УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 1997 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к противоаварийной автоматике энергосистем, и может быть использовано, например, в автоматике ликвидации асинхронного режима (АЛАР).

Известно устройство для выявления асинхронного режима (АР) электропередачи на первом цикле, входящее в состав АЛАР [1, рис. 17 и 25] Его основу составляют пусковой (реле тока или сопротивления) и выявительный (реле направления мощности) органы. Фиксация цикла АР происходит в случае переориентации (срабатывания или возврата) выявительного органа в зоне действия пускового.

Это правомерно при настройке характеристики выявительного органа на расчетное значение Φ_эр угла Φ_э эквивалентного сопротивления электропередачи, так как угол δ между электродвижущими силами (ЭДС) по ее концам достигает границы устойчивости (d180^o), когда фазовый угол v между напряжением и током в контролируемой точке становится равным v_э За этим следует переориентация выявительного органа и фиксация цикла АР, если зона срабатывания пускового органа охватывает область значений δ близких к 180^o.

Однако реальные значения угла v_э могут лежать в широком диапазоне (60-110^o) и при их максимальном отклонении от Φ_эр возможна переориентация выявительного органа вне зоны срабатывания пускового, и следовательно, отказ устройства, что указывает на его главный недостаток низкую селективность. Кроме того, известное устройство не позволяет использовать информативность Φ в отношении размещения контролируемой точки относительно электрического центра качаний (ЭЦК) для отстройки от внешнего АР.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является устройство для выявления АР электропередачи, приведенное в [2, фиг. 4] Оно содержит преобразователи тока и напряжения (блоки 1-2), детектор (блоки 3, 5-10) приращения Dv фазового угла v в зоне срабатывания органа контроля режимного параметра (блок 4), формирователь модуля, компаратор и элемент 2И (блоки 12, 14 и 15). Эта часть устройства является основной и позволяет выявить АР. Кроме того, с помощью дополнительных элементов сравнения и логических блоков реализуется возможность получения выходного сигнала при АР в зависимости от сочетания знака взаимного скольжения ЭДС и размещения ЭЦК.

Принцип действия устройства основан на том, что сначала вычисляют Dv, как разность мгновенных значений Φ₂ и Φ₁ угла Φ в моменты t₂ и t₁ возврата и срабатывания органа контроля режимного параметра, затем фиксируют АР по превышению абсолютным значением Dv заданного значения v_бл

Следует заметить, что все упомянутые величины присутствуют в узлах устройства в виде пропорциональных им напряжений.

Недостатком рассмотренного устройства является нарушение селективности, особенно при малых (0,1-0,2 с) периодах АР, из-за высокой погрешности детектора приращения фазового угла, формирующего на выходе напряжение, пропорциональное ΔΦ.

Одна из причин этого заключается в использовании мгновенных значений v₂ и Φ₁ угла Φ, на которые могут легко повлиять случайные факторы (помехи, ошибки измерения). Другая причина снижения точности вычисления Dv вызвана необходимостью обеспечения непрерывности функции v = f(δ) в диапазоне ± 360^o, охватывающем возможные значения Φ₁ и Φ₂. При этом дискретность фиксации значений Φ (шаг не менее полупериода промышленной частоты 0,01 с ) приводит к увеличению погрешности измерения с уменьшением периода Т_a AP. Так, при Т_a= 0,1 c и интервале Dt = t₂-t₁= 0.5 Т_a= 0,05 с можно измерить только пять значений Φ (шаг 0,01 с) и предельная погрешность измерения v₁ и Φ₂ составит ±20% При неблагоприятном сочетании знаков погрешностей измерения Φ₁ и Φ₂ погрешность вычисления ΔΦ по (1) может достигать ±40% что ограничивает селективность известного устройства, т.е. возможна фиксация внешнего АР или синхронных качаний и невыявление АР по контролируемому сечению.

Кроме того, устройство недостаточно надежно из-за сложности исполнения фазового детектора в составе детектора Dv, обеспечивающего упомянутую непрерывность v.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение селективности и надежности устройства. Полученный при этом технический результат проявляется в снижении вероятности и излишних срабатываний устройств АЛАР, где это изобретение может быть использовано.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, содержащем преобразователи напряжения и тока, входы которых являются входами устройства, детектор приращения фазового угла, имеющий в своем составе вычислитель, логический элемент 2ИЛИ-НЕ и формирователь импульсов по сплаву, включенный между первым и вторым входами упомянутого элемента 2ИЛИ-НЕ, которые связаны с третьим входом и вторым выходом детектора соответственно, формирователь модуля, компаратор и логический элемент 2И, выход которого является первым выходом устройства, причем первый и второй входы детектора приращения фазового угла подключены к выходам преобразователей напряжения и тока соответственно, таким же образом к этим выходам подключены аналогичные входы органа контроля режимного параметра, выход которого соединен с третьим входом упомянутого детектора, чей первый выход через последовательно включенные формирователь модуля и компаратор связан с первым входом логического элемента 2И, в детектор приращения фазового угла дополнительно введены первый и второй преобразователи частоты в напряжение, входы которых являются первым и вторым входами детектора, а входы соединены с первым и вторым входами вычислителя соответственно, и интегратор, аналоговый вход которого подключен к выходу вычитателя, установочный вход подключен к выходу логического элемента 2ИЛИ-НЕ, а выход служит первым выходом детектора приращения фазового угла, второй выход которого соединен со вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ.

Кроме того, дополнительно введены орган направления мощности с прямым и инверсным выходами, первый и второй входы которого подключены к выходам преобразователей напряжения и тока соответственно, второй и третий логические элементы 2И, первые входы которых подключены к прямому и инверсному выходам органа направления мощности соответственно, вторые входы подключены к выходу первого логического элемента 2И, а выходы служат вторым и третьим выходами устройства соответственно.

Сопоставительный анализ признаков предлагаемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы решают следующие функциональные задачи:
1. Введенные в детектор блоки и связи позволяют получить на его выходе величину, пропорциональную ΔΦ, путем интегрирования в диапазоне от момента t₁ срабатывания органа контроля режимного параметра до момента t₂ его возврата величины, пропорциональной разности частоты напряжения и тока в контролируемой точке электропередачи. При этом значение выходного сигнала детектора мало подвергается влиянию случайных помех и ошибок измерения при достаточно узком диапазоне изменения частот (50 Гц ± 10%), что уменьшает погрешность детектора и упрощает его реализацию, повышая тем самым селективность и надежность устройства.

2. Введение органа направления мощности и элементов 2И простейшим путем решает задачу получения выходных сигналов в зависимости от размещения ЭЦК и знака взаимного скольжения ЭДС электропередачи, что также повышает надежность устройства.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу, где U_i выходные напряжения блоков (i номер блока), U_o и U_бл пороги срабатывания блоков 10 и 12.

Схема содержит входные преобразователи напряжения 1 и тока 2, детектор 3 приращения фазового угла, состоящий из первого 4 и второго 5 преобразователей частоты в напряжение, вычитателя 6, формирователя импульсов по спаду 7, логического элемента 8 типа 2ИЛИ-НЕ и интегратора 9 с аналоговым и установочным входами, орган 10 контроля режимного параметра, формирователь модуля 11, компаратор 12 и логический элемент 13 типа 2И, выход которого является первым выходом устройства. Корме того, в схему включены орган 14 направления мощности и логические элементы 15 и 16 типа 2И, выходы которых являются вторым и третьим выходами устройства.

Блоки, входящие в состав устройства являются типовыми и могут быть реализованы по любым известным схемам.

Устройство работает следующим образом. Напряжение u_вх и ток i_вх, пропорциональные напряжению и току контролируемой точки электропередачи, поступают на входы устройства с измерительных трансформаторов. С помощью линейных преобразователей 1 и 2 они трансформируются в выходные напряжения u₁ и u₂, изменяющиеся в рабочем диапазоне последующих элементов схемы
u₁ k_u • u_вх (2)
u₂ k_i • i_вх (3)
где k_u и k_i коэффициенты передачи преобразователей.

Напряжения u₁ и u₂ подаются на входы преобразователей 4 и 5 соответственно (первый и второй входы детектора 3), с помощью которых частоты w_u и ω_i этих напряжений линейно преобразуются в напряжения U₄ и U₅
U₄= k_ω•ω_u, (4)
U₅= k_ω•ω_i, (5)
где k_ω коэффициент преобразования частоты.

Напряжения U₄ и U₅ подаются на соответствующие входы вычитателя 6, на выходе которого формируется напряжение U₆, поступающее на аналоговый вход интегратора 9 и равное
U₆= U₄-U₅= k_ω•(ω_u-ω_i) = k_ω•Δω. (6)
Кроме того, оба напряжения u₁ и u₂ подаются на входы органа 10 контроля режимного параметра, если им является сопротивление.

При контроле напряжения или тока к органу 4 подводится либо u₁ либо u₂. Абсолютное значение U₂ последнего показано на диаграмме (фиг. 2), поскольку для примера в качестве контролируемого параметра выбран ток I электропередачи.

В исходном состоянии, пока U₂ < U₀ (I < I₀) выходное напряжение U₁₀ органа 10 равно нулю, как и выходное напряжение U₇ формирователя 7. При этом на выходе элемента 8 имеет место положительное напряжение U₈, блокирующее интегратор 9 (U₉ 0) по его установочному входу. Соответственно равны нулю выходные напряжения U₁₁ U₁₃ блоков 11 13 и устройство не срабатывает по первому выходу. Это в свою очередь исключает срабатывание устройства и по другим выходам (U₁₅ U₁₆ 0).

При возрастании тока I в AP срабатывает орган 10 в момент t₁, когда U₂ U₀. При этом напряжение U₁₀ становится положительным, а U₈ принимает нулевое значение. Интегратор 9 начинает работать, а его выходное напряжение U₉ линейно возрастать при постоянном значении U₆. Через некоторое время его модуль U₁₁ превысит порог срабатывания U_бл компаратора 12, чье выходное напряжение U₁₂, поступающее на вход элемента 13, станет положительным. К моменту t₂ возврата органа 4 (U₂ U₀) в цикле AP напряжение U₉ достигает максимального значения, пропорционального приращению Dv в диапазоне от t₁ до t₂ с учетом (6)

В это время по спаду U₁₀ на выходе формирователя 7 появляется короткий ( < 1 мс) положительный импульс (U₇ > 0), который с одной стороны препятствует установке интегратора 9 в нуль (U₈ 0), а с другой стороны приводит к срабатыванию элемента 13 и устройства по первому выходу (U₁₃ > 0). Таким образом реализуется условие (1) с учетом (7) и того, что U_бл= k_ω•Φ_бл.
Выходные напряжения u₁ и u₂ преобразователей 1 и 2 поступают также на входы органа 14 направления мощности, который можно выполнить в виде реле мощности. Параметры характеристики срабатывания этого органа выбираются так, чтобы его переключения происходили вблизи значения 0 и 180^o угла δ между ЭДС по концам электропередачи, т.е. с учетом угла v_э ее эквивалентного сопротивления. По состоянию органа 14 в момент возврата органа 10 можно однозначно определить знак взаимного скольжения S₁₂ векторов упомянутых ЭДС и выработать необходимые управляющие воздействия по второму (S₁₂ > 0) и третьему (S₁₂ < 0) выходам устройства.

На диаграммах (фиг. 5) показан случай когда S₁₂ > 0. При другом варианте (S₁₂ < 0) значения изменятся на инверсные и вместо импульса на втором выходе устройства (U₁₅ > 0) появится импульс на его третьем выходе (U₁₆ > 0).

При синхронных качаниях в момент возврата органа 10 не выполняется условие (1) и, следовательно, не срабатывают компаратор 12 и элементы 13, 15 и 16, что свидетельствует об отсутствии срабатывания устройства в целом.

Использование: в электротехнике, в частности в противоаварийной автоматике энергосистем. Сущность изобретения: в устройстве, включающем в себя детектор приращения фазового угла, орган контроля режимного параметра, формирователь модуля, компаратор и логические элементы, в детектор дополнительно введены два входных преобразователя частоты в напряжение и выходной интегратор. Благодаря этому повышается надежность устройства и точность вычисления приращения фазового угла в интервале срабатывания органа контроля режимного параметра. Получаемый при этом технический результат проявляется в повышении селективности и надежности автоматики ликвидации асинхронного режима. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для выявления асинхронного режима электропередачи, содержащее преобразователи напряжения и тока, входы которых являются входами устройства, детектор приращения фазового угла, имеющий в своем составе вычитатель, логический элемент 2ИЛИ-НЕ и формирователь импульсов по спаду, включенный между первым и вторым входами упомянутого элемента 2ИЛИ-НЕ, которые связаны с третьим входом и вторым выходом детектора соответственно, формирователь модуля, компаратор и логический элемент 2И, выход которого является первым выходом устройства, причем первый и второй входы детектора приращения фазового угла подключены к выходам преобразователей напряжения и тока соответственно, таким же образом к этим выходам подключены аналогичные входы органа контроля режимного параметра, выход которого соединен с третьим входом упомянутого детектора, первый выход которого через последовательно включенные формирователь модуля и компаратор связан с первым входом логического элемента 2И, отличающееся тем, что в детектор приращения фазового угла дополнительно введены первый и второй преобразователи частоты в напряжение, входы которых являются первым и вторым входами детектора, а выходы соединены с первым и вторым входами вычитателя соответственно, и интегратор, аналоговый вход которого подключен к выходу вычитателя, установочный вход подключен к выходу логического элемента 2ИЛИ-НЕ, а выход служит первым выходом детектора приращения фазового угла, второй выход которого соединен с вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно введены орган направления мощности с прямым и инверсным выходами, первый и второй входы которого подключены к выходам преобразова- телей напряжения и тока соответственно, второй и третий логические элементы 2И, первые входы которых подключены к прямому и инверс- ному выходам органа направления мощности соответственно, вторые входы подключены к выходу первого логического элемента 2И, а вы- ходы служат вторым и третьим выходами устройства соответственно.