Установка для электродинамических испытаний устройств релейной защиты и автоматики Советский патент 1992 года по МПК G01R35/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, и может быть использовано для исследования, разработки, испытания, наладки и диагностирования устройств релейной защиты и автоматики, в том числе и многоплечевых быстродействующих дифференциальных защит.

Известны устройства для воспроизведения и моделирования входных воздействийпридиагностированиифункционирующих устройств релейной защиты и автоматики (УРЗА), содержащие ис точник контрольного сигнала, коммутационные аппараты, промежуточные трансформаторы тока (ТТ). Эти устройства предполагают моделирование только установившихся процессов короткого замыкания (КЗ) и рекомендуются для испытания простых токовых защит неответственных присоединений в схемах электроснабжения 6-35 кВ из-за ограниченного диапазона моделируемых режимов.

Известно устройство испытания УРЗА в переходных процессам (ПП) путем физического моделирования ПП в трехфазной цепи, содержащее понижающие трансформаторы, мощный линейный регулируемый дроссель, физические модели ТТ и схему управления.

Однако это устройство стационарно, громоздко, материалоемко и не позволяет достаточно полно ибследовать работы дифференциальных защит, т.к. в нем моделируется ток короткого замыкания только для одного плеча защиты, и таким образом, исключается, например, испытания дифференциального реле в режимах внутреннего КЗ со сдвинутыми по фазе токами, а также токами со Свободными гармоническими составляющими и в других режимах.

Известно устройство воспроизведения ПП для испытания реле в натуральном масштабе времени, содержащее аналоговую вычислительную машину и усилитель мощности собранный по схеме источника тока

со С

VI 00

4 О

к

00

Это устройство позволяет испытывать простые и сложные реле, например реле направления мощности, при переходных процессах с учетом искажений, вносимых измерительными ТТ. Однако оно не позво- 5 ляет исследовать работу реле дифференциальных защит в сложных режимах ПП, например, КЗ со сдвинутыми по фазе токами, ток КЗ с высокочастотными составляющими. Кроме того, оно занимает весьма 10 большие размеры производственных площадей (гром9здко), сложно и трудоемко в эксплуатации, f.k. Hy KftaeTCJjjB постоянной настройке.

Известно также устройство для воспро- 15 изведения ПП путем моделирования переходного тока короткого замыкания, которое содержит бл ок запуска, блок моделирования первичного тока ПП, модели ТТ. фазос- двигающие устройства, усилители тока. По 20 сути и по принципу действия это устройство является электронно-аналоговой моделью ПП входных сигналов дифференциальной защиты, содержащей известную аналоговую модель первичных токов КЗ и электрон- 25 но-аналоговые модели ТТ, выполненные на микроэлектронных элементах и имеющее поэтому уменьшенные массогабаритные размеры. Однако такое моделирование входных сигналов ПП для УРЗА имеет огра- 30 ничения в реализации всего необходимо диапазона режимов для проверки работы УРЗА из-за значительного усложнения и увеличения количества моделирующих блоков. Например, для моделирования трех- 35 фазного броска намагничивающего тока или тем более тока КЗ с высокочастотными и субгармоническими свободными составляющими потребуется большое количество блоков моделирования первичного тока, 40 каждый из которых воспроизводил бы свою гармонику и для данного режима требующей своей отдельной, точной и длительной настройки. Также для моделирования таких режимов как бросок тока намагничивания 45 силового трансформатора потребуется отдельный блок мбделирования первичного тока такого режима, т.к. требуется реализация другой математической модели режима. Кроме того, для моделирования вторичных 50 токов различных ТТ, соединенных в разные схемы, в этом устройстве требуется индивидуальная и длительная настройка блоков нелинейности в моделях ТТ и значительное усложнение последних при моделировании, 55 например, каскадных ТТ,

Известно также устройство воспроизведения ПП, используемое для контроля метрологических характеристик функциональных преобразователей (его варианты)

то устройство, содержащее управляющую вычислительную машину (УВМ), три цифро- налоговых преобразователя (ЦАП), генераор, счетчик, два запоминающих блока (ЗУ), умматор и осциллограф, по приведенной в описании области применения и структуре ожет применяться лишь только с целью контроля метрологических характеристик, воспроизводить только сигналы периодичеких функций неизменных от периода к периоду и лишь только для контроля ункциональных слаботочных преобразователей аналоговых вычислительных машин систем автоматики. Это ограничение очевидно из анализа работы по описанию устройства, в котором формирование митационных сигналов производится заменой аргумента t на периоде изменения периодической функции аргументом N/i. Иначе периодическая функция на своем периоде заменяется N значениями, где N - отношение частоты дискретизации к частое сигнала. Таким образом, задаваясь N (например N 256) можно получить определенную и постоянную погрешность преобразования на выходе ПАП для данной астоты имитируемой периодической функции. Такой структурой построения достигается высокая точность преобразования при расширении диапазона частот.

Однако это устройство по своим возможностям, обусловленным данной структурой, имеет ограниченную область применения по диапазону испытаний различных УРЗА и не возможности воспроизведения непериодических ПП. Так, например, при воспроизведении апериодических составляющих в токах КЗ, в бросках токов на- магничивания,затухающих

высокочастотных слагающих токов КЗ, насыщениях ТТ в ПП и других непериодических ПП потребовалось бы значительное количество запоминающих блоков с изменяемым объемом памяти и изменяемой в каждом периоде структурой управления. Количество и структура управления этих запо- минающих блоков зависела бы от необходимого & данный момент ПП и контролируемого УРЗА. Это усложняет устройство и не отвечает требованию универсальности, повышает сложность настройки и эксплуатации, увеличивает время испытания, ограничивает область применения и диапазон воспроизводимых ПП в виде периодических функций для контролирования слаботочных отдельно взятых аналоговых узлов УРЗА.г

Таким образом еречисленн ые устрой- ( ства, в том числе и прототип, имеют ограни- чения по диапазону характеристик

воспроизводимых сигналов ПП. по диапазону контролируемых УРЗА (например, слож- ные режимы ПП для испытания многоплечевых дифференциальных защит) т.к. они не обладают универсальной струк 5 турой,независимой ни от характера моделируемого ПП, ни от вида замещаемого объекта, ни от вида УРЗА7и не обладают возможностью испытания УРЗА в целом, не

расчленяя на отдельные функциональные 10 преобразователи, в условиях максимально

приближенных к реальным условиям работы УРЗА в эксплуатации.

В целом, указанные устройства, в том числе и протбтип, не удовлетворяют совре- 15 менным требованиям универсальности, диапазону функциональных возможностей ни по одному из видов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет 20 возможности воспроизведения непериодических переходных процессов при воздействии на более широкий диапазон номенклатуры контролируемых объектов путем упрощения и универсализации струк- 25 туры установки для электродинамических испытаний устройств релейной защиты и автоматики.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тесто- 30 вых воздействий, генератор тактовых импульсов, счетчик, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, клеммы для подключения контролируемого УРЗА, введены первый и второй 35 формирователи коротких импульсов, логический инвертор НЕ, логический элемент И, RS-триггер, дешифратор, переключатель, первая и вторая группы цифроаналоговых преобразователей.40

В устройстве все признаки, указанные отличительной части формулы изобретения, проявляют в процессе взаимодействия присущие им известные свойства, дающие каждый в .отдельности известный 45 положительный эффект. При этом обеспечивается сверхсуммарный технический эффект, обусловленный совокупностью указанных признаков, заключающийся в обеспечении реализации большего диапа- 50 зона ПП при неизменности и независимости структуры блоков и связей между ними от форм воспроизводимых сигналов переходного процесса и от вида контролируемого УРЗА, за счет применения 55 цифроаналоговых усилителей тока и напряжения, имеющих однотипную (универсальную) структуру преобразования информации и единую структуру и протокол внешнего управления этим преобразованием в каждом канале независимую ни от количества каналов ни от содержания преобразуемой информации.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства воспроизведения переходных процессов в электрических цепях; на фиг.2 - основные осциллограммы входных и выходных сигналов элементов устройства в процессе преобразования информации ПП; на фиг.З- - натурные осциллограммы аналоговых сигналов непериодических ПП на выходе устройства, сфотографированные с индикатора типа ИМ-789 и осциллографа С1-76

Устройство (фиг.1) содержит генератор тестовых воздействий (ГТВ) 1, логический инвертор НЕ 2, вход которого, объединенный с входом первого формирователя короткого импульса ФКИ 1 3 и с входом положительного инкрементирования единицы двоичного счетчика GT4 , подключен к управляющему синхровыходу ГТВ 1, управляющий синхровход которого подключен к выходу второго формирователя короткой импульса ФКИ 2 и 5, вход которого соединен с выходом логического элемента И 6, первый вход которого соединен с выходом- инвертора 2, а второй вход - с инверсным выходом RS-триггера 7, R-вход которого через переключатель блоков S1 8 подключен к соответствующему адресному выходу дешифратора DC 9, управляющий вход которого соединен с выходом ФКИ 1 3, а адресные входы - с информационными выходами счетчика 4, вход обнуления которого объединен с S-входом RS-триггера и подключен к выходу генератора тактовых импульсов ГТИ 10.

Генератор ГТИ 10, вырабатывая сигнал преобразование, подключен своим выходом к синхровходам всех блоков ЦАП, первой 11 и ЦАП второй 12 групп ЦАПов, информационные входы которых объединены и подключены к общей информационной шине, соединенной с выходом информационной шины ГТВ 1. При этом выходы ЦАП первой группы 11 являются соответствующими выходами установки по току, а второй группы 12 - по напряжению.

В качестве ГТВ 1 может быть использована любая микроЭВМ либо персональный компьютер, имеющие физические выходы управляющих и информационнчх шин, инвертор НЕ 2, счетчик 4, олемент И 6, дешифратор 9, ЦАП групп 11 и 12 являются функционально законченными микросхемными модулями и подключены по итсест- ным схемам.

Формирователи коротких импульсов ФКИ 1 3 и ФКИ 2 5, генерлор IТИ IO

собраны по известным схемам. Связи в устройстве выполнены по магистрально-мо- дульному принципу с асинхронным протоколом обмена.

Устройство, согласно предлагаемому изобретению, работает следующим образом. Заранее введенная любым способом информация о необходимом для воспроизведения в данный момент ПП располагается в определенной последовательности в оперативной памяти ГТВ 1. Переключателем S1 8 выбирается необходимое количество i токовых () и j каналов напряжения О Ю в зависимости от вида и количества (n 1+J) входных электрических цепей данного испытуемого УРЗА, подключенного к выходным клеммам группы ЦАП 11 и группы ЦАП 12.

После пуска программы вывода информации из ГТВ 1 одновременно с появлением первого байта информации на выходе информационной шины, на управляющем син- хровыходе ГТВ 1 появится первый сигнал СИМ (на фиг 2 показаны осциллограммы работы для ( 3 + ), который при поступлении через инвертор НЕ 2, логический элемент И 3 и ФКИ2 5 обеспечивает через определенное время (необходимое для записи информации) появление сигнала СИП на синхровходе ГТВ 1 для подготовки выдачи очередного сигнал СИП и соответствующего байта информации.

Очередной сигнал СИМ, поступая на вход положительного инкрементирования единицы счетчика 4 и увеличивая его выходной двоичный код на единицу, подаваемый на адресный вход дешифратора 9, через ФКИ1 3 спустя время (определяемое временем инкрементирования счетчика 4) поступает также на управляющий вход дешифратора 9, заставляя его последовательно во времени в соответствии с номерами поступающих сигналов СИМ выставлять на свих соответствующих выходах сигналы

Запись 1. Запись 2 Запись (I, j) и так

далее. При появлении сигнала СИМ с номером , на n-ном выходе дешифратора, к которому подключен переключатель S1 8, RS-триггер 7 изменит свое состояние и на втором входе элемента И б исчезнет сигнал логической единицы, что приведет к прерыванию прохождения ответных сигналов СИП на синхровход ГТВ 1, в результате этого он перейдет в режим ожидания. Таким образом обеспечивается выдача из ГТВ 1 выбранного числа байтов информации о ПП на первом цикле для выбранного числа каналов цифроаналогового преобразования информации.

При поступлении очередного сигнала Запись (I, j) на вход разрешение записи соответствующего ЦАПа с адресных выходов дешифратора 9 соответствующий байт

информации и устанавливается на входе ЦАПа с соответствующим адресом (номером).

При генерировании очередного импульса генератор ГТИ 10, подключенный к входу

0 обнуления счетчика 4 и S-входу RS-триггера 7 переводит в исходное (нулевое) состояние информационные выходы счетчика и возвращает в исходное состояние RS-триггер 7, положительным фронтом выходного им5 пульса которого через элемент И 6 ФКИ2 5 вырабатывает ответный сигнал СИП, что позволит ГТВ перейти от режима ожидания к новому (очередному) циклу преобразования информации, при генерировании очередноо го импульса от генератора ГТИ 10 (сигнал Преобразование) по общей линии поступает также на синхровходы всех каналов цифроаналогового преобразования, которые воспроизводят в аналоговом виде оче5 редную координату (байт информации) переходного процесса в соответствующей входной цепи подключенного УРЗА. Таким образом достигается синхронное преобразование и воспроизведение ПП на всех вы0 ходах предлагаемого устройства.

По количеству каналов преобразования устройство не имеет принципиальных ограничений. Оно Определяется лишь выбранным типом счетчика и дешифратора (так,

5 например, при К 155 ИЕ 7 и К156 ИДЗ - оно ограничено 16-ю). Точность воспроизводимых ПП определяется быстродействием ГТВ и количеством выбранных каналов (так для микроЭВМ Электроника ДЗ-28 и для

0 8-МИ каналов можно получить точности воспроизведения ПП не менее 100 точек на период промышленной частоты). Длительность воспроизоодимых ПП при заданной точности определяется объемом оператив5 ной памяти ПЭВМ.

Таким образом, поставленная цель изобретения - расширение функциональных г возможностей устройства воспроизведения переходных процессов в электрических це0 пях достигается за счет упрощения и унификации структуры устройства, ее независимостью от параметров, режимов и форм переходных процессов, от видов контролируемых УРЗА,от видов замещаемых

5 объектов. Получены также качественно новые возможности: многократного и точного повторения ПП; увеличение глубины диагностического контроля при отсутствии изменений и дополнений во внутренней структуре УРЗА.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства зависят от области применения и использования и расчет эффекта в полном объеме не представляется возможным из-за отсутствия отечественных методик технико-экономических расчетов по критериям надежность и устойчивость функционирования УРЗА, ущербов от ненадежности электроэнергетических систем или аналогичным критериям. Кроме этой составляющей эффекта, определяемой всесторонней оценкой устойчивости функционирования и глубиной диагностического контроля без создания дополнительных и специально индивидуальных для каждого УРЗА устройств диагностирования, предлагаемое устройство имеет составляющую эффекта от экономии энергетических, материальных и трудовых затрат зависящую на каждом производственном или лабораторном испытании от вида УРЗА, количество которых на крупных эле риче- ских станциях доходит до нескольких сотен, а также при разработке и наладке новых УРЗА, при непредвиденном изменении условий эксплуатации уже установленных или запроектированных к установке УРЗА. Для этого достаточно иметь информацию о тех ПП, в которых УРЗА должно быть устойчиво функционировать, полученную при осцил- лографировании аварии в действующей системе, либо зафиксированную при производственных испытаниях, полученную на физических моделях или расчетах на ЭВМ

Устройство обладает свойством универсальности применения и поэтому конкретная оценка эффективности его использования зависит от его распространения в исследовательских проектных, наладочных и эксплуатационных организаций и предприятий энергосистем.

Формула изобретения Установка для электродинамических испытаний устройств релейной защиты и автоматики, содержащая генератор тестъвих воздействий, первый и второй цкфроанало- говые преобразователи, двоичный счетчик и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом обнуления двоичного счетчика отличающаяся тем что с целью расширения функциональных возможностей за счет возможности воспроизведения непериодических переходных процессов, в него введены первый и второй формирователи коротких импульсов, инвертор, дешифратор, элемент И RS-триггер, переключатель и первая if вторая группы

цифроаналоговых преобразователей, информационные входы которых объединены с информационными входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей и подключены к выходной информационной

шине генератора тестовых воздействий, выход первого цифроаналогового преобразователя и выходы цифроаналоговых преобразователей первой группы являются соответствующими выходами установки по

току, а выход второго цифроаналогового преобразователя и выходы цифроаналоговых преобразователей второй группы - соответствующими выходами установки по напряжению, входы разрешения запис и

всех цифроаналоговых преобразователей соединены через шину с соответствующими адресными выходами дешифратора, один из которых через перекМочатеяь подключен к R-входу триггера, соединенного S-входом

с выходом генератора тактовых импульсов и с объединенными синхровходами цифроаналоговых преобразователей, управляющий синхровыход генератора тестовых воздействий соединен с входом инвертора,

объединенным с входом первого формирователя коротких импульсов и со счетным входом двоичного счетчика, управляющий синхровход генератора тё стовых воздейст- вий подключен к выходу второго формирователя коротких импульсов, вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого подключен к выходу инвертора, а второй - к инверсному выходу триггера, адресные входы дешифратора

подключены к соответствующим информационным выходам двоичного счетчика, а вход синхронизации дешифратора соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов.

Использование: предназначено для испытаний при исследовании,разработке, наладке, настройке, диагностировании и производственной эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики. Сущность изобретения: устройство содержит генератор тестовых воздействий, логический инвертор, формирователи короткого импульса, двоичный счетчик, логический элемент, RS- триггер, переключатель блоков, дешифратор, генератор тактовых импульсов, цифроаналоговые преобразователи. 3 ил.

OD CVJ СТ Т

со г I -h (Гдюпиос инпт-ыаосЬни

КI1 I

JV-iii

/

РР

л //

llrl

r + lsU

Ггй4

9

U e

Г

1

„цапнодоеоадозйц

-Е

о////

55ИО/

П П П П П П

л

о

J

(Т П П П П ПП П П П П П

П

(L

-д со i.

со

М

со

Фиг. 2