РЕЛЕ СДВИГА ФАЗ Российский патент 1995 года по МПК H02H3/38 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и предназначено для использования в устройствах релейной защиты и подстанционной автоматики энергообъектов высокого напряжения.

В устройствах релейной защиты и автоматики применяются реле сдвига фаз (РСФ), срабатывание которых происходит при условии, если сдвиг фаз между двумя сравниваемыми величинами находится внутри заданного диапазона ( -ϕ_ср., ϕ_ср.).

Известны РСФ, способ действия которых основан на сравнении времени, соответствующего совпадению или несовпадению полярности сравниваемых величин, с заданным временем [1] В состав этих реле входят блоки формирования сравниваемых величин, подключенные выходами к входам фазосравнивающего блока, выход которого присоединен к входу органа выдержки времени. Выход последнего подключен к входу исполнительного блока. Указанным реле присуще существенное изменение условий срабатывания при изменении частот сравниваемых величин.

Отмеченная зависимость в значительно меньшей степени характерна для реле сдвига фаз, алгоритм которых основан на сравнении времени, соответствующего совпадению полярностей сравниваемых сигналов, с временем, соответствующими несовпадению этих сигналов. Так если частоты сравниваемых величин изменяются одинаковым образом, например, с 50 до 48 Гц, то условия срабатывания реле не изменяются. Описанный алгоритм используется и известным реле сдвига фаз, которое является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому реле и принято за прототип. Указанное РСФ (см. Шкаф типа ШЭ 2706 устройств трехфазного автоматического повторного включения энергообъектов 500-1150 кВ. Техническое описание и инструкции по эксплуатации ИГФР.656452.106 ТО, ИГФР. 656452.106 Т01) содержит блоки формирования сравниваемых величин, выходы которых подключены к цепи, образованной последова- тельным соединением фазосравнивающего блока, блока регулирования уставки, двухвходового интегросумматора, компаратора и исполнительного блока. Блок регулирования уставки реле прототипа выполнен в виде двух однополупериодных выпрямителей, к выходам каждого из которых подключена цепь, образованная последовательным соединением ряда резисторов. На выходе первого выпрямителя формируется сигнал U_с при совпадении полярностей сравниваемых величин, а на выходе второго выпрямителя сигнал U_н при несовпадении отмеченных полярностей. Сигналы U_с, U_нхарактеризуются одинаковой амплитудой и различными полярностями [2]
Регулирование уставки РСФ осуществляется посредством изменения сопротивления R_c, R_н цепей, включенных между выходами соответствующих выпрямителей и интегросумматором. Указанное приводит к изменению токов i_c, i_н, протекающих к интегросумматору. Ток i_c протекает при воздействии напряжения U_с, а ток i_н при воздействии напряжения U_н. Условия срабатывания РСФ определяются коэффициентом K_ϕ
K_ϕ
(1)
Учитывая, что в рассматриваемом РСФ обеспечивается U_н|U_c| для этого реле уравнение (1) приводится к виду:
K_ϕ
При этом для задания требуемой уставки по углу срабатывания ϕ_ср..

РСФ необходимо обеспечить:
K_ϕ
(2)
При использовании РСФ возникает необходимость дискретной регулировки ее уставки по углу срабатывания ϕ_ср., в сравнительно широких пределах с достаточно малыми ступенями регулирования. Например, в РСФ, которое используется в шкафе типа ШЭ 2706 угол ϕ_ср. должен изменяться от 10 до 90^о со ступенью регулирования 2^о. Наиболее рациональным способом выполнения такой регулировки, позволяющим сократить количество коммутационных элементов, является метод суммирования высоких коэффициентов. В этом случае коэффициент K_ϕ может быть определен следующим образом:
K_ϕ
(3) где ϕ_ср.i значение угла ϕ_ср., соответствующее i-ой ступени регулирования уставки по ϕ_ср..

В РСФ-прототипе возможность использования метода суммирования весовых коэффициентов достигается посредством согласованного изменения по линейному закону двух сопротивлений R_c и R_н.

Однако необходимость выполнения согласованных переключений в двух цепях при регулировании уставки РСФ вызывает неудобства у обслуживающего персонала, повышает вероятность его неправильных действий, чем снижает надежность функционирования РСФ. Кроме того, количество коммутационных элементов в цепях регулировки РСФ-прототипа не является минимальным, в связи с тем, что отмеченные элементы приходится устанавливать как в цепи регулировки сопротивления R_с, так и в цепи регулировки сопротивления R_н. Последнее также снижает надежность РСФ.

Техническим результатом изобретения является повышение удобства эксплуатации реле сдвига фаз.

Технический результат достигается тем, что в реле сдвига фаз, содержащем блоки формирования сравниваемых величин, выходы которых подключены к входу фазосравнивающего блока, блок регулировки уставки, включающий n-цепей из резисторов и коммутационных элементов, последовательно соединенные интегросумматор, компаратор, исполнительный блок, двухполярный источник питания, в блоке регулировки уставки цепь, образованная из резистора, одним выводом подключена к первому выходу двухполярного источника питания, напряжение которого одной полярности с сигналом на выходе фазосравнивающего блока при несовпадении полярностей сигналов на его входах, цепи, образованные из последовательно включенных резистора и коммутационного элемента, подключены одним выводом к второму выводу двуполярного источника питания, другие выводы указанных цепей блока регулировки уставки подключены к первому входу интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом фазосравнивающего блока.

Сущность изобретения заключается в выполнении блока регулировки уставки в виде двух цепей. Первая цепь, образованная из резистора, одним выводом подключена к первому выходу двухполярного источника питания, напряжение которого одной полярности с сигналом на выходе фазосравнивающего блока при несовпадении полярностей сигналов на его входах, вторая цепь, образованная из последовательно включенных резистора и коммутационного элемента, подключена одним выводом к второму выходу двухполярного источника питания, другие выводы указанных цепей блока регулировки уставки подключены к первому входу интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом фазосравнивающего блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого реле; на фиг. 2 пример реализации блоков 3, 4, 5 реле; на фиг. 3 временная диаграмма, поясняющая функционирование реле.

На указанных фигурах использованы следующие обозначения: 1, 2 блоки формирования сравниваемых величин; 3 фазосравнивающий блок; 4 блок регулирования уставки; 5 интегросумматор; 6 компаратор; 7 исполнительный блок; 8, 16 операционные усилители (ОУ); 9.12 резисторы; 13, 14 переключатели; 15 конденсатор.

Как видно из фиг. 1, на вход блока формирования первой сравниваемой величины 1 поступает напряжение U₁, а на вход блока формирования второй сравниваемой величины 2 напряжение U₂. Выходы блоков формирования 1, 2 присоединены к входам фазосравнивающего блока 3, выход которого подключен к первому входу интегросумматора 5. Второй вход интегросумматора 5 через блок регулирования уставки 4 связан с цепями питания. К выходу интегросумматора 5 подключена цепь, образованная последовательным соединением компаратора 6 и исполнительного блока 7.

В примере, приведенном на фиг. 2, оконечный каскад фазосравнивающего блока 3, выполненный на ОУ 8, через резистор 9 подключен к интегросумматору, который реализован посредством ОУ 16 и конденсатора 15. Блок регулирования уставки образован резисторами 10, 11, 12 и переключателями 13, 14. При этом резистор 10 должен подключаться к шине питания, напряжение которой U_пит.1 характеризуется той же полярностью, что и сигнал на выходе ОУ 8 при несовпадении полярностей сравниваемых сигналов U₁, U₂. Резисторы 11, 12 подключаются к шине питания с напряжением U_пит. противоположной полярности.

Реле работает следующим образом. Сравниваемые входные напряжения поступают на входы формирователей 1, 2, которые преобразуют входные величины в последовательность прямоугольных импульсов U₁, U₂ (фиг. 3). Указанные импульсы формируются в моменты перехода входной величины через 0 и характеризуют ее полярность. Выходной сигнал U₃ фазосравнивающего блока 3 изменяет свое значение в зависимости от совпадения или несовпадения полярностей сигналов U₁, U₂. В первом случае обеспечивается U₃ U_3c, а во втором обеспечивается U₃ U_3н,U_3c| U_3н| U_ϕ Для однозначности считаем, что обеспечивается U_3c > 0, U_3н < 0. И следовательно, обеспечивается U_пит1 U_пит^от < 0, U_пит2= U_питⁿ > 0 (фиг. 2). Под действием напряжения U_3c к интегратору от блока 3 протекает ток i₃ i_3c, а под действием напряжения U_3н ток i₃ i_3н. Учитывая вышеизложенное, имеем: ii i_ϕ i_3c > 0, i_3н < 0 Напряжения питания, приложенные к блоку регулирования, обуславливают протекание тока i_ϕ, который может быть представлен в виде
i_ϕ= i+ i_ϕ2 где i, i_ϕ2- токи, протекающие под действием напряжений
Uотпи

При этом коэффициент K_ϕ, характеризующий условия срабатывания РСФ, может быть определен следующим образом.

K_ϕ (5)
Под воздействием положительного тока i_с напряжение U₅ на выходе интегросумматора 5 изменяется в сторону отрицательных значений, а под воздействием тока i_н в сторону положительных значений. Чем меньше расхождение фаз ϕ сравниваемых величин, тем сильнее напряжение U₅смещается в сторону отрицательных значений. При выполнении условия ϕ< ϕ_ср, сигнал U₅ становится более отрицательным чем порог срабатывания компаратора 6. Последний переходит в состояние срабатывания, обеспечивая срабатывание исполнительного блока 7. В случае, когда условие ϕ< < ϕ_ср не выполняется, сигнал U₅ не достигает порога срабатывания компаратора 6, вследствие чего указанный компаратор и исполнительный блок пребывают в состоянии несрабатывания.

Для обеспечения требуемого закона регулирования уставки необходимо добиться равенства выражений (3) и (5). Для этого зададим требование к токам, которые протекают к интегросумматору 5, следующим образом:
i_ϕ K (6)
i_ϕ1 K (7)
i_pi K ϕ_ср.i, (8) где К коэффициент пропорциональности.

Выполнение требований (6.8) легко может быть достигнуто посредством подбора соответствующих резисторов (резисторы 9.12 на фиг. 2).

Подставляя выражения (6.8) в уравнение (5), получим:
K_ϕ (9)
Таким образом, равенство выражений (3) и (5), а следовательно, и требуемый закон регулирования уставки РСФ обеспечивается.

В соответствии с настоящим предложением для изменения уставки по углу срабатывания РСФ используется только один регулировочный элемент. Указанное упрощает эксплуатацию реле, снижает вероятность ошибок эксплуатационного персонала при выставлении уставок.

Использование: в релейной защите и предназначено для использования в устройствах релейной защиты и подстанционной автоматики энергообъектов высокого напряжения. Сущность изобретения: реле сдвига фаз содержит два блока формирования сравниваемых величин 1, 2, выходы которых подключены к входу фазосравнивающего блока 3, блок регулировки уставки 4, включающий n-цепей из резисторов и коммутационных элементов, последовательно соединенные интегросумматор, компаратор и исполнительный блок, двухполярный источник питания. В блоке регулировки уставки цепь 4, образованная из резистора, одним выводом подключена к первому выходу двухполярного источника питания, напряжение которого одной полярности с сигналом на выходе фазосравнивающего блока при несовпадении полярностей сигналов на его входах, цепи, образованные из последовательно включенных резистора и коммутационного элемента, подключены одним выводом к второму выходу двухполярного источника питания, другие выводы указанных цепей блока регулировки уставки подключены к первому входу интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом фазосравнивающего блока. 3 ил.

РЕЛЕ СДВИГА ФАЗ, содержащее два блока формирования сравниваемых величин, выходы которых подключены к входу фазосравнивающего блока, блок регулирования уставки, включающий n цепей из резисторов и коммутационных элементов, последовательно соединенные интегросумматор, компаратор и исполнительный блок, двухполярный источник питания, отличающееся тем, что в блоке регулировки уставки цепь, образованная из резистора, одним выводом подключена к первому выходу двухполярного источника питания, напряжение которого одной полярности с сигналом на выходе фазосравнивающего блока при несовпадении полярностей сигналов на его входах, цепи, образованные из последовательно включенных резистора и коммутационного элемента, подключены одним выводом к второму выходу двухполярного источника питания, другие выводы указанных цепей блока регулировки уставки подключены к первому входу интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом фазосравнивающего блока.