Устройство для запоминания фазы Советский патент 1983 года по МПК H02H3/38 

ю

() СО Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для устранения «мертвой зоны по напряжению у направленных устройств релейной защиты, а также для фиксации фазовых соотношений параметров доаварийного режима или режима короткого замыкания. Известны устройства для запоминания фазы напряжения предшествующего режима, содержаш,ее генератор с подстраиваемым колебательным контуром, частота которого регулируется частотой напряжения предаварийного режима 1. Недостатком этих устройств является возможность неправильных действий в случае изменения частоты в сети после возникновения короткого замыкания. Известно также устройство для запоминания фазы напряжения предшествуюш1его режима, содержаш,ее удвоитель и делитель частоты, частота напряжения «памяти в которых синхронизируется частотой тока 2. Недостатками этого устройства являются наличие только двух стабильных значений разности фаз выходного сигнала и входного тока, т. е. входное напряжение в общем случае не синфазно с выходным сигналом, наличие перерыва между моментом исчезновения напряжения сети и моментом возбуждения делителя, что приводит к замедлению срабатывания, сложность выполнения и настройки электромагнитного параметрического делителя частоты. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффектц к изобретению является устройство для.запоминания фазы напряжения режима, предществующего короткому замыканию, содержащее трансформатор тока и трансформатор напряжения. к выходу которого подключен колебательный контур, три формирователя импульсов; ключ, пороговый элемент и триггер, причем входы двух формирователей импульсов подключены через ключ к выходу колебательного контура, а выходы подключены к установочным входам триггера, счетный вход которого подключенйк выходу третьего формирователя импульсов, подсоединенного к трансформатору тока, управляющий вход ключа соединен с выходом порогового элемента, вход которого подключен к трансформатору напряжения 3. Недостатком этого устройства является ограниченная область его применения в направленных устройствах релейной защиты. При использовании устройства в реле направления мощности невозможно получить область срабатывания реле в виде сектора с центральным углом, отличным от 180. При использовании устройства в реле сопротивления при подключении к одному входу устройства, поляризующей, а к второму зходу - рабочей ЭДС также невозможно получить характеристику срабатывания реле в плоскости Z, отличную от окружности или прямой линии, с другой стороны, использование выходного сигнала устройства в качестве поляризующей ЭДС при подключении его входам тока и напряжения обеспечивает низкую точность запоминания фазы напряжения, поскольку смеш.ение по времени импульсов выходного сигнала относительно соответствующих полуволн входного напряжения может достичь четверти периода, что вызывает значительное смещение характеристики срабатывания в плоскости z, а также не позволяет использовать устройство для фиксации доаварийных фазовых соотнощений входных сигналов в режме короткого замыкания. Целью изобретения является повышение точности запоминания фазы и расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для запоминания фазы, содержащее последовательно включенные колебательный контур и ключ и пороговый элемент, подключенный входом ко входу колебательного контура, а выходом к управляющему входу ключа,- дополнительно введены фазовый детектор, ключ, запоминающий элемент, фазосдвигающий блок и сумматор, при этом один вход фазового детектора подключей к рабочему входу фазосдвигающего блока, выход упомянутого ключа подключен к одному входу сумматора и другому входу фазового детектора, на выходе которого пос ледовательно включены вновь введенный ключ и запоминающий элемент, подключенный выходом к управляющему входу фазосдвигающего блока, выход которого подключен к другому входу сумматора, а выход порогового- элемента подключен также к управляющему входу вновь введенного ключа. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - функциональ,ная схема реле сопротивления с использованием устройства для запоминания фазы. Устройство содержит колебательный контур 1, пороговый элемент 2, один ключ 3, сумматор 4, фазовый детектор 5, другой ключ 6, запоминающий элемент 7, фазосдвигающий блок 8. Вход колебательного контура 1 подключен ко входу порогового элемента 2 и является одним входом устройства для запоминания фазы, другим входом которого является вход фааосдвигающего блока 8, подключенного к другому входу фазового детектора 5. Выход колебательного контура 1 через один ключ 3 соединен с одним входом сумматора 4 и одним входом фазового детектора 5, выход которого через другой ключ 6 подключен к запоминающему элементу 7, выход которого подключен к управляющему в.коду фазосдвигающего блока 8, подключенного к другому входу сумматора 4. Выход порогового элемента 2 соединен с управляющими входами 3 и 6 ключей. Первым выходом устройства является выход сумматора 4, вторым - выход запоминающего элемента 7. Работу устройства удобно рассмотреть на примере его использования в схеме реле

сопротивления с целью устранения «мертвой зоны по напряжению. Схема реле сопротивления содержит устройство для запоминания фаз 9, блок 10 формирования сравниваемых ЭДС, блок 11 сравнения по фазе. Входы колебательного контура 1 и порогового элемента 2 подключены к первому выходу блока 10, второй выход которого соединен с вторым входом блока 11 и входом фазрсдвигающего блока 8. Выход сумматора 4 подключен к первому входу блока 11. К, одному входу блока 10 подведено .напряжение, а к другому - ток защищаемого объекта. На первом выходе блока ГО формируется поляризующая ЭДС Ё„, подаваемая на входы колебательного контура 1 и порогового элемента 2, а на втором блока 10 формируется рабочая ЭДС Ер, подаваемая на второй вход блока 11, другой вход фазового детектора 5 и вход фазосдвигающего блока 8. В общем случае, если характеристика срабатывания реле сопротивления в плоскости г проходит через начало коордиват, то...

. Е ,Kt у, .

Ер K4U-f К4 IВ доаварийном .режиме на входы блока 10. поданы нормальное напряжение и ток нагрузки защищаемого объекта. Поскольку величина ЁП определяется входным напряжением, то в доаварийном режиме ЕП имеет номинальное значение, превышающее порог срабатывания порогового элемента 2, и a управляющие входы ключей 3 и 6 подан открывающий сигнал. При этом сигнал с выхода колебательного контура 1, определяемый значением и фазой Е , поступает на входы сумматара 4 и фазового детектора 5. Таким образом, в доаварийном режиме на входы фазового детектора 5 поступают сигналы, разность фаз которых ДУравна разност фаз между Е,, и Ер, а на его выходе формируется сигнал, пропорциональный Дс(,который через открытый ключ 6 поступает на запоминающий элемент 7 и далее на управляющий вход фазосдвигающего блока 8, на выходе которого формируется сигнал, смещенный по фазе нафтол (- Дч относительно входного c гнaлa Ер и,следовательно, синфазный с Ед. Таким образом, на .входы сумматора 4 поступают синфазные Е сигналы, поэтому на выходе сумматора 4 формируется также синфазный Ё,сигнал Ё„ . Поскольку сопротивление Zp - на выходе реле сопротивления находится вне области срабатывания в плоскости Z и фазовые соотнощения сигналов на входе блока 11 равны фазовым соотношениям Е и Е, то на выходе блока 11 сигнал отсутствует.

В установившемся режиме удаленного короткого замыкания в зоне действия реле сопротивления работа устройства аналогична, однако фазовые соотношения между Е и Ер при этом обуславливают срабатывание реле сопротивления.

В установившемся режиме б.пизкого короткого замыкания напряжение U и связанная с ним величина Ёц уменьшаются до значения меньшего порога срабатывания порогового элемента 2, на выходе которого формируется сигнал, закрывающий ключи 3 и 6. При этом сигналы на входе сумматора 4 и на входе запоминающего элемента 7 равны нулю. Фаза сигнала на выходе фазосдвигающего блока 8, определяется фазой Ёр, и значением сигнала на его управляющем входе, получаемого с запоминающего элемента 7, сигнал на выходе которого формируется в первые 1 -1,5 периода после возникновения короткого замыкания за счет задержки на отключение порогового элемента 2. При этом после исчезновения входного напряжения, а следовательно, и Е сигнал на выходе колебательного контура 1 представляет сдобой затухающие свободные колебания с частотой, близкой к частоте сети и обусловленной настройкой колебательного контура 1 и фазой, соответствующей фазе Ё,, доаварийного режима. Поскольку во время задержки на отключение порогового элемента 2 ключи 3 и 6 открыты сигналом с выхода порогового элемента 2, то на входы сумматора 4 и фазового детектора .5 поступает сигнал синфазный Ец. Так как на другой вход фазового детектора 5 поступает сигнал Е , то выходной сигнал фазового детектора 5, пррпор1 иональный разности фаз Д между Ё,, и Ёр в режиме близкого короткого замыкания, через открытый ключ 6 поступает на .вход запоминающего элемента 7 и фиксируется после отключения пороговым элементом 2 ключа 6. Таким образом, в режиме установившегося близкого короткого замыкания на выходе фазосдвигающего блока 8 формируется, сигнал, смещенный тто фазе относительно Е на угол. (), равный разности фаз между ETJ и Ёр, следовательно, синфазный Ё-П. . Так как сигнал на одном входе сумматора 4 отсутствует, то выходной сигнал сумматора 4 также синфазен.Еп. При этом фазовые соотношения между Ё и Ёр обуславливают срабатывание блока 11. Время установления нужной фазы ЁП зависит от постоянных времени фазового детектора 5, цепи записи запоминающего элемента 7 и фазосдвигающего блока 8 и должно быть меньще задержки на отключение порогового элемента 2 и выдержки времени защиты в целом.

Устройство может быть также использовано в реле сопротивления и устройствах фиксации места повреждения с отстройкой от тока нагрузки. При удаленных коротких замыканиях и наличии нагрузки, подключенной между местом установки защиты и местом короткого замыкания, сопротивление на зажимах защиты в общем случае не равно сопротивлению линии от места установки защиты до точки повреждения из-за

шунтирующего влияния сопротивления нагрузки, для отстройки от которого необходимо знать как его значение, так и характер, который с достаточной степенью точности можно определить, фиксируя разность фаз между напряжением и током защищаемого объекта в доаварийном режиме. Для использования устр ойства с цлью определения и фиксации характера нагрузки необходимо на первый вход устройства подать сигнал, .синфазный с током защищаемого объекта, например, с выхо трансформатора тока, а на второй вход устройства подать сигнал, синфазный с напряжением защищаемого объекта, например, с выхода трансформатора напряжения.

Пороговый элемент 2 при этом должен быть выполнен с инверсным выходом, т. е. при снижении входного сигнала порогового элемента 2 ниже заданного уровня на входе порогового элемента 2 формируется сигнал, открывающий ключи 3 и 6, а постоянная времени цепи записи запоминающего элемента 7 выбирается много большей, чем время задержки порогового элемента 2.

В доаварийном режиме на первый вход устройства подается сигнал, фаза и значение которого определяется током-нагрузочного режима. Порог срабатывания порогового элемента 2 выбирается таким, что в этом режиме на выходе порогового элемента 2 формируется сигнал, открывающий ключи 3 и 6. При этом работа устройства аналогична описанной выщё в доаварийном режиме. При возникновении короткого замыкания входной ток становится больще порога срабатывания порогового элемента 2, на выходе которого формируется сигнал, закрывающий ключи 3 и 6.. Фаза входного тока изменяется, что вызывает изменение сигнала на выходе детектора 5. однако цепь записи запоминающего элемента 7 разомкнута ключом 6, следовательно, сигнал на выходе запоминающего элемента пропорционален разности фаз между током и напряжением в доаварийном режиме. В остальном работа устройства аналогична описанной выще в режиме установивщегося удаленного короткого замыкания. При этом сигналы на выходе фазосдвигающего блока 8 и сумматора 4 синфазны доаварийному току.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПОМИНАНИЯ ФАЗЫ, содержащее последовательно включенные колебательный контур и ключ и пороговый элемент, подключенный входом ко входу колебательного контура, а выходом - к управляющему входу ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности запоминания фазы и расширения функциональных возможностей устройства, в него дополнительно введены фазовый детектор, ключ, запоминающий элемент, фазосдвигающий блок и сумматор, при этом один вход фазового детектора подключен к рабочему входу фазосдвигающего блока, выход упомянутого ключа подключен к одному входу сумматора и другому входу фазового детектора, на выходе которого последовательно включены вновь введенный ключ и запоминающий элемент, подключенный выходом к управляющему входу фазосдвигающего блока, ВЫХ051 которого подключен к другому входу сумматора, а выход порогового элемента подключен также к управляющему входу вновь введенного ключа.