Устройство для выявления асинхронного режима электропередачи Советский патент 1991 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к противоава- рийной автоматике энергосистем и может быть использовано, например, в автоматике ликвидации асинхронного режима (АЛАР).

Цель изобретения - повышение селективности устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу, на которых обозначены выходные напряжения блоков Uij (i - индекс блока, j - номер выхода), время ц срабатывания органа выдержки времени по первому tio.i и второму tio.2 выходам.

Устройство содержит токовый пусковой орган 1, представляющий собой реле тока с формирователем 21 амплитудного значения напряжения, пропорционального входному току, логический блок 2, реализующий функции

У1 xi + yi(xi + ) + хз;(1)

У2 Уз(х1 + у2);(2)

уз yi(xi + уз),(3)

где xi, X2, хз - логические сигналы на одноименных входах блока;

У1 и у2 - логические сигналы на одноименных выходах блока;

уз - вспомогательный логический сигнал, логический элемент 3 типа 2И с одним инвертирующим входом, орган 4 контроля периода колебаний тока, срабатывающий при входном напряжении, соответствующем логическому нулю и имеющий инвертирующий выход, формирователь 5 прямоугольных импульсов из инерционного звена 6 со схемой установки в нуль и объединенными по основному входу формирователя информационным и установочным входами, регулируемого делителя 7 напряжения с переводом его на максимальный коэффициент передачи по управляющему входу, являющемуся дополнительным входом формирователя, компаратора 8, выход которого служит основным выходом

формирователя, а входы попарно подключены к выходам звена 6 и блока 7 и нуль-индикатора 9, выход которого служит дополнительным выходом формирователя,

а вход подключен к выходу звена 6, орган 10 контроля отношения амплитуд состоит из амплитудного детектора 11, информационный и установочный входы которого являются аналогичными входами органа, и

компаратора 12 с регулируемым коэффициентом возврата, выход которого является инвертирующим выходом органа, а входы попарно соединены с информационным входом и выходом детектора 11, дифференцирующие элементы 13 и 14, блок 15 установочных сигналов, реализующий функции

У4 Х4 -Х5 + У4(Х4 + Х5) + (4)

У5 У4 + Х4 -Х5:(5)

уб У5 + Х6 -Х8,(6)

где Х4 - хе - логические сигналы на одноименных входах блока; у4 - вспомогательный логический сигнал; уз и уе - логические сигналы на одноименных выходах блока,

орган 16 выдержки времени, состоящий из интегратора 17 рабочий и установочный входы которого являются аналогичными входами органа, блока 18 задания уставки с двумя регулируемыми выходами

и компараторов 19 и 20, выходы которых являются первым и вторым выходами органа, объединенные первые входы подключены к выходу интегратора 17, объединенные вторые входы подключены к одному выходу

блока 18, другой выход которого связан с третьим входом компаратора 20,

В этой схеме вход xi логического блока 2 соединен с выходом органа 4, подключенного входом к выходу yi блока 2, выход

у2 и вход хз которого связаны соответственно с основным входом и дополнительным выходом формирователя 5, а вход Х2 подключен к выходу элемента 3. Формирователь 5 подключен дополнительным входом к первому выходу органа 16, рабочий

вход которого подключен к основному выходу этого формирователя, а установочный вход и первый выход соединены попарно с выходом ys и входом Х8 блока 15. Выход уб и вход Х5 последнего связаны соответст- венно с установочным входом и выходом органа 10 контроля отношения амплитуд, вход х подключен к выходу органа 4, а входы Х4 и хе попарно соединены с выходами элементов 13 и 14, подключенных входами к выходам пускового органа 1 и органа 10 соответствен но, причем выход последнего связан также с инвертирующим входом логического элемента 3.

Рассмотренные блоки устройства могут быть реализованы по любым известным схемам, в том числе на основе операционных усилителей.

Устройство работает следующим образом.

Ток I электропередачи подается на вход пускового органа 1 через датчик тока и преобразуется в пропорциональное ему напряжение Ни на выходе формирователя 21 абсолютного значения, входящего в этот орган. На выходе органа 1 появляется положительное напряжение Ui при каждом превышении напряжением U21 заданного уровня UCp в процессе колебаний тока. Если это условие не выполняется, напряжение Ui имеет отрицательное значение.

Напряжение U21 поступает также на информационный вход органа 10 контроля отношения амплитуд и на выходе амплитудного детектора 11 этого органа в виде напряжения Un фиксируются максимальные значения, достигаемые U21 в каждом начальном после сброса детектора цикле колебаний тока. Напряжения Uzi и Un подаются на верхний и нижний входы компара- тора 12, выходное напряжение которого, равное напряжению Uio на выходе органа 10, изменяется в режимах срабатывания и возврата с положительного на отрицательное и наоборот соответственно при

U21 Bcp-Un;(7)

U21 ВвР -Un,(8)

где ВСр и Ввр - регулируемые коэффициенты передачи компаратора 12 по нижнему входу до и после его срабатывания.

Поскольку U21 и Un пропорциональны соответственно текущему I и максимальному макс амплитудным значениям входного тока, условия (7) и (8) могут быть выполнены только в том случае, если

1мин|/ максо 1макс|/1максо

Вер; ВвР,

где Мин| - минимальное значение амплитуды входного тока в начальном и последующих циклах его колебаний (i - 0. 1. 2...);

1макс0 и 1Макс| максимальное значение амплитуды I входного тока в начальном и последующих циклах его колебаний (i 1, 2...).

Сброс амплитудного детектора 11 (выравнивание Un и L)2i) происходит при появлении на установочном входе органа 10 положительного напряжения Ihs.i с выхода уб блока 15 установочных сигналов. Оно соответствует логическому сигналу уе, полученному по формулам (4) - (6), где значе- ниям 0 и 1 логических сигналов соответствуют отрицательные и положительные входные и выходные напряжения блока 15. При этом напряжение Uis.i. как и соответствующее сигналу ys напряжение U152 на выходе ys блока 15, становится положительным при отрицательном напряжении LM на выходе сработавшего органа 4 контроля периода колебаний тока, а также в случае совпадения по знаку выходных напряжений Uio и 1Н органов 10 и 1 в момент срабатывания или возврата последнего, когда на выходе дифференцирующего элемента 13 вырабатывается положительный или отрицательный импупьс Ui3. Кроме того, напряжение Ui5 1 становится положительным после срабатывания органа 16 выдержки времени по первому выходу (U19 0) в моменты возврата органа 10, когда на выходе дифференцирующего элемента 14 появляются положительные импульсы. В этом случае сброс амплитудного детектора 11 (корректировка Un) осуществляется в каждом цикле, это повышает точность контроля отношения амплитуд по условию (9) после фиксации асинхронного режима.

Если в процессе колебаний тока при срабатывании пускового органа 1 (Ui 0) орган 10 контроля отношения амплитуд находится также в сработанном состоянии (Uю 0), на выходе элемента 3 возникает положительное напряжение Us. При этом напряжение U2.1 на выходе yi логического блока 2, соответствующее сигналу ут в формуле (1), становится отрицательным, так как в исходном состоянии выходное напряжение U4 органа 4 положительно, а напряжение Ug на дополнительном выходе формирователя 5 равно нулю. Орган 4 контроля периода колебаний тока запускается и его выходное напряжение U4 снижается до нуля. Если до истечения времени t4 срабатывания органа 10 элемент 3 не успевает сработать второй раз (период

колебаний Т« больше заданного) напряжение Щ становится отрицательным, Прикладываясь к входу xi блока 2, оно возвращает этот блок в исходное состояние (U2.1 0) при одновременном присутствии на его входе Х2 отрицательного напряжения Ui, чтобы не допустить повторного запуска органа 4 в течение одного состояния срабатывания элемента 3, если время такого состояния превышает t/t. Наряду с этим отрицательное напряжение U4 вызовет формирование установочных сигналов U15.1 и Uis.2 на выходах блока 15, первый из которых произведет сброс детектора 11 и возврат органа б по условию (8), так как Un станет равным (J21.

С возвратом блока 2 возвращается в исходное состояние и орган 4, новый запуск которого произойдет при следующем срабатывании элемента 3. Если после этого очередное срабатывание элемента 3 наступит раньше, чем истечет время. t4 (период Т к меньше заданного), то на выходе у2логического блока 2 появится-отрица- ельное напряжение U2.2. соответствующее сигналу у2 з формуле (2), Оно установит в нуль инерционное звено 6, что приведет к изменению состояния по дополнительному и основному выходам формирователя 5. Напряжения Ug и Us на этих выходах станут положительными, благодаря срабатыванию нуль-индикатора 9 и компаратора. 8. Длительность отрицательного импульса U2.2 определяется временем снижения напряжения на выходе инерционного звена до нуля, так как следующее за этим срабатывание нуль-индикатора {Ug 0) приводит к возврату блока 2 в исходное состояние в соответствии с функциями (1) - (3). Обычно это время не превышает 3-5 мс. Возврат блока 2 вызовет возврат органа 4, появление положительного сигнала LM на выходе которого через время 3-5 мс, необходимое для его установки в нуль, повлечет за собой новое срабатывание блока 2 по выходу уч и повторный запуск органа 4. Таким образом, при каждом срабатывании элемента 3 (Us 0 ), свидетельствующем о наличии колебаний тока с отношением его минимального амплитудного значения к максимальному меньше заданного, обеспечивается возврат и запуск органа 4, непрерывно контролирующего период колебаний тока, При этом /длительность положительных импульсов Us на основном выходе формирователя 5 будет зависеть от скорости восстановления положительного напряжения Ue на выходе звена 8. определяемой параметрами этого звена, я величины выходного

напряжения U регулируемого делителя 7 напряжения. Эта длительность принимается равной минимально возможному периоду колебаний Тк (0,1 - 0,2 с), чтобы

обеспечить появление нового положительного импульса Us при каждом срабатывании блока 2 по выходу уа в асинхронном режиме. Любой из этих импульсов, поступая на рабочий вход органа 16 выдержки

времени, вызывает увеличение выходного напряжения Ui интегратора 17 на одну и ту же величину, определяемую параметрами импульса и постоянной интегрирования. Через заданное число пк импульсов,

равное количеству отсчитываемых устройством циклов колебаний тока после срабатывания блока 2 по выходу у2 (пк 2 на фиг. 2), напряжение Ui превышает заданную уставку UIB.I на первом выходе

блока 18, что повлечет за собой срабатывание компаратора 19 и появление на первом выходе органа 16 положительного напряжения. Это напряжение, прикладываясь к дополнительному входу формирователя 5, переводит его регулируемый делитель 7 напряжения на максимальный коэффициент передачи, в результате чего напряжение Us на выходе компаратора 8 (основном выходе формирователя 5) будет оставаться положительным независимо от величины напряжения Ue на выходе инерционного звена. При этом напряжение Ui на выходе интегратора 17 начнет расти непрерывно и через заданное время td, зависящее от уставки

LHs.2 на втором выходе блока 18, срабаты- / вает компаратор 20, выдавая положительное напряжение U20 на второй выход органа 16. Время срабатывания органа 16 и устройства в целом по первому tie.1 и второму ti6.2 выходам могут быть определены следующим образом:

tie.i пк-Тк:(11)

tie.2 ti6.i + td(12)

После срабатывания устройства по первому выходу, свидетельствующего о возникновении асинхронного режима, можно выполнить мероприятия по ресинхрониз.а- ции и, если за время они окажутся не успешными, устройство сработает по второму выходу, формируя команду на деление системы. Если требуется только одно управляющее воздействие (на ресинхро- низацию или деление системы), можно использовать один, например, второй выход устройства.

При синхронных качаниях (фиг. 3) не выполняются условие (9) в режиме 1 с большой исходной нагрузкой, или условие (10) в режимах со средней 2 и нулевой 3 исходными нагрузками. В первом случае положительные установочные импульсы Ui5 i и U 15.2 на выходах блока 2 формируются по функциям (4) - (6) в результате того, что в момент срабатывания пускового органа 1 (1И 0 и U 0), орган 10 контроля отношения амплитуд находится в несработанном состоянии (Uю 0). В других случаях такие импульсы формируются благодаря тому, что в момент возврата органа 1 (Ui 0 и У 0) орган 10 находится в сработанном состоянии (Uio 0). Положительные ИМПУЛЬСЫ U151 И U152 В ЭТИХ

режимах устанавливают органы 10 и 16 в нуль и обеспечивают несрабатывание предлагаемого устройства. Следует заметить, что для срабатывания известного устройства было бы достаточно выполнения в каждом цикле условия (9) и, следовательно, в режимах 2 и 3 имело бы место его неселективное действие. Именно контроль срмжения максимальной амплитуды тока в С зследующих циклах его колебаний по отношению к начальному циклу по условию {10} приводит к повышению селективности устройства.

Следует отметить важную особенность предлагаемого устройства, заключающуюся в том, что оно не реагирует на цикл колебаний тока, предшествующий срабатыванию органа 10, а положительные импульсы Us появляются благодаря логическим операциям блока 2 со сдвигом еще на один цикл (фиг. 2). Поэтому при выборе пк (tie.i) нет необходимости учитывать предшествующий синхронный качаниям режим к.з. с последующим неуспешным АПВ, когда ток электропередачи дважды превышает ток срабатывания пускового органа 1 и выполняются условия (9) и (10).

Кроме того, для улучшения условий отстройки от внешнего асинхронного режима пусковой орган 1 устройства может быть выполнен в виде органа напряжения или сопротивления с подключением их к соответствующим измерительным трансформаторам. При этом в случае отсутствия в пусковом органе формирователя 21 им должен быть снабжен орган 10 контроля отношения амплитуд.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства - повышение селективности - делает маловероятными излишние срабатывания устройства. Экономический эффект определяется, в основном, величиной ущерба от недоотпуска электроэнергии при злишних срабатываниях, зависящей от мощности, теряемой системой в этих случаях.

Формула изобретения Устройство для выявления асинхронного режима электропередачи, содержащее токовый пусковой орган, подключенный входом к выходу датчика тока и включающий в себя формирователь амплитудного

значения напряжения, пропорционального входному току, орган контроля отношения амплитуд, подключенный информационным входом к выходу упомянутого формирователя амплитудного значения и

имеющий в своем составе компаратор, выход которого является инвертирующим выходом органа, логический элемент 2И, подключенный одним входом к выходу токового пускового органа, орган контроля периода колебаний тока и орган выдержки времени, отличающееся гем, что, с целью повышения селективности, выход органа контроля периода колебаний тока и второй вход логического элемента 2И выполнены инвертирующими, причем последний подключен к выходу органа контроля отношения амплитуд, в котором дополнительно введен амплитудный детектор с установочным и информационным входами, являющимися аналогичными входами органа, компаратор выполнен с регулируемым коэффициентом возврата, а его входы попарно соединены с информационным входом и выходом амплитудного

детектора, орган выдержки времени составлен из интегратора со схемой установки в О, рабочий и установочный входы которого являются аналогичными входами органа, блока задания уставки с двумя регулируемыми выходами, первого и второго компараторов, выходы которых служат аналогичными выходами органа и устройства, объединенные первые входы подключены к выходу интегратора, объединенные

вторые зходы подключены к одному выходу блока задания уставки другой выход которого связан с третьим входом второго компаратора, а также допрлнительно введены формирователь прямоугольных импульсов

из инерционного звена со схемой установки в О и объединенными по основному входу формирователя информационным и установочным входами, регулируемый делитель напряжения с переводом его на максимальный коэффициент передачи по управляющему входу, являющемуся дополнительным входом формирователя, компаратора, выход которого служит основным выходом формирователя, а входы попарно подключены к выходам инерционного звена и регулируемого делителя напряжения, и нуль-индикатора, выход которого служит дополнительным выходом формирователя, а вход подключен к выходу инерционного звена, логический блок, реализующий функции

У1 ХГ Х2 + У1(Х1 + Х2) + ХЗ,1

У2 уз(х1 + V2);

уз yi(xi + уз),

где XL X2, хз - логические сигналы на одноименных входах блока;

У1 и у2 - логические сигналы на одноименных выходах блока;

уз - вспомогательный логический сигнал, первый и второй дифференцирующие элементы, блок установочных сигналов, реализующий функции

У4 Х4 Х5 + У4(Х4 + Хб) + X,1

уз У4 + Х4 ХБ;

У6 У5 + Хб Х8,

где хз, Х5, хб, х и Х8 - логические сигналы на одноименных входах блока;

У4 - вспомогательный логический сигнал;

У5 и уе - логические сигналы на одноименных выходах блока, причем вход xi логического блока соединен с выходом ор5

0

5

0

5

гана контроля периода колебаний тока, подключенного входом к выходу yi логического блока, выход уа и вход хз которого связаны соответственно с основным входом и дополнительным выходом формирователя прямоугольных импульсов, а вход Х2 подключен к выходу логического элемента 2И, формирователь прямоугольных импульсов подключен дополнительным входом к первому выходу органа выдержки времени, рабочий вход которого подключен к основному выходу этого формирователя, а установочный вход и первый выход соединены соответственно с выходом ys и входом хв блока установочных сигналов, в то время как выход уе и вход xs этого блока связаны соответственно с установочным входом и выходом органа контроля отношения амплитуд, вход х подключен к выходу органа контроля периода колебаний тока, а входы Х4 и хе соединены соответственно с выходами первого и второго дифференцирующих элементов, подключенных входами к выходам токового пускового органа и органа контроля отношения амплитуд соответственно.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к противоаварийной автоматике энергосистем, и может быть использовано в автоматике ликвидации асинхронного режима. Цель изобретения - повышение селективности устройства. Она достигается в основном за счет дополнительно введенного органа 10 контроля отношения амплитуд, который срабатывает только при значениях отношения минимальных амплитуд тока начального и последующих циклов его колебаний к максимальной амплитуде начального цикла менее расчетного, а возвращается в исходное состояние при значениях отношения максимальных амплитуд тока последующих циклов к максимальной амплитуде начального цикла более расчетного. Через три-четыре цикла колебаний тока оба эти условия выполняются в течение каждого цикла только при асинхронном режиме. При синхронных качаниях из-за затухания колебаний хотя бы одно из них нарушается. При этом с помощью логического блока 15 установочных сигналов осуществляется сброс органа 10 и органа 16 выдержки времени. Кроме упомянутых блоков устройство содержит пусковой орган 1 с формирователем 11 абсолютного значения, логические элементы 2, 3 для управления работой органа 4 контроля периода колебаний тока и формирователь 5 импульсов заданной длительности из нуль-индикатора 9, инерционного звена 6, регулируемого делителя 7 и компаратора 8. Наличие двух выходов позволяет раздельно формировать команды на ресинхронизацию и деление системы. 3 ил.

; v

Вср 0.2; ,8; пк 2 fn. 2

Ъп

Ъ

Режим 2

Режим 3