Реле направления мощности Советский патент 1992 года по МПК H02H3/38 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, и может быть использовано в устройствах релейной защиты линий электропередачи.

Известно реле направления мощности, содержащее блоки совпадения положительных и отрицательных знаков тока и напряжения, счетчик на два импульса, интегратор и блок сброса интегратора, реагирующий орган.

Недостаток этого реле заключается в том, что оно может ложно срабатывать при наличии апериодической слагающей полного тока.

Известно также устройство для направленной токовой защиты, содержащее датчики тока и напряжения, пороговый блок, три формирователя прямоугольных импульсов, два блока задержки, два блока дифференцирования, инвертор, ограничитель импульсов, элемент И, исполнительный блок.

Недостатком известного устройства является то обстоятельство, что при токах короткого замыкания трансформаторы тока насыщаются и форма кривой тока становится несинусоидальной, при этом однократное и тем более двукратное дифференцирование такого сигнала может принести к неселективному срабатыванию устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является реле направления мощности, содержащее датчики напряжения и тока, блок геометрической разности и блок арифметического суммирования, элемент сравнения, два формирователя импульсов, инвертор, два одновибратора, два D-триггера, логический элемент И и исполнительный орган,

sj Ю

О

ю

ND

причем блок арифметического суммирования выполнен в виде двух последовательно соединенных диодных мостов, а блок геометрической разности - в виде диодного моста с разделительными диодами.

Недостатком этого реле является наличие зоны нечувствительности, обусловленной порогом открытия четырех последовательно соединенных диодов в блоке арифметического суммирования и трех последовательно соединенных диодов в блоке геометрической разности.

Целью изобретения является повышение чувствительности и упрощение реле.

Поставленная цель достигается тем, что в реле направления мощности, содержащее датчики тока и напряжения, два формирователя прямоугольных импульсов, вход первого из которых подключен к выходу датчика напряжения, а вход второго подключен к выходу блока сравнения, вход которого подключен к выходам блоков геометрической разности и арифметического суммирования, при этом выход первого формирователя прямоугольных импульсов подключен через последовательно соединенные инвертор и первый одновибратор к С-входу второго D-триггера, D-вход которого подключен к выходу второго формирователя прямоугольных импульсов и D-входу первого D-триггера, С-вход которого через второй одновибратор подключен ко входу инверто-. ра и исполнительный орган, датчики тока и напряжения выполнены в виде промежуточного трансреактора и трансформатора соответственно с двумя одинаковыми последовательно соединенными вторичными обмотками, точка соединения которых подключена к клемме для соединения с общей шиной устройства, блок геометрической разности выполнен в виде четырех диодов, катоды которых подключены к одномерным выводам вторичных обмоток датчиков напряжения и тока, а блок арифметической суммы выполнен в виде четырех диодов, аноды которых подключены к разномерным выводам датчиков напряжения и тока, второй D-триггер снабжен R-входом, соединенным с выходом первого D-триггера, а выход второго D-триггера подключен к исполнительному органу.,

На фиг.1 изображена функциональная схема реле; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Реле содержит датчик 1 напряжения и датчик 2 тока, выполненные в виде промежуточного трансформатора и трансреактора соответственно с двумя одинаковыми последовательно соединенными вторичными обмотками, точка соединения которых

подключена к общей шине устройства, блок геометрической разности 3, выполненный в виде четырех диодов, катоды которых подключены к одномерным выводам вторичных

5 обмоток датчиков напряжения 1 и тока 2, блок арифметической суммы 4, выполненный в виде четырех диодов, аноды которых подключены к разномерным выводам датчиков напряжения 1 и тока 2, блок 5 сравне0 ния, ко входу которого подключены блоки геометрической разности 3 и арифметической суммы 4, формирователь прямоугольных импульсов б, вход которого подключен ко вторичной обмотке датчика напряжения

5 1, формирователь прямоугольных импульсов 7, вход которого подключен к выходу блока 5 сравнения, инвертор 8, вход которого подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов 6, одновибратор 9,

0 вход которого подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов 6, одно- вибратор 10, вход которого подключен к выходу инвертора 8, D-триггер .11. С-вход которого подключен к выходу одновибрато5 ра 9, а D-вход - к формирователю прямоугольных импульсов 7, D-триггер 12, С-вход которого подключен к выходу одновибрато- ра 10, D-вход - к формирователю прямоугольных импульсов 7, а R-вход - к выходу

0 D-триггера 11, исполнительный орган 13, вход которого подключен к выходу D-триггера 12.

Блок 5 сравнения выполнен в виде четы- рехвходового.сумматора 14 с одинаковыми

5 входными резисторами 15-18, к входу каждого из резисторов 15 и 16 подключены попарные диоды блока 3 геометрической разности, при этом катоды каждой пары диодов подключены к однополярным выводам

0 датчиков напряжения 1 и тока 2, а к входам резисторов 17 и 18 подключены попарно диоды блока 4 арифметической суммы, при этом аноды каждой пары диодов подключены к разнополярным выводам датчиков на5 пряжения 1 и тока 2 соответственно.

Реле работает следующим образом. Выходные сигналы блока 3 геометрической разности зависят от угла между векторами напряжений вторичных обмоток

0 датчиков напряжения 1 и тока 2, причем каждой парой диодов определяется разность для положительной и отрицательной полуволн напряжения соответственно. Каждая пара диодов блока 4 арифмети5 ческой суммы является двухполупериодным выпрямителем датчиков напряжения 1 и тока 2 соответственно.

Ширина результирующего сигнала Up (фиг.2) на выходе блока 5 сравнения в диапазоне углов между векторами напряжения

и тока 180-360° пропорциональна фазовому углу, причем начала передних фронтов кривой напряжения и результирующего сигнала совпадают, а в диапазоне углов 0-180° ширина результирующего сигнала Up обратно пропорциональна фазовому углу, при этом совпадают концы задних фронтов кривой напряжения и результирующего сигнала (фиг.2а).

При наличии апериодической слагающей в полном токе зона совпадения начал и концов фронтов кривой напряжения и результирующего сигнала сужается по синусоидальному закону. Это сужение, например, при 30% апериодической слагающей составляет arcsin 0.3 17,5° для каждого квадранта, т.е. ширина зоны срабатывания реле с такой апериодической слагающей будет 145° (фиг.2б), для 70% апериодической слагающей зона срабатывания реле составит 91° (фиг. 2в)..

Когда апериодическая слагающая превышает периодическую в течение целого периода, реле не срабатывает.

Фазные напряжения и ток подаются на входы датчиков напряжения и тока, с выхода которых преобразованные и находящиеся в противофазе напряжения Ui и Ui, U2 и U2 подаются на вход блока 5 сравнения (фиг.З, напряжения Ui и Ua не показаны), причем напряжения на выходе трансреактора U2 и U2 смещены по отношению к первичному току на 90° (исходя из принципа работы разомкнутого трансреактора). Напряжение Ui подается также на вход формирователя импульсов 6. Результирующий сигнал из из блока 5 сравнения подается на формирователь прямоугольных импульсов 7 (фиг.З). В формирователях 7 и 6 сигналы преобразуются в прямоугольные импульсы U4 и Us соответственно (фиг.З). Сформированные в формирователе 7 импульсы U4 подаются на D-входы триггеров 11 и 12. Прямой соответствующий положительной полуволне напряжения импульс с формирователя 6 подается на вход одновибратора 9, а инверсный соответствующий отрицательной полуволне напряжения импульс Ue с инвертора 8 подается на вход одновибратора 10. Импульсы низкого уровня U и Us (фиг.З) с одно вибраторов 9 и 10 подаются на С-входы триггеров 11 и 12 соответственно.

При одинаковом изменении ширины импульсов обоих одновибраторов изменяется зона срабатывания реле без изменения диапазона углрв срабатывания, например при ширине импульсов на выходе обоих одновибраторов 30° зона срабатывания будет находиться в диапазоне 150330°, т.е. диапазсн срабатывания остался 330-150-180°.

В режиме прямого тока в диапазоне углов 0-180° с апериодической слагающей 5 полного тока или без нее передний фронт импульсов с формирователя 7 не совпадает с передними фронтами импульсов с формирователя 6 и инвертора 8, следовательно, не совпадают передние фронты синхронизиру- 10 ющих импульсов с одновибраторов и Юна С-входах триггеров 11 и 12 с импульсами высокого уровня на D-входах этих триггеров. Триггеры не переключаются, реле не срабатывает (фиг.За.б).

5 В режиме обратного тока в диапазоне углов 180-360° с. апериодической слагающей полного тока или без нее передние фронты синхронизирующих импульсов совпадают с импульсами высокого уровня на 0 D-входах триггеров 11 и 12. Триггер 11 переключается, снимает запрет с установочного R-входа триггера 12 (Ug), последний переключается (Uio), реле срабатывает (Uii, фиг.Зв.г).

5 В нормальном режиме, угол между напряжением и током на входе датчиков напряжения и тока принимается близким к нулю. Угол между напряжениями на вторичных обмотках датчиков напряжения и тока 0 (трансреактор не нагружен) составляет примерно 90°. При углах между первичными напряжением и током 0-180° и без апериодической слагающей реле не срабатывает, а при углах 180-360° срабатывает. При 50% 5 апериодической слагающей зона срабатывания реле находится между 210-330°.

Реле не срабатывает при обрыве цепей трансформаторов напряжения, так как в этом случае отсутствуют сигналы с блока 5 0 сравнения (токовый сигнал взаимно компенсируется на входе сумматора 14) и формирователя 6.

Реле обладает высокой помехоустойчивостью, так как его срабатывание при дей- 5 ствии помех может произойти только при двукратном совпадении помехи в коротком промежутке времени действия одновибраторов, т.е. должен совпадать передний фронт сигнала одновибратора 9 с высоким 0 уровнем сигнала формирователя 7 в одном полупериоде и передний фронт сигнала одновибратора 10с высоким уровнем формирователя 7 в другом полупериоде. На всем остальном промежутке времени, когда од- 5 новибраторы не возбуждаются, триггеры 11 и 12 не меняют своего состояния.

На входе блока 5 сравнения в цепях выпрямления применено ы:;.го по одному диоду, в результате чего :ми: нечувствительности по сравнению с ..м снижена

при одновременном упрощении реле. Срабатывание реле обеспечивается при 1 % остаточного напряжения.

Формула изобретения Реле направления мощности, содержащее датчики тока и напряжения, два формирователя прямоугольных импульсов, вход первого из которых подключен к выходу датчика напряжения, а вход второго - к выходу блока сравнения, вход которого подключен к выходам блоков геометрической разности и арифметического суммирования, при этом выход первого формирователя прямоугольных импульсов подключен через последовательно соединенные инвертор и первый одновибратор к С-входу второго D-триггера, D-вход которого подключен к выходу второго формирователя прямоугольных импульсов, и D-входу первого D-триггера. С-вход которого через второй одновибратор подключен к входу инвертора, и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности И упрощения реле, датчики тока и напряжения выполнены в виде промежуточного трансреактора и трансформатора соответственно с двумя одинаковыми последовательно соединенными вторичными обмотками, точка соединения которых подключена к клемме для соединения с общей шиной

устройства, блок геометрической разности выполнен в виде четырех диодов, катоды которых подключены к одномерным выводам вторичных обмоток датчиков напряжения и тока, а блок арифметической суммы

выполнен в виде четырех диодов, аноды которых подключены к разнополярным выводам датчиков напряжения и тока, второй D-триггер снабжен R-входом, соединенным с выходом первого D-триггера, а выход второго D-триггера подключен к исполнительному органу.

Использование: релейная защита линий электропередач с повышенной чувствительностью. Сущность изобретения:, устройство содержит блок сравнения фаз, состоящий из четырехвходового сумматора 12 с одинаковыми входными резисторами 13-16, к каждому входу которого подключены попарно диоды 17 и 18, 19 и 20, 21 и 22, 23 и 24, причем к резисторам 13 и 14 диоды подключены анодами, а к резисторам 15 и 16 - катодами. Катоды каждой пары (.диодов 17, 18 и 19, 20 подключены к однополярным выводам двухобмоточных вторичных обмоток датчиков напряжения 1 и тока 2, аноды каждой пары диодов 21, 22 и 23, 24 подключены к разнополярным выводам датчиков напряжения и тока соответственно. Ширина импульса на выходе сумматора 12 пропорциональна фазовому углу. Фиксация заданного угла осуществляется при совпадении импульсов одновибраторов 7, 8 с сигналом высокого уровня формирователя 5. 3 ил. СО

Фм.1

гч

u

к