РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ Российский патент 2003 года по МПК H02H3/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в релейной защите и автоматике энергосистем.

Известно реле направления мощности нулевой или обратной последовательностей [А.с. СССР 535653, кл. Н 02 Н 3/42, БИ 42, 1976], содержащее преобразователь тока и преобразователь напряжения, подключенные соответственно к первому и второму входам блока преобразования сигналов в три последовательных по времени существования сигнала, блок сравнения по фазе, вход которого подключен к выходу блока преобразования сигналов в три последовательных по времени существования сигнала, а выход к исполнительному органу.

Недостаток данного реле заключается в том, что оно не обладает достаточно высокой помехоустойчивостью в случае возникновения в зоне действия реле перемежающегося дугового замыкания, в результате которого в сети появляются гармонические составляющие с частотой значительно отличающейся от промышленной.

Известно также реле направления мощности нулевой последовательности [А. с. СССР 541235, кл. Н 02 Н 3/42, БИ 48, 1976], содержащее три пофазных преобразователя ток-напряжение и три пофазных преобразователя напряжение-напряжение, подключенные через блок формирования двух электрических величин, состоящий из двух операционных усилителей, через блок сравнения абсолютных значений этих величин, состоящий из двух прецизионных однополупериодных выпрямителей, и через сумматор схемы сравнения к компаратору.

Такое реле может неправильно фиксировать направление мощности при перемежающихся дуговых однофазных замыканиях в системе, так как рассчитано только на синусоидальную форму сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому реле направления мощности нулевой последовательности является реле направления мощности нулевой или обратной последовательностей [А.с. СССР 547900, кл. Н 02 Н 3/42, БИ 7, 1977], выбранное в качестве прототипа и содержащее преобразователь напряжения, преобразователь тока, причем преобразователь напряжения через блок суммирования, а преобразователь тока непосредственно подключены ко входам блока сравнения, на вход которого включен реагирующий орган. Между выходом преобразователя тока и вторым входом блока сумматора включен блок смещения и регулирующий блок, регулирующий вход которого соединен с блоком торможения.

К недостатку такого реле относится возможность его неправильного срабатывания под влиянием токов непромышленной частоты при возникновении в зоне действия реле перемежающегося дугового замыкания.

Задача изобретения - обеспечить надежную работу реле как при синусоидальных сигналах, в случае устойчивого замыкания, так и при несинусоидальных сигналах, в случае перемежающихся дуговых замыканий на землю, путем замены операции суммирования сигналов, пропорциональных току и напряжению нулевой последовательности операцией перемножения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в реле направления мощности нулевой последовательности, содержащее преобразователь напряжения и преобразователь тока, подключенные к электрической сети и реагирующий орган, согласно изобретению вводятся первый фильтр, вход которого подключен к выходу преобразователя напряжения, второй фильтр, вход которого подключен к выходу преобразователя тока, перемножитель, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров, и детектор среднего значения, вход которого подключен к выходу перемножителя, а выход к реагирующему органу.

Именно заявленное выполнение реле позволяет обеспечить его надежную работу как при синусоидальных сигналах в случае устойчивого замыкания в зоне действия реле, так и при несинусоидальных сигналах в случае перемежающихся дуговых замыканий, тем самым выполняется задача изобретения.

Использование предлагаемого реле, по сравнению с существующим, позволяет с расчетной вероятностью не менее 95% обеспечить правильную работу реле, как при устойчивом, так и при перемежающемся замыкании на землю. Это достигается за счет изменения принципа формирования сигнала, на который реагирует реле. Важно отметить, что по данным статистики не менее 80% от общего числа замыканий на землю являются перемежающимися дуговыми замыканиями.

На чертеже представлена схема реле направления мощности нулевой последовательности.

Реле содержит подключенные к электрической сети, преобразователь напряжения 1, представляющий собой трансформатор напряжения нулевой последовательности, и преобразователь тока 2, представляющий собой трансформатор тока нулевой последовательности, первый фильтр 3, выполненный по структуре Рауха, вход которого подключен к выходу преобразователя напряжения 1, второй фильтр 4, выполненный по структуре Рауха, вход которого подключен к выходу преобразователя тока 2, перемножитель 5, выполненный на типовой интегральной микросхеме, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого фильтра 3 и второго фильтра 4, детектор среднего значения 6, выполненный на операционных усилителях, вход которого подключен к выходу перемножителя 5, а выход к реагирующему органу 7.

Реле работает следующим образом. Напряжение с преобразователя напряжения 1 подается через первый фильтр 3, который необходим для ограничения полосы частот сигнала, на первый вход перемножителя 5, напряжение преобразователя тока 2 подается через второй фильтр 4, который также необходим для ограничения полосы частот сигнала, на второй вход перемножителя 5. С выхода перемножителя 5 сигнал подается на вход детектора среднего значения 6, в котором формируется величина, пропорциональная среднему значению произведения мгновенных значений сигналов, пропорциональных напряжению и току нулевой последовательности защищаемого объекта. При превышении этой величиной некоторого заданного значения срабатывает реагирующий орган 7.

При устойчивом замыкании среднее значение произведения токов и напряжения нулевой последовательности содержит одну гармонику с частотой 50 Гц, а при перемежающихся замыканиях - сумму составляющих, определяемых произведением гармоник только равных частот.

Таким образом, реле работает в соответствии со следующим соотношением:
,
где k - номер гармоник, U_k, ψ_k и I_v, ϕ_ν - амплитуды и начальные фазы гармоник напряжения и тока нулевой последовательности.

Использование: в релейной защите и автоматике энергосистем. Технический результат заключается в обеспечении надежной работы реле как при синусоидальных сигналах, в случае устойчивого замыкания, так и при несинусоидальных сигналах, в случае перемежающихся дуговых замыканий на землю, путем замены операции суммирования сигналов, пропорциональных току и напряжению нулевой последовательности операцией перемножения. Реле направления мощности нулевой последовательности содержит преобразователь напряжения и преобразователь тока, подключенные к электрической сети, реагирующий орган, первый фильтр, вход которого подключен к выходу преобразователя напряжения, второй фильтр, вход которого подключен к выходу преобразователя тока, перемножитель, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров, и детектор среднего значения, вход которого подключен к выходу перемножителя, а выход к реагирующему органу. 1 ил.

Реле направления мощности нулевой последовательности, содержащее преобразователь напряжения и преобразователь тока, подключенные к электрической сети, реагирующий орган, отличающееся тем, что в него дополнительно введены первый фильтр, вход которого подключен к выходу преобразователя напряжения, второй фильтр, вход которого подключен к выходу преобразователя тока, перемножитель, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров, и детектор среднего значения, вход которого подключен к выходу перемножителя, а выход - к реагирующему органу.