов первых элементов И 10 сигналы подаются на соответствующие входы блоков 2 релейной защиты 4 и через элемент ИЛИ 8 на вход второго индикатора 14. Второй индикатор 14 включается, а релейная защита 4 начинает проверяться. Кроме того, сигнал поступает на первый вход третьего элемента И 16. Так как время срабатывания различных ступеней релейной защиты 4 возрастает с увеличением их номеров, то при исправном ее состоянии сигнал появляется вначале на выходе блока 2₁ первой ступени защиты, откуда он подается на первый вход второго элемента И 13₁ и на первый вход выходного блока 3, появляется на его выходе и поступает на инверсный вход четвертого элемента И 17 и на прямой вход пятого элемента И 18. На инверсном входе последнего сигнал отсутствует, поэтому он появляется на его выходе и подается на вторые входы всех вторых элементов И 13, на вход механизма переключения коммутационного аппарата 5 и на второй вход третьего элемента И 16, на первом входе которого сигнал уже имеется, а на инверсном входе отсутствует. Совпадение сигналов на прямых входах третьего элемента И 16 и отсутствие на инверсном вызывает его срабатывание, в результате чего происходит запуск элемента 19. Время срабатывания элемента 19 задержки принимается большим времени возврата в исходное положение любой из ступеней релейной защиты 4 при ее исправном состоянии, но меньшим времени срабатывания механизма переключения коммутационного аппарата 5. Работает второй элемент И 13₁, у которого сигналы имеются на обоих входах. С выхода элемента И 13₁ сигнал поступает на S-вход первого RS-триггера 12₁, который переключается, в результате чего сигнал с его выхода подается на первый инверсный вход первого элемента И 10₁ и на первый индикатор 11₁. Первый индикатор 11₁ включается, сигнализируя о срабатывании первой ступени релейной защиты 4 в результате проверки, а сигнал на выходе первого элемента И 10₁ и связанном с ним входе измерительно-логического блока 2₁ первой ступени защиты исчезает. При исправном состоянии первой ступени она возвращается в исходное состояние. Исчезают сигналы на выходе измерительно-логического блока 2₁, на первом входе второго элемента И 13₁, на первом входе и выходе выходного блока 3 релейной защиты 4, на прямом входе и выходе пятого элемента И 18, на втором входе и выходе третьего элемента И 16, на входе элемента 19 задержки, который в этом случае не успевает сработать. Исчезают сигналы на вторых входах вторых элементов И 13, на S-входе первого RS-триггера 12₁, на входе механизма переключения коммутационного аппарата 5, а выключатель защищаемого объекта не успевает отключиться. Первый индикатор 11₁ остается включенным, сигнализируя о срабатывании первой ступени релейной защиты 4 в результате проверки, второй индикатор 14 продолжает гореть, сигнализируя о продолжении режима контроля, а третий индикатор 15 в этом случае не включается.

После отсчета выдержки времени второй ступени защиты сигнал появляется на выходе ее блока 2₂, с выхода которого поступает на первый вход второго элемента И 13₂, и, пройдя через выходной блок 3 и пятый элемент И 18, подается на механизм переключается коммутационного аппарата 5, на вторые входы всех вторых элементов И 13 и на второй вход третьего элемента И 16. Запускается элемент 19 задержки, работает второй элемент И 13₂, переключается первый RS-триггер 12₂, включается первый индикатор 11₂, сигнализируя о срабатывании второй ступени релейной защиты 4, а сигнал с входа блока 2₂ снимается, в результате поступления сигнала с выхода первого RS-триггера 12₂ на первый инверсный вход первого элемента И 10₂. При исправном состоянии вторая ступень релейной защиты 4 возвращается в исходное положение, в результате чего исчезают сигналы на выходе ее блока 2₂, на выходе выходного блока 3, на выходе пятого элемента И 18, на входе механизма переключения коммутационного аппарата 5. Элемент задержки 19 не успевает сработать, а выключатель защищаемого объекта отключиться.

Аналогичным образом осуществляется проверка срабатывания в процессе контроля всех последующих ступеней релейной защиты 4 и возврат их в исходное положение. Если релейная защита 4 находится в исправном состоянии, то после проверки ее последней ступени второй индикатор 14 выключается, сигнализируя об окончании режима контроля, а все первые индикаторы 11 остаются включенными, причем каждый из них сигнализирует о срабатывании конкретной ступени релейной защиты 4. Третий индикатор 15 в этом случае не включается.

Если какая-либо ступень релейной защиты 4 неисправна, в результате чего сигнал не появляется на выходе соответствующего блока 2, то не сработает соответствующий второй элемент И 13, не переключится соответствующий первый RS-триггер 12 и не включится соответствующий первый индикатор 11, сигнализируя об отказе данной ступени релейной защиты 4. Второй индикатор 14 в этом случае по окончании режима контроля остается во включенном состоянии, сигнализируя о том, что сигнал на вход неисправной ступени защиты подается. При возврате всех сработавших в результате контроля ступеней релейной защиты 4 в исходное положение с заданным временем элемент задержки 19 не успевает срабатывать, не работает второй RS-триггер 20 и не включается третий индикатор 15.

Если в результате возникших неисправностей в элементах схемы какая-либо ступень релейной защиты 4 не возвращается в исходное состояние (или время ее возврата увеличивается) после снятия сигнала с входа ее блока 2, то сигнал остается на выходе пятого элемента И 18, в течение времени большего, чем время срабатывания элемента 19 задержки. Поэтому элемент 19 задержки срабатывает. Сигнал с его выхода поступает на S-вход второго RS-триггера 20, который переключается, подавая сигналы на инверсный вход пятого элемента И 18 и на вход третьего индикатора 15. Исчезают сигналы на выходе пятого элемента И 18, на входе механизма переключения коммутационного аппарата 5, на втором входе третьего элемента И 16 и на всех вторых входах вторых элементов И 13, элемент задержки возвращается в исходное положение, выключатель защищаемого объекта не успевает отключиться, а третий индикатор 15 включается, сигнализируя о невозврате в исходное состояние данной ступени релейной защиты 4 после окончания режима ее проверки.

В результате подачи сигнала с выхода второго RS-триггера 20 на инверсный вход пятого элемента И 18 сигнал на его выходе отсутствует независимо от наличия или отсутствия сигнала на прямом входе этого элемента, цепь питания механизма переключения коммутационного аппарата 5 оказывается заблокированной, и сигнализация о срабатывании остальных ступеней релейной защиты 4 в результате проверки не производится, так как на вторых входах всех вторых элементов И 13 сигналы в этом случае не появляются. Поэтому после включения третьего индикатора 15 необходимо перевести в нейтральное положение ключ 7, т. е. закончить режим проверки, снимая сигналы с входов блоков 2 релейной защиты 4 и выключая индикатор 14.

Если в процессе контроля исправности релейной защиты 4 не происходит короткого замыкания в зоне ее действия, то пусковой орган 9 не работает. Отсутствуют сигналы на его выходе, на инверсном входе третьего элемента И 16, на S-входе и выходе третьего RS-триггера 21, на входе четвертого индикатора 22, который находится в отключенном состоянии.

Таким образом, по состоянию первых 11, второго 14 и третьего 15 индикаторов фиксируется исход проверки и определяется состояние релейной защиты 4. Длительное загорание всех первых индикаторов 11, кратковременное включение на время проверки второго индикатора 14 и не включенное состояние третьего индикатора 15 свидетельствуют о срабатывании всех ступеней релейной защиты 4 в процессе контроля и успешном возврате их в исходное положение. Длительное включение второго индикатора 14, отключенное состояние третьего индикатора 15 и незагорание какого-либо из первых индикаторов 11 сигнализируют о несрабатывании соответствующей ступени релейной защиты 4 в процессе проверки и об успешном возврате в исходное положение после его окончания всех сработавших ступеней. И, наконец, включенное состояние третьего индикатора 15 свидетельствует о том, что на ступень релейной защиты 4, которая последней срабатывает в процессе проверки (о чем свидетельствует включенное состояние соответствующего первого индикатора 11), не возвращается в исходное положение после его окончания или время ее возврата превышает допустимое.

Для снятия сигналов о срабатывании релейной защиты 4 по окончании режима контроля необходимо кратковременно замкнуть второй контакт 7₂ ключа 7. При этом от источника контрольного сигнала 6 поступает сигнал на R-входы всех первых RS-триггеров 12. Последние переключаются в исходное состояние, сигналы на их выходах исчезают и первые индикаторы 11 выключаются.

Аналогичным образом осуществляется снятие сигнала о невозврате какой-либо ступени релейной защиты 4 в исходное состояние после срабатывания ее в процессе проверки. Сигнал от источника 6 через второй замыкающий контакт 7₂ ключа 7 подается на прямой вход четвертого элемента И 17. Появление сигнала на выходе последнего зависит от того, имеется или отсутствует в данный момент сигнал на его инверсном входе, связанном с выходом выходного блока 3 релейной защиты 4. Если какая-либо ступень защиты не вернулась в исходное состояние, то сигнал остается на выходе ее выходного блока 3 и, следовательно, на инверсном входе четвертого элемента И 17. В этом случае появление сигнала на выходе четвертого элемента И 17, переключение второго RS-триггера 20 в исходное состояние и выключение третьего индикатора 15 не происходит. Третий индикатор 15 остается включенным, а цепь питания механизма переключения коммутационного аппарата 5 заблокирована до тех пор, пока не исчезает сигнал на выходе релейной защиты 4, т. е. пока не устраняется неисправность в цепи ее невернувшейся ступени. Если включение третьего индикатора 15 вызывается увеличением времени возврата какой-либо ступени релейной защиты 4 и к моменту замыкания второго контакта 7₂ ключа 7 она возвращается в исходное состояние, в результате чего сигнал на выходе релейной защиты 4 исчезает, то появляется сигнал на выходе четвертого элемента И 17 и на R-входе второго RS-триггера 20. Последний переключается в исходное состояние, сигнал на его выходе исчезает, третий индикатор 15 выключается, а защита вводится в работу в результате снятия сигнала с инверсного входа пятого элемента И 18.

Если в процессе контроля исправности релейной защиты 4 происходит короткое замыкание на защищаемом объекте, то срабатывает пусковой орган 9, с выхода которого сигнал подается на инверсный вход третьего элемента И 16 и на S-вход третьего RS-триггера 21. Последний переключается, в результате чего сигналы поступают на инверсные входы всех первых элементов И 10 и на вход четвертого индикатора 22. Четвертый индикатор 22 включается, а режим контроля релейной защиты 4 прерывается, так как на выходах всех первых элементов И 10 сигналы исчезают. Второй индикатор 14 выключается, сигнализируя об окончании режима контроля.

Наличие сигнала на инверсном входе третьего элемента И 16 препятствует появлению сигнала на его выходе, в результате чего сигнал, появившийся на входе механизма переключения коммутационного аппарата 5, не ограничивается по времени. Блокирование релейной защиты 4 не происходит и она действует на механизм переключения коммутационного аппарата 5, вызывая отключение выключателя, со временем той ступени, в зону работы которой попадает короткое замыкание. Таким образом предотвращаются отказы в работе релейной защиты при совпадении режима ее контроля с коротким замыканием на защищаемом объекте, что повышает надежность ее функционирования.

Для возврата устройства в исходное состояние после действия релейной защиты 4 на отключение в режиме контроля необходимо кратковременно замкнуть второй контакт 7₂ ключа 7.

В качестве дополнительного пускового органа 9 необходимо использовать высокочувствительное реле, реагирующие на все виды повреждений в зоне действия контролируемой релейной защиты 4.

При действии релейной защиты 4 в результате короткого замыкания при отсутствии режима контроля сигнал с выхода блока 2 ее сработавшей ступени поступает через выходной блок 3 и пятый элемент И 18 на механизм переключения коммутационного аппарата 5, вызывая отключение выключателя, на второй вход третьего элемента И 16, на все вторые входы вторых элементов И 13 и на первый вход одного из них, соответствующего номеру сработавшей ступени защиты, вызывая его срабатывание. С выхода этого элемента сигнал поступает на S-вход соответствующего первого RS-триггера 12, который перебрасывается, вызывая включение одного из первых индикаторов 11. Включенный индикатор 11 сигнализирует о срабатывании релейной защиты 4 по цепи соответствующей ступени. Пусковой орган 9 в этом режиме также сработает, в результате чего переключается третий RS-триггер 21, включается четвертый индикатор 22 и на инверсном входе третьего элемента И появляется сигнал. Третий элемент И 16 в этом случае не работает, так как на первом его входе, связанном с первым замыкающим контактом 7₁ ключа 7, сигнал отсутствует в виду разомкнутого состояния последнего и, кроме того, имеется сигнал на инверсном входе. Не работают элемент 19 задержки, второй RS-триггер 20 и третий индикатор 15.

Для снятия сигнала о срабатывании релейной защиты 4 и пускового органа 9 в результате короткого замыкания необходимо кратковременно замкнуть второй замыкающий контакт 7₂ управления 7. (56) Авторское свидетельство СССР N 1646008, кл. H 01 H 69/01, 1989.