РЕЛЕ СКОРОСТИ РАССОГЛАСОВАНИЯ ФАЗ Российский патент 2004 года по МПК H02J3/40 

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 являются 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, регистр сдвига, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом вычитания и с входом сложения алгебраического сумматора, фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, третий компаратор, первый вход которого соединен с выходом фильтра-усреднителя, второй вход 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 регистра сдвига и фильтра-усреднителя и с входом установки в ноль счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход - соединен с информационным входом регистра сдвига.

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 его работу.

Реле скорости рассогласования фаз (фиг. 1) содержит первый компаратор 1 с нулевым пороговым уровнем, вход которого является входом для подключения напряжения генератора, второй компаратор 2 с нулевым пороговым уровнем, вход которого является входом напряжения сети, последовательно соединенные первый элемент И 3, второй и первый входы которого соединены с выходами первого 1 и второго 2 компараторов соответственно, генератор 4 тактовых импульсов (ГТИ), второй элемент И 5, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И 3, а второй вход - соединен с выходом ГТИ 4, счетчик 6, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И 5, регистр 7 сдвига, информационный вход которого соединен с выходом счетчика 6, алгебраический сумматор 8, вычитающий вход и вход сложения которого соединены соответственно с первым и вторым выходом регистра 7 сдвига, фильтр-усреднитель 9, информационный вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора 8, третий компаратор 10, первый вход которого соединен с выходом фильтра-усреднителя, а второй вход - является входом задания порога срабатывания, исполнительный элемент 11, вход которого соединен с выходом третьего компаратора, и формирователь 12 короткого импульса, вход которого соединен с выходом первого элемента И 3, а выход соединен с тактовыми входами регистра 7 сдвига и фильтра-усреднителя 9 и с входом установки в ноль счетчика 6.

Фильтр-усреднитель 9 (фиг. 2) может быть выполнен в виде стандартного цифрового фильтра и содержит, например, последовательно соединенные ячейки 14-1. ..14-к, выходы которых через соответствующий 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 12 вырабатывает короткий импульс по перепаду уровня логической единицы на уровень логического нуля на выходе первого элемента И 3.

Исполнительный элемент 11 может быть выполнен в виде обмотки реле, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом третьего компаратора 10. Регистр 7 сдвига содержит две ячейки, в которые заносятся последовательные отсчеты входных информационных сигналов, на первый выход регистра 7 сдвига поступает содержимое первой ячейки, а на второй выход - второй ячейки. 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 U₁ (сигнал генератора), на фиг. 2б, в, г - на выходе второго компаратора 2 U₂ (сигнал сети): 2б (вариант совпадения по фазе относительно сигнала генератора), 2в (вариант опережения по фазе относительно сигнала генератора), фиг. 2г (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_с 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 4 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 12 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 12, содержимое счетчика 6 заносится в регистр 7 сдвига, а содержимое счетчика 6 затем обнуляется. Это обеспечивается либо управлением регистра 7 и счетчика 6 по разным фронтам импульсов, либо включением на входе установки в ноль счетчика 6 малой задержки.

Регистр сдвига имеет в своем составе две ячейки, в которые заносятся последовательные отсчеты с его информационного входа. Следовательно, на выходе алгебраического сумматора 8 формируются разности отсчетов, являющиеся оценками дифференциалов (приращений) фаз сигналов сети и генератора. Эти оценки поступают в фильтр-усреднитель 9, в котором формируется усредненная оценка дифференциала по нескольким соседним отсчетам. При превышении абсолютного значения усредненной оценки дифференциала порогового значения, что соответствует недопустимо большой скорости изменения разности фаз сигналов сети и генератора, срабатывает третий компаратор 10 и, следовательно, исполнительный элемент 11.

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 общ. ред. В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998, 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).

Изобретение относится к напряжению сети. Реле разности фаз содержит три компаратора, два элемента И, генератор тактовых импульсов, алгебраический сумматор, формирователь короткого импульса, регистр сдвига, фильтр-усреднитель и исполнительный элемент. Технический результат - реле разности фаз обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно срабатывает при недопустимой скорости рассогласования фаз генератора и сети. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

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 компараторов, вход первого компаратора является входом для подключения напряжения генератора, генератор тактовых импульсов, счетчик, регистр сдвига, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом вычитания и с входом сложения алгебраического сумматора, фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, третий компаратор, первый вход которого соединен с выходом фильтра-усреднителя, второй вход является входом задания порога срабатывания, а выход третьего компаратора 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 регистра сдвига и фильтра-усреднителя и с входом установки в ноль счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход счетчика соединен с информационным входом регистра сдвига.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.