Реле сопротивления Советский патент 1986 года по МПК H02H3/40 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты энергетических объектов.

Цель изобретения - повшиение то.кости реле путем улучшения отстроен- ности от свободных составляющих переходных процессов.

На чертеже изображена функциональная схема реле сопротивления.

Реле содержит блок 1 формирования сравниваемых величин, элементы ЗАПРЕТ 2-А, коммутируемые пизкодоброт- ные фильтры 5 и б, полосовой частот- ньй фильтр 7, усилитель-ограничитель 8, умножители 9 и 10 часто т, коммутируемые высокодобротные фильтры 11 и 12, элемент 13 сравнения, нуль-индикатор 14, генератор 15 то- на тьной частоты, делитель 16 частоты формирователь 17 управляющих сигналов и элемент 18 выдержки времени. При этом один выход блока 1 формирования сравниваемых величин подключен через последовательно соединенные элемент ЗАПРЕТ 2, коммутируемые низкодобротные фильтры 5 и 6 и усилитель-ограничитель 8 к одному входу умножителя 9 частот, выход которого через писледовательно соединенные коммутируемый высокодо.бротный фильтр 11 и элемент ЗАПРЕТ 3 подключен к одному входу элемента 13 сравнения, выход которого подключен к входу нуль-индикатора 14. Другой выход блока 1 формирования сравниваемых величин подключен через полосовой частотный фильтр 7 к одному входу умножителя 10 частот, выход которого подключен через последовательно соединенные коммутируемый высокодобротный фильтр 12,в элемент 4 к другому вхпду элемента 13 сравнения. Управляющие входы коммутируемых ф.иль тров 5, 6, 11 и 12 подключены к выходу элемента .18 вьщержки времени, подключенного входом к одному выходу формирователя 17 управляющих сигналов, другой выход которого подключен к управляющим входам элементов ЗАПРЕТ 3 и 4, а ход формирователя 17 управляющих сигналов, подключен к выходу делитепя 6.частоты, подключенного входом к выходу генератора 15 тональной частоты, который подключен также к входам умножителей 9 и 10 частот.

Реле работает следующим образом.

ii

Г ене ратор tS тональной частоты вы- абатьшает синусоидальный сигнал часотой 600 Гц, амплитуда и фаза котоого соответственно равны U ,

течение всего времени, пока на его правляющем входе присутствует сигнал от пускового органа (устройства блокировки при качаниях). При подаче сигнала частотой 600 Гц на вход деителя 16 частоты, которьй уменьшает частоту входного сигнала в 20 раз, на его выходе появляется синусоидаль- ньй сигнал с периодом Т 20/600 33,3 мс и амплитудой U .

Если принять, что формирователь 17 управляющих сигналов вырабатьшает сигнал на своем прямом входе все время, пока lU(t)| 0,15 и , а на инверсном выходе - все время, пока

) 0,15 и, то через 1,7 мс после запуска генератора 1.5 упр.авля- ющий сигнал исчезает с инверсного выхода формирователя 17 и в течение 15 мс присутствует на прямом выходе

этого формирователя. Затем в течение 1,7 мс сигнал вновь появляется на инверсном выходе, а затем в течение 15 мс - на прямом выходе формирователя 17 и т.д. Этот процесс продолжается в течение всего времени работы генератора 15 тональной частоты. Следовательно, в режиме дежурства, когда отсутствует сигнал на выходе пускового органа, а значит и на выходе генератора 15 и делителя 16, управляющий сигнал присутствует только на инверсном выходе формирователя 17 и на выходе элемента 18 вьщерж-с. ки времени. При этом запрещается прохождение любых сигналов через элемент ЗАПРЕТ 2, закорочены коммутируемые фильтры 5, 6, 11 и 12, на входах элемента 13 сравнения сигналы отсутствуют и реле не срабатьшает.

При повреждении в системе через

1,7 мс после срабатывания пускового органа исчезают запрещающий сигнал с управляющего входа элемента ЗАПРЕТ 2 и сигнал сброса с управляющих входов

коммутируемых фильтров 5, 6, П и 12 и появляется запрещающий сигнгш на управляющих входах элементов ЗАПРЕТ 3 и 4 на время 15 мс. Следовательно,в течение 15 мс сигнал с рабочего

выхода блока 1 формирования сравниваемых величин может проходить через элемент ЗАПРЕТ 2, коммутируемые низкодобротные (Q 1,1) фильтры 5 и 6

промьшшенной частоты, усилитель-ограничитель 8, умножитель 9 частот 50 и 600 Гц и коммутируемый фильтр 11 добротностью Q, равной 22, настрбен- ,ный на частоту 650 Гц,

Для определения места повреждения (на защищаемом участке или вне его) достаточно сравнить по фазе рабочую ЭДС, которая на рабочем выходе формирователя 1 для реле сопротивления, включенного на фазы А и В, равна

Ёр К,е (идб- 2,1 Е sin(tjJt+i) и тормозную ЭДС

Ё

где К, и K,j - коэффициенты, определяющие диапазон углов, при которых работает реле;

Z вторичная уставка реле;

- промышленная частота.

При подключении резонансного фильтра к источнику сину.соидальной ЭДС время установки фазы сигнала на его

)

.К,идв (cx)t ),

20 9,3 мс после подключе емых фильтров 5 и 6 к ду блока 1 даже без у свободных составляющи рах на выходе усилите

Ug sin (lOfc +4)

Сигнал Ug. поступае умножителя 9 частот, которого поступает си ра 15

sin(u)t

выходе с погрешностью 5% по отношению 25 ля 8 получают сигнал к фазе сигнала на его входе равно t 0,7Г 1,4 Q/U). (1)

При добротности фильтров 5 и 6 Q Q 1,1 через 9,3 мс после подключения этих фильтров к рабочему j- выходу блока 1 фаза сигнала на выходе фильтра 6 не более, чем на 5%, отличается от фазы ЭДС Е., равной Ч . Однако в реальных условиях эти фильтры подключаются к несинусоидальной ЭДС и любая гармоника, расположенная за пределами полосы пропускания каждого фильтра, обуславливает возникновение на его выходе свободных колебаний промышленной частоты вида

icB -К.п, iKrlsinH CcosuO t - sinoJtj cos Ч sin oat е-Г,

нал

35

На выходе умножите

У 0,5 sin (

-0,0925 sin t(uJ +

+ 0,5 s in (Ц.- uJ)

-0,0925 sin (u)

40

IT

2

.

где I.r амплитуда;

. u)r - частота гармоники;j Ч - угол начальная фаза ;

к,, 1/ii+jQ ( - И;

фициент затухания фильтра на частоте

гармоники.

J 45

50

Сигнал и проходит ный на частоту ( коммутируемый фильтр тью Q 22 и на выходе получают сигнал

Up и 0,3 sin 1

+ Ч, + Ч,Т- К,,з

3-1 -2J

618t + If + sin (2ТГ 582t

т

Если в соответствии с равенством (1) принять, что в наихудаем случае

при у отношение амплитуд ЭДС промышленной частоты и ближайшей к ней гармоники с - 18,6 Гц равно п 0,53, то на выходе фильтра 5 это

отношение составит Пс

18 с. Т.

1,45, а на выходе фильтра 6 - п s/K,e,,- 4.

Результирующий сигнал с выхода фильтра 6 поступает на вход усилите- ля-ограничителя 8, в котором сигнал с большей амплитудой подавляет сигнал с меньшей амплитудой, причем если отношение амплитуд сигналов на входе ограничителя равно п 4, то

оХ с

отношение амплитуд этих же сигналов на выходе ограничителя равно п„,

А v

5,4. Так как остальные гармоники переходного процесса ослабляются фильтрами 5 и 6 на порядок сильнее,

чем Гармоника 18,6 Гц, то влиянием этих гармоник на выходе усилителя ограничителя можно пренебречь. Усилитель-ограничитель 8 является безынерционным элементом, поэтому через

9,3 мс после подключения коммутируемых фильтров 5 и 6 к рабочему выходу блока 1 даже без учета затухш ия свободных составляющих в этих фильтрах на выходе усилителя-ограничителя 8 получают сигнал

Ug sin (lOfc +4) - 0,185 cosJt.

Сигнал Ug. поступает на первьм вход умножителя 9 частот, на другой вход которого поступает сигнал с генератора 15

sin(u)t +). .

ля 8 получают сигнал

нал

На выходе умножителя получают сигУ 0,5 sin () t -0,0925 sin t(uJ + a))t |J + ,

+ 0,5 s in (Ц.- uJ) t +ц 4 J-0,0925 sin (u)-cJ) t + +

IT

2

Сигнал и проходит через настроенный на частоту ( )/2 W 650 Гц коммутируемый фильтр 11 с добротностью Q 22 и на выходе этого фильтра получают сигнал

Up и 0,3 sin 121Т 650 t +

0,0925 sin 2ТТ 0,0925

+ К,

+ Ч, + Ч,Т- К,,з

3-1 К

)

618t + If + sin (2ТГ 582t

т

S50

0,5 sin (21 550 t + ч - М, ) 0,5 sin (2 650 t vf +4 ) - 0,038 sin (2Я 618t +4, +

- ) 2

n

- 0,034 sin (2TI 582t + ч 5 + + 0,067 sin (2ГГ 550t + f - f, ),

гдн K(j - коэффициент затухания фильтра 11 на частотеuj .

Тормозная ЭДС Е Е sin(uJt +(f ) проходит через полосовой (Q С) фильтр 7, поэтому в течение 60 мс ф.аза сигнала 4 i на выходе этого фильтра остается неизменной, осуществляя для реле сопротивления функцию памяти ni)H близких к.з. Следовательно; после прохождения через умножитель 10 и коммутируемый фильтр 12, характеристики которого аналогичнь характеристикам фильтра П, тормозной сигнал на выходе фильтра 12 имеет только две составляющие

и . 0 s (2ТТ 650t+c:fl +Ч) + + 0,067 sin (2TT.550t. + v -(-f ) Так как время установки фазы сигналов в коммутируемых фильтрах 11 и 1.2 tg 6,3-. мс, то через 15 мс пос- ле подключения фильтров 5 и б к формирователю 1 (к моменту превращения прохождения сигнала Ер через элемент ЗАПРЕТ 2 и к моменту разрешения про« и-. венно

хождения сигналов Up и и через элемент ЗАПРЕТ 3 и 4) на входы элемеН7 та, 13 сравнения поступают сигналы U, фазы которых равны соответст- Ц) + Vf, и ty- + V,2 j причем в связи с тем, что максимальная амплитуда помехи меньше амплитуды полезной составляющей в 7,4 раза, максимальная фазовая погрешность сигналов и., и Ui., вызванная помехами и нижниip п

МИ боковыми частотами, образующимися в результате перемножения сигна лов тональной и промышленной частотj не превьшает 2,5%« Элемент 13 сравнения с нуль-индикатором 14 на выходе реагирует на

arg (Up, UJ cf,, -vp

Ч,-Ц , .

Следовательно, при сравнении фаз сигналов и и Uj сохраняется необходи

мая характеристика реле ния.

юпротивлеПроцесс сравнения фаз сигналов Б и Uf в элементах 13 и 14 происходит в течение 1,5 мс до появления сигнала на выходе элемента 18 выдержки времени, который на 0,2 мс закорачивает коммутируемые фильтры 5, в, 1 и 12, что приводит к исчезновению информации, накопленной в этих фильтрах в течение предыдущих 15 мс, и вновь Подготавливает эти фильтры к работе с нулевыми науальньтми условиями. Следовательно, злемент 13 сравнения, paбoтkющий на частоте 650 Гц может быть выполнен двухполупериодным, что пЬвышает точность определения мест к.з. в защищаемой зоне или вне ее .

Если выполнить блокировку при ка чаниях с 2-2,5 мс, то суммарное время срабатывания реле с погрешностью 8 - 2,5% и указанной от- 10 стройкой от составляющих переходного процесса равно

tn,e

+ t

ИНб Ф

+ t

np.q

+

t.

йр

20,2 мс

и практически не превышает периода промьшшенной частоты.

Таким образом, благодаря переносу сравниваемых величин в диапазоне тональных частот и применению для вьщеления принужденной составляющей рабочей ЭДС последовательно включенных коммутируемых низкодобротных фильтров в сочетании с усилителем-ограничителем Удается вьшолнить одко- периодное реле сопротивления или реле направления мощности с повьшенной надежностью, отстройкой от составляющих переходного проп,есса, возникающих на линиях электропередачи сверхвысокого напряжения, что повьЕшает надежность и устойчивость работы та- ких передач.

Формула изобретения

Реле сопротивления, содержащее блок формирования сравниваемых величин, генератор тональной частоты, подключенный вых-одом к одним входам двух умножителей частот, полосовой частотный фильтр к элемент сравнения, подключенный выходом к входу нуль-индикатора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности реле путем улучшения отстройки от

свободных составляющих переходных процессов, в него введены три элемента ЗАПРЕТ, два коммутируемых низкодобротных фильтра, усилитель-ограничитель, два коммутируемых высокодобротных фильтра, делитель частоты, формирователь управляющих сигналов и элемент выдержки времени, при этом

. один выход блока формирования: сравниваемых величин подключен через последовательно соединенные один злемент ЗАПРЕТ, два коммутируемых низкодобротных фильтра и усилитель-ограничитель к другому входу первого ум

ножнтеля частот, подключенного выходом через последовательно соединенны один коммутируемый высокодобротный фильтр и другой элемент ЗАПРЕТ к одному входу элемента сравнения, другой выход блока формирования сравниваемых величин подключен через полосовой частотный фильтр к другому входу второго умножителя частот, выход которого подключен через последовательно соединенные другой коммутируемый высокодобротный фильтр и третий элемент к другому входу элемента сравнения, управляющие

9 9 О

входы всех коммутируемых фильтров подключены к выходу элемента вьщерж- ки времени, подключенного входом к одному выходу формирователя управля- 5 ющих сигналов, к которому подключен также, управляющий вход одного элемента ЗАПРЕТ, другой выход форьшровате- ля управляющих сигналов подключен к управляющим входам двух други-х эле- 10 ментов ЗАПРЕТ, а вход формирователя управляющих сигналов подключен к выходу делителя частоты, подключенного входом к выходу генератора тональной частоты.

Изобретение откосится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель - повышение точности реле путем улучшения отстройки от свободных составляющих переходных процессов. При повреждении в системе через 1,7 мс после срабатывания пускового органа исчезают запрещаюлц й сигнал с управляющего входа элемента ЗАПРЕТ 2 и сигнал сброса с управляющих входов коммутируемых фильтров 5, 6, 11 и 12 и появляется запрещающий сигнал на управляющих входах элементов ЗАПРЕТ 3 и 4 на время 15 мс. Следовательно, сигнал с рабочего входа блока формирования сравниваемых величин 1 сможет проходить через элемент ЗАПРЕТ 2, коммутируемые низкодобротные фильтры промьшшенной частоты 5 и 6, усилитель-ограничитель 8, умножитель 9 частот 50 и 600 Гц и коммутируемый фильтр 11. 1 ил. Q & /д /а /лв 4, Ф Ф К СП се 09 am ni cKoSeto органа Ш