РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H02H3/40 

Изобретение относится к релейной защите электических сетей, к классу реле сопротивления, в которых отдельно определяется величина сопротивления и его угол. В зависимости от угла сопротивления задается уставка срабатывания реле, чем формируется его характеристика срабатывания в комплексной плоскости.

Принцип такого реле предложен в (1), развит в (2), (3).

Развитие данного класса реле сопротивления позволит значительно упростить конструкцию реле для возможности программировать пользователем характеристики срабатывания, согласно требований условий эксплуатации электрических сетей. Кроме того, использование записи сигналов величины сопротивления и его угла в предаварийном и аварийном режиме позволит дополнительно использовать реле для определения места повреждения на ЛЭП даже с учетом переходного сопротивления дуги.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство (3). Устройство содержит блок определения модуля сопротивления, подключенного выходом к одному входу блока сравнения, к другому входу которого подключен выход элемента задания уставки по модулю сопротивления. Для формирования характеристики реле имеет блок определения угла сопротивления, блок формирования характеристики срабатывания. Блок формирования характеристики срабатывания выполнен в виде n-каналов, по числу строн характеристики срабатывания, каждый канал состоит из последовательно включенных преобразователей угол-синус угла, перемножителя и компаратора.

Недостатком такого реле является сложный способ формирования характеристики срабатывания, для чего необходимо настроить каждый канал по отдельности, что снижает надежность реле и повышает нестабильность его характеристик. Сложность такого блока будет возрастать по мере увеличения сторон характеристики. Кроме того, в данном устройстве не указано пути решения вопроса режима работы реле при близких КЗ, его направленности и избирательности в данном режиме.

Цель изобретения - создание реле с простым алгоритмом работы, с возможностью программирования пользователем требуемых характеристик срабатывания, повышение селективности и надежности работы реле.

Поставленная цель достигается тем, что схема определения фазы выполнена в цифровом исполнении с возможностью определения и запоминания фазы сопротивления, см. фиг.1 блок 9. Для надежной работы при близких КЗ сигнал напряжения через фильтр низкой частоты (ФПЧ) 6 и фазосдвигающий элемент 8 поступает на вход цифрового блока определения и запоминания угла (ЦБО и ЗУ) 9. Сигнал тока через ФНЧ 7 поступает на второй вход блока ЦБО и ЗУ 9. В блоке ЦБО и ЗУ определяется угол сопротивления, запоминается в выходной ячейке памяти и ее выхода, сигнал угла сопротивления в виде двоично-десятичного кода подается в блок дешифратора и формирования опорного напряжения (ДШ) 7. В блоке дешифратора ДШ формируется опорное напряжение, величина которого зависит от угла сопротивления. Выход блока ДШ “опорное напряжение” подается в блок сравнения 11, на второй вход которого подается сигнал модуля сопротивления с блока 17.

В случае если угол сопротивления попадает в зону запрета работы, то с выхода блока ДШ “запрет” подается сигнал на выходной элемент И 12 для блокировки работы реле.

При близких КЗ выходное напряжение с ФНЧ 6 затухает в течение 3-4 периодов, за это время определяется фаза аварийного сигнала сопротивления и подается разрешающий сигнал в блок сравнения реле. При пропадании напряжения (U=0) угол сопротивления запоминается в выходном D-триггере блока ЦБО и ЗУ 9 и хранится в нем до его появления, что позволяет надежно работать реле на отключение выключателя ЛЭП и пуск УРОВ.

Блок 8, фазосдвигающий элемент, служит для смещения характеристики реле в 3-й квадрант комплексной плоскости, для надежности работы реле при чисто активном или активно-емкостном сопротивлении петли КЗ.

Характеристики срабатывания реле формируются в блоке дешифратора ДШ 10. Дешифратор преобразует двоично-десятичный код угла сопротивления в десятичный и подключает соответствующий углу сопротивления делитель напряжения. Подбор сопротивления делителя для сектора угла в комплексной плоскости выполняется пользователем и не требует специальной подготовки персонала, т.к. определяется подбором одного активного сопротивления в делителе.

В качестве умножителя-делителя для определения модуля сопротивления используется известная схема из (4) с точностью 1% и динамическим диапазоном от 50 мВ до 10 В, что позволяет на базе одного умножителя-делителя выполнить несколько ступеней защиты.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства и его характеристики срабатывания в комплексной плоскости.

Устройство содержит преобразователи напряжение-напряжение 1, ток-напряжение 2, которые подключены к блокам выделения модуля 3, 4 и фильтров низкой частоты (ФНЧ) 6, 7. Сигналы с блоков выделения модулей поступают на умножитель-делитель 5, на выходе которого появляется сигнал модуля сопротивления, который подается на пороговый элемент сравнения 11 и блок блокировки от качаний 13. Блок, состоящий из двух блоков выделения модуля 3, 4 и умножителя делителя 5, составляет блок определения модуля 17.

Сигналы переменного тока с ФНЧ 7 и напряжения с ФНЧ 6 через фазосдвигающий элемент 8 поступают на вход цифрового блока определения и запоминания угла (ЦБО и ЗУ) 9, выходы которого соединены с блоком дешифратора и формирования опорного напряжения (ДШ) 10. Сигнал опорного напряжения с блока ДШ 10 поступает на вход блока сравнения 11, на второй вход которого подается сигнал модуля сопротивления с блока 17. В блоке сравнения сравниваются два сигнала опорного напряжения и модуля сопротивления и на его выходе появляется сигнал, поступающий на выходной элемент И 12, на второй вход которого поступает сигнал с блока отстройки от качаний 13. На инвертирующий вход выходного элемента И 12 поступает сигнал "запрет" с блока ДШ 10, появляющийся при нахождении угла сопротивления в зоне запрета работы реле.

При срабатывании блока сравнения 11, блока отстройки от качаний 13 и отсутствия сигнала “запрет” с блока ДШ 10 на выходе выходного элемента И 12 появляется сигнал на отключение. Далее выход элемента И подключается в схему дистанционной защиты линии с последующим действием на отключение.

Работа реле осуществляется следующим образом, см. фиг.1. С выхода преобразователей тока и напряжения 1, 2 сигналы поступают к блокам выделения модулей 3, 4, где преобразуются и поступают на умножитель - делитель 5. Блок 5 определяет модуль сопротивления |Z|=Ux*Up/Ip, где Ux - масштабирующее напряжение. Сигнал модуля сопротивления подается на блок сравнения 11, на второй вход которого подается пороговое напряжение с блока ДТП 10, при |Z|⇐Z пороговому (U порог.) блок сравнения 10 срабатывает и выдает разрешающий сигнал на выходной элемент И 12, на второй вход которого подается разрешающий сигнал с блока отстройки от качаний 13. В случае, если на инверсном входе выходного элемента И 12 нет запрещающего сигнала, на его выходе появляется сигнал на отключение.

Цифровой блок определения и запоминания угла сопротивления (ЦБО и ЗУ) 9 работает следующим образом: сигналы переменного тока и напряжения подаются на вход схем формирования импульсов переднего фронта сигналов при переходе их через ноль (СФИ ПФ). Далее сформированные импульсы подаются на R-S-триггеры управляющие схемой. По импульсу сигнала напряжения триггеры дают разрешающий сигнал на элемент & и через него начинают поступать счетные импульсы с генератора Г на двоично-десятичный счетчик СЧ, в момент появления импульса сигнала тока с СФИ ПФ R-S-триггеры переключаются и подают сигнал на запись показаний счетчика Сч в D-триггер памяти. Затем, после записи показаний счетчика в D-триггер, счетчик СЧ обнуляется для подготовки измерения в следующем периоде.

При близком КЗ, при пропадании сигнала напряжения с СФИ ПФ, R-S-триггеры не меняют своего положения и в памяти D-триггера блока ЦБО и ЗУ остается результат замера в предыдущем периоде. Элемент 4И-НЕ служит для предотвращения перехода счетчика Сч на второй цикл счета, без него будет формироваться симметричная характеристика срабатывания в 1-м и 3-м квадрантах комплексной плоскости. Частота генератора счетных импульсов определяет ширину разрешенной зоны работы реле, в данном исполнении состоящую из 15 секторов разрешения и 1 запрета. С выхода ячейки памяти блока ЦБУ и ЗУ 9 сигналы фазы поступают на вход ДШ 10, в котором преобразуется двоично-десятичный код в десятичный и подается команда на подключение соответствующего делителя напряжения в схеме формирования опорного напряжения. Соответствующее данному сектору угла комплексной плоскости опорное напряжения подается на блок сравнения 11. При необходимости выполнения характеристики реле со смещением в 3-й квадрант, для целей резервирования ДЗШ, следует исключить действие команды “запрет” с блока ДШ 10 на выходной элемент И 12 и задать в делителе формирования опорного напряжения соответствующую уставку 16-го сектора, сектора запрета.

На фиг.1, б), в) приведены характеристики срабатывания реле в комплексной плоскости, б) без смещения в 3-й квадрант, в) со смещением в 3-й квадрант.

На фиг.2 представлена функциональная схема устройства с дополнительной ступенью срабатывания, с независимым формированием характеристик по ступеням. Для этого выход ЦБО и ЗУ 9 дополнительно соединен со вторым блоком дешифратора ДШ 14, с выхода которого второе опорное напряжение подается на вход второго блока сравнения 15, на другой вход которого подается сигнал модуля сопротивления с блока определения модуля сопротивления 17. Выход блока сравнения 15 соединяется со входом второго выходного элемента И 16, на второй вход которого подается сигнал с блока отстройки от качаний 13, а на его инверсный вход поступает сигнал “запрет” с выхода блока ДШ 14. При наличии разрешающего сигнала блокировки 13, срабатывании порогового элемента 15 и отсутствии запрещающего сигнала с ДШ 14 на выходе выходного элемента И 16 появляется сигнал на отключение 2 ступени.

Характеристики срабатывания такого реле представлены на фиг.2б).

На фиг.3 представлена функциональная схема устройства со смещением характеристики срабатывания в 1-й квадрант комплексной плоскости. Для этого в отличие от устройства, описанного по фиг.2, выход второго порогового элемента 15 через элемент И-НЕ 18 подается на вход выходного элемента И 12, на выходе которого появляется сигнал на отключение, при наличии сигнала первого блока сравнения 11 и несрабатывании второго блока сравнения, при наличии разрешающего сигнала блокировки 13 и отсутствии сигнала “запрет” с блоков дешифратора ДШ 10, 14. На Фиг.3б) представлена характеристика срабатывания такого реле.

На фиг.4 представлена функциональная схема устройства с двумя ступенями и с одинаковыми конфигурациями характеристик срабатывания. Дополнительно к описанному устройству по фиг.1а) реле дополнено дополнительным блоком сравнения 15 и дополнительным выходным элементом И 16.

Характеристика срабатывания реле представлена на фиг.4б).

Наименование блоков:

1 - преобразователь напряжение-напряжение

2 - преобразователь ток-напряжение

3 - блок выделения модуля (выпрямители + ФНЧ)

4 - блок выделения модуля (выпрямители + ФНЧ)

5 - умножитель-делитель

6 - фильтр низкой частоты (ФНЧ)

7 - фильтр низкой частоты (ФНЧ)

8 - фазосдвигающий элемент

9 - цифровой блок определения и запоминания угла (ЦБО и ЗУ)

10 - блок дешифратора и формирования опорного напряжения (ДШ)

11 - блок сравнения

12 - выходной элемент И

13 - блок отстройки от качаний

14 - блок дешифратора и формирования опорного напряжения (ДШ)

15 - блок сравнения

16 - выходной элемент И

17 - блок определения модуля сопротивления

18 - элемент И-НЕ

Источники информации

1. Электричество, №1, 1968 “К вопросу о схемах дистанционных защит с непрерывными датчиками сопротивления”.

2. Авт. свидетельство СССР №425261, кл. Н 02 Н 3/40, 1974.

3. Авт. свидетельство СССР №473124, кл. Н 02Н 3/40, 1975.

4. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. М., Мир, 1985.

Использование: в релейной защите электрических сетей. Технический результат заключается в создании реле с простым алгоритмом работы, в повышении селективности и надежности работы реле. Реле содержит преобразователи ток-напряжение и напряжение-напряжение, два фильтра низкой частоты (ФНЧ), фазосдвигающий элемент, цифровой блок определения и запоминания угла (ЦБО и ЗУ), блок дешифратора и формирования опорного напряжения (ДШ), блок сравнения, блок выделения модуля сопротивления, блок отстройки от качания и выходной элемент И. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для контроля сопротивления электрической системы, содержащее преобразователи ток-напряжение, напряжение-напряжение, подключенные выходами к входам блока определения модуля сопротивления, подключенного выходом к одному входу блока сравнения и входу блока отстройки от качаний, выходы которых подаются на выходной элемент И, отличающееся тем, что в него введены фильтры низкой частоты для сигнала тока и напряжения, фазосдвигающий элемент для сигнала напряжения, цифровой блок определения и запоминания угла (ЦБО и ЗУ), блок дешифратора и формирования опорного напряжения (ДШ), при этом выход преобразователя ток-напряжение через фильтр низкой частоты подключается на вход блока ЦБО и ЗУ, а выход блока преобразования напряжение-напряжение, через фазосдвигающий элемент, подключается ко второму входу блока ЦБО и ЗУ, выходы блока ЦБО и ЗУ соединяются со входами блока ДШ, выход блока ДШ "опорное напряжение" соединяется со вторым входом блока сравнения, а выход блока ДШ "запрет" соединяется с инверсным входом выходного элемента И.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью выполнения дополнительной ступени срабатывания с автономным формированием характеристики, схема реле дополняется вторым блоком ДШ, подключенным входами к блоку ЦБО и ЗУ, а один из его выходов (выход опорного напряжения) подключается к одному входу дополнительного блока сравнения, на второй вход которого подключен выход блока определения модуля сопротивления, выход дополнительного блока сравнения подключен к одному из входов второго выходного элемента И, на второй вход которого подключен выход блока отстройки от качаний, инверсный вход второго выходного элемента И подключается к выходу "запрет" второго блока ДШ.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью выполнения реле со ступенью срабатывания со смещением в левый квадрант комплексной плоскости и автономного формирования нижней и верхней характеристики срабатывания, в схему реле введен дополнительный блок ДШ, подключенный входами к блоку ЦБО и ЗУ, а один из его выходов (выход опорного напряжения) подключен ко входу дополнительного блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока определения модуля сопротивления, выход дополнительного блока сравнения через элемент И-НЕ подключается к одному из входов выходного элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока отстройки от качаний, а третий вход к выходу первого блока сравнения, инверсный вход выходного элемента И подключается к выходу "запрет" дополнительного и первого блоков ДШ.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью выполнения дополнительной ступени реле с одинаковой конфигурацией характеристик в комплексной плоскости для 1 и 2 ступени, в схему реле вводится дополнительный блок сравнения, один из входов которого подключен к выходу опорного напряжения блока ДШ, а второй вход к выходу блока определения модуля сопротивления, выход дополнительного блока сравнения подключен к одному из входов второго (дополнительного) выходного элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока отстройки от качаний, а его инверсный вход к выходу "запрет" блока ДШ.