Дискретный измерительный преобразователь тока Советский патент 1984 года по МПК G01R19/25 H01F38/32 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации дистанционного контроля тока высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) и их защиты от коротких замыканий (к. 3.) .

Известны используемые в системах контроля тока и релейной защиты аналоговые измерительные преобразователи (трансформаторы тока),выполненные в виде первичной и вторичной обмоток нанесенных на ферромагнитный магнитопровод. При номинальном напряжении ВЛ до 35 кВ подобные измерительные преобразователи получаются достаточно простыми и недорогими Г13.

Однако чем выше номинальное напряжение ВЛ, тем более громоздкой и дорогой становится изоляция первичной обмотки. При номинальном напряжении ВЛ выше 750 кВ электромагнитные измерительные преобразователи становятся уже труднореализуемыми.

Наиболее близким к изобретению является дискретный измерительный преобразователь тока (дискретный трансформатор тока), содержащий первичный аналоговый преобразователь, выход которого соединен с входом усилителя-ограничителя, входящего в состав полярного индикатора, и с входом интегратора, времяимпульсный преобразователь с блоком сравнения, оди из входов которого подключен к выходу интегратора, блоком опорного напряжения, вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а выход - к другому входу блока сравнения, и триггером, входы которого подключены к выходам блока сравнения и : усилителя-ограничителя, число-импульсный преобразователь, вход которого соединен с выходом триггера, а выход - с линией связи, отходящей к нагрузке преобразователя,

В известном устройстве осуществлен переход на дискретную форму отображения информации об интегральных параметрах тока ВЛ, в частности о его действующем значении и фазе, что позволяет использовать в устройстве дешевый, но маломощный первичный аналоговый преобразователь, например магнитный трансформатор тока, причем обеспечивается возможность построения систем контроля тока и решейной защиты ВЛ, в которых воспри нимающие информацию узлы расположены на значительном расстоянии (100 200 м) от места установки первичного преобразователя 2J.

Однако известное устройство при передаче по линии связи многоимпульс ных сигналов измерительной информации отдельные импульсы помехи воспринимаются на приемной стороне как сигналы, что отрицательно сказывается на точности контроля тока. Сущест

венному влиянию помех способствует также относительно широкая полоса пропускания измерительного канала, обусловленная использованием числоимпульсной формы отображения инфорриации уже на передающей стороне.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости преобразователя.

Поставленная цель достигается T-eKf что в дискретном измерительном преобразователе тока, содержащем первичный аналоговый преобразователь, выход которого соединен с входом усилителя-ограничителя, входящего в состав полярного индикатора, и с входом интегратора, времяимпульсный преобразователь с блоком сравнения, один из входов которого подключен к выходу интегратора, блоком опорного напряжения, выход которого подключен к другому входу блока сравнения, и триггером, число-импульсный преобразователь, линию связи, а во вpeмяи fflyльcный преобразователь - два формирователя стабильных временных интервалов и элемент ИЛИ, причем вход мультивибратора соединен с выходом усилителяограничителя, а выход - с входами блока опорного напряжения и обоих формирователей стабильных временных интервалов, выход первого формирователя стабильных временных интервалов подключен к одному из входов триггера, другой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы элемента ИЛИ подключены к выходам второго формирователя стабильных временных интервалов и блока сравнения, а выход число-импульсного преобразователя соединен с выходом триггера через линию связи.

На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого дискретного измерительного преобразователя тока; на фиг. 2 - временные диаграммы на выходах отдельных составных узлов, поясняющие работу устройства

Устройство состоит из первичного аналогового преобразователя 1, полярного индикатора 2 с усилителем-ограничителем 3 и мультивибратором 4, интегратора 5, времяимпульсного преобразователя 6 с блоком 7 сравнения, блоком 8 опорного напряжения, формирователями 9 и 10 стабильных временных интервалов, элементом ИЛИ 11 и триггером 12, линии 13 связи и числоимпульсного преобразователя 14. Выход первичного аналогового преобразователя. 1 соединен с входами усилителя-ограничителя 3 и интегратора 5, выход усилителя-ограничителя 3 подключен к входу мультивибратора 4, выход интегратора 5 соединен с первым входом блока 7 сравнения, выход мультивибратора 4 подключен к входу блока 8 опорного напряжения и входам формирователей 9 и 10 стабильных 311 временных интервалов, выход блока 8 опорного напряжения соединен с зторым входом блока 7 сравнения, выход N формирователя 9 стабильных временных интервалов подключен к первому входу триггера 12, выход формирователя 10 стабильных временных интерва лов соединен с первым выходом элемента ИЛИ 11, выход блока 7 сравнения подключен к второму входу элемента ИЛИ 11, выход элемента ИЛИ 11 соединен с вторым входом триггера 12 выход триггера 12 подключен к началу линии 13 связи, конец линии 13 связи соединен с входом число-импуль ного преобразователя 14. Работу устройства удобно проанали зировать на примере его использовани в токовой защите нулевой последовательности ВЛ. В этом случае в качест ве первичного аналогового преобразователя 1 используется фильтр тока нуле вой последовательности, состоящий из трех магнитных трансформаторов тока. При к.з. на землю в ВЛ протекает ток нулевой последовательности i При этом в момент времени t, соответствующий началу повреждения, на - выходе первичного аналогового преобразователя 1 появляется напряжение и, (фиг. 2а), пропорциональное току ifl f но сдвинутое относительно него по фазе на 90° в сторону опережения, поскольку магнитные трансформаторы тока работают в режиме трансформаторов. , 1°- 1 u)J , (2) i 1 от т - коэффициент преобразования первичного аналогового npe образоват.еля 1. Полярный индикатор 2 воспроизводит моменты перехода кривой напряжения и через нулевое значение, обеспе чивая общую координацию работы и так тирование отдельных узлов устройства С помощью усилителя-ограничителя 3 синусоидальное напряжение и преобразуется в прямоугольное напряжение DS. (фиг.26) с равными длительностями полупериодов Т( + )и (.). По фронтам сигналов Uj осуществляется синхронизация мультивибратора 4, настроенного на частоту 50 Гц. Таким образом, напряжение и(фиг.26) на выходе муль тивибратора 4 после момента времени t|j полностью совпадает nS фазе и фор ме с сигналами Uj усилителя-ограничителя 3. Наличие мультивибратора 4 обеспечивает в отдельных случаях снижение динамических погрешностей устройства и позволяет, как будет показано, вырабатывать контрольные одноимпульсные сигналы длительностью 1 мс даже в отсутствие i, , что способствует в 7 определенной мере повышению помехоустойчивости устройства и осуществлению наглядной проверки его работоспособности при нормальной работе ВЛ. Интегратором 5 производится интегрирование напряжения U на интервалах T(.j . При синусоидальном токе IQ и неизменной частоте со выходное напряжение сЦ (фиг.2а) интегратора 5 каждый раз достигает значения Cly, которое оказывается пропорциональным действующему значению тока Э за время положительного полупериода: 1 ЛЧ1М-о1)/ T 5 om-rFk,K,D где t. и моменты времени, маркирующие начало и конец интервала Т() коэффициент преобразования интегратора 5. Времяимпульсный преобразователь 6 каждый период осуществляет логарифмическое преобразование напряжения Uj. в интервал времени г, . С помощью блока 8 опорного напряжения, управляемого выходными сигналами мультивибратора 4, вжепериодно создается напряжение и5-(фиг.2а), снижающееся каждый раз от максимального значения Ug по экспоненциальному закону с постоянной времени 3 &мс1кс Блок 8 опорного напряжения может быть выполнен, например, в виде функционально связанных преобразователя напряжения, линейного компенсационного стабилизатора, управляемого ключа, конденсатора и резисторов в цепях заряда и разряда конденсатора. В моменты времени t, соответствующие равенству напряжений U и UQ , оба сравниваемых напряжения принудительно снижаются от нуля, а блок 7 сравнения формирует импульс, который через элемент ИЛИ 11 перебрасывает триггер 12. В исходное состояние триггер 12 возвращается сигналами и5(фиг.2в) с длительностью 9 мс, вырабатываемыми формирователем 9 стабильных временных интервалов. В результате к.з. на землю в ВЛ на выходе триггера 12 имеют место сигналы 2 (фиг.2г), длительность которых соответствует -Г , Ансшитическая формула для т определяется путем приравнивания друг к другу записанных выражений (3) и (4) для Щи Ug при После вычислений г,-. Enгде -о мин нижний предел контролиру руемого диапазона (при Tg, выраженной в миллисекундак,.о/иин , 8 Поскольку задние фронты сигналов ориентируются под воздействием формирователя 9 стабильных временных интервалов и по месту расположения на временной оси не зависят от моМентов перехода напряжения Ц через нулевое значение с положительной производной, нетрудно убедиться, что в устройстве погрешность преобра зования от колебаний промышленной частоты практически исключена. При отсутствии к.з, на землю в БЛ т.е. в нормальном режиме последней (диаграммы на фиг, 2 до момента t J , отсутствуют также напряжения Ц , Uj , импульсы на выходе блока 7 сравнения не появляются и первоначальные перебросы триггера 12 осуществляются с помощью сигналов (фиг. 2в) с длительностью 8 мс, вырабатываемых формирователем 10 стабильных временных интервалов. Возврат же триггера 12 в исходное состояние производится, как и ранее, сигналами Ugс выхода формирователя 9 стабильных временных интервалов. В результате в нормальном режиме ВЛ на выходе триггера 12 имеют место сигналы U (фиг. 2г), длительность которых соответствует временному пьедесталу г - 1 мс. Од но импульсные сигналы U нормальном режиме ВЛ) или и,, (при повреждении ВЛ) направляютс я по провод ной линии 13 связи (по жилам контрольного кабеля) к панели релейной защиты. Непосредственно у панели релейной защиты установлен число-импульсный преобразователь 14, в котором осуществляется заполнение приним емых сигналов U, или Ц импульсами высокой частоты f. В конечном итоге на выходе число-импульсного преобразователя 14 образуются многоимпульсные сигналы и или и.,(фиг,2д) , число импульсов в каждом из которых соответствует либо Сигналы и числового пьедестала W служат, как уже отмечалось, для проверки (констатирования) исправности всех узлов устройства. Сигналы U, с числом импульсов NJ являются сигналами измерительной информации и определяют действие или недействие системы релейной защиты ВЛ в целом. Размещение число-ш пульсного преобразЪвателя 14 рядом с воспринимающими информацию узлами и реализация, передачи по линии 13 связи одноимпульсных сигналов с временным пьедесталом обеспечивают повышенную помехоустойчивость предлагаемого дискретного измерительного преобразователя тока Это объясняется тем, что для одноимпульсных сигналов требуется существенно меньшая (примерно на порядок) полоса пропускания измерительного канала, чем для многоимпульсных сигналов, и, следовательно, имеется возможность путем установки узкополосннх фильтров предотвратить проникновение на приемную сторону высокочастотных помек. При наличии временного пьедестала t, и числового пьедестала N легко осуществляется стирание (сброс) ложной информации, характеризуемой W | N . Продолжительность наиболее распространенных на территории энергообъекта импульсных помех не превышает одну миллисекунду, т.е. длительности выбранного, временного пьедестала. Предлагаемый дискретный измерительный преобразователь тока в принципе может быть выполнен и двухполупериодного исполнения, при котором формирование сигналов измерительной информации осуществляется в течение каждого периода Отмеченная конструктивная реализация устройства сопряжена с удвоением большинства составных блоков и вследствие этого может использоваться лишь в тех системах контроля тока и релейной защиты, к которым предъявляются особенно высокие требования по быстродействию. Обеспечиваемое при практическом использовании предлагаемого устройства снижение вероятности неправильной работы систем релейной защиты при воздействии помех предопределяет уменьшение перерывов в энергоснабжении потребителей.

.

n::

i3

ДИСКРЕТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА, содержащий первичный аналоговый преобразователь, выход которого соединен с входом усилителя-ограничителя, входящего в состав полярного индикатора, и с входом интегратора,времяимпульсный преобразователь с блоком сравнения. один из входов которого подключен к выходу интегратора, блоком опорного напряжения, выход которого подключен к другому входу блока сравнения, и триггером, число-импульсный преобразователь, линию связи, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в полярный индикатор введен мультивибратор, а во времяимпульсный преобразователь два формирователя стабильныхч временных интервалов и элемент ИЛИ, причем вход мультивибратора соединен с выходом усилителя-ограничителя, а выход - с входами блока опорного напряжения и обоих формирователей стабильных временных интервалов, выход первого формирователя (Л стабильных временных интервалов подключен к одному из входов триггера, другой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы элемента ИЛИ подключены к выходам второго формирователя стабильных временных интервалов и блока сравнения, а вход число-импульсного преобразователя соединен с выходом триггера через линию связи. сд 00