ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЕ РЕЛЕ Российский патент 2004 года по МПК H01H47/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах дифференциально-фазной защиты при определении местоположения короткого замыкания на основе сравнения фаз тока на концах защищаемой линии.

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 дифференциально-фазового реле.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь, первый блок дифференцирования, второй блок дифференцирования, сумматор, второй и третий входы которого соединены с выходами измерительного преобразователя и первого дифференцирующего блока, компаратор и исполнительный элемент [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку устройство позволяет определить степень рассинхронизации входных сигналов, но не позволяет определить местоположение короткого замыкания, а также относительно низкая помехоустойчивость в условиях высокочастотных помех.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение помехоустойчивости.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее первый исполнительный элемент и первый компаратор, введены второй компаратор, третий компаратор, выход которого соединен с входом первого исполнительного элемента, последовательно соединенные нерекурсивный фильтр, четвертый компаратор, вход которого соединен с входом третьего компаратора, и второй исполнительный элемент, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом “больше” первого и с выходом “меньше” второго компараторов соответственно, второй элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом “меньше” первого и с выходом “больше” второго компараторов соответственно, третий элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “больше” первого и второго компараторов соответственно, четвертый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “меньше” первого и второго компараторов соответственно, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, второй элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно третьего и четвертого элементов И, пятый элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, шестой элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, входы вычитания и суммирования которого соединены с выходами пятого и шестого элементов И соответственно, последовательно соединенные одновибратор и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входами пятого и шестого элементов И, последовательно соединенные формирователь короткого импульса, вход которого соединен с выходом “больше” первого компаратора, а выход соединен с управляющим входом нерекурсивного фильтра, элемент задержки, и третий элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора и с входом установки в ноль нерекурсивного фильтра, а выход соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика, а также последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, двухсторонний ограничитель и сумматор, выход которого соединен с информационным входом нерекурсивного фильтра, выход которого соединен со вторыми входами блока вычитания и сумматора, при этом входы первого и второго компараторов являются входами токов на первом и втором концах контролируемой линии соответственно.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема дифференциально-фазного реле, на фиг.2 - нерекурсивного фильтра.

Дифференциально-фазное реле (фиг.1) содержит первый исполнительный элемент 1, первый компаратор 2, второй компаратор 3, третий компаратор 4, выход которого соединен с входом первого исполнительного элемента 1, последовательно соединенные нерекурсивный фильтр 5, четвертый компаратор 6, вход которого соединен с входом третьего компаратора 4, и второй исполнительный элемент 7, первый элемент И 8, первый и второй входы которого соединены с выходом “больше” первого 2 и с выходом “меньше” второго 3 компараторов соответственно, второй элемент И 9, первый и второй входы которого соединены с выходом “меньше” первого 2 и с выходом “больше” второго 3 компараторов соответственно, третий элемент И 10, первый и второй входы которого соединены с выходами “больше” первого 2 и второго 3 компараторов соответственно, четвертый элемент И 11, первый и второй входы которого соединены с выходами “меньше” первого 2 и второго 3 компараторов соответственно, первый элемент ИЛИ 12, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого 8 и второго 9 элементов И, второй элемент ИЛИ 13, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно третьего 10 и четвертого 11 элементов И, пятый элемент И 14, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ 12, шестой элемент И 15, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ 13, реверсивный счетчик 16, входы вычитания и суммирования которого соединены с выходами пятого 14 и шестого 15 элементов И соответственно, последовательно соединенные одновибратор 17 и генератор 18 тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входами пятого 14 и шестого 15 элементов И, последовательно соединенные формирователь 19 короткого импульса, вход которого соединен с выходом “больше” первого компаратора 2, а выход соединен с управляющим входом нерекурсивного фильтра 5, элемент задержки 20 и третий элемент ИЛИ 21, второй вход которого соединен с выходом одновибратора 17 и с входом установки в ноль нерекурсивного фильтра 5, а выход соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика 16, а также последовательно соединенные блок 22 вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 16, двухсторонний ограничитель 23 и сумматор 24, выход которого соединен с информационным входом нерекурсивного фильтра 5, выход которого соединен со вторыми входами блока 22 вычитания и сумматора 24, при этом входы первого 2 и второго 3 компараторов являются входами токов на первом и втором концах контролируемой линии соответственно.

Нерекурсивный фильтр 5 (фиг.2) содержит регистр памяти из последовательно соединенных ячеек 25-1...25-к, вход первой ячейки является информационным входом фильтра 5. Выходы ячеек через соответствующий умножитель 26-1...26-к на величину 1/к, где к - число ячеек регистра памяти фильтра, соединены с соответствующими входами сумматора 27, на выходе которого формируется средняя величина поступивших отсчетов. Выход сумматора 27 является выходом фильтра 5. Входы установки в ноль и регистра памяти являются входами установки в ноль и управляющими входами нерекурсивного фильтра 5.

Первый 1 и второй 7 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмоток реле с соответствующими контактами, которые через усилитель или непосредственно соединены с выходами соответственно третьего 4 и четвертого 6 компараторов. Формирователь 19 формирует короткий импульс по переднему фронту его входного сигнала, т.е. при перепаде входного сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы. Остальные блоки устройства являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков на чертеже опущены как несущественные в рамках данной заявки.

Работает дифференциально-фазное реле следующим образом.

При включении реле по сигналу одновибратора 17 запускается генератор 18, а реверсивный счетчик 16 и регистр памяти нерекурсивного фильтра 5 устанавливаются в нулевое состояние. На входы первого 2 и второго 3 компараторов поступают сигналы, пропорциональные мгновенным значениям токов на концах контролируемой линии. При внешнем КЗ токи имеют различные знаки и, следовательно, сдвинуты на 180 градусов. При КЗ на защищаемой линии токи совпадают по фазе. На выходе первого элемента ИЛИ 12 сигнал логической единицы формируется при несовпадении знаков мгновенных значений токов, а на выходе второго элемента ИЛИ 13 - при совпадении знаков. В соответствующие интервалы времени на вычитающий и суммирующий входы реверсивного счетчика 16 поступают счетные импульсы от генератора 18. В результате за период изменений тока в реверсивном счетчике 16 формируется величина, пропорциональная разности интервалов времени за период изменений тока в линии, в течение которых знаки токов совпадали и несовпадали. По сигналу формирователя 19 содержимое реверсивного счетчика 16 переписывается в регистр памяти нерекурсивного фильтра 5, проходя через блок 22 вычитания, двухсторонний ограничитель 23 и сумматор 24, после чего содержимое реверсивного счетчика 16 обнуляется. Сглаженный сигнал с выхода нерекурсивного фильтра 5 сравнивается в третьем компараторе 4 с верхним пороговым уровнем, превышение которого соответствует факту КЗ на контролируемой линии и срабатыванию первого исполнительного элемента 1. Одновременно сигнал нерекурсивного фильтра 5 сравнивается в четвертом компараторе 6 с нижним пороговым уровнем, который соответствует факту КЗ вне контролируемой линии и срабатыванию второго исполнительного элемента 7.

При этом сигнал с выхода реверсивного счетчика 16 перед поступлением на вход нерекурсивного фильтра 5 подвергается следующим преобразованиям. Вначале в блоке 22 вычитания из выходного сигнала реверсивного счетчика 16 вычитается выходной сигнал нерекурсивного фильтра 5, который в нормальных условиях суммируется с тем же сигналом в сумматоре 24. Поэтому в отсутствие высокочастотных помех выходной сигнал реверсивного счетчика 16 лишь усредняется в нерекурсивном фильтре 5, что приводит к уменьшению влияния низкочастотных помех. При наличии высокочастотных помех на выходе блока 22 вычитания будет наблюдаться относительно большой по абсолютной величине сигнал отклонения от усредненного сигнала с выхода нерекурсивного фильтра 5. Двухсторонний ограничитель 23 ограничивает сигнал отклонения, что уменьшает действие аномальных искажений входных параметров, вызванных, например, высокочастотными помехами.

Таким образом, в предложенном техническом решении расширяются функциональные возможности и устройство позволяет определить местоположение короткого замыкания, а также повышается помехоустойчивость реле за счет снижения влияния высокочастотных помех.

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.352, рис. 12.13 (прототип).

Использование: в системах дифференциально-фазной защиты при определении местоположения короткого замыкания на основе сравнения фаз тока на концах защищаемой линии. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости в условиях воздействия высокочастотных помех и обеспечении возможности определения местоположения короткого замыкания в контролируемой линии. Реле содержит четыре компаратора, два исполнительных элемента, генератор тактовых импульсов, одновибратор, формирователь короткого импульса, блок вычитания, сумматор, двухсторонний ограничитель, нерекурсивный фильтр, шесть элементов И, три элемента ИЛИ, элемент задержки, реверсивный счетчик. 2 ил.

Дифференциально-фазное реле синхронизации, содержащее первый исполнительный элемент и первый компаратор, отличающееся тем, что введены второй компаратор, третий компаратор, в котором сигнал сравнивается с верхним пороговым уровнем, выход которого соединен с входом первого исполнительного элемента, последовательно соединенные нерекурсивный фильтр, четвертый компаратор, в котором сигнал сравнивается с нижним пороговым уровнем, вход которого соединен с входом третьего компаратора, и второй исполнительный элемент, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом “Больше” первого и с выходом “Меньше” второго компараторов соответственно, второй элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходом “Меньше” первого и с выходом “Больше” второго компараторов соответственно, третий элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “Больше” первого и второго компараторов соответственно, четвертый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “Меньше” первого и второго компараторов соответственно, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, второй элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно третьего и четвертого элементов И, пятый элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, шестой элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, входы вычитания и суммирования которого соединены с выходами пятого и шестого элементов И соответственно, последовательно соединенные одновибратор и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входами пятого и шестого элементов И, последовательно соединенные формирователь короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом “Больше” первого компаратора, а выход соединен с управляющим входом нерекурсивного фильтра, элемент задержки и третий элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора и с входом установки в "0" нерекурсивного фильтра, а выход соединен с входом установки в "0" реверсивного счетчика, а также последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, двусторонний ограничитель и сумматор, выход которого соединен с информационным входом нерекурсивного фильтра, выход которого соединен со вторыми входами блока вычитания и сумматора, при этом входы первого и второго компараторов являются входами токов на первом и втором концах контролируемой линии соответственно, а вход одновибратора является входом запуска дифференциально-фазного реле.