РЕЛЕ РАЗНОСТИ ФАЗ Российский патент 2004 года по МПК H01H47/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты, например, в качестве реле разности 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 разности 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, 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 пороговым блоком, 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 являются 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 допустимого (или недопустимого) рассогласования фаз генератора и сети в интервале возможной подстройки. Кроме того, известное устройство обладает относительно низкой помехоустойчивостью в условиях возможных аномальных сбоев разности фаз напряжений сети и генератора.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение помехоустойчивости.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее исполнительный элемент, первый выпрямитель, вход которого является входом напряжения сети, второй выпрямитель, вход которого является входом напряжения генератора, и первый пороговый блок, введены второй пороговый блок, вход которого соединен с входом второго выпрямителя, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “больше” первого и второго пороговых блоков соответственно, второй элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “меньше” первого и второго пороговых блоков соответственно, третий элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом “меньше” первого порогового бока и с выходом “больше” второго порогового блока, четвертый элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом “больше” первого порогового бока и с выходом “меньше” второго порогового блока, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходом первого и второго элементов И соответственно, второй элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходом третьего и четвертого элементов И соответственно, реверсивный счетчик, вход управления суммированием и вход управления вычитанием которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, третий и четвертый пороговые блоки, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго выпрямителей, формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом “больше” первого порогового блока, пятый элемент И, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно третьего порогового блока, формирователя коротких импульсов и четвертого порогового блока, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, двухсторонний ограничитель, сумматор, пятый пороговый блок, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен со вторым входом блока вычитания, с первым входом сумматора и со входом пятого порогового блока, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, третий элемент ИЛИ, выход которого соединен со входом установки в ноль реверсивного счетчика, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента И, RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом переполнения счетчика импульсов, первый ключ, выход которого соединен с входом двухстороннего ограничителя, второй ключ, информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания и с информационным входом первого ключа, а управляющий вход соединен с инверсным выходом RS-триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, блок элементов ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, второй вход соединен с выходом второго ключа, а выход соединен со вторым входом сумматора, одновибратор, выход которого соединен с входами установки в ноль фильтра-усреднителя и счетчика импульсов, с R-входом RS-триггера, с входом запуска генератора тактовых импульсов и с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И и с тактовым входом фильтра-усреднителя, при этом вход первого порогового блока соединен с входом первого выпрямителя.

На чертеже представлена электрическая структурная схема реле разности фаз.

Реле разности фаз содержит исполнительный элемент 1, первый выпрямитель 2, вход которого является входом напряжения сети, второй выпрямитель 3, вход которого является входом напряжения генератора, и первый пороговый блок 4.

Реле разности фаз содержит также второй пороговый блок 5, вход которого соединен с входом второго выпрямителя 3, первый элемент И 6, первый и второй входы которого соединены с выходами “больше” первого 4 и второго 5 пороговых блоков соответственно, второй элемент И 7, первый и второй входы которого соединены с выходами “меньше” первого 4 и второго 5 пороговых блоков соответственно, третий элемент И 8, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом “меньше” первого порогового бока 4 и с выходом “больше” второго порогового блока 5, четвертый элемент И 9, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом “больше” первого порогового бока 4 и с выходом “меньше” второго порогового блока 5.

Кроме того, реле разности фаз содержит первый элемент ИЛИ 10, первый и второй входы которого соединены с выходом первого 6 и второго 7 элементов И соответственно, второй элемент ИЛИ 11, первый и второй входы которого соединены с выходом третьего 8 и четвертого 9 элементов И соответственно, реверсивный счетчик 12, вход управления суммированием и вход управления вычитанием которого соединены с выходами соответственно первого 10 и второго 11 элементов ИЛИ, третий 13 и четвертый 14 пороговые блоки, входы которых соединены с выходами соответственно первого 2 и второго 3 выпрямителей.

Реле разности фаз дополнительно содержит формирователь 15 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом “больше” первого порогового блока 4, пятый элемент И 16, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно третьего порогового блока 13, формирователя 15 коротких импульсов и четвертого порогового блока 14, последовательно соединенные фильтр-усреднитель 17 и пятый пороговый блок 18, выход которого соединен с входом исполнительного элемента 1, генератор 19 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика 12, третий элемент ИЛИ 20, выход которого соединен со входом установки в ноль реверсивного счетчика 12.

Кроме того, реле разности фаз содержит блок 22 вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, двухсторонний ограничитель 23, сумматор 24, счетчик 25 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента И 16, RS-триггер 26, S-вход которого соединен с выходом переполнения счетчика 25 импульсов, первый ключ 27, выход которого соединен с входом двухстороннего ограничителя 23, второй ключ 28, информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания 22 и с информационным входом первого ключа 27, а управляющий вход соединен с инверсным выходом RS-триггера 26, прямой выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 27, блок 29 элементов ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя 23, второй вход соединен с выходом второго ключа 28, а выход соединен со вторым входом сумматора 24, выход которого соединен с информационным входом фильтра-усреднителя 17, выход которого соединен со вторым входом блока 22 вычитания, с первым входом сумматора 24 и со входом пятого порогового блока 18, одновибратор 21, выход которого соединен с входами установки в ноль фильтра-усреднителя 17 и счетчика 25, с R-входом RS-триггера 26, с входом запуска генератора 19 тактовых импульсов и с первым входом третьего элемента ИЛИ 20.

Первый 4, второй 5, третий 13, четвертый 14 и пятый 18 пороговые блоки могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик - по схеме, представленной в [3, стр. 177, 187], а фильтр-усреднитель 17 - в виде стандартного цифрового фильтра, содержащего регистр сдвига, информационный вход, вход установки в ноль и тактовый вход которого являются соответственно информационным входом, входом установки в ноль и тактовым входом фильтра-усреднителя, а также сумматор, выход которого является выходом фильтра-усреднителя, и умножителей на 1/к, где к - число ячеек регистра сдвига, входы которых соединены с выходом соответствующей ячейки регистра сдвига, а выходы соединены с соответствующими входами сумматора. Исполнительный элемент 1 представляет собой обмотку с контактами, которая непосредственно или через усилитель подключена к выходу пятого порогового блока 18. Блок элементов ИЛИ 29 выполнен в виде не соединенных между собой элементов ИЛИ по числу разрядов используемых цифровых сигналов. Каждый элемент ИЛИ объединяет одноименные разряды цифровых сигналов с выхода двухстороннего ограничителя 23 и с выхода второго ключа 28, соответствующего выходу блока 2 вычитания в режиме включения по сигналу с выхода RS-триггера 26.

Работает реле разности фаз следующим образом.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе на вход запуска одновибратора 21, который вырабатывает импульс, поступающий на входы установки в ноль реверсивного счетчика 12 (через третий элемент ИЛИ 20), фильтра-усреднителя 17 и счетчика 25 импульсов, а также на вход запуска ГТИ 19 и на R-вход RS-триггера 26.

Сигналы напряжений внешнего генератора Uг и сети Uc поступают на входы второго 5 и первого 4 пороговых блоков соответственно. На выходе первого элемента ИЛИ 10 формируется сигнал логической единицы при совпадении знаков напряжений сети и генератора, а на выходе второго элемента ИЛИ 11 - при несовпадении указанных знаков. В пределах интервалов совпадения знаков реверсивный счетчик работает в режиме суммирования импульсов ГТИ 19, а в пределах интервалов несовпадения - в режиме вычитания. При наличии напряжений, близких к номинальным напряжениям сети и генератора, сигналы с уровнем логической единицы на выходах третьего 13 и четвертого 14 выпрямителей позволяют пройти через пятый элемент И 16 короткому импульсу формирователя 15 (вырабатываемому при перепаде его входного напряжения с уровня логического нуля на уровень логической единицы) на тактовый вход фильтра-усреднителя 17 и через малую задержку в третьем элементе ИЛИ 20 на вход установки в ноль реверсивного счетчика 12.

В начале работы реле разности фаз RS-триггер 26 находится в нулевом состоянии и, следовательно, открытым является второй ключ 28, что позволяет исключить из работы двухсторонний ограничитель 23. Следовательно, в фильтр-усреднитель 17 при отсутствии аномальных сбоев фаз напряжений сети и генератора поступает практически без искажений (на входы блока 22 вычитания и сумматора 24 поступает один и тот же сигнал с выхода фильтра-усреднителя 17) выходной сигнал реверсивного счетчика 12 и формируется текущая усредненная оценка степени совпадения знаков напряжений сети и генератора за период частоты сети, т.е. степени согласования фаз напряжений сети и генератора. Если степень совпадения фаз достаточно высокая, то на выходе пятого порогового блока 18 формируется уровень логической единицы, что приводит к срабатыванию исполнительного элемента 1.

Исключение из работы в начальный период двухстороннего ограничителя 23 позволяет быстрее определить степень согласования или рассогласования фаз, если они достаточно хорошо совпадают или, соответственно, не совпадают.

При заполнении счетчика 25 импульсов через несколько заданных периодов напряжения сети на его выходе переполнения формируется перепад напряжения, который переводит RS-триггер 26 в единичное состояние, в результате чего закрывается второй ключ 28, открывается первый ключ 27, что позволяет ввести в работу двухсторонний ограничитель 23. В этом случае при наличии аномальных сбоев в разности фаз напряжений сети и генератора двухсторонний ограничитель 23 сглаживает эти искажения (которые проявляются через резкое уменьшение или возрастание или уменьшение уровня сигнала на выходе блока 22 вычитания) и тем самым повышается помехоустойчивость реле разности фаз.

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям расширяются функциональные возможности устройства, поскольку обеспечивается реакция реле на согласованность фаз напряжений сети и генератора, а также повышается его помехоустойчивость в условиях аномальных сбоев в разности фаз этих напряжений.

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.355, рис. 12.16. (прототип).

3. Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское радио, 1975.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты, например, в качестве реле разности фаз сети и генератора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Для этого реле разности фаз содержит пять пороговых блоков, пять элементов И, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, два ключа, блок элементов ИЛИ, RS-триггер, исполнительный элемент, генератор тактовых импульсов, одновибратор, формирователь коротких импульсов, фильтр-усреднитель, три элемента ИЛИ, блок вычитания, двухсторонний ограничитель, сумматор, два выпрямителя. 1 ил.

Реле разности фаз, содержащее исполнительный элемент, первый выпрямитель, вход которого является входом напряжения сети, второй выпрямитель, вход которого является входом напряжения генератора, и первый пороговый блок, отличающееся тем, что введены второй пороговый блок, вход которого соединен с входом второго выпрямителя, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами "больше" первого и второго пороговых блоков, соответственно, второй элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами "меньше" первого и второго пороговых блоков, соответственно, третий элемент И, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с выходом "меньше" первого порогового блока и с выходом "больше" второго порогового блока, четвертый элемент И, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с выходом "больше" первого порогового блока и с выходом "меньше" второго порогового блока, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, второй элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов И, соответственно, реверсивный счетчик, вход управления суммированием и вход управления вычитанием которого соединены с выходами, соответственно, первого и второго элементов ИЛИ, третий и четвертый пороговые блоки, входы которых соединены с выходами, соответственно, первого и второго выпрямителей, формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом "больше" первого порогового блока, пятый элемент И, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами, соответственно, третьего порогового блока, формирователя коротких импульсов и четвертого порогового блока, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, двухсторонний ограничитель, сумматор, пятый пороговый блок, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен со вторым входом блока вычитания, с первым входом сумматора и со входом пятого порогового блока, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, третий элемент ИЛИ, выход которого соединен со входом установки в ноль реверсивного счетчика, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом пятого элемента И, RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом переполнения счетчика импульсов, первый ключ, выход которого соединен с входом двухстороннего ограничителя, второй ключ, информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания и с информационным входом первого ключа, а управляющий вход соединен с инверсным выходом RS-триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, блок элементов ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, второй вход соединен с выходом второго ключа, а выход соединен со вторым входом сумматора, одновибратор, выход которого соединен с входами установки в ноль фильтра-усреднителя и счетчика импульсов, с R-входом RS-триггера, с входом запуска генератора тактовых импульсов и с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И и с тактовым входом фильтра-усреднителя, при этом вход первого порогового блока соединен с входом первого выпрямителя.