реле скорости рассогласования фаз

Формула изобретения

1. Реле скорости рассогласования фаз, содержащее первый компаратор, алгебраический сумматор и исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены второй компаратор, вход которого является входом для подключения напряжения сети, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами, соответственно, второго и первого компаратора, вход которого является входом для подключения напряжения генератора, генератор тактовых импульсов, счетчик, второй элемент И, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом счетчика, первый фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, а выход соединен с первым входом алгебраического сумматора и со вторым входом блока вычитания, последовательно соединенные второй фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания и со вторым входом алгебраического сумматора, и третий компаратор, второй вход которого является входом задания порога срабатывания, а выход второго компаратора соединен со входом исполнительного элемента, а также формирователь короткого импульса по заднему фронту, вход которого соединен с выходом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход формирователя короткого импульса по заднему фронту соединен с тактовыми входами первого и второго фильтров-усреднителей и с входом установки в ноль счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И.

2. Реле по п.1, отличающееся тем, что выход формирователя короткого импульса по заднему фронту соединен с входом установки в ноль счетчика через элемент задержки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле скорости рассогласования фаз сети и генератора.

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 скорости рассогласования фаз.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй выпрямительные блоки, выполненные в виде диодов, катод и анод которых являются, соответственно, клеммой напряжения генератора и клеммой напряжения сети, алгебраический сумматор, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с анодом первого и с катодом второго диодов, первый и второй операционные усилители, являющиеся, соответственно, повторителем и компаратором, входы которых соединены с выходом сумматора, третий и четвертый диоды, аноды которых соединены с выходами первого и второго операционных усилителей, соответственно, умножитель, входы которых соединены с катодами третьего и четвертого диодов, первый и второй инверторы, входы которых соединены, соответственно, с катодами третьего и четвертого диодов, а также первый, второй и третий исполнительные элементы, соединенные, соответственно, с выходом умножителя и первого и второго инверторов [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно вырабатывает сигнал примерного равенства амплитуды напряжений сети и генератора, что указывает на временной интервал возможной подстройки фазы генератора к фазе сети, но не вырабатывает сигнала допустимой (или недопустимой) скорости рассогласования фаз генератора и сети в интервале возможной подстройки.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее первый компаратор, алгебраический сумматор и исполнительный элемент, введены второй компаратор, вход которого является входом для подключения напряжения сети, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно второго и первого компаратора, вход которого является входом для подключения напряжения генератора, генератор тактовых импульсов, счетчик, второй элемент И, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом счетчика, первый фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, а выход соединен с первым входом алгебраического сумматора и со вторым входом блока вычитания, последовательно соединенные второй фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания и со вторым входом алгебраического сумматора, и третий компаратор, второй вход которого является входом задания порога срабатывания, а выход соединен с входом исполнительного элемента, а также формирователь короткого импульса по заднему фронту, вход которого соединен с выходом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход формирователя короткого импульса по заднему фронту соединен с тактовыми входами первого и второго фильтров-усреднителей и с входом установки в ноль счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И.

Кроме того, выход формирователя короткого импульса по заднему фронту соединен с входом установки в ноль счетчика через элемент задержки.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле скорости рассогласования фаз, на фиг.2 - фильтра-усреднителя, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие их работу.

Реле скорости рассогласования фаз (фиг.1) содержит первый компаратор 1 с нулевым пороговым уровнем, вход которого является входом напряжения генератора, второй компаратор 2 с нулевым пороговым уровнем, вход которого является входом напряжения сети, последовательно соединенные первый элемент И 3, входы которого соединены с выходами первого 1 и второго 2 компараторов, генератор 4 тактовых импульсов (ГТИ), второй элемент И 5, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И 3, счетчик 6, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И 5, блок 7 вычитания, первый вход которого соединен с выходом счетчика 6, сумматор 8, первый фильтр-усреднитель 9, выход которого соединен с первым входом сумматора 8 и со вторым входом блока 7 вычитания, последовательно соединенные второй фильтр-усреднитель 10, информационный вход которого соединен с выходом блока 7 вычитания и со вторым входом сумматора 8, выход которого соединен с информационным входом первого фильтра-усреднителя 9, и третий компаратор 11, второй вход которого является входом задания порога срабатывания, а выход соединен с входом исполнительного элемента 12, а также формирователь 13 короткого импульса, вход которого соединен с выходом первого элемента И 3 и с первым входом второго элемента И 5, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 4, а выход также формирователя 13 короткого импульса соединен с тактовыми входами первого 9 и второго 10 фильтров-усреднителей и с входом установки в ноль счетчика 6, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И 5.

Первый 9 и второй 10 фильтры-усреднители могут быть выполнены в виде стандартного цифрового (фиг.2) и содержат, например, последовательно соединенные ячейки 14-1...14-к, выходы которых через соответствующий ему умножитель 15-1. . .15-к на величину 1/к, где к - число ячеек фильтра, соединены с входом сумматора 16, на выходе которого формируется средняя величина поступивших отсчетов.

Формирователь 13 вырабатывает короткий импульс по перепаду сигнала с уровня логической единицы на уровень логического нуля на выходе первого элемента И 3. Исполнительный элемент 12 может быть выполнен в виде обмотки реле, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом третьего компаратора 11. Остальные блоки устройства также являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков на чертеже опущены, как несущественные. Аналогично опущены несущественные цепи синхронизации цифровых элементов.

На фиг. 3а представлены временные диаграммы сигналов на выходе первого компаратора 1 (сигнал генератора), на фиг.3б, в, г - на выходе второго компаратора 2 (сигнал сети): 3б - вариант совпадения по фазе относительно сигнала генератора, 3в - вариант опережения по фазе относительно сигнала генератора, фиг.3г - вариант отставания по фазе относительно сигнала генератора. Заштрихованные части импульсов соответствуют интервалам совпадения сигналов сети и генератора.

Работает реле скорости рассогласования фаз следующим образом.

Сигналы напряжений внешнего генератора U_г и сети U_c поступают на входы первого 1 и второго 2 компараторов соответственно. На выходе первого компаратора 1 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне сигнала генератора фиг. 3а, а на выходе второго компаратора 2 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне сигнала сети (фиг.3б, в, г), который может совпадать по фазе, опережать или отставать по фазе от сигнала генератора.

При совпадении временных положений импульсов на выходе первого 1 и второго 2 компараторов на выходе первого элемента И 3 формируется импульс, по спаду (заднему фронту) которого формирователь 13 формирует короткий импульс. Кроме того, этот импульс подается на первый вход второго элемента И 5, на второй вход которого подаются импульсы ГТИ 4. Поэтому счетчик 6 подсчитывает число импульсов, пропорциональное интервалу совпадения импульсов на выходе первого 1 и второго 2 компараторов. По короткому импульсу, сформированному формирователем 13, содержимое счетчика 6 после прохождения через блок 7 вычитания и сумматор 8 заносится в первый фильтр-усреднитель 9, а сигнал с выхода блока 7 вычитания заносится со второй фильр-усреднитель 10. Содержимое счетчика 6 затем обнуляется. Это обеспечивается либо управлением первым 9 и вторым 10 фильтрами-усреднителями и счетчика 6 по разным фронтам импульсов, либо включением на входе установки в ноль счетчика 6 малой задержки. На выходе блока вычитания 7 формируются оценки дифференциалов (приращений) фаз сигналов сети и генератора. Эти оценки поступают во второй фильтр-усреднитель 10, в котором формируется усредненная оценка дифференциала по нескольким соседним отсчетам. При недопустимо большой скорости изменения разности фаз сигналов сети и генератора срабатывает третий компаратор 11 и, следовательно, исполнительный элемент 12.

Таким образом, предложение обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку срабатывает при недопустимой скорости рассогласования фаз генератора и сети.

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. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.355, рис. 12.16 (прототип).