Автоматический регулятор для настройки дугогасящих реакторов Советский патент 1989 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к элекуро- технике, в частности к технике автоматического регулирования тока компенсации при дуговом замыкании на землю фазы электрической сети с изолированной нейтралью.

Цель изобретения - повышение надежности путем исключения ложной работы .регулятора.

На фиг.1 представлена функциональная схема регулятора} на фиг.2 - схема блокировочного органа; на фиГоЗ - схема блока фиксации однофазных замыканий,- на фиг.4 - схема блока фор- мирования разрешающего сигнала на фиг.5 - схема блока формирования им- пуса перезаписи; на фиг.6 - схема блока формирования запрещающего сигнала j на фиг.7 - временные диаграммы процесса формирования сигналов управления.

На фиг.1-6 обозначены формирова- тели 1 и 2 прямоугольных импульсов блок 3 фиксации однофазных замыканий на землю (ОЗНЗ), блокировочньй орган 4, инвертор 5 элемент ИЛИ 6, элемен 2И 7, элемент ЗИ 8, блок 9 формирования разрешающего сигнала, генера- тор 10 стабильной частоты, формирователь 11 импульса сброса 11, блок 12 формирования импульса перезаписи, блок 13 формирования запрещающего сигналу, элемент 2И 14, элемент ЗИ 15, реле 16 времени, элемент 17 сравнения j регистр 18 памяти, наборное поле 19, дешифратор 20, элемент сравнения 21, элемент 2И 22, пер-, вый счетчик 23, включенный в прямом направлении, и второй счетчик 24, включенньй в обратном направлении (фиг.1), инвертор 25, элементы 2И 26 и 27, триггер 28 (фиг.2), преобразователь 29 тока, двухполупериодньш выпрямитель 30, пороговый элемент 31 расширитель 32 импульса,и КЗ-триггер 33 (фиг.З), формирователь 34 короткого прямоугольного импульса по переднему фронту сигнала, элемент 2И 35 и RS-триггер 36 (фиг.4), эле- мент ШШ 37, формирователь 38 короткого импульса по заднему фронту сигнала и элемент 2И 39 (фиг.5), формирователь 40 прямоугольного импульса по заднему фронту сигнала, элемент 2И 41 и RS-триггер 42 (фиг.6).

Регулятор работает следующим образом.

Q , 0

5

В нормальном режиме работы сети в исходном состоянии находятся блоки 3, 9 и 13 и блокировочный орган 4. В этом случае на выходах блоков 3 и 9 фиксации ОЗНЗ и форлшрования разрешающего сигнала имеется напряжение логического нуля, а на инверсных выходах блока 13 формирования запрещающего сигнала и блокировочного органа 4 - напряжение логической единицы. Из-за наличия н втором входе элемента 2И 7 логической единицы (напряжение Uj) линейное напряжение сети Up преобразованное в последовательность прямоугольных импульсов и,, поступает на первый вход элемента 2И 14.

В момент t : по переднему фронту рассматриваемого импульса U формирователь 11 импульсом и 4 осуществляет установку первого счетчика 23 в нулевое состояние, а сам прямоугольный импульс измеряемой частоты и, разрешает прохождение на вход прямого счета этого счетчика импульсов генератора 10 стабильной частоты. В момент t счет прекращается. В это время имиульс перезаписи Up-, формируемый по заднему фронту импульсов и, производит перезапись результата счета из первого счетчика 23 во второй .счетчик 24.

При появлении следующего прямоугольного импульса напряжения U , в первом счетчике стирается старая и записывается новая информация, которая затем переписывается во второй счетчик. Таким образом, в нормальном режиме во втором счетчике находятся данные, отображающие в двоичном коде текущую частоту сети.

В режиме однофазного замыкания на землю появляется ток нулевой последовательности З, и напряжение нейтрали зи О Уставка порогового элемента 31 такова, что блок фиксации замыканий реагирует .на этот ток. Для этого входной сигнал 31о в последовательно соединенных элементах 29-32 преобразуется в напряжение, выпрямляется, расширяется на:полпериода промьшшенной частоты и подается на триггер 33.

В момент t J передним фронтом импульса тока 31о переключается триггер 33. На его прямом выходе, являющемся первым выходом блока 3, появляется напряжение логической единицы U. В это же время на втором выходе данного блока из-за действия расширителя 32 И v пyльcoв возникает единичный логический сигнал U-,, который через инвертор 5 запреп;ает пуск блока 9 формирования разрешающего сигнала, ас помощью элемента ИЛИ 6 осуществляет установку этого блока в исходное состояние (триг- щ гер 36).. .

Единичный сигнал U, поступивший с первого выхода блока 3 фиксации ОЗНЗ на третий вход блокировочного органа 4, дает команду на запрет оп- is ределения частоты .сети. Однако независимо от момента появления /команды работа первого счетчика блокируется триггером 28 лишь в паузе между импульсами U, .. Следовательно, в перв-ый 20 счетчик записывается информация о частоте сети, имевшая место при возникновении ОЗНЗ. Изменение информации- в указанном счетчике может произойти лищь после возвращения блока 3 и 25 блокировочного органа 4 в исходное состояние, т.е. при равенстве частот напряжений сети и ннйтрали.

После переключения триггера 28 единичный сигнал-, появившийся на его зо прямом выходе, поступает на первьй вход элемента ЗИ 8. На втором входе

этого элемента присутствует сигнал логической единицы Ug, так как блок формирования запрещающего сигнала находится в исходном состоянии.- На третьем входе аналогичный сигнал появляется после исчезновения тока 31 по истечении времени, определяемого расширителем 32 импульсов. В итоге 40 на:выходе элемента ЗИ 8 появляется единичный сигнал U,, .Следовательно, разрешение на определение степени расстройки компенсации появляется лищь при отсутствии искажений в кривой напряжения нейтрали.

Интервал счета степени расстройки компенсации формируется триггерами 36 и 42 под воздействием формирова-- телей 34 и 40 импульсов. Для исключения погрешности настройки он должен быть равным длительности полуволны напряжения нейтрали. Поэтому для переключения триггеров 36 и 42 используются формирователи коротких пряио- угольных импульсов, в момент t ц (начало интервала сче-, а) единичный сигнал U,, разрешает рохождение на S-вход триггера 36

55

л

щ °

is 20 - 25

зо

40

5

короткого прямоугольного импульса, сформированного по переднему фронту прямоугольного импульса напряжения U|. Триггер 36 переключается. Это вызывает Появление единичного сигнала на третьих входах -блоков 12 и 13 формирования соответственно импульса перезаписи и запрещающего сигнала и элемента ЗИ 15. Сигнал U, разрешает прохождение импульсов генератора 10 через элемент ЗИ 15 -(напряжение ) на вход обратного счета второго счетчика 24 ввиду исходного состояния блока 13. В результате .этот счетчик будет выполнять операцию вычитания двоичных чисел, соответствующих частоте сети и частоте свободных колебаний.

Вычитание заканчивается в : момент tf (конец интервала счета), когда при единичном сигнале на третьем входе блока 13 по заднему фронуу импульсов. Ug переключается триггер 42. Он фиксирует конец интервала счета- частоты свободных колебаний. Кроме того, нулевым уровнем сигнала Uj на его инверсном выходе во время считы- вания из второго счетчика результата вычитания с помощью элемента 2И 39 запрещается запись информации в этот счетчик, а посредством элемента. ЗИ 8 устраняюЛя возможные срабатывания по S-входу триггера 36 блока 9. Единичный сигнал на прямом выходе триггера 42 запускает реле 16 времени и в интедзвале времени разрешает запись -результата измерения в регистр 18 памяти.

В регуляторе характер настройки компенсации определяется путем сравнения длительности полупериодов линейного напряжения сети tc и напряжения нейтрали t CR. Критерием резонансной настройки регулятора является равенство t с tcB. При расстройках компенсации t t, что обусловливает появление информации в регистре 18 памяти. В дешифратор 20 результат измерения разности t с - tcj доступает через наборное поле 19. На нем с помощью перемычек устанавливается зона нечувствит.ельности регулятора. При расстройках компенсации, превьшающих зону нечувствительности, на одном из выходов дешифра- торр 20 (П - перекомпенсации и Н - недокомпенсация) появляется управ-. ляющий сигнал.

В дешифраторе 20 содержимое реги-; стра 18 памяти анализируется следую- щнм образом. При недокомпенсации, когда tf.g t, в старших разрядах регистра памяти - единицы, а в младших нули. Такое состояние регистра памяти вызывает появление единичного сигнала на вьжаде Н. Если t ce tc то в сети имеет место перекомпенсация. В этом случае в старших разрядах регистра памяти оказываются нули, а в мл.адших - единицы, что приводит к появлению единичного сигнаяа на выходе П. И, наконец, при резонансе на входах и выходах дешифра:тора оказываются нулевые логические сигналы.

На фиг.7 в интервале информация j записанная в дешифратор, соответствует неравенству Поэтому в момент t J. на выходе П де.шнфра- тора 20 появляется управляющий сигнал Uyj . Этот сигнал запускает устройство быстродействующей компенсациИр что приводит к уменьшению рас- с тройки компенсации,

- В момент t на выходе реле 16 времени появляется короткий прямоугольный импульс сброса U ,. Он устанавливает в исходное состояние только блоки 9 и 13, что позволяет непрерывно определять разность tc в процессе затухания напряжения нейтрали. Установки в исходное состояние блока 3 фиксации ОЗНЗ и блокировочного органа 4; :импульсом U 75 не происходит, так как на первом входе злемен- - та 2И 22 присутствует нулевой логический сигнал из-за имеющейся расстройки компенсации. .

При переключении блока 9 в блоке 12 формируется импульс перезаписи Uj. Он осуществляет запись во второй счетчик 24 двоичного числа, хранящегося в первом счетчике 23 с момента первого дугового пробоя изоляции сети (момент t з) .

В результате в процессе настройки компенсации данные об исходной час- тоте сети, .по отношению к которым определяется расстройка компенсации, будут постоянны. Однако кз-за этого .погрешности в работе регулятора не возникает,, так как устройство быстродействующей компенсации осущест- вляет настройку в резонанс гораздо быстрее, чем реально может изгоениться частота сети. Кроме того, такой алгоритм работы регулятора позволяет

уменьшить длительность цикла измерения и таким образом ускорить отработку регулятором изменения частоты свободных колебаний напряжения нейтрали.

Е момент t в напряжении нейтрали 3U; появляется новая положительная полуволна. В этом случае регулятор работает аналогично описанному. Как видно из фиг«75 новая информация о частоте свободных колебаний не вызывает изменения напряжений V -п и U jg на выходах регулятора.

В момент, tg происходит повтсрк:ое дуговое ОЗНЗ. При этом вновь происходит искалсение информации о ,частоте свободных колебаний из-за изменения длительности полуволны напряжения нейтрали. Для исключения подобных случаев ложной работы регулятора предусмотрено следующее. Импульс тока 31 о, появившийся при дуговом пробое изоляции, через элемент РШИ 6-осуществляет установку блока 9 формирования разрешающего сигнала в исходное состояние. При переключении блока 9 производится запись во второй счетчик, двоичного числа, находящегося в первом счетчике, а нулевой уровень

5

0

5

0

5

сигнала U

12

на его выходе запрещает срабатывание б1тока 13,

Таким образом, ложная информация, вызванная переходными процессами при заГ -ыкании на со счетчика в регистр 18 памяти не передается. Сигналы на выходах регулятора определяются информацией, записанной в per гистр памяти во время интервала времени tg-t. Новая информация пос-ту- пает в регистр в интервале после измерения разности -1 , - для новой полуволны напряжения 3Uo.

В процессе настройки компенсации изменяется частота -свободных колебаний напряжения нейтрали, приближаясь к частоте сети, В момент t разность t (. - t g не превышает зоны нечувствительности регулятора, В результате, на его выходе П нгпрялсение U ,„ становится равньш нулю Одновременно на выходе элемента 2И-НЕ появляется единичный сигналу который при сраба- тьюании реле 16 времени приводит к появлению, кроме импульса сбросаU(j импульса сброса , , Этими импульсами схема регулятора полностью возвращается в исходное состояние. Сначала переключаются блоки 3j 9 и 13,

а затем в цаузе между импульсами блокировочный орган 4. После срабатывания последнего регулятор начинает работать так же, как и в нор- мапьном режиме работы сети, т.е. он отслеживает изменение текущей гтас- тоты сети.

-Если в режиме резонансной настройки дугогасящего реактора заземляющая дуга продолжает гореть, то после очередного пробоя изоляции срабатывает блок 3 фиксации ОЗНЗ. Он блокирует изменение частоты сети. С появ10

элемента ЗИ включен к прямому блокировочного органа, инверсн ход которого присоединен к вто вхдду первого элемента 2И, а п вход - к выходу первого формир ля прямоугольньк импульсов и п входу первого элемента 2И, под ного выходом к входу блока фор вания импульса сброса, к первы дам блока формирования импульс записи II второго элемента 2И, вход которого с оединеи с генер стабильной частоты и первым вх

лением первой после срабатывания бло- 15 второго элемента ЗИ, а выход ка 3 положительной.полуволны напряжения .нейтрали 3Uo определяется разность t(. - teg . Так как при резонансе эта разность равна нулю, то после срабатывания- реле 16 времени схема регулятора полностью возвращается в: исходное состояние. Следовательно, автоматический регулятор работает таким образом до исчезновения дугового замыкания или. появления расстройки компенсации.

Ф-ормула изобретения

1, Автоматический регулятор для настройки дугогасящих реакторов, содержащий первый и второй формирователи прямоугольных импульсов, подключенные к выводам для подключения на линейное напряжение сети и на напряжение нейтрали соответственно, и элемент сравнения, отличающийся тем, что. с целью повышения надежности путем исключения ложной работы регулятора, в него введены блокировочный орган, инвертор, элемент ИЛИ, три элемента 2И, элемент 2И-НЕ, два элемента ЗИ,- генератор „.стабильной частоты, формирователь импульса сброса, блок формирования импульса перезаписи, элемент сравнения, состоящий из двух реверсивных счетчиков, блоки формирования разрешающего и запрещающего сигналов, реле времени, регистр памяти, наборное поле, дешифратор, блок фиксации однофазных замыканий на землю, подключенный входом на ток нулевой последозательности сети, .первый выход которого соединен с третьим входом блокировочного органа, а второй выход - с первым входом элемента ИЛИ и с третьим входом первого,эле- мента ЗИ через инвертор, первьй вход

35

дом второго счета первого счет включенного К-входом к выходу ф рователя имцульса сброса, выход первьй счетчик присоединен к од 2Q именньи D-входам второго счетчи С-вход которого и вход обратног та подключены соответственно к дам блока формирования импульса записи и - второго элемента ЗИ, 25 выходы чер ез регистр памяти и н ное поле - к дешифратору приче ход второго форшфователя прямо ных нмпульс.ов подключен к первь входам блоков формфования разр 2Q .ющего и запрещающего .сигналов, версный выход блока запрещающих налов соединен с вторьп-ai входам вого и второго элементов ЗИ и б формирования иьтульса перезапис прямой выход - с С-входом регис памяти и входом реле времени, в ченного вькодом к вторым входам ка фop mpoвaния запрещающего си третьего элемента 2И, элемеата присое.диненного выходом к треть входу блока формирования разреш сигнала, второй вход которого п чен к выходу первого элемента ЗИ его выход - к третьим входам бло формирования импульса перезаписи формирования запрещающего сигнал второго элемента ЗИ, при этом э мент сравнения вьтолнен на двух версивных счетчиках, а выходы де ратора, являющиеся выходами авто тического регулятора, соединены входами элемента 2И-НЕ, включенн выходом к первому входу третьего мента 2И, вьрсод которого подключ к первому входу третьего элемент выход которого подключен к вторы входам блокировочного органа и б фиксации однофазных замыканий на 3 емлю.

40

45

50

55

элемента ЗИ включен к прямому выходу блокировочного органа, инверсньш выход которого присоединен к второму вхдду первого элемента 2И, а первый вход - к выходу первого формирователя прямоугольньк импульсов и первом. входу первого элемента 2И, подключенного выходом к входу блока формирования импульса сброса, к первым входам блока формирования импульса перезаписи II второго элемента 2И, второй вход которого с оединеи с генератором стабильной частоты и первым входоьг

второго элемента ЗИ, а выход 15 второго элемента ЗИ, а выход 5

с входом второго счета первого счетмика, включенного К-входом к выходу формирователя имцульса сброса, выходами первьй счетчик присоединен к одно- 2Q именньи D-входам второго счетчика С-вход которого и вход обратного счета подключены соответственно к выхо- дам блока формирования импульса перезаписи и - второго элемента ЗИ, а его 25 выходы чер ез регистр памяти и набор- ное поле - к дешифратору причем вы- ход второго форшфователя прямоуголь|- ных нмпульс.ов подключен к первьгм входам блоков формфования разр еща- Q .ющего и запрещающего .сигналов, инверсный выход блока запрещающих сиг-« налов соединен с вторьп-ai входами первого и второго элементов ЗИ и блока формирования иьтульса перезаписи, а прямой выход - с С-входом регистра памяти и входом реле времени, включенного вькодом к вторым входам бло-; ка фop mpoвaния запрещающего сигнала, третьего элемента 2И, элемеата ШШ, присое.диненного выходом к третьему входу блока формирования разрешающего сигнала, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ЗИ, а его выход - к третьим входам блоков формирования импульса перезаписи и формирования запрещающего сигнала и второго элемента ЗИ, при этом элемент сравнения вьтолнен на двух реверсивных счетчиках, а выходы дешифратора, являющиеся выходами автоматического регулятора, соединены с входами элемента 2И-НЕ, включенного выходом к первому входу третьего элемента 2И, вьрсод которого подключен к первому входу третьего элемента 2.Й, выход которого подключен к вторым входам блокировочного органа и блока фиксации однофазных замыканий на 3 емлю.

0

5

0

5

2.Устройство по п.1, о т л. и ч а ю щ е е с я тем, что блокировочньгй орган состоит из инвертора, вход которого является первым входом органа

а выход присоединен к первым входам первого и второго элементов 2И5 вторые входы которых являются соответственно вторым и третьим входом указанного органа, причем выходы иерво- го и второго элементов 2И подключены соответственно к R- и 3 входам Триггера, выходы которого являются выходами блокировочного органа

3.Устройство по .П.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок фиксации однофазных замыканий на землю состоит из последовательно соединенных преобразователя тока в напряжение, двухполупериодного выпрямителя, поро гового элемента, .расширителя кмпуль- са, подключенного выходом к 8 входу триггера, R-вход которого является вторым входом блока, а прямой вы- ход - первым выходом блока, первым входом которого служит вход преобразователя тока в напряжение, причем выход расшфигеля импульсов яйляется вторым выходом блока.

4, Устройство по П.1, о т л и ч а- ю ю. е е с я тем, что блок формирования разрешающего сигнала состоит из формирователя прямоугольного импульса -по переднему фронту сигнала.

g п 5

0

вход которого служит первым входом блока, а выход присоединен к первому входу элемента 2И, подключенного выходом к S-входу триггера, прямой выход которого является выходом бло- ка, причем вторым и третьим входаг ш блока соответственно служат второй вход элемента 2И и R-вход триггера,

5.Устройство по п.. 1, q т л и ч а- ю щ е е с я тем, что блок формирования импульса перезаписи состоит из последовательно соединенных элемента ИЛИ и формирователя прямоугольного импульса по заднему фронту сигнала, выходом подключенного к второму .входу элемента 2И, первый выход которого является вторым входом блока,

а выход - выходом блока, причем первый и второй входы элемента ИЛИ служат соответственно первым и третьим входами блока,

6.Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что блок формирования запрещающего сигнала состоит

из формирователя прямоугольного импульса по заднему фронту сигнала, вход которого .является первым входом блока, а его- выход присоединен к первому входу элемента 2И, включенного выходом к S-входу триггера, выходы которого служат выходами блока, причем вторым и третьим входами блока соответственно являются R-вход триггера и второй вход элемента 2И.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическому регулированию тока компенсации при дуговом замыкании на землю фазы электрической сети с изолированной нейтралью. Цель, -изобретения - повышение надежности путем исключения ложной работы регулятора. Измерение степени расстройки .контура компен- . сации тока замыкания на землю выиол х няется в момент отсутствия дугового пробоя изоляции, когда напряжение на нейтрали сети определяется только свободными колебаниями. Степень расстройки контура компенсации определяется сравнением частоты сети и частоты свободных колебаний напряжения нейтрали. Информация о частоте сети до замыкания на землю, определяемая числом импульсов генератора 10 за положительный полупериод напряжения сети, хранится в счетчике 24. При замыканиях на землю на вход вычитания счетчика 24 через схеьгу И 15 прс- тупают импульсы с генератора 10, число которых определяется длмтель- ностью положительного полупериода свободных колебаний напряжения нейтрали. Оставшаяся в счетчике 24 ин- формащ я, соответствующая.степени расстройки контура компенсации, передается на дешифратор 20, на одном из выходов которого появляется сигнал управления настройкой контура компенсации. 5 з.п. ф-лы, 7 ил. о iS сд ч 00 ...

Г

.г

уп

I

29

50

1 I

I

Фае. 3

Фие.

I

Фае. J

Фи9.6

5 I

;л