реле направления мощности

Формула изобретения

1. Реле направления мощности, содержащее промежуточный трансформатор напряжения, промежуточный трансформатор тока, входы которых являются соответствующими информационными входами реле, и последовательно соединенные двухпороговый компаратор и исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены первый пороговый блок, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора напряжения, второй пороговый блок, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора тока, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами "Больше" первого и второго пороговых блоков соответственно, второй элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами "Меньше" первого и второго пороговых блоков соответственно, первый реверсивный счетчик, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента И, вход вычитания - с выходом второго элемента И, а выход первого реверсивного счетчика соединен с информационным входом двухпорогового компаратора, последовательно соединенные одновибратор, вход которого является входом запуска реле, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с третьими входами первого и второго элементов И, третий элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - со счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с информационным входом регистра памяти, вход установки начального кода которого соединен с выходом одновибратора, задатчик верхнего и нижнего пороговых уровней, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами задания верхнего и нижнего пороговых уровней двухпорогового компаратора, формирователь импульса по заднему фронту входного сигнала, вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока и со вторым входом третьего элемента И, а выход - с тактирующим входом регистра памяти и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора и с входом установки начального кода первого реверсивного счетчика, а выход - соединен с входом установки в "0" второго счетчика.

2. Реле по п. 1, отличающееся тем, что двухпороговый компаратор содержит первый и второй пороговые элементы, информационные входы которых объединены и являются входом двухпорогового компаратора, а входы задания пороговых уровней являются входами задания соответственно верхнего и нижнего пороговых уровней двухпорогового компаратора, а также элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, а его выход является выходом двухпорогового компаратора.

3. Реле по п. 1 или 2, отличающееся тем, что вход установки в "0" второго счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ через элемент задержки.

4. Реле по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что задатчик верхнего и нижнего пороговых уровней выполнен в виде двух постоянных запоминающих устройств, входы которого объединены и являются входами указанного задатчика, а выходы являются соответственно первым и вторым выходами указанного задатчика, причем по коду регистра памяти в указанном задатчике производится уточнение значений верхнего и нижнего допустимых пороговых уровней.

5. Реле по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что исполнительный элемент выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с входом исполнительного элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле направления мощности.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле направления мощности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный преобразователь напряжения, блок фиксации положительных значений сигнала, первый интегратор, сумматор, пороговый блок и исполнительный элемент, а также последовательно соединенные промежуточный преобразователь тока, блок фиксации отрицательных значений сигнала, первый вход которого соединен со вторым входом блока фиксации положительных значений сигнала, а второй вход соединен с первым входом блока фиксации положительных значений сигнала, и второй интегратор, выход которого соединен со вторым входом сумматора [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность в условиях возможных изменений частоты входного сигнала.

Действительно, в основу его работы положен принцип сравнения фаз двух сигналов - напряжения и тока от защищаемого объекта. Параметры устройства должны быть настроены на заданное время совпадения однополярных мгновенных значений этих сигналов. Однако заданное время настройки существенно зависит от частоты сигнала и при изменениях частоты даже в небольших пределах точность работы устройства резко снижается.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее промежуточный трансформатор напряжения, промежуточный трансформатор тока, входы которых являются соответствующими информационными входами реле, и последовательно соединенные двухпороговый компаратор и исполнительный элемент, введены первый пороговый блок, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора напряжения, второй пороговый блок, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора тока, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами "Больше" первого и второго пороговых блоков соответственно, второй элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами "Меньше" первого и второго пороговых блоков соответственно, первый реверсивный счетчик, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента И, вход вычитания - с выходом второго элемента И, а выход первого реверсивного счетчика соединен с информационным входом двухпорогового компаратора, последовательно соединенные одновибратор, вход которого является входом запуска реле, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с третьими входами первого и второго элементов И, третий элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - со счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с информационным входом регистра памяти, вход установки начального кода которого соединен с выходом одно вибратора, задатчик верхнего и нижнего пороговых уровней, первый и второй выходы которого соединены с входами задания соответственно верхнего и нижнего пороговых уровней двухпорогового компаратора, формирователь импульса по заднему фронту входного сигнала, вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока и со вторым входом третьего элемента И, а выход - с тактирующим входом регистра памяти и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одно вибратора и с входом установки начального кода первого реверсивного счетчика. Кроме того, двухпороговый компаратор содержит первый и второй пороговые элементы, информационные входы которых объединены и являются входом двухпорогового компаратора, а входы задания пороговых уровней являются входами задания соответственно верхнего и нижнего пороговых уровней двухпорогового компаратора, а также элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, а его выход является выходом двухпорогового компаратора. Кроме того, вход установки в "0" второго счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ через элемент задержки, задатчик верхнего и нижнего пороговых уровней выполнен в виде двух постоянных запоминающих устройств, входы которых объединены и являются входами указанного задатчика, а выходы являются соответственно первым и вторым выходами указанного задатчика, а исполнительный элемент выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с входом исполнительного элемента.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле направления мощности, на фиг.2 - структурная схема двухпорогового компаратора.

Реле направления мощности (фиг.1) содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор 1 напряжения и первый пороговый блок 2, последовательно соединенные промежуточный трансформатор 3 тока и второй пороговый блок 4, первый элемент 5 И, первый и второй входы которого соединены с выходами "Больше" первого 2 и второго 4 пороговых блоков соответственно, второй элемент 6 И, первый и второй входы которого соединены с выходами "Меньше" первого 2 и второго 4 пороговых блоков соответственно, первый реверсивный счетчик 7, вход сложения которого соединен с выходом первого элемента 5 И, вход вычитания соединен с выходом второго элемента 6 И, двухпороговый компаратор 8, информационный вход которого соединен с выходом первого реверсивного счетчика 7, исполнительный элемент 9, вход которого соединен с выходом двухпорогового компаратора 8, последовательно соединенные одновибратор 10, генератор 11 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен с третьими входами первого 5 и второго 6 элементов И, и третий элемент 12 И, второй вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока 2, второй счетчик 13, регистр 14 памяти, установочный вход которого соединен с выходом одно вибратора 10, и задатчик 15 верхнего и нижнего пороговых уровней, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами задания верхнего и нижнего пороговых уровней двухпорогового компаратора 8, последовательно соединенные формирователь 16 импульсов, вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока 2 и со вторым входом третьего элемента 12 И, и элемент 17 ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора 10 и с установочным входом первого реверсивного счетчика 7, а выход соединен с входом установки в "0" второго счетчика 13, при этом, тактирующий вход регистра 14 памяти соединен с выходом формирователя 16 импульсов.

Двухпороговый компаратор 8 (фиг.2) содержит первый 18 и второй 19 пороговые элементы, информационные входы которых объединены и являются информационным входом двухпорогового компаратора 8, а управляющие входы первого 18 и второго 19 пороговых элементов являются соответственно первым и вторым входами задания верхнего и нижнего пороговых уровней двухпорогового компаратора 8, а также элемент 20 ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого 18 и второго 19 пороговых элементов, а выход является выходом двухпорогового компаратора 8.

Промежуточные трансформаторы 1 напряжения и 3 тока могут иметь ту же конструкцию, что и в прототипе, первый 2 и второй 4 пороговые блоки, а также первый 18 и второй 19 пороговые элементы могут быть выполнены в виде компараторов. Задатчик 15 верхнего и нижнего пороговых уровней может быть выполнен в виде двух постоянных запоминающих устройств, входы которых объединены и являются входом блока, а выходы являются его выходами. Исполнительный элемент 9 может быть выполнен в виде обмотки реле с замыкающим контактом, которая через усилитель или непосредственно соединена с выходом двухпорогового компаратора 8. Формирователь 16 импульсов формирует одиночный импульс при переходе входного сигнала с уровня логической единицы на уровень логического нуля. Остальные элементы устройства являются стандартными элементами цифровой техники. Цепи питания на чертежах опущены как несущественные.

Работает реле направления мощности следующим образом.

В основу его работы положен принцип сравнения фаз двух сигналов - напряжения и тока от защищаемого объекта. Параметры устройства должны быть настроены на заданное время совпадения однополярных мгновенных значений этих сигналов. Так, например, сдвигу фаз, равному 90^o, соответствует время совпадения в четверть периодов промышленной частоты.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе на вход одновибратора 10, который вырабатывает одиночный импульс, поступающий на вход запуска ГТИ 11, через элемент 17 ИЛИ на вход установки в ноль второго счетчика 13, а также на входы установки в начальное состояние первого реверсивного счетчика 7 и регистра 14 памяти, в которых устанавливается код, соответствующий номинальной частоте входного сигнала.

На вход промежуточного трансформатора 1 напряжения поступает входной сигнал напряжения, поэтому на выходе "Больше" первого порогового блока 2 (с нулевым пороговым уровнем) формируется последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых соответствует положительному полупериоду и функционально связана с частотой его входного сигнала, а на выходе "Меньше" формируется последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых соответствует половине отрицательного полупериода. Аналогично на вход промежуточного трансформатора 3 тока поступает входной сигнал тока, поэтому на выходе "Больше" второго порогового блока 4 (с нулевым пороговым уровнем) формируется последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых соответствует положительному полупериоду, а на выходе "Меньше" - отрицательному полупериоду. Через первый элемент 5 И на вход сложения первого реверсивного счетчика 4 поступают импульсы ГТИ 9, число которых пропорционально совпадению интервалов положительных значений напряжения и тока входного сигнала. Через второй элемент 6 И на вход вычитания первого реверсивного счетчика 4 поступают импульсы ГТИ 9, число которых пропорционально совпадению интервалов отрицательных значений напряжения и тока входного сигнала. Выходной код первого реверсивного счетчика 7 сравнивается в двухпороговом компараторе 8 с предельно допустимым значением верхнего порога U_п+ (в первом пороговом элементе 18) и с предельно допустимым значением нижнего порога U_п- (во втором пороговом элементе 19). При выходе за эти уровни на вход исполнительного элемента 9 через элемент ИЛИ 20 с выходов первого 18 или второго 19 пороговых элементов подается уровень логической единицы, что приводит к срабатыванию исполнительного элемента 9.

Кроме того, в течение сигнала с уровнем логической единицы через третий элемент 12 И на вход второго счетчика 13 поступают импульсы ГТИ 11, что позволяет сформировать во втором счетчике 13 код длительности импульса. В моменты окончания этих импульсов на выходе формирователя 16 импульсов формируется короткий импульс, по которому содержимое второго счетчика 13 переписывается в регистр 14 памяти, после чего содержимое второго счетчика 13 обнуляется. Последнее обеспечивается либо работой регистра 14 и входа установки в ноль второго счетчика 13 по разным фронтам импульса с выхода формирователя 16 импульсов, либо включением элемента задержки на входе установки в ноль второго счетчика 13. По коду регистра 14 памяти, который пропорционален длительности половине периода входного сигнала и, следовательно, функционально связан с частотой входного сигнала, в задатчике 15 верхнего и нижнего пороговых уровней производится уточнение значений верхнего и нижнего допустимых пороговых уровней U_п- и U_п+, которые используются в качестве опорных уровней для первого 18 и второго 19 пороговых элементов в двух пороговом компараторе 8.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку в нем предусмотрена подстройка величин порогов срабатывания первого порогового блока в соответствии с текущей частотой входного сигнала.

Источники информации

1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с. 390, рис. 35.10.

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с. 122, рис. 2.70.