Устройство для быстродействующей токовой защиты электроустановки переменного тока Советский патент 1984 года по МПК H02H3/08 

1 Изобретение oTHocntcH к электротехнике и предназначено для выполнения быстродействующей защиты сети пе ременного тока от коротких замыканий Известно устройство для токовой защиты, содержащее трансформаторы тока, реле тока, исполнительный орган ll . Однако устройству присуще низкое быстродействие из-за подверженности влиянию электромагн11тного переходного процесса, сопровождающего начальную стадию короткого замыкания. Известно также устройство содержащее измерительный преобразователь и блок формирования интегральных выборок входного сигнала, цифровой фильтр, блок расчета квадрата амплитуды тока, пороговый элемент и исполнительньй орган. Фильтр в приб-. лиженном виде реализует интегральное преобразование Фурье, что позволяет снизить влияние высокочастотных гармонических составляющих переходного процесса и повысить быстродействие устройства 2, Однако устройство характеризуется низкой помехоустойчивостью особенно при наличии во входном сигнале апериодической составляющей, значение которой в токе при коротком замыкании может быть соизмеримо с амплитудой гармонической составляющей промышленной частоты. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для быстродействующей токовой защиты электроустановки переменного тока, содержащем последо вательно соединенные измерительный преобразоватео1ь тока, блок формирования интегральных выборок входного сигнала, цифровой фильтр, блок- расчета квадрата амплитуды тока, пороговьй элемент и исполнительный Орган цифровой фильтр выполнен в виде основных-сумматоров, дополнительного порогового элемента, двух инверторов, двух делителей, двух квадрато ров, трех дополнительных сумматоров, четырех множителей и переключателя, причем блок формирования интегральны выборок входного сигнала подключен соответственно первым и третьим, а также вторым и четвертым в{ ходами к соответствующим входам двух основных сумматоров, выходы которых через квадраторы подключены к входам пер20гвого дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный пороговый элемент подключен к управляемому входу переключателя, причем первый и второй множители подключены первыми входами к выходу первого квадратора, вторыми - соответственно к третьему и четвертому выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, а выходами через инверторы к первым входам второго и третьего дополнительных сумматоров, третий и четвертый множители подключены первыми входами к выходу второго квадратора, вторыми - соответственно к первому и второму выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала выходами - к вторым- входам соответственно второго и третьего дополнительных сумматоров,, первые входы делителей подключены соответственно к выходам второго и третьего дополнительных сумматоров, а переключатель первой парой входов к первому и второму выходамблока формирования интегральных выборок входного сигнала, второй парой - к выходам делителей, а двумя выходами переключателя - к входам блока расчета квадрата амплитуды тока. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фнг 2а,б - варианты выполнения .блока формирования интегральных выборок входного сигнала. Устройство содержит измерительНьй преобразователь 1 тока, значения тока 1 (i) от которого поступают на вход блока 2 формирования интегральных выборок входного сигнала. Блок 2 формирует четыре интегральных значения тока i (-1), получаемых на интервалах О-КТ/4; Т/4- (К-1) Т/4, Т/2(К-2) Т/4, ЗТ/4-(-3) Т/4, где К 1, 2,3,..., Т - период колебания сигнала промышленной частоты. В зави-г сймости от вида защищаемого объекта блок 2 может быть настроен на К 1 (интегрирование на интервалах 0-5, , 10-15, 15-20 мс при периоде Т - 20 мс), на К 2 (интегрирование на интервалах 0-10, 5-15; 10-20; 15-25 мс при периоде Т-20 мс) и т.д. Выходы блока 2 попарно подключены к двум основным сумз- аторам 3 и 4, а также к основным 5 и 6 и дополнительным .7 и 8 множителям. Выходы сумматоров 3 и 4 через квадраторы 9 и 10 под3 11 ключены к входам первого дополнитель ного сумматора 11; Выходы множителей 7 и 8 непосредственно, а множителей 5 и 6 через инверторы 12 и 13 подключены к второму t4 и третьему 15 дополнительным сумматорам. Дополнительн пороговый элемент 16 подключен к управлякщему входу переключателя 17, к первой паре .переключающих входов подключены первые выходы блока 2 и первого делителя 18, а к второй паре - вторые выходы блока 2 и делителя 19. Выход Переключателя 17 подключен к последовательно соединенным блоку 20 расчета квадрата амплитуды тока, основному пороговому элементу 21 и исполнительному органу 22. Блок 2 формирования интегральных выборок входного сигнала (фиг. 2) содержит входной интегратор 23, регистровый блок 24 памяти, задатчик 25 временных интервалов. При настройке блока 2 на К 1 (интегрирование на интервалах 0-5; 5-10; 10-15; 15-20 мс) регистровый блок 24 памяти содержит четыре последовательно соединенных регистра 26-29. При наст ройке блока 2 на К 2 (интегрирование на интервалах о-ю; 5-15, 1020 15-25 мс) регистровый блок 24 памяти содержит пять регистров 26-30 Кроме того, выходы блока 24 подключены к блоку 31 попарного суммирования, выполненному на четырех сумматорах 32-35. Управляющие, входа интегратора 23 и регистров 26-30 Лтодключены к выходу задатчика 25 времен ных интервалов, вырабатывающему импульсы с интервалом Т/4. При необходимости учета отклонения частоты от номинальной задатчик 25 может быть синхронизирован с частотой сети,.; , - , , ,; Принцип действия устройства оснэван на расчете ортогональных проекций, составляющей тока промышленнойчастоты. При этом учитывается, что- в контролируемом токе i (t) содержится апериодическая слагаемая i() (3iU44.jH.(i), гдeI| f - амплитудаи фаза составля ющей токапромьшшенной частоты -о TQ начальноезначение апериодическойсоставляющейтока и еепостоянная затухания. 4 В результате интегрирования входого сигнала, описываембго вьфаженим (1), получаем сигнал, также соержащий синусоидальную и апсриодиескую слагаемые. Для расчета ортоональных проекций синусоидального частотой 50 Гц) сигнала используютя четыре значения А, В, С, D инегрального сигнала А где A,,B,C,DI - составляющие, обусловленные синусоидальной слагаемой , Ад Вд,Сд,Вд - составляющие обусловленные апе, риодической слагаемой. В случае,если интегрирование ведется на интервалах л,очаА; А/.АЧК). - f 2)/4; U4 - 4 ч к +3) %. система уравнений (2) может быть дополнена системой А, -С В -D АаСо В, Совместное решение систем (2) и (4) дает .А -/.. -Д A(ftfDr-C() л л-А. (А е) ft - &()/bic- f i6+D)+( С учетом принятых интервалов интегрирования значения А и В пропор-. циональны ортогональным проекциям синусоидальной слагаемой. При этом, поскольку апериодическая слагаемая была учтена в выражениях (2) и (4), на результаты (5) она влияния не оказывает. При коротком зш4ыкании в токе возможно также наличие гармонических составляющих с частотой, отличной от промышленной. Поскольку они не были учтены при вьгаоде вьфажений (5), то ортогональные проекции буду получены с погрешностью. Снижение погрешности достигается интегрирот ванием входного сигнала (1). С увеличением интервала интегрирования значение К в вьфажениях (3) - влияние гармонических составляющих снижается. В зависимости от уровня ожи даемых гармонических составляющих можно снизить до заданного их влияние путем соответствующего выбора значения К. Так, приК 2 гармонические составляющие с частотой вьш1е 180 Гц и амплитудой, составляющей 50% от амплитуды составляющей промы ленной частоты, приводят к погрешности в расчете ортогональных проек ций не выше 5%. Выражения (5) (B-D)S А-С) имеют неопределенность. Однако указанная сумма равна нулю только при отсутствии во входном сигнале i (t) слагаемых, отличных от синусоидальнего промьшшенной частоты (). В этом случае вместо выражения (5) возможно использование выражений ГА, А BI в Таким образом, расчет проекций синусоидального сигнала по выражени (5) и (6) позволяет исключить влияние апериодической составляющей, что повышает точность. Устройство работает следующго об разом. Входной сигнал f(t) интегрируетс в блоке 2 на заданных интервалах, равных Т/4. По окончании каждого ин тервала Т/4 интегральное значение п ступает во входной регистр 29 или 3 регистрового блока 24 памяти. При этом интегратор 23 переводится в нулевое начальное состояние, а между регистрами происходит обмен информацией. Значение, хранившееся в регис ре 27, передается в регистр 26, из регистра 28 - в регистр 27 и т.д. После четырех тактов работы блока 2 (с момента включения устройства) при К 1 (фиг. 2а) на выходе регистрового блока памяти имеются значения А, В, С, D, входящие в выражения (5). При К 2 требуется пять тактов, работы блока 2 (фиг. 26). При этом интегральные значения, соответствующие увеличеннь1м вдвое интервалам интегрирования (т/2), получаются путем суммирования смежных значений, имевшихся для интервалов интегрирования Т/2 в блоке 31 попарного суммирования. После соответствующего числа тактов (четырех при К 1 и пяти при К 2) значения А, В, С, D, соответствующие текущему моменту вре-. мени, получаются на выходе блока 2 каждые Т/4 мс. Далее в блоках 3, 4, 9, 10, 11, рассчитывается величина U(B-D)-(A-C), которая в пороговом элементе 16 сравнивается с заданной величиной , близкой нулю. В качестве заданной величины может быть использовано уменьшенное в соответствующее число раз значение тах(А,В).В случае, если , коммутатор 17 пропускает сигналы от блока 2, при этом используются вьфажения (6). Если А -Б , то с использованием блоков 5,6,7,8,12,13,14,15,18,19 реализуются выражения (5), а переключатель 17пропускает сигналы от делителей 18и 19. Далее, по ортогональным проекциям А и В по вьфажению 12 а Д2 В2 в блоке 20 рассчитьгеается квадрат амплитуды тока, который сравнивается в пороговом элементе 21 с заданной установкой, в случае его срабатывания сигнал подается на исполнительный орган 22. Ортогональные проекции, полученные на выходе переключателя 17, могут также использоваться в любой быстродействующей защите, например дистанционной. Реализация устройства целесообазна в цифровом виде, например, на правляющей цифровой вычислительной ашине.

11171220

ГЦ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЩЕЙ ТОКОВОЙ ЗАПЩТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь тока,блок формирования интегральных выборок входного сигнала, цифровой фильтр, блок расчета квадрата амплитуды тока, .пороговый элемент и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивости, цифровой фильтр выполнен в виде двух основньгх сумматоров, дополнительного порогового элемента, двух инверторов, двух делителей, двух квадраторов, трех дополнительных сумматоров, четырех множителей и переключателя, причем блок формирования интегральных выборок входного сигнала подключен соответственно первым и третьим, а также вторым и четвертым выходами к соответствующим входам двух основных сумматоров, вьпсоды которых через квадраторы подключены к входам первого дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный пороговый элемент подключен к управляемому входу переключателя, причем первый и второй множители подключены первыми входами к выходу первого квадратора, вторыми соответственно к третьему и четвертому выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, а выходами через инверторы к первым входам второго и третьего дополнительных сумматоров, третий и четвер(О тый множители подключены первыми входами к выходу второго квадратора, вторыми - соответственно к первому и второму выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, выходами - к вторым входам соот- ветственно второго и третьего дополнительных сумматоров, первые входы делителей подключены соответственно to k) IK выходам.второго и третьего дополнительных сумматоров, а переключатель первой парой входов - к первому и второму выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, второй парой - к выходам делителей, а двумя выходами переключателя - к входам блока расчета квадрата амплитуды тока.

II