Многофункциональное устройство для релейной защиты электроустановки Советский патент 1992 года по МПК H02H3/38 

Изобретение относится к электро- I технике и может быть использовано в многофункциональном устройстве релейной защиты, выполняющем одновременно функции реле тока и напряжения, реле активной и реактивной мощности, реле сопротивления и реле направления мощности, в системах комплексной защиты автономных систем электроснабжения, комплексной защите мощных -синхронных генераторов и защите линий электропередач, где оно может выполнять функции максимально-токовой защиты, защиты от повышения (понижения) напря жения, защиты от перегрузки и перехода в двигательный режим, защиты от асинхронного хода и дистанционной защиты

Известно устройство, предназначен- ное для комплексной защиты электроустановки, выполненное из отдельных блоков, каждый из которых предназначе для защиты только по одному параметру, и имеющее сложную структуру„Кроме того, устройство имеет область применения, ограниченную только защитой синхронных генераторов малой мощности что объясняется его недостаточными функциональными возможностями.

Известно реле с двумя подводимыми величинами,содержащее блок формирования ортогональных составляющих, выполненный в виде четырех умножителей, четырех блоков частотной фильтрации, каждый из которых выполнен в виде последовательно включенных низкочастотного и заграждающего фильтров, генератора опорных ортогональных синусоидальных сигналов, один выход которого подключен к одним входам двух , умножителей, другой выход - к одним входам двух других умножителей, к выходам умножителей подключены блоки частотной фильтрации, выходы которых являются выходами блока формирования ортогональных составляющих, а его входами являются попарно объединенные другие входы умножителей, два сумматора, два формирователя модуля, пороговый элемент, включенный на выходе одного формирователя модуля,,

Однако реле обладает недостаточными функциональными возможностями, так как оно может быть использовано в релейной защите электроустановки только в качестве измерительного органа сопротивления или реле направления мощности,, В реле для формирования характеристики измерительного органа сопротивления (или реле направления мощности) используются четыре трех- входовых сумматора с пятью различными (а,,, Ь , а, b, h) масштабными коэффициентами. Наличие большого числа настроек (двенадцать) делает трудоемким процесс формирования необходимой характеристики измерительного органа сопротивления (или направления мощности) , что усложняет производство и эксплуатацию реле„

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является частотно-независимое трехфазное реле напряжения, схему которого можно использовать также в качестве частотно- i

независимого реле реактивной мощнос

0

5

0

0

5

жения, подключенные к двум входам блока формирования ортогональных составляющих, один и другой выходы которого подключены к входам первого перемножителя, третий и четвертый выходы - к входам второго перемножителя, выходы первого и второго перемножителей соединены с входами сумматора, к выходу которого подключен пороговый элемент о К реле (при использовании его в качестве реле реактивной мощности) на выходе сумматора выделяется постоянный сигнал, пропорциональный реактивной мощности, даже при значительных уходах частоты сети от номинального значения,,

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как в релейной защите электроустановки оно может выполнять Функции только реле реактивной мощности (или трехфазного реле напряжения, реагирующего на площадь тре- 5 угольника линейных напряжений).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и упрощение его настройки„

Указанная цель достигается тем, что в многофункциональное устройство, содержащее датчики тока и напряжения, подключенные к двум входам блока формирования ортогональных составляющих, один и другой выходы которого подключены к входам первого перемножителя, третий и четвертый выходы - к входам второго перемножителя, выходы первого и второго перемножителой соединены с входами первого сумматора, к выходу

которого подключен первый пороговый . элемент, вторые сумматор и пороговый элемент, два формирователя модуля, дополнительно введены третий и четвертый перемножители, блок формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, третий и четвертый пороговые элементы и первый и второй ключи0 При этом входы вновь введенных третьего и четвертого перемножителей соединены соответственно с первым, четвертым и вторым, третьим выходами блока формирования ортогональных составляющих, выходы третьего и четвертого перемножителей соединены с входами второго сумматора, к выходу которого подключен третий пороговый элемент, входы первого и второго формирователей модуля сое- динены соответственно с первым, третьим и вторым, четвертым выходами блока формирования ортогональных составляющих, четвертый пороговый элемент подключен на выходе второго формировате- ля модуля, выходы обоих сумматоров непосредственно, первого и второго формирователей модуля соответственно через первый и второй ключи соединены с входами блока формирования характе- ристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, при этом блок формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами выполнен в виде трех перемножите- лей, делительного блока, двух сумматоров и порогового элемента, при этом объединенные входы первого и второго перемножителей, являющиеся первым и третьим входами блока, соединены соответственно с одним и вторым входами третьего перемножителя и одновременно с двумя входами первого сумматора, третий вход которого, являющийся вторым входом блока, соединен с одним входом делительного блока, с выходом которого соединен четвертый вход первого сумматора, выходы перемножителей соединены с входами второго сумматора, выход последнего ПОДКЛЮ чен к другому входу делительного блока, а пороговый элемент подключен на выходе первого сумматора,, Кроме того, блок формирования характеристики выполнен в виде каскадно включенных четырехвходового сумматора, входы которого являются входами блока, и нуль-органа Указанная цель достигается выполнением блока формирования

характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами в виде пары каскадно включенных четырехвходового сумматора, и нуль-органа, и элемента И, входы которого подключены к нуль-органам, а входы сумматоров включены параллельно и являются входами блока формирования о

Введение в устройство третьего и четвертого перемножителей, блока формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами с различными вариантами его выполнения, третьего и четвертого пороговых элементов, первого и второго ключей, а также дополнительных связей позволяет в одном устройстве выполнить следующие измерительные органы, предназначенные для релейной защиты электроустановки: тока, напряжения, активной и реактивной мощности, направления мощности, сопротивления с характеристикой срабатывания в виде эллипса, окружности линзы 0 Таким образом, по сравнению с аналогом и прототипом значительно повышены функциональные возможности устройства„

Недостаток аналога, заключающийся в сложности настройки реле с двумя подводимыми величинами (направления мощности и сопротивления), так как требуется настройка 12 коэффициентов передачи, в предлагаемом устройстве устранен„ В многофункциональном устройстве количество настроек в зависимости от характеристики измерительного органа с двумя подводимыми величинами колеблется от 2 до 80

На фиг в 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - характеристика низкочастотного (а) и режекторного (б) фильтров; на фиг.3 - примеры выполнения блока формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами.

Схема содержит датчик 1 напряжения и датчик 2 тока, подключенные к входам блока 3 формирования ортогональных составляющих, первый , второй 5, третий 6 и четвертый 7 перемножители, первый и второй формирователи 8 и 9 модуля, подключенные входами к соответствующим выходам блока 3 формирования ортогональных составляющих, сумматоры 10 и 11, соединенные соответственно с выходами первого и второго 5, третьего 6 и четвертого 7 перемножителей, блок 12 формирования

10

характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, подключенный входами к выходу сумматоров 10 и 11 непосредственно,а к выходам формирователей 8 и 9 модуля соот- ветственно через первый 13 и второй ключи, и пороговые элементы 15-18, соединенные с выходами формирователей 8 и 9 модуля и сумматоров 10 и 11. Блок 3 формирования ортогональных

доставляющих выполнен в виде четырех перемножителей 19-22, четырех блоков 23-26 частотной фильтрации, каждый из

которых состоит из последовательно включенных низкочастотного 27 и режек- торного 28 фильтров, генератора 29 опорных ортогональных синусоидальных сигналов, выходы 30 и 31 которого подключены соответственно к одним входам перемножителей 19, 22 и 20, 21, объединенные другие входы которых являются входами блока 3 формирования ортогональных составляющих.

Блок 12 формирования характеристи-25 ки срабатывания реле с двумя подводимыми величинами для формирования характеристики реле направления мощности (РИМ) выполнен в виде каскадно включенных двухвходового сумматора зо 32, входы которого являются входами блока, и нуль-органа 33о Масштабные коэффициенты входов 3 и 35 сумматора 32 приведены в табл. 1

перемножителей 36-38 соединены с входами сумматора 3. Выход последнего подключен к другому входу делительного блока 39 Нуль-орган М подключен на выходе сумматора 2.

Масштабные коэффициенты по входам сумматоров 2 и приведены в табл. 2„

Таблица 2

Блок 12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами для формирования круговой характеристики реле сопротивления выполнен в виде каскадно включенных четырехвходового сумматора 52 и нуль-органа 53.

Масштабные коэффициенты по входам сумматора 52 приведены в табл.3

ТаблицаЗ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и упрощение его настройки. При подведении к U зажимам устройства сигналов налряже-i ния и тока с контролируемой электроустановки на входы пороговых элементов 15-18 поступают рабочие сигналы. Эти сигналы пропорциональны активной и реактивной мощностям, квадрату действующих значений тока и напряжения. Пороговые элементы срабатывают в соответствии с заданными установками. Блок 12 формирования характеристики реализует заданный алгоритм с помощью перемножителей, делительного блока и сумматора На входы перемножителей поступают сигналы, пропорциональные активной и реактивной мощностям, Ла- лее сигналы с перемножителей поступают на сумматор. Выходной сигнал с сумматора используется в делительном блоке для формирования трех слагаемых, срабатывает нуль-орган. В результате устройство формирует величины, пропорциональные квадратам действующих значений тока и напряжения,и на их основе выполняет реле сопротивления с эллиптической, круговой и характеристикой в виде линзы 3 ил. % (Л 1Ь ел со 4

Блок 12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами для формирования эллиптической характеристики рел сопротивления выполнен в виде трех перемножителей 36-38, делительного блока 39, состоящего из перемножителя , включенного в обратную связь операционного усилителя 1, сумматоров Ь2 и 3 и нуль-органа М. При этом объединенные входы перемножителей 36 и 37 соединены соответственно с разными входами перемножителя 38 и одновременно с двумя входами сумматора 42, третий вход которого соединен с одним входом делительного блока 39, с выходом которого соедине четвертый вход сумматора 2. Выходы

5

0

Блок 12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами для формирования характеристики реле сопротивления в форме линзы выполнен в виде пары каскадно включенных четырехвходовых сумматоров 58 и 59, нуль-органов 60 и 61, а также элемента И 62, входы которого подключены к выходам нуль- органов 60 и 61, причем входы сумматоров 58 и 59 включены параллельно и являются входами блока.

Устройство работает следующим образом „

При подаче на датчик 1 напряжения и датчик 2 тока входных величин, на их выходах Формируются сигналы напряжения, пропорциональные им:

U, Кц 4 U sin(cot ), U. - К; -J2 I sin(Qt + ;),

где Ку, К - коэффициенты трансформации датчиков 1 и 2; U, I - действующие значения

входных величин напряжения и тока;

CJ - угловая частота сети; I начальные фазы входных величин напряжения и тока;

чУи-ф; (| - величина угла сдвига фаз между напряжением и током.

В блоке 3 формирования ортогональных составляющих генератор 29 опорных ортогональных синусоидальных сигналов вырабатывает на выходах 30 и 31 сигналы с напряжениями:

UJO- sin C0et; -i cos CDet,

Диапазон колебаний угловой частоты сети СО , при котором обеспечивается высокая точность выделения ортогональных составляющих и2 U2g, учитывается таким выбором ширины полосы подавления режекторных фильтров и частоты среза низкочастотных фильтров чтобы суммарная частота 6). и) +С00 находилась в полосе подавления режекторных фильтров, а разностная частота СО W0 на участках характеристик низкочастотных и заграждающих

где (00 угловая частота генератора, близкая к угловой частоте сети, 000 х(0.25 Фильтров, где коэффициент усиления При этом напряжения на выходах пере- практически неизменен (фиг. 2).

Выходные сигналы блоков 23-26 частотной фильтрации (или то же самое

множителей 19-22 представляются в следующем виде:

выходные сигналы блока 3 формирования ортогональных составляющих) далее

) и uso KifP U sinOot-K) 3Q

г . ,, „ „г ,,. .... /.„.i, Л обрабатываются перемножителями -7. Ц2 sin(00t ULcosCw.t+Cfp-cosC t-H J;K

U2o U7 к Uj, I sin(G)t-f-V;)x

E1 . . ,г /, ,л /,.,i 1 личин, пропорциональных активной и 1л)2 cos(j3et - К; I Lsin.t-K + sinCU+t+Q ; )J;

формирователями 8 и 9 модуля и сумматорами 10 и 11 с целью получения вереактивной мощности (Р и Q) и деист- Uj| a U, U3 Ku-42 U sin()х вующим значениям тока и напряжения

(I1 и U2) контролируемой электроуста« 2 cosOJet -I ufsin t +sinto t-fVu);

Ulz U2n U20 I sin (CO t +(; )

.17 ,.. „ тГ /-, i /,, Устройства приводится ниже 2 sin(0et K; (W.t+4;;)-CQs(CJ+t-H)j10

новки.

Описание работы этой части схемы

где С0 (0 -(до разностная угловая

частота; Ю4 СО ()30- суммарная угловая часВыходные сигналы перемножителей -7 можно представить в виде

иф K4U cos(CO.t+()x

xK-I sin(0)) i KuKiUirsinW;-U,) + В устройстве играющие полезную 2 ц L ч 7

роль составляющие разностной угловой + sin(2G). Я j KUI -sinCf +

частоты выделяются на выходах блоков. .,..,. ,, Л

п te - j.+ sin(zuJ.t U li+U; ) ;

23-26 частотной фильтрации:-ru YI j

U2,KUU cos(u).t+Ц)и);

U24-K;I sin((0. );

sin(u),t+фи);

cos(o).t-t- (4); ).

U,

Выделению составляющих разностной угловой частоты в блоках 23-26 служат, главным образом, режекторные

to

70594110

фильтры 280 Низкочастотные фильтры 27 служат для подавления случайных i высокочастотных помех Кроме того, они попутно выполняют функцию частотного подавления слагаемых суммарной угловой частоты (0+ в напряжениях U22, обеспечивая в совокупности с режекторными фильтрами 28 наиболее точное выделение ортогональных составляющих UZЈ- U2gвходных величин тока и напряжения

Диапазон колебаний угловой частоты сети СО , при котором обеспечивается высокая точность выделения ортогональных составляющих и2 U2g, учитывается таким выбором ширины полосы подавления режекторных фильтров и частоты среза низкочастотных фильтров, чтобы суммарная частота 6). и) +С00 находилась в полосе подавления режекторных фильтров, а разностная частота СО W0 на участках характеристик низкочастотных и заграждающих

15

20

25 Фильтров, где коэффициент усиления практически неизменен (фиг. 2).

выходные сигналы блока 3 формирования ортогональных составляющих) далее

обрабатываются перемножителями -7. K

формирователями 8 и 9 модуля и сумматорами 10 и 11 с целью получения веновки.

Описание работы этой части схемы

U5 Кци sin( +ц/и )х ПК; I cos((i).t +ф; ) у KV)(Cf q- -V;) + sin(2U.t , sin(2Cj.t+4/u+V; )J ;

U,

Ч Яд costo.t-f ) JK;I cos(u).t+ (; ) -j K UIj cosCYi,11170

-(O+cos bLt+Cj + (if )} 7 Ц + + coe(201.t + tyu ty; ) ;

U U24«1 2S K;I sin(GXt +Ф;)

-KUU snvto.t + ljJ,,)- -j КцК;и1 соб« -ЦЬ)-cos(2u.t + Vu V; ) - -j KHlfcoelf-соя (2(3.t + VU + V; ) .

гдеСр (уц-( ty; - угол сдвига фаз;

К K|KU - эквивалентный коэффициент передачи.

Сумматорами 10 и 11 осуществляется выделение полезных рабочих сигналов, пропорциональных активной и реактивной мощности контролируемой электроустановки (Р и о), и подавление гармонического сигнала помехи с удвоенной разностной частотой:

U,0 Us - U,. - KUIsintf - KQ; U U6 + Ur - KUIcoelf КР,

где P UIcos4 - активная мощность;

0 UIsinCf - реактивная мощность. Формирователи 8 и 9 модуля осуществляют вычисление полезных рабочих сигналов, пропорциональных действующим значениям тока и напряжения (I и U1) :г

Ug и - к„исоВ(6).1 +(f +

+ KuUsin(Q.t+Vu)J

U) uJe KjIein((j).t ж + К;1 сое(03.t +V,)2 - К2; 1. где I1 и U2 - квадраты действующих

значений тока и напря- жения.

Таким образом, при подведении к зажимам устройства сигналов напряжения и тока с контролируемой электроустановки на входы порогов элементов 15-18 поступают рабочие сигналы, пропорциональные активной и реактивной мощности, квадрату действующих значений тока и напряжения. Указанные пороговые элементы срабатывают в со- ответствии с заданными уставками, т.е. при выполнении условий:

КР ; KQ

K u U K u UycT

К ; I1 К2. I2,

Зст

12

Подробнее рассмотрим работу блока 12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами (т.е„ измерительного органа направления мощности или сопротивления)

Остановимся на измерительном органе направления мощности с углом максимальной чувствительности Срмч и зоной в 180°.

В координатах (R, О, X) уравнение характеристики срабатывания этого измерительного органа представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат:

г.

(1)

где |f - угловой коэффициент прямой,

, Ч -ctg(fMJ4 ;

(JW(,- угол максимальной чувствительности

Областью срабатывания измерительного органа направления мощности (заштрихованная часть на фиг„ 3,а) является множество пар значений R, X, лежащих по одну сторону от характеристики срабатывания и удовлетворяющих неравенству

(2)

Учитывая, что R UcosQ / ; X в Usinlf/T. и умножая обе части неравенства (2) на I2, получим

(Н sinq)I g (H coslfU ;

Ulsin tf Ј UIcos(f,

а так как Ulsin V Q (реактивная мощность), UIcosCp« P (активная мощность), то неравенство (2) примет окончательный вид:

Q 7Г или Q - . (3)

Последнее соотношение и является алгоритмом работы измерительного органа направления мощности,,

I

Этот случай предусматривает использование в качестве входных величин блока 12 формирования характеристик срабатывания реле с двумя подводимыми величинами только двух ранее сформированных параметров, а именно КР и КО, в связи с чем ключи 13 и разомкнуты.

Левая часть неравенства (3) реализуется двухвходовым сумматором 32, имеющим коэффициенты передачи по входам, указанные в табл„ 1„

Нуль-орган 33 срабатывает в соответствии с условием (3).

Далее рассмотрим работу измерительного органа сопротивления, реализующего эллиптическую характеристику срабатывания.

Обычно большая ось эллипса такой характеристики направлена вдоль угла максимальной чувствительности и центр эллипса отстоит от начала координат на расстояние 00(Z0), В связи с этим такое окончательное положение эллипса можно рассматривать как результат поворота на угол Ср.ц и параллельного переноса в новой системе координат на расстояние 00((Zo9) вдоль координаты R (И).

Воспользовавшись правилами преобразования координат осуществим вначале параллельный перенос системы коор- динат (R, О,, X) в (R, 0, х), а затем поворот системы координат (R , О, х ) в (R, О, X).

Уравнение эллипса в системе координат (Rff, Of, X) имеет вид:

1,

(4)

где , PJ- соответственно большие и малые полуоси эллипса„

Параллельный перенос только вдоль координаты R(R ) приведет к следующему видоизменению уравнения СО :

-Z0)

tf;

А (х ) ТГ

1,

где Z

О

00, расстояние между центрами систем координат (величина смещения центра эллипса вдоль угла максимальной чувствительности) „

Поворот системы координат (R ,0,X) на уголЦ мч по часовой стрелке (на отрицательный угол м. преобразует уравнение (5) следующим образом: гл UЈHЈlliЈtti}.;}:s .M)-;

&1 ,г + LRsinJ- MM HXcos (-jfeH)J 1 (6)

Э j

Преобразуя (6), получим каноническую форму записи уравнения эллипса

(линии срабатывания) в координатах (R, О, X):

fa. aP,z+2bRX+cX2+2dR+2eX+f 0 (7) эллипс о

где а

.ч sin(4V4

Г

Pi

b j sin2CfM-H(- - -);

sina .ч cos2 Cf м.ч

с + .

d ZALC-° s(fy,4 .

/Н

15

, М мч

- 1.

Область срабатывания измерительного органа сопротивления (заштрихованная часть на фиг. 3,б) представляет собой множество пар значении (R,X), лежащих на плоскости по одну сторону от характеристики срабатывания и удовлетворяющих неравенству

Ьлмпсс. (R,X)CO

илИ

30

aR +2bRX+cX +2dR+2eX+f О

(8)

35

40

Учитывая.то, что активное Rи реактивное X сопротивления можно выразить через отношения действующих значений напряжения и тока и угла Ц :

R у c°s if ; х у sing , (9)

неравенство (8) преобразуется к виду a(-Hcos(f )2+2Ь(усо81{)(- sinif) +

с(-Н sinCf) + 2d(H CosCf) +

U sin Ц ) + f С 0..

(10)

Смысл неравенства (10) не изменится, если обе его части умножить на положительное значение I2:

a(Ucos ip)2+2b(U2 Cf) + +c(UsinCjl i + 2dUIc.osq)+ 2etIIsin( -t- fl2 С 0.(11)

Известные соотношения

P Ulcosqi и О UTsinCf (12) еще более упрощают неравенство (10):

сигнал К -I1« С использованием этого сигнала делительный блок 39 формирует первые три слагаемых неравенства (13):

и«

U

9

)К 1

- a(Ucos(f)1 +

+ 2b(UIcos(f-sin.4)+c(Uein4) .

U

42

KQ 4

+ - a(Ucos(f)+2b(U cofHfeinty

+ c(UsinCf)z + 2dP + 2eQ + f I .

a(Ucos(f )-f2b(U2cos(f sin Q1) + + c(Usinlf )J+2dP+2eQ+fI2 1 0 (13)

Это неравенство поясняет принцип работы реле сопротивления в предлагаемом устройстве.

Блок 12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами реализует алгоритм ю (13) следующим образом.

На входы перемножителей Зб-38%по- ступают сформированные в устройстве сигналы, пропорциональные активной и реактивной мощностям КР и KQ. На вы- 20 Нуль-орган й срабатывает в соот- ходе перемножителей 36-38 присутству- ветствии с условием (11). ют следующие сигналы напряжений: Настройка устройства для работы измерительного органа сопротивления, реализующего круговую характеристику 25 срабатывания, осуществляется следующим образом.

Так как окружность является частным случаем эллипса, для получения уравнения круговой характеристики U38 KQ KP K CUIaiiKfHUlcoetf) «30 измерительного органа сопротивления

« (U sintp созц ).

Я.алее сигналы U 3g поступают на сумматор О, выходной сигнал которого равен:

U43- aUS7+ 2bUie+ (Uco8(f)+2b(Ulcosq.sin(f) +c(Uein) .

А так как в этом случае ключ 13« замкнут, а 1 разомкнут, то на вход блока 12 поступает дополнительно

U (KQ)K2 (Ulsintf) - - К2 Т.2 (Us in tf)2 ;

изг- (KP)J « кЧихсовср)1

« К11 (Ucostf)J ;

воспользуемся выражением (7), учитывая, что в этом случае e r радиус окружности. Отсюда следует, что коэффициенты а - f становятся 35 следующими (для того, чтобы различать рассматриваемый и предыдущий случаи, снабдим коэффициенты индексами кр - круговая характеристика);

ео8(Ум,ц . 1 .

mm т шт ч т Т ш § Ч I

40

Ч V

7П

Ь«р- ч Bin2(fltM(r - 5- )

0;

«Р

Z0C08|fM4 т

208гпч м.ч

§ Х0 1

г - г

Область срабатывания измерительного органа сопротивления (заштрихованная часть на фиг.3,в) описывает-55 ся неравенством

f(R,X)0

сигнал К -I1« С использованием этого сигнала делительный блок 39 формирует первые три слагаемых неравенства (13):

и«

U

9

)К 1

- a(Ucos(f)1 +

+ 2b(UIcos(f-sin.4)+c(Uein4) .

U

42

KQ 4

+ - a(Ucos(f)+2b(U cofHfeinty

+ c(UsinCf)z + 2dP + 2eQ + f I .

Нуль-орган й срабатывает в соот- ветствии с условием (11). Настройка устройства для работы измерительного органа сопротивления, реализующего круговую характеристику срабатывания, осуществляется следующим образом.

Так как окружность является частным случаем эллипса, для получения уравнения круговой характеристики измерительного органа сопротивления

воспользуемся выражением (7), учитывая, что в этом случае e r радиус окружности. Отсюда следует, что коэффициенты а - f становятся следующими (для того, чтобы различать рассматриваемый и предыдущий случаи, снабдим коэффициенты индексами кр - круговая характеристика);

ео8(Ум,ц . 1 .

mm т шт ч т Т ш § Ч I

Ч V

7П

Ь«р- ч Bin2(fltM(r - 5- )

0;

так как Zecos4 w- R ;

Ха,

где Re и Х0 - координаты центра окружности 0/ .

1

4 7Г Х

г

о в

2 7Г

2 х +

0.

(14)

Умножим обе части неравенства на гг и воспользуемся известными соотношениями для Р и X (9):

(у cos(f ) + (Н sin(p)2+2RoY cosq -2Х„7 sin(f - (Z2 - г )0.

(15)

Упростим неравенство (15)f умно- жив обе части на I2 и учитывая известное тригонометрическое соотношение:

U1 - 2Rfl(UIcosCf)-2X0(UIsinq) - -(Z - г)1 0 или с учетом (12)

Uz - (Z - r2)I2-2R0P-2X0Q 0 .(16

В данном случае входными величинами блока 12 формирования характерис- , тики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами являются все ранее сформированные параметры: КР, КО, К2,2 и K2U U2 , т„е,, ключи 13 и k замкнуты.,

Алгоритм (16) реализуется четырех- входовым сумматором 52, имеющим коэффициенты передачи по входам, указанные в табл0 Зо

С помощью этих коэффициентов передачи условие срабатывания О6) реле сопротивления формируется не из чистых величин Р, О, I2 и U2, а из величин, им пропорциональным: КР, KQ,

K2;IJ и К2 U2 .

Нуль-орган 53 срабатывает в соответствии с условием (16).

В ряде случаев в релейной защите используются измерительные органы со

противления с характеристикой, получаемой соединением двух одинаковых сегментов окружностей, так называемых линз. Линзу можно рассматривать также как общую часть двух окружностей, причем обычно линия, соединяющая точки пересечения окружностей, направлена вдоль линии, соответствующей углу максимальной чувствительности.

Таким образом, задача при известных большой о(ц и малой Ад полуосях, смещении Zfl от начала координат О до центра линзы 0 (точка пересечения большой и малой осей) заключается в определении радиуса г и центров 04 и О,, образующих линзу окружностей.

Запишем уравнение для прямоугольного треугольника Од10„:

(О 0) + «

(17)

Учитывая, что (040) + |3А г перепишем уравнение (17): г (г - (V

г «, )/20д. (18)

Перейдем к определению координат центров 0 и 0 окружностей, образующих линзу.

Центры окружностей 0 и 0. отделены от начала координат на расстояния

-I

Углы направления на 0 и Og. составляют соответственно:

5

0

etf-frJ

+ 6; qW tVu-s.

где 0 - arctgASS-)-arctg ft-ly

-ОЛ Z /V LQ

При необходимости можно определить координаты центров 0 и 0 как проекции на оси OR и ОХ:

Ro« z Hcostfo«; R0 Zo4cos(foa;

zo sin(fo«;

n

.

Областью срабатывания измерительного органа сопротивления в вире линзы (захтрихованная часть на фиг. 3,г) является общая часть области, лежащей внутри двух окружностей. Эта область описывается системой неравенств

«р

(R, X) 0;

fkp2 (R, X) с 0.

Л так как определены радиус и координаты центров окружностей, то система неравенств может быть раскрыта с учетом (16):

19 rUJ-(Z -r P-2Reir-2X0,Q 0;

LU -(Z« -r)I -2RnP-2XMQ 0,

17

(19)

ой оа

В рассматриваемом случае входными величинами блока 12 являются, как и в предыдущем варианте, ранее сформированные параметры КР, KQ, К2,2 и т.е. ключи 13 и k замкнуты.

Система неравенств (19) реализуется сумматорами 58 и 59, нуль-органами 60 и 61, а также логическим элементом И 62.

Принципиальная схема многофункционального устройства выполняется на стандартных элементах„ В качестве основного функционального элемента - перемножителя - в устройстве используется серийный аналоговый перемножитель 525ПС2, а основу низкочастотных и режекторных фильтров, сумматоров, пороговых элементов составляет операционный усилитель 1 0УД20,,

Предлагаемое многофункциональное устройство со сравнительно простой и однотипной структурой выполняет одновременно функции реле активной и реактивной мощности, реле тока и напряжения, а также функции реле с двумя

подводимыми величинами

(реле направления мощности и сопротивления), причем измерительный орган сопротивления может реализовывать эллиптическую круговую характеристику срабатывания и характеристику срабатывания в виде линзы, что расширяет функциональные возможности устройства и обеспечивает широкую область его применения. При этом значительно упрощена настрой- i ка устройства. Так, при реализации реле активной и реактивной мощности, реле тока и напряжения не возникает необходимости в настройке,а при выполнении реле с двумя подводимыми величинами количество настроек колеблется от 2 до 8, в зависимости от вида реализуемой характеристики. По сравнению с прототипом, где количество настроек реле с двумя подводимыми величинами равно 12, значительно упрощена настройка, что сказывается на упрощении процесса производства и эксплуатации устройства.

Формула изобретения

Многофункциональное устройство для релейной защиты электроустановки, содержащее датчики тока и напряжения.

17059 1 20

подключенные к двум входам блока фор0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

с целью расширения функциональ- возможностей и упрощения настрой- в него дополнительно введены тре- и четвертый перемножители, блок

мирования ортогональных составляющих, первый и второй перемножители, два сумматора, два формирователя модуля и два пороговых элемента, причем один и другой выходы блока формирования ортогональных составляющих подключены к входам первого перемножителя, третий и четвертый выходы - к входам второго перемножителя, выходы первого и второго перемножителей соединены со входами первого сумматора, к выходу которого подключен первый пороговый элемент, а второй пороговый элемент подключен к выходу первого формирователя модуля, отличающееся тем, что, ных ки, тий

формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, третий и четвертый пороговые элементы и первый и второй ключи,при этом входы вновь введенных третьего и четвертого перемножителей соединены соответственно с первым, четвертым и вторым, третьим выходами блока формирования ортогональных составляющих, выходы третьего и четвертого перемножителей- соединены с входами второго сумматора, к выходу которого подключен третий пороговый элемент, входы первого и второго формирователей модуля соединены соответственно с первым, третьим и вторым, четвертым вы-- ходами блока формирования ортогональных составляющих, четвертый пороговый элемент подключен на выходе второго формирователя модуля, выходы обоих сумматоров непосредственно, первого и второго формирователей модуля соответственно через первый и второй ключи соединены с входами блока формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, при этом блок формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами выполнен в виде трех перемножителей, делительного блока, двух сумматоров и нуль-органа, при этом объединенные входы первого и второго перемножителей, являющиеся первым и третьим входами блока формирования характеристики, соединены соответственно с первым и вторым входами третьего перемножителя и одновременно с двумя входами первого

сумматора, третий вход которого, явля юшийся вторым входом блока, соединен с одним входом делительного блока, с выходом которого соединен четвертый вход первого сумматора, выходы перемножителей соединены с входами второго сумматора, выход последнего подключен к Другому входу делительного блока, а пороговый элемент подключен на выходе сумматора, при этом блок формированил характеристики выполнен в виде каскадно включенных четырехО- о) О с%р &

Риг.2.

оходооого сумматора, входы которого являются входами блока, и нуль-органа кроме того, блок формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами может быть выполнен в виде пары каскадно включенных метырехвходового сумматора, и нуль-органа, и элемента И, входы которого подключены к нуль-органам, а входы сумматоров включены параллельно и являются входами блока формирования „

Н,о.е.

/г

а

)

Фиг.З