Дискретное реле сопротивления Советский патент 1979 года по МПК H02H3/40 H01H83/16 

1

Изобретение относится к устройствам релейной защиты и предназначено для применения в дистанционной защите высоковольтной линии (вл) электропередачи.

Известны реле сопротивления, предназначенные для дистанционной защиты высоковольтной линии электропередачи 1.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является дискретиое реле сопротивления, содержащее число-импульсный преобразователь и блок сброса, входы которых подключены к выходам время-импульсных трансформаторов тока и напряжения, счетчики импульсов, счетный вход первого из которых соединен с выходами число-импульсного преобразователя, а вход сброса подключен к выходу блока сброса, блоки дистанционной выборки, входы которых соедииены с соответствующими выходами первого счетчика импульсов, и блоки совпадения 2.

Однако известное дискретное реле сопротивления характеризуется ограниченными функциональными возможностями. При его практическом использовании в дистанционной защите линии электропередачи требуется установка отдельного органа выдержки времени.

Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей устройства путем реализации независимой и зависимой характеристик выдержки времени.

Цель достигается тем, что дискретное реле сопротивления, содержащее число-импульсный преобразователь и блок сброса, входы которых подключены к выходам время-импульсных трансформаторов тока и напряжения, счетчики импульсов, счетный вход первого из которых соединен с выходами число-импульсного преобразователя,а вход сброса подключен к выходу блока сброса, блоки дистанционной выборки, входы которых соединены с соответствующими выходами первого счетчика импульсов, и блоки совпадения, дополнительно снабл ено блоками временной выборки, стробирующими триггерами, управляемыми ключами и

блоками задержки, причем входы блоков вре.меиной выборки подключены к соответствующим выходам второго счетчика импульсов, счетный вход которого через последовательно включенные ключи соединен

со счетным входом первого счетчика импульсов, выход первого блока дистанционной выборки подключен к одним из входов первого и второго стробирующих триггеров, выход второго блока дистанционной выборки соединен с одним из входов третьего етробирующего триггера, выход третьего блока дистанционной выборки подключен к одним из входов четвертого и нятого стробируюгцих триггеров, входу управления нервого ключа и счетному входу второго счетчика имнульсов, выход нервого блока временной выборки соединен с одним из входов нервого блока совнадення, выхо/i второго блока временной выборки нодключен к одному из входов ншстого етробирующего триггера, а другие входы первого, третьего и шестого стробирующих триггеров соединены с выходом блока сброса н входами первого блока задержки и второго и третьего блоков соннадения, другие входы второго и нятого стробирующих триггеров подключены к выходу нервого блока задержки, другой вход четвертого етробирующего триггера соединен с выходом второго блока совпадения, другой вход которого соединен с выходом нятого стробируюЕцего триггера, выход первого етробирующего триггера подключен ко входу управления второго ключа, выход второго етробирующего триггера соединен с одним из входов третьего блока совпадения, выход третьего етробирующего триггера подключен к одному из входов четвертого блока совпадения, другой вход которого соедипен с выходом щестого стробируюн;его триггера, при этом выход четвертого етробирующего триггера соединен со входом второго блока задержки и другим входом нервого блока совпадения, а выходы третьего блока совпадения и второго блока задержки соединены со входом сброса второго счетчика имиульсов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема описываемого устройетва; на фиг. 2 изображены временные диаграммы сигналов на выходах отдельных функциональных блоков (в еоответствии е их цифровыми обозначениями) как при нормальном режиме, так и нри коротком замыкании (к. з.) в первичной цени (без изменения фазы).

Дискретное реле полного сопротивления (см. фиг. 1) в отличие от прототипа использзет не число-импульсные, а время-импульсные информационные сигналы. Эти сигналы образуются на выходах время-импульсного трансформатора тока (ВИТТ) 1, который содержит первичный нреобразователь (магнитный ТТ) 2, интегратор 3, время-имнульсный преобразователь 4, и время-импульсного трансформатора 5 напряжения (ВИТН), в состав которого входят первичный преобразователь (маломощный ТН) 6, интегратор 7, время-импульсный преобразователь 8.

Число-импульсный преобразователь 9, являющийс5 общим и состоящий из мультивибратора 10 и ключей 11, 12, в данном случае установлен непосредственно на нанели реле.

Кроме того, в состав реле входят блок 13 сброса с триггером 14 и дифференцирующим усилителел 15, счетчики 16, 17 импульсов, блоки 18-20 дистанционной выборки, блоки 21, 22 временной выборки, блоки 23, 24 задержки, стробирующие триггеры 25-30, ключи 31, 32 и блоки 33-36 совпадения. Магнитный ТТ 2 осуществляет преоб)азовапие первичного тока t (см. фиг. 2, и), защищаемой ВЛ во вторичное напряжение 111 (ем. фиг. 2, б) со сдвигом на 90° в сторону опережения, а маломощный ТН 6 преобразует напряжение ВЛ и во вторичное

нанряжение Uu (см. фиг. 2, в), сохраняя фазу неизменной. Режим дифференцирования, выбранный для магнитного ТТ, нозволяет обеспечить наименьшие погрещности первичного преобразования в случае искажения первичного тока г апериодической составляющей.

Во время-имцульеных измерительных трансформаторах 1 и 5 предусмотрено нолунериодное (в течение положительных полупериодов) интегрирование напряжений U} и Uu соответственно интеграторами 3 и 7, а также преобразование (в течение отрицательных полупериодов) результатов интегрирования во временные интервалы с помощью время-имнульсных преобразователей 4 и 8.

Следует заметить, что алгоритмы функционирования для время-импульсных нреобразователей 4 и 8 выбраны различные.

Преобразователь 4 формирует време}1ные интервалы т/ в соответствии с выражением

/ :i а In- ,(1,а)

мин

а преобразователь 8 вырабатывает интервалы т:и, определяемые как

макс

(1,6)

-и :: а In

и

и t/.макс - разносторонние пределы изменения параметров преобразования; а - конструктивная ностоянная.

Число-имнульсный преобразователь 9 производит заполнение временных интервалов п и Тс/ импульсами высокой и стабильной частоты /м с выхода мультивибратора

10. Таким образом, на выходах ключей 11 и 12 периодически (в течение отрицательных полупериодов Ui и Uu) появляются числоимпульсные сигналы NI и NU (см. фиг. 2, г и 2, д}, отображающие в конечном счете

действующие значения первичных тока / и напряжения U за время их положительных полупериодов:

Л// .-. /„т м In - , (2,а)

«мин Mln Aliir;u M /M . Чис.ло-нмпу.лыные сипиьлы Л , и .Vf вогнриннмаются счетчиком 16 импульсов. Ежрпериодная установка этого счетчика в исходное состояние осуществляется с помощью бдока 13 сброса. В данном техническом рен1е;гии принято производить сброс по каждому второму из совокупности время-импульсных сигнадов с выходов ВИТТ 1 и ВИТН 5. Яд я этой цеди в блок 13 сброса введен триггер 14, управляюьцийся по счетному входу задними фронтами время-импудьсных сигнадов, т. с. триггер 14 каждый раз считает до двух (см. фиг. 2, е, посде чего через дифференцируютций усилитель 15 (см. фиг. 2, ж устанавливает счетчик 16 в исходное состояние. Подобная конструктивная реализация процесса сброса обеспечивает в течение каждых 20 мс восприятие счетчиком 16 тодько двух (разноименных) число-импульсных сигналов (см. фиг. 2, з) при любом сдвиге по фазе между первичными 1 и и. Счетчик 16 осуществляет ежеперподное суммирование чисдо-импудьсных сигнадов NI и NV: yV J - Л ц гт м In -h 2 мин | М In iii М In иz Таким образом, на счетчике 16 в каждые 20 мс фиксируется число Лi , отображающсе в логарифмическом масштабе параметр, обратный сопротивдеиию Z на зажимах реле, т. е. фактически - проводимость на его зажимах. Уставка Л iблока дистанционной выборки 18 соответствует сопротивлению ZnyoK на входе реле, нрн достижении которого (сверху вниз) происходит пуск органа зависимой выдержки времени. Слцнал на выходе блока 18 выборки (см. фиг. 2, iC появляется при пост д1лении на счетчик 16 количества имиульсов Л- i Именно с помощью блока 18 выборки осуи1ествляется формирование зависимого участка характеристики выдержки времени реле. Для этого импульсы с выхода блока 18 выборки через триггер 25 (см. фиг. 2, к управляют замыкающим ключем 31. Подобное управление предусматривает прохождение через данный ключ в течение каждых 20 мс количества импульсов ДЛ j (см. фиг. 2, .7), определяемого как M In . 7. Ежеперйодные пачкп с кодичеством имцудьсов ДЛ 1воспринимаются счетчиком 17. Первоначальная установка этого счетчика в исходное положение осуществдяется с помощью совокупности блоков 23, 28 и 33. Анадиз временных диаграмм сигналов на выходах указанных блоков (см. фиг. 2, .If, н, о) показывает, что принятое функциональное построение обеспечивает надежный ел епериодный сброс счетчика 17 при отсутствии к. 3. на ВЛ и в случае повышения сопротивления Z на зажимах реле (после ликвидации или исчезновения повреждения) до величины . При замыкании ключа 31 счетчик 17 осуществляет суммирование пачек АЛ . В момент достижения этой суммой определенного, заранее выбранного, значения ., на выходе блока 22 временной выборки появляется сигнал (см. фиг. 2, /г), который свидетельствует об отсчете выдержки времени /лав, соответствующей сопротивлению Z на зажимах реле именно при данном к. з. Для /зав с достаточной степенью приближения справедлива следующая зависимость от Z; 4ав 0,02 0,02f - символ ближайщего больщего целого числа при наличии дробного отношения в круглых скобках. Сигнал с выхода блока 22 временной выборки запоминается триггером 30 (см. фиг. 2, р) и поступает на один из входов блока 36 совпадения. На другой его вход подается сигнал с выхода блока 19 дистанционной выборки (см. фиг. 2, с), зафиксированный триггером 26 (см. фиг. 2, т:}. Бдок 19 дистанционной выборки совместно с триггером 26 выполняет функцию измерительного органа зависимой ступени дистанционной защиты. Уставка N , блока выборки 19 выбирается соответствующей сопротивлению Zcp. зав, т. е. сопротивлению ца зажимах реле цри к. з. в конце зоны, защищаемой с зависимой характеристикой выдержки времени (с учетом участка резервировапня). Сигнал на выходе блока 36 совпадения (см. фиг. 2, г/) ;..сви7

детельствующий об отсчете выдержки времени /зав, может появляеться лишь при срабатывании блока дистанционной выборки, или лишь при к. 3. в пределах указанной зоны, когда N j

.эав

Анализ выражения (5) позволяет сделать следуюпдие выводы.

Зависимая характеристика выдержки времени имеет ступенчатый характер, причем ступень дискретизации по времени практически составляет 0,02 с.

Выражение для крутизны характеристики выдержки времени может быть получено путем дифференцирования выражения (6) без учета символа целой части: dt n,, - /7

(6)

Полученное выражение показывает, что крутизна характеристики выдержки времени может изменяться в большей степени с изменением величины Nt , и в меньшей степени с изменением значения 2пуск.

Наличие двух независимых аргументов зав пуск) дает возможность подбирать характеристику выдержки времени, проходящую через любые две заданные точки (Z,, /зав, и Zj, /зав, ), Т. е. практически с любой крутизной.

Конструктивное построение данного реле вместе с осуществлением дистанционного измерения и формированием зависимой характеристики выдержки времени предусматривает также без существенных усложнений реализацию дистанционного органа с независимой характеристикой выдержки времени (мгновенного действия). Таким образом, описываемое устройство обеспечивает выполнение двухступенчатой дистанционной защиты и обладает комбинированной характеристикой выдерл ки времени.

Уставка Zcp. „ез независимой ступени защиты отстраивается от сопротивления защищаемой ВЛ Z.n в соответствии с выражением

0,85Z,

Z,

(7)

ср.иез

И задается с помощью блока 20 дистанционной выборки, настроенного на число

N , .

cji.Hes

При К. 3. В зоне действия независимой ступени, когда

.nes; ,

.нез

сигналом с выхода блока 20 выборки размыкается ключ 32 во входной цепи счетчика 17. Кроме того, этим же сигналом через триггер 27 и блок 24 задержки производится сброс счетчика 17. Время действия независимой ступени отстраивается от време)ги действия разрядников и набирается счетчиком 17, суммирующим импульсы (по одному за период) с выхода блока 20 выборки. В момент достижения этой суммой

определенного, заранее выбранного, значения A(j.j на выходе блока 21 временной выборки появляется сигнал, который свидетельствует об отсчете выдержки вре.мени /не;). Блок 35 совпадения, будучи подготовленным сигналом с выхода триггера 27, реализуется, и ступень срабатывает.

Совокупность блоков 23, 29 и 34 используется для предотвращения срабатывания независимой ступени, когда при наличии

к. 3. для сопротивления Z на зажимах реле имеет место

ср-нез С Z -% гтуск

Т. е. когда блок временной выборки нриводится в действие неселективно. В этом случае сигнал с выхода блока 34 совпадения, воздействуя на триггер 27, блокирует стробирование блока 35 совпадения.

Фор м у ,л а изобретения

Дискретное реле сопротивления, содержаи1ее число-и.мпульсный преобразователь и блок сброса, входы которых подключены

к выходам время-импульсных трансформаторов тока и напряжения, счетчики импульсов, счетный вход первого из которых соединен с выходами число-импульсного преобразователя, а вход сброса подключен к

выходу блока сброса, блоки дистанционной выборки, входы которых соединены с соответствующими выходами первого счетчика импульсов, и блоки совпадения, отличающееся тем, что, с целью расширения

функциональных возможностей путем реализации независимой и зависимой характеристик выдержки времени, в него доиолнительно введены блоки временной выборки, стробирующие триггеры, управляемые

ключи и блоки задержки, причем входы блоков временной выборки подключены к соответствующим выходам второго счетчика импульсов, счетный вход которого через последовательно включенные ключи соедийен со счетным входом первого счетчика импульсов, выход первого блока дистанционной выборки подключен к одним из входов первого И второго стробирующих триггеров, выход второго блока дистанционной

выборки соединен с одним из входов третьего стробирующего триггера, выход третьеIO блока дистанционной выборки подключен к одним из входов четвертого и пятого стробирующих триггеров, входу управления

первого ключа и счетному входу второго счетчика импульсов, выход первого блока временной выборки соединен с одним из входов первого блока совпадения, выход второго блока временной выборки подключей к одному из входов шестого стробирующего триггера, а другие входы первого, третьего и шестого стробирующих триггеров соединены с выходом блока сброса и входами первого блока задержки и второго и третьего блоков совпадения, другие входы второго и пятого стробирующнх триггеров подключены к выходу первого блока задержки, другой вход четвертого стробирующего триггера соединен с выходом второго блока совпадения, другой вход которого соединен с выходом пятого стробирующего триггера, выход первого стробирующего триггера подключен ко входу управления второго ключа, выход второго стробируюniero триггера соединен с одним из входов третьего блока совпадения, выход третьего

стробирующего триггера подключен к одному из входов четвертого блока совпадения, другой вход которого соединен с выходом шестого стробирующего триггера, выход четвертого стробирующего триггера соединен со входом второго блока задержки и другим входом первого блока совпадения, а выходы третьего блока совпадения и второго блока задержки соединены со входом сброса второго счетчика импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 202287, кл. Н 02Н 3/40, 1966.

2.Авторское свидетельство СССР № 425261, кл. Н 02Н 3/40, 1974.

о i о

61 С

S Б О

о

е I С

:5

, °

ih,2 О

if ./

О 33

г,

о

22 г

3D О

/5

С

о

2S О

,71

Jff О

г