Способ задания линии срабатывания измерительного органа устройства релейной защиты на основе сравнения двух особым образом сформированных сигналов Российский патент 2017 года по МПК H01H83/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты (УРЗ) от коротких замыканий (КЗ) на электротехническом объекте промышленной частоты f, когда ее действие или не действие определяется одним из измерительных органов (ИО) релейной защиты, в задачу которого входит определение нахождения места возникшего короткого замыкания в зоне ответственности релейной защиты. К входам измерительного органа ИО подобного класса подводятся переменное напряжение u(t) на входе защищаемого электротехнического объекта и ток i(t), протекающий на его входе.

Функционирование подобного класса измерительных органов ИО основано на том, что их действие или не действие на комплексной плоскости сопротивления R,jX задают линией срабатывания ИО требуемой по условию работы релейной защиты конфигурации, которая на этой плоскости выделяет две области - область срабатывания и область несрабатывания измерительного органа ИО.

Измерительные органы ИО с отмеченными особенностями подразделяют на две группы, первая из которых связана с определением направления мощности короткого замыкания, а вторая - с определение попадания короткого замыкания в выделенную устройству релейной защиты УРЗ зону ответственности, при этом этот тип измерительных органов ИО относится к дистанционным измерительным органам [Э.М. Шнеерсон. Цифровая релейная защита.: Энергоатомиздат, 2007. С. 24-27]. Для обеих групп измерительных органов ИО релейной защиты основной характеристикой является линия срабатывания на комплексной плоскости сопротивления R,jX, которая на этой плоскости выделяет область срабатывания релейной защиты и область, в которой защита не должна работать, причем стабильность линии срабатывания измерительным органом ИО считается одной из важных характеристик, которая обеспечивает корректное функционирование релейной защиты при коротком замыкании на границе ее срабатывания.

Линию срабатывания измерительного органа ИО отображают на комплексной плоскости сопротивления R,jX и ее вид формируют на основе известных теоретических положений и требований к ней [В.Л. Фабрикант. Основы теории построения измерительных органов релейной защиты и автоматики. М.: Высшая школа. 1968; Э.М. Шнеерсон. С. 69-107; гл. 7.], при этом особое внимание вопросам снижения или даже исключения влияния помех на работу измерительного органа ИО, которая проявляется в искажении его линии срабатывания из-за возможного присутствия высших гармоник в подводимых к устройству релейной защиты УРЗ электрических сигналах (напряжении и токе) [Шнеерсон Э.М., С. 124-128, с. 159-162.].

Ни один из способов задания линии срабатывания измерительного органа ИО устройства релейной защиты УРЗ на основе сравнения двух сигналов не может быть принят в качестве основного прототипа предлагаемому изобретению.

За ближайший, но условный прототип, принят способ по изобретению [Пат. №2358269 РФ, МПК G01R 27/08. Способ формирования сравниваемых компаратором электрических величин во времяимпульсном устройстве защиты и автоматики с функцией определения сопротивления защищаемого объекта / В.А. Мамаев (RU); заявитель и патентообладатель Северо-Кавказский государственный технический университет. - №2008107782/09; заявл. 28.02.08; опубл. 10.06.09. Бюл. №16].

В условном прототипе [Пат. №2358269 РФ] один из двух формируемых в измерительном органе ИО сигналов и подводимый к одному из двух входов входящей в его структуру схемы сравнения является поданный на один из этих входов разрешающий срабатывание измерительного органа ИО сигнал, который получают перемножением двух сомножителей, первый из которых является генерируемым в измерительном органе ИО вспомогательным сигналом в виде последовательности импульсов треугольной формы с постоянной амплитудой и стабильным периодом повторения, который, в общем случае, может не совпадать с периодом повторения, определяемом как T=1/f, а вторым сомножителем является сигнал, который однозначно связан с действующим значением подаваемого на один из двух входов измерительного органа ИО периодическим током, при этом запрещающий срабатывание измерительного органа сигнал, который подан на второй вход схемы сравнения измерительного органа ИО, определяется действующим значением поданного на другой вход измерительного органа периодического напряжения, причем превышение мгновенного значения разрешающего сигнала над запрещающим сигналом обуславливает срабатывание измерительного органа ИО по условному прототипу, которое проявляется в появлении на выходе измерительного органа периодической последовательности прямоугольных импульсов постоянной амплитуды, длительность которых связана с отношением действующего значения напряжения к действующему значению тока и частное от деления определяет модуль некоторого комплексного сопротивления относительно входов измерительного органа ИО, при этом этот модуль однозначно определяет электрическую удаленность места возникновения короткого замыкания на электротехническом объекте промышленной частоты f. В конечном итоге изобретение по патенту [Пат. №2358269 РФ] обеспечивает создание, например, дистанционной защиты полного сопротивления с функцией определения удаленности места короткого замыкания, например, на линии электропередачи.

Общим между принятым за условный прототип способом по патенту [Пат. №2358269 РФ] и предлагаемым изобретением является использование математической операции умножения при формировании одной из сравниваемых в измерительном органе ИО величины, однако способ по предлагаемому изобретению имеет существенные отличия, которые заключаются в использовании математической операции умножения как при формировании запрещающего, так и при формировании разрешающего срабатывание измерительного органа ИО сигналов, при этом каждый из этих сигналов получают на основе перемножение трех соответствующих сомножителе, посредством которых в предлагаемом изобретении решается существенно отличающаяся задача, чем в выбранном условном прототипе.

Целью предлагаемого способа по изобретению является:

- упростить формирование на комплексной плоскости сопротивления R,jX линии срабатывания, в том числе сложной конфигурации, измерительного органа ИО, например, с конфигурациями, приведенными в [Шнеерсон Э.М., с. 76];

- уменьшить искажение линии срабатывания измерительного органа ИО, обусловленное «помехами» [Шнеерсон Э.М., С. 124-128.];

- создать условия, которые обеспечат относительно простую адаптацию линии срабатывания измерительного органа ИО к изменившемуся режиму функционирования защищаемого электротехнического объекта;

- получить другие полезные свойства, обусловленные предлагаемым способом формирования запрещающего и разрешающего срабатывание измерительного органа сигналов, например, использовать некоторые из генерируемых сигналов по предлагаемому способу для реализации функции определения удаленности места короткого замыкания.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что линию срабатывания измерительного органа ИО на комплексной плоскости R,jX считают годографом комплексного сопротивления , по которой при изменении его аргумента в границах [0, 360°] скользит конец радиус-вектора z_(ϕ), равный модулю z_(ϕ) комплексного сопротивления , при этом в общем случае годограф рассматривают как совокупность точек , положения которых на линии срабатывания измерительного органа ИО определяют двумя координатами: радиусом-вектором z_(n) и фазовым углом , причем первая координата равна модулю z_(n), а вторая координата равна фазовому углу комплексного вектора , начало которого совмещено с началом координат комплексной плоскости R,jX, а его концом является расположенная на линии срабатывания (годографе) измерительного органа ИО точка .

Согласно изобретению, линию срабатывания ИО на комплексной плоскости R,jX, т.е. ее годограф, считают образом-оригиналом , при этом, учитывая, что фазовый угол ϕ° и время t на интервале периода [0,T=1/f] между собой связаны выражением

во временной области образ-оригинал предложено определять через функцию времени, т.е. как z_обр(t). Для последующего использования эту функцию целесообразно использовать в относительных единицах как образ-копию , которую получают делением образа-оригинала на принятый за базисный радиус-вектор z_баз:

которую по изобретению при формировании сигнала u_зрп(t), запрещающего срабатывание измерительного органа ИО, используют в качестве установки.

Согласно изобретению запрещающий срабатывание измерительного органа ИО сигнал u_зрп(t) формируют перемножением трех сомножителей согласно выражению:

в котором: m₁ - вводимый в измерительный орган в качестве уставки положительный первый постоянный коэффициент; U_1(инт) - первое интегральное значение, которое линейно связанное с действующим значением напряжения u_w(t) на входе контролируемого релейной защитой электротехнического объекта W промышленной частоты f (фиг. 1); u_1всп(t) - периодическая первая вспомогательная функция из периодической последовательности однополярных импульсов, которая на интервале времени, равном периоду Т, или интервале времени, равном 0,5Т, повторяет форму копии-образа (2), при этом выбор конкретного значения частоты следования однополярных импульсов зависит от длительности запрещающего сигнала u_зрп(t): если эта длительность меньше или равна периоду T=1/f, то частота может быть принята равной 2f или f, если указанное условие не соблюдается, то частоту следования импульсов первой вспомогательной функции u_1всп(t) принимают равной f.

Согласно изобретению разрешающий срабатывание измерительного органа ИО сигнал u_рзр(t) формируют перемножением трех сомножителей согласно выражению:

в котором: m₂ - вводимый в измерительный орган как уставка положительный второй постоянный коэффициент; U_2(инт) - второе интегральное значение, линейно связанное, например, с действующим значением тока i_w(t), протекающего на входе контролируемого релейной защитой электротехнического объекта W (фиг. 1); u_2всп(t) - вторая периодическая вспомогательная функция (фиг. 2), которая является последовательностью однополярных импульсов малой длительности (Δt→0), амплитуда которых постоянна (нормирована по уровню), а частота следования этих импульсов может быть равна 2f или f, при этом выбор конкретного значения частоты связан с принятой частотой следования запрещающего сигнала u_зрп(t).

Согласно изобретению условие срабатывания измерительного органа ИО на основе сравнения особым образом сформированных запрещающего (3) и разрешающего (4) сигналов для измерительного органа ИО определяется выражением:

При превышении разрешающего сигнала u_рзр(t) над запрещающим сигналом u_зрп(t) на выходе измерительного органа ИО появляется выходной сигнал, который свидетельствует, что на комплексной плоскости R,jX короткое замыкание находится в пределах подконтрольной измерительному органу области, которая охвачена линией срабатывания измерительного органа ИО, когда имеет место соблюдение условия u_рзр(t)=u_зпр(t) (5).

Практическую реализацию способа задания линии срабатывания измерительного органа ИО устройства релейной защиты УРЗ на основе сравнения двух особым образом сформированных сигналов по предлагаемому изобретению (см. выражения (2) и (3)) иллюстрирует возможный вариант выполнения измерительного органа, приведенный на фиг. 2, причем в качестве защищаемого релейной защитой электротехнического объекта условно принята линия электропередачи W (фиг. 1).

Получение сигналов (2) и (3) и их взаимодействие поясняет фиг. 3. Фиг. 4 показывает использование способа по изобретению для создания линии срабатывания дистанционного измерительного органа ИО с полигональной линией срабатывания на комплексной плоскости сопротивления R,jX. Фиг. 5 иллюстрирует форму сигналов образа (1 или 2 на фиг. 5, а), которые обеспечивают формирование на комплексной плоскости сопротивления R,jX либо круговую линию срабатывания направленного дистанционного измерительного органа полного сопротивления (линия 1 на фиг. 5, 6) либо линию срабатывания в форме «листа» (линия 2 на фиг. 5, 6).

На фиг. 1 приведена упрощенная блок-схема устройства релейной защиты УРЗ с двумя входами 1Вх и 2Вх и выходом Вых, через который УРЗ взаимодействует с коммутационным аппаратом Q_W электротехнического объекта, например, линии электропередачи W электрической системы промышленной частоты f. Структура УРЗ включает некоторую измерительную часть (на фиг. 1 не выделена), в общем случае состоящую из нескольких измерительных блоков релейной защиты, среди которых имеется измерительный орган ИО с двумя входами 1Вх и 2Вх и одним выходом Вых, при этом на его первый вход 1Вх подан гармонический первый входной электрический сигнала u_1вх(t), в то время как на его второй вход 2Вх подан гармонический второй входной электрический сигнал u_2вх(t), причем мгновенное значение первого гармонического входного электрического сигнала u_1вх(t) содержит информацию о мгновенном значении периодического напряжения u_w(t) на входе электротехнического объекте W, а второй периодический входной электрический сигнал u_2вх(t) содержит информацию о мгновенном значении гармонического тока i_w(t), который протекает через электротехнический объект W, при этом линейную связь между мгновенным значением напряжения u_w(t) и мгновенным значением первого входного сигнала u_1вх(t) осуществляют посредством измерительного трансформатора напряжения TV и первого блока сопряжения 1БС устройства релейной защиты УРЗ; линейную связь между протекающим в линии электропередачи W мгновенным значением тока i_w(t) и мгновенным значением второго входного сигнала u_2вх(t) осуществляют посредством измерительного трансформатора тока ТА и второго блока сопряжения 2БС устройства релейной защиты УРЗ, при этом измерительный орган ИО (фиг. 1) состоит (фиг. 2) из первого 1Сб, второго 2Сб субблоков и логической схемы сравнения ЛСС с двумя активными входами 1Вх, 2Вх и одним выходом Вых, причем на активный первый 1Вх и активный второй 2Вх входы логической схемы сравнения ЛСС соответственно подают запрещающий u_зпр(t) (3) и разрешающий u_рзр(t) (4) сигналы, причем при соблюдении условия срабатывания измерительного органа ИО (5) на выходе Вых логической схемы сравнения ЛСС в виде периодической последовательности импульсов малой длительности (Δt_{имп,вых}→0) появляется выходной сигнал u_вых(t) (фиг. 2), на основе которого логическая часть устройства релейной защиты ЛгЧРЗ (фиг. 1) принимает решения о виде взаимодействия устройства релейной защиты УРЗ электротехнического объекта W с его коммутационным аппаратом Q_w, при этом формирование запрещающего сигнала u_зпр(t) (фиг. 2) осуществляет первый субблоком 1Сб измерительного органа ИО, который согласно предложенному в изобретении способу (3) с использованием поданного на активный вход Вх первого субблока 1Сб (фиг. 2) мгновенного значения первого входного сигнала u_1вх(t) на своем выходе Вых формирует первый сравниваемый в измерительном органе ИО релейной защиты сигнал в виде мгновенного значения запрещающего сигналом u_зпр(t) (3), наличие которого при соблюдении определенного условия срабатывания (5) измерительного органа ИО исключает появление на выходе Вых логической схемы сравнения ЛСС выходного сигнала u_вых(t), при этом формирование разрешающего сигнала u_рзр(t) (5) осуществляют вторым субблоком 2Сб измерительного органа ИО (фиг. 2), который согласно предложенному в изобретении способу (4) с использованием поданного на активный вход Вх второго субблока 2Сб мгновенного значения второго входного сигнала u_2вх(t) на своем выходе Вых формирует второй сравниваемый в измерительном органе ИО релейной защиты сигнал в виде мгновенного значения разрешающего сигнала u_рзр(t) и при превышении мгновенного значения разрешающего сигнала над мгновенным значением запрещающего сигнала u_зрп(t) (5) на выходе Вых логической схемы сравнения ЛСС и выходе Вых измерительного органа ИО появляется выходного сигнала u_вых(t) в виде последовательности однополярных импульсов малой длительности (Δt_{имп,вых}→0), причем по факту отсутствия или наличия этого сигнала логическая часть устройства релейной защиты ЛгЧРЗ (фиг. 1) принимает решение о виде взаимодействия устройства релейной защиты УРЗ электротехнического объекта W с его коммутационным аппаратом Q_w.

На фиг. 2 приведены входящие в структуру измерительного органа ИО варианты исполнения первого 1Сб и второго 2Сб субблоков, причем согласно изобретению (фиг. 2) первый субблок 1Сб включает схему синхронизации Схр, генератор образа (ГО), первый преобразователь 1Пр, первую схему умножения 1СхУм, при этом схема синхронизации Схр на своем выходе генерирует периодическую последовательность синхроимпульсов u_син(t) малой длительности (Δt_син→0), появление которых определяет, например, моменты появления мгновенных значений импульсов запрещающего сигнала u_зпр(t) на выходе первой схемы умножения 1СхУм (на фиг. 3, г-е импульсы синхронизации u_син(t) не показаны), причем ввод в схему синхронизации Схр первой уставки по фазе (первой уставки по времени Δt_у1) (фиг. 2 и фиг. 3, г-е) обеспечивает появление синхроимпульсов u_син(t) в требуемые моменты времени и этим обеспечивают формирование на комплексной плоскости сопротивления R,jX заданной линии срабатывания измерительного органа ИО, при этом формирование импульсов запрещающего сигнала u_зпр(t) (3) основано на использовании генерируемого на выходе генератора образа ГО (фиг. 2) периодического первого вспомогательного сигнала u_1всп(t), форма мгновенного значения которого на интервале периода Т (или на интервале Т/2) идентична введенной в генератор образа ГО в качестве уставки некоторой функции времени в виде образ-копия , причем образ-копия на фиг. 3, в сформирована с использованием выражения (2) на основе функции образа-оригинала, приведенного на фиг. 3, б, при условии, что в качестве базиса использовано значение полярного радиус-вектора точки В (фиг. 3, а), т.е. z_баз=z_в.

На фиг. 3, б приведен образ-оригинал для линии срабатывания АВ некоторого измерительного органа (фиг. 3, а), заданной на комплексной плоскости R,jX, причем каждому полярному радиус-вектору, например, радиусу-вектору z_n точки n на линии АВ на графике ее образа-оригинала (фиг. 3, б) соответствует точка n, положение которой определяется координатами z_n и . На фиг. 3, в приведен образ-копия образа-оригинала (фиг. 3, б), при этом вычисление времени t_n=0,0033 с выполнено для угла по выражению (1), причем запрещающий срабатывания измерительного органа ИО сигнал u_зпр(t) с выхода Вых первой схемы умножения 1СхУм (фиг. 2) подают на активный первый вход 1Вх логической схемой сравнения ЛСС, при этом согласно изобретению первая схема умножения 1СхУм перемножает три величины (3), первую из которых в виде первого вспомогательного сигнала u_1всп(t) подают на активный первый вход 1 схемы умножения 1СхУм, на активный второй вход 2 этой схемы с выхода первого преобразователя 1Пр подают первое интегральное значение U_1(инт) первого периодического входного сигналы u_1вх(t), через неактивный третий вход 3 первой схемы умножения 1СхУм вводят уставку в виде вещественного значения первого масштабного коэффициента m₁, при этом на выходе входящего в состав первого субблока генератора образа ГО первый вспомогательный сигнал u_1всп(t) получают путем тиражирования во времени образа-копии z*_обр(t), введенного в качестве уставки в генератор образа ГО, причем тиражирование образа-копии осуществляет генератор образа ГО под управлением синхроимпульсов, поступающих на его активный вход с выхода схемы синхронизации Схр, при этом появление синхроимпульсов на выходе этой схемы привязывают, например, к моментами прохождения нулевого значения поданного на активный вход схемы синхронизации Схр гармонического первого входного сигнала u_1вх(t) (фиг. 2) или путем ввода через неактивный вход импульсного генератора ИГ первой уставки по фазе (первой уставки по времени (см. фиг. 2), сдвигающей время прохождения гармонического первого входного сигнала u_1вх(t) через нулевое значение на величину, необходимую для формирования требуемой граничной линии срабатывания на комплексной плоскости сопротивления R,jX.

С выхода Вых второй схемы умножения 2СхУм второго субблока 2Сб измерительного органа ИО (фиг. 2) разрешающий его срабатывание сигнал u_рзр(t) подают на активный второй вход 2Вх логической схемы сравнения ЛСС, при этом согласно изобретению вторая схема умножения 2СхУм перемножает три величины (4), первую из которых в виде второго вспомогательного сигнала u_2всп(t) подают на активный первый вход 1 второй схемы умножения 2СхУм, на активный второй вход 2 этой схемы с выхода второго преобразователя 2Пр подают второе интегральное значение U_2(инт) второго периодического входного сигналы u_2вх(t), через неактивный третий вход 3 второй схемы умножения 2СхУм вводят уставку в виде вещественного значения второго масштабного коэффициента m₂, причем вторым вспомогательным сигналом u_2всп(t) является периодическая последовательность однополярных импульсов нормированной постоянной амплитуду и малой длительности (Δt_имп→0), при этом их появление синхронизируют с моментами прохождения второго входного электрического сигнала u_2вх(t) через нулевые значения или относительно этих моментов моменты появление импульсов второго вспомогательного сигнала u_2всп(t) сдвигают вводимой в импульсный генератор ИГ второй установки по фазе (второй установки по времени (фиг. 2), причем в основе алгоритма функционирования второй схемы умножения 2СхУм используют выражение (4), в результате на ее выходе формируется разрешающий срабатывание измерительного органа ИО выходной сигнал u_рзр(t) в виде периодической последовательности однополярных импульсов, амплитуда которых функционально связана со вторым интегральным значением U_2(инт), поданного на активный вход второго преобразователя 2Пр периодического второго входного сигнала u_2вх(t), который линейно связан с периодическим током i_w(t) на входе контролируемого релейной защитой электротехническом объекте W (фиг. 1). Приведенные на фиг. 3, б-е функциональные зависимости построены применительно к частоте f=50 Гц, при этом в качестве вводимой в импульсный генератор ИГ (фиг. 2) второй уставки по фазе (по времени Δt_у2) установлено равное нулю значение, т.е. . На фиг. 3, г-е в качестве пояснения к предлагаемому изобретению, показаны взаимные положения взаимодействующих сигналов в измерительном органе ИО по изобретению (фиг. 2) и в частности, сравниваемые логической схемой сравнения ЛСС измерительного органа ИО (фиг. 1) запрещающего u_зпр(t) и разрешающего u_рзр(t) сигналов при условии, когда начальный угол колебания первого входного сигнала u_1вх(t)=U_m(1вх)sin(2πf⋅t) равен нулю (на фиг. 3, г), т.е. по фазе совпадает с подаваемым на вход первого блока сопряжения 1БС мгновенного значения напряжения u_w(t) на входе защищаемого устройством релейной защиты УРЗ электротехнического объекта W (фиг. 1), при этом, на фиг. 3, г показаны взаимные положения первого входного u_1вх((t), второго входного u_2вх(t), запрещающего u_зрп(t) и разрешающего u_рзр(t) сигналов, которые обеспечивают формирование точки А на линии срабатывания АВ измерительного органа (фиг. 3, а).

Сдвиг по фазе запрещающего сигнала u_зрп(t) (фиг. 3, г, д, е) посредством ввода в генератор образа ГО первой уставки по фазе (первой уставки по времени относительно моментов времени, когда мгновенное значение первого входного сигнала u_1вх(t)=U_m(1вх)sin(2πf⋅t) принимает нулевое значение (для t=0), обуславливает поворот линии срабатывания АВ (фиг. 3, а) относительно начала координат комплексной плоскости R,jX, что иллюстрируют приобретаемые новые положения линий срабатывания А'В' и А''В'', показанные на фиг. 3, ж, при этом на фиг. 3, д и фиг. 3, е приведены взаимные положения сигналов, при которых точка А на новых линиях срабатывания занимает соответственно положения А' и А''.

На фиг. 4, а на комплексной плоскости R*,jX* в относительных единицах приведен образ-копия полигональной линии срабатывания ABCDEA некоторого измерительного органа ИО дистанционной релейной защиты, на основе которой сформирован закон изменения сигнала образа-копии u*_обр(t) (на фиг. 4, б заштрихован), который в качестве введенной уставки в генератор образа ГО (фиг. 2) на комплексной плоскости сопротивления R*,jX* породит линию срабатывания измерительного органа ИО релейной защиты в виде оригинальной (заданной) полигональной линии срабатывания измерительного органа ИО дистанционной защиты. Так как длительность сигнала образа-копии u*_обр(t) равна периоду Т, то частоту появления синхроимпульсов u_син(t) (фиг. 2) задают равной f, что обусловит генерацию первого вспомогательного сигнала u_1всп(t) в виде обозначенной на фиг. 4, б пунктиром временной зависимости.

На фиг. 5 показано, что если образа-копии u*_обр(t) будет задана выражением u*_обр(t)=⎟1-sin(2πf⋅t+30°)⎜ (зависимость 1 на фиг. 5, а), то этому выражению на комплексной плоскости сопротивления R*,jX* будет соответствовать образ-копия u*_обр(t) линии срабатывания направленного дистанционного измерительного органа ИО с проходящей через начало координат комплексной плоскости R*,jX* круговой характеристикой срабатывания и линией максимальной чувствительности, направленной под углом 60° к ее вещественной оси +R*. Если в качестве образа-копии u*_обр(t) использовать встроенный в полуволну синусоиды равнобедренный треугольник, основание которого, например, меньше половины полупериода Т (зависимости 2 на фиг. 5, а), то этому образу-копии будет соответствовать направленный дистанционный измерительный орган ИО с линией срабатывания в виде «листа», одна из точек которой будет совпадать с началом координат комплексной плоскости сопротивления R*,jX* (зависимость 2 на фиг. 5, б), при этом, чем меньше основание равнобедренного треугольника, тем в большей степени будет сжат «лист» в направлении его малой оси. Частота появления синхроимпульсов u_син(t) может быть принята равной 2f.

Способ по изобретению может обеспечить получение достаточно сложных линий срабатывания измерительного органа ИО дистанционной защиты на комплексной плоскости сопротивления R,jX, причем изменение значений вводимых вещественных положительных коэффициентов m_1(ввод) и m_2(ввод) соответственно в схемы умножения 1СхУм и 2СхУм (фиг. 2) приводит к изменению только площади ограниченной новой линией срабатывания измерительного органа ИО, но фигура линии срабатывания остается подобной исходной, которую задают исходными значениями положительных коэффициентов m_1(исх) и m_2(исх), при этом изменение моментов синхронизации посредством изменения установок по фазе и (по времени Δt_уl и Δt_у2), соответственно предустанавливаемых в первый 1Сб и второй 2Сб субблоках обусловит только поворот фигуры линии срабатывания измерительного органа ИО релейной защиты вокруг начала координат комплексной плоскости сопротивления R,jX при сохранении ее исходной конфигурации. Возможность изменять значения вводимых положительных коэффициентов m₁ и m₂ и значений установок по фазе и обеспечивает относительную простую адаптацию линии срабатывания измерительного органа ИО релейной защиты к изменившемуся режиму функционирования электротехнического объекта W, при этом наличие, например, в памяти измерительного органа ИО библиотеки из образов-копий u*_обр(t) может существенно расширить функциональные возможности устройства релейной защиты УРЗ (фиг. 1). Способ задания линии срабатывания измерительного органа релейной защиты по предлагаемому изобретению может быть положен в основу, например, синтеза органов направления мощности. Так как при формировании запрещающего u_зпр(t) и разрешающего u_рзр(t) сигналов соответственно используют первое интегральное значения U_1(инт) первого периодического входного сигналы u_1вх(t) и второе интегральное значения U_2(инт) второго периодического входного сигналы u_2вх(t) (фиг. 2), и в случае использования, например, в качестве интегральных параметров действующих U_1вх и U_2вх (или их квадратов) мгновенных значений напряжений u_1вх(t) и u_2вх(t), то при наличии в составе этих сигналов гармоник с частотой, большей частоты сети f, помехи в виде гармоник в этих сигналах будут оказывать меньшее влияние на линию срабатывания измерительного органа релейной зашиты. Это обусловлено особенностью получения действующего значения периодической несинусоидальной зависимости [Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. - 10-е изд. - М.: Гардарики, 2001. С. 213-215.]. Используемые согласно изобретению первое интегральное значение U_1(инт) первого периодического входного сигналы u_1вх(t) и второе интегральное значение U_2(инт) второго периодического входного сигналы U_2вх(t), а также следуемая из особенностей обработки сигналов в предлагаемом изобретении возможность получения информации о фазовых сдвигах указанных периодических входных сигналов могут быть положены в основу реализации такой функции устройства релейной защиты УРЗ, которая связана с определением удаленности места короткого замыкания КЗ на защищаемом УРЗ электротехническом объекте, например, линии электропередачи W (фиг. 1). Ввод угловых уставок и может быть предусмотрен в первом 1БС и втором 2БС блоках сопряжения (фиг. 1).

Предлагаемый в изобретении способ задания линии срабатывания измерительного органа релейной защиты с двумя электрическими величинами может быть реализован на основе используемых в технике релейной защиты известных схемотехнических решений, которые используют известные методы аналоговой, аналого-цифровой и цифровой обработки электрических сигналов.

Изобретение относится к области электротехники, связанной с релейной защитой электротехнических объектов промышленной частоты f, в частности со способом формирования на комплексной плоскости сопротивления линии срабатывания измерительных органов на основе сравнения двух особым образом сформированных сигналов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей измерительного органа защиты. Положительный эффект достигнут за счет существенно отличающихся от известных способов формирования сравниваемых в измерительном органе электрических сигналов. Технический результат достигнут за счет того, что в основе формирования вызывающего несрабатывание измерительного органа защиты используют функцию времени, которая на интервале периода T=1/f является отображением линии срабатывания измерительного органа, и при этом мгновенное значение функции времени функционально связано с интегральным параметром переменного напряжения на электротехническом объекте, а вызывающие срабатывание измерительного органа кратковременные импульсы имеют амплитуду, которая связана с интегральным параметром переменного тока на входе электротехнического объекта. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ задания линии срабатывания измерительного органа релейной защиты путем сравнения двух особым образом сформированных сигналов, один из которых является запрещающим, поданным на первый вход логической схемы сравнения измерительного органа ИО, выполняющим функцию, которая исключает появление на выходе логической схемы сравнения измерительного органа выходного сигнала, и этим исключает срабатывание измерительного органа, а второй сравниваемый сигнал является разрешающим, поданным на второй вход логической схемы сравнения измерительного органа, и при превышении им значения запрещающего сигнала на выходе логической схемы сравнения появляется выходной сигнал, на основе которого логическая часть релейной защиты принимает решение о виде ее взаимодействия с коммутационным аппаратом электротехнического объекта, функционирующего в электрической сети переменного тока с частотой f, при этом для формирования запрещающего и разрешающего сигналов в структуре измерительного органа предусмотрены соответственно первый и второй субблоки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый субблок имеет один активный вход и один выход и в его структуру входят: схема синхронизации с одним активным, одним неактивным входами и одним выходом; генератор образа с одним активным и одним неактивным входами и одним выходом, первая схема преобразования с одним активным входом и одним выходом; первая схема умножения с двумя активными и одним неактивным входами и одним выходом, при этом первая схема умножения перемножает три сомножителя, а именно поданные на его два активных входа сигналы и введенный через неактивный вход в виде положительного числа первый масштабный множитель, при этом на первый активный вход первой схемы умножения с выхода генератора образа подают первый вспомогательный сигнал, на второй активный вход первой схемы умножения с выхода первого преобразователя подают сигнал, определяющий первое интегральное значение поданного на его активный вход с активного входа первого субблока переменного первого входного напряжения, причем на активный вход схемы синхронизации с первого входа измерительного органа подают переменное первое входное напряжение, при этом через неактивный вход схемы синхронизации вводят уставку по углу (или уставку по времени), задающую фазовый (или временной) сдвиг генерируемых на выходе схемы синхронизации однополярных синхроимпульсов малой длительности и нормированной амплитуды, через неактивный вход генератора образ в качестве уставки вводят функцию времени в виде образа-копии требуемой по условию функционирования измерительного органа линии срабатывания, причем генератор образа на своем выходе в виде первого вспомогательного сигнала выдает периодическую последовательность из однополярных импульсов, форма которых повторяет введенную в качестве уставки форму образа-копии, при этом на основе введенных через два активных входа сигналов и введенной через неактивный вход уставки в виде первого масштабного множителя (вещественное число) после их перемножения первой схемой умножения на своем выходе она генерирует запрещающий срабатывание измерительного органа выходной сигнал в виде периодической последовательности однополярных импульсов, форма и частота следования которых повторяет форму и частоту следования поданного на один из активных входов первой схемы умножения образа-копии, причем мгновенное значение запрещающих импульсов однозначно связано с первым интегральным значением поданного на первый вход измерительного органа переменного первого входного напряжения, что обеспечивает зависимость мгновенного значения запрещающих импульсов на выходе первой схемы умножения от переменного напряжения на входе электротехнического объекта, контролируемого релейной защитой.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второй субблок имеет один активный вход и один выход и в его структуру входят: импульсный генератор, вторая схема преобразования с одним активным входом и одним выходом; вторая схема умножения с двумя активными и одним неактивным входами и одним выходом, при этом вторая схема умножения перемножает три сомножителя, а именно поданные на его два активных входа сигналы и введенный в виде уставки через неактивный вход второй масштабный коэффициент (вещественное число), причем на первый активный вход второй схемы умножения с выхода импульсного генератора подают второй вспомогательный сигнал, который является периодической последовательностью импульсов малой длительности, но амплитуда которых нормирована и постоянна, а частоту следования этих импульсов выбирают из условия, чтобы разрешающие импульсы на выходе второй схемы умножения в пределах их смещения по времени в диапазоне [0, T=1/f] совпадали только однотипным образом-копией линии срабатывания измерительного органа; на второй активный вход второй схемы умножения с выхода второго преобразователя подают сигнал, связанный со вторым интегральным значением поданного на активный вход второго преобразователя с активного входа второго субблока переменного второго входного напряжения, который имеет линейную связь с переменным током на входе контролируемого релейной защитой электротехнического объекта, при этом на основе введенных через два активных входа сигналов и введенной через неактивный вход второго масштабного коэффициента и их перемножения второй схемой умножения на своем выходе она генерирует разрешающий срабатывание измерительного органа ИО выходной сигнал в виде периодической последовательности однополярных импульсов, длительность которых близка к нулю, но амплитуда которых однозначно связана с величиной переменного тока, протекающего на входе контролируемого релейной защитой электротехнического объекта, причем через неактивный вход импульсного генератора вводят уставку по углу (или уставку по времени), задающую фазовый сдвиг (или временной сдвиг) второго вспомогательного сигнала, что обеспечивает возможность фазового смещения разрешающих срабатывание импульсов на активном втором входе логической схемы сравнения измерительного органа.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что заданную в координатах комплексной плоскости сопротивления R,jX линию срабатывания измерительного органа как годограф вектора представляют заданной в полярных координатах линией, когда положение любой точки n на годографе определяют через радиус-вектор z_и.о.,(n) и угловую координату ϕ_и.о.,(n), т.е. положение точки n задают как n(z_и.о.,(n), ϕ_и.о.,(n)), при этом на интервале времени [0, T=1/f] угловую координату ϕ_и.о,(n) с временем t_n связывает выражение , что позволяет представить линию срабатывания в виде функции времени - образа-оригинала, причем на ее основе формируют новую функцию - образ-копию z*_обр(t), которую получают делением образа-оригинала z_обр(t) на некоторое, принятое за базис вещественное значение z_баз, при этом образ-копию z*_обр(t) в качестве уставки вводят в генератор образа первого субблока измерительного органа.

5. Способ по п.1, 2 или 3, отличающийся тем, что появление импульсов синхронизации по п. 2 и импульсов второго вспомогательного сигнала по п. 3 связывают с моментом прохождения через нулевое значение соответственно подаваемого на первый вход измерительного органа мгновенного значения периодического первого входного напряжения и подаваемого на второй вход измерительного органа мгновенного значения периодического второго входного напряжения, при этом вращение линии срабатывания измерительного органа вокруг начала координат комплексной плоскости осуществляют вводом уставок по фазовому углу (по времени) в схему синхронизации первого субблока и в импульсный генератор второго субблока, причем изменение охваченной на комплексной плоскости сопротивления линией срабатывания области срабатывания выполняют посредством изменения величины используемых в качестве уставок первого и второго масштабных множителей, которые вводят соответственно в первую схему умножения первого субблока и во вторую схему умножения второго субблока.