Устройство для релейной защиты сети переменного тока от повреждения Советский патент 1980 года по МПК H02H7/26 H02H3/38 

Изобретение относится к электротехнике и предаазначено для защиты сети переменного тока, преимущественно высокого и сверхвысокого напряжения, от коротких замыканий и обрывов на линиях электропередач. При коммутациях в сетях высокого и сверхвысокого напряжения имеет место интенсивный и длительный электромагнитный переходный процесс, состо5пций и ряда гармонических составляющих, отличных от промышленной, который при-, водит в ряде случаев при отсутствии соответствующей отстройки к излишним срабатываниям и задержкам в срабатьша НИИ защиты, реагирующей на электрические величины промышленной частоты. Известно устройство для защиты сети от повреждений, правильно функционирующее в условиях электромагнитного переходного процесса, содержащее измерител ные преобразователи тока и напряжения, фильтры нижних частот, измерительный и ИСПОЛИПТОЛЫЧ.1Й орган и пусковой блок. обеспечивающий нулевые начальн1.е условия на входе фильтра Y. Однако указанное устройство обладает низкой точностью при вь)боре широкой полосы пропускания фильтров или низким быстродействием при выборе узкой полосы пропускания. Кроме того, быстродействие дополнительно теряется в измерительном органе, анализирующем синусоидальные величины. Известно также устройство для получения постоянного сигнала, пропорционального амплитуде той из гармонических составляющих входного сигнала, частота которой задана, - синхронный детектор. (50 и выполненное на его основе устройство для защиты сети высокого напряжения от повреждения 3. Устройст15О защиты содержит первичный измерительный преобразователь тока или напряжения, множители, первые входы которых связаны с измерительным преобразопатплем, вторые - с 1енераторами ортотонлльных колебаний, и выходы через фильтры нижних частот - с исполнительным органом, Прстоянньге сигналы, пропорциональные амплитуде тока или напряжения промышленной частоты анализируются в исполнительном органе, который принимает решение о наличии повреждения, В любой момент времени на выходе множителей кроме полезного постоянного сигнала содержатся гармонические помехи Даже при отсутствии помехи во входном сигнале на выходе множителей будет соде жаться гармоническая помеха двойной частоты генераторов, что снижает точнос Этот недостаток присущ всем устройствам построенным на основе синхронного детек тирования сигнала. Так как фильтры, уста новленные перед исполнительным органом должны пропускать только постоянную составляющую, то они имеют узкую полосу пропускания, характеризуются длитель- ным собственным переходным процессом, И-,установившийся сигнал на их выходе П05голяется через большой интервал времени. Это приводит к низкому быстродействию защиты. Lfeлью изобретения является повышение точности и быстродействия путем сравнения электрических величин в переходном режиме фильтрации. Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее первичный измерительный преобразователь,установленны на защищаемом присоединении, два основнысх множителя, первые входы которых связаны с выходами двух генераторов ор тогональных колебаний промьпиленной час тоты, а выходы множителей через фильтр нижних частот подключены к исполнитель ному органу, в него введена нелинейная отрицательная обратная связь, состоящая из двух дополнительных множителей и сумматора, входы которого подключены к инвертированным выходам дополнитель- ньсх множителей и упомянутого первичног измерительного преобразователя, а выход - ко вторым входам основных множителей, причем первые входы дополнительных множителей соединены с выходами фильтров нижних частот, а вторые с выходами указанных генераторов ортог нальных колебаний. На чертеже изображена структурная схема устройства. Входной сигнал от первичного измери тельного преобразователя 1 (трансформа тор тока или напряжения) подается на вход сумматора 2. Выход сумматора 2 соодинен со входами основных множитеей 3 и 4, вторые входы которых связаы с генераторами 5 и 6 сдвинутых по азе ортогональных колебаний. Выходы ножителей 3 и 4 соединены со входау1И фильтров 7 и 8 нижних частот. Перые входы дополнительных множителей и 10 подключены к выходам фильтров 7 и 8, вторые входы - к генераторам 5 и 6, а их инвертированные выходы - входам сумматора 2, Отфильтрованные сигналы с вьсходов фильтров 7 и 8 подаются в исполнительный орган зашиты. , Работа устройства рассматривается на примере установки генераторов синусоидальных колебаний. В принципе возможно использование генераторов любых ортогональных колебаний, например прямоугольных, пилообразных и т. д. Входной сигнал Х подается на сумматор 2, где из него вычитаются сигналы X и Х, снимаемые с выходов дополнительных множителей 9 и 1О. Результирующий сиг нал X поступает на основные множители 3 и 4, где происходит умножение входного сигнала Х на синусоидальные сигналы генераторов: 2 sin ( ) и 2Со, (WHi ). На выходе множителя 3 будет сигнал X со следующими слагаемыми:а} от составляющей сигнала X промышленной частоты w ц Х (wHt4-M)-2sin(vyHt) А соач + А с.оэ (г w(t Ч) где А амттитуда гармонической составляющей промышленной частоты; фазовый сдвиг гармонической составлякщей промьпиленной частоты по отношению к генерируемому синусоидальному сигналу; б) от гармонической составляющей помехи частоты у/, Х Asin ( 4)() An -COS (NNn-wH) 4-An-CX S M KV«1t t Ifn , где A , - амплитуда и фаза сигнала помехи , г) от постоянной составлякщей сигнала помехи 23in(vv/Ht) где А амплитуда сигнала помехи. Состав сигнала Х на выходе МНОЖ{}- ч теля 4 аналогичный. Итак, на выходе множителя 3 имеется полезный постоянный сигнал А сов и ряд гармонических помех, на выходе множителя 4 полезный постоянный сигнал А (если сигналы от генераторов 5 и 6 сдвинуты по фазе на /г ) и также ряд гармонических .пбмех. Гармонические помехи ослабляются при прохождении через фильтры 7 и 8. Отфильтрованные сигналы Х, и Хд по даются на входы дополнительных множителей 9 и 10, при помощи которых замыкается нелинейная отрицательная обратная связь, охватывающая элементы 3 и 7, а также 4 и 8. Сигнал X на выходе множителя 9 будет содержать га моническую составляющую промышленной частоты (Acos4)-sin(wHt) и осяабяен ную помеху, и на выходе множителя 4 также гармоническую составляющую промьплленнойчастоты ( )co3 ( ) и ослабленную помеху. Сигналы Х и X вычитаются из входного сигнала Х, умен шая сигнал рассогласования X . Процесс продолжается до тех пор, пока сигнал рассогласования -Х не будет минимизнро ван, после чего на вьосоде устройства в сигналах X и XQ будет точно отслежена амплитуда гармонической составляющей входного сигнала промышленной частоты в виде двух постоямных составляющих, равных проекциям выделяемой амплитуды в системе координат, определяемой ге нераторами, т. е. А COS Р и А Sin Ч Эффект от дополнения устройства прототипа элементами 2 и 10 особенно наглядно проявляется, если рассмотреть работу устройства при подаче на вход только полезного сигнала А sir (vynt-t-f) . В этом случае на выходе множителя в устройстве прототипа будут сигналы х X Asin (4vHt4.4)-2sm(vHt)c -Aco&4-v Acoa(2vwHt + 4). Asm ()-2со5(/н). Aem f+Asin(2wHt4 f) . Далее составляющая двойной частоты 2, ii ослабляется фильтрами нижних частот 7 и 8, но все равно присутствует в выходном сигнале.. В данном устройстве после затухания собственного переходного процесса на вы ходе будут только полезные сигналы Xg-Asinf, ; Х., АсоаЧ в точ ности равные проекциям амплитуды входного сигнала. Ст1гнпл рассогласования .()(vA«t)-AsinM-coe(vHt) 0 тождественно равен нулю. Сигнал на выходе фильтров стабилизирован, таким образом повышается точность работы устройства. Полученные отфильтрованные сигналы X и X поступают в исполнительный орган, где сравниваются с уставкой| По результатам сравноиня фиксируется наличие повреждения на защищаемом элеMeiiTS. Для сложньж защит с двумя подве- денньгхли величинами, но.прнмер, типа дистанционной, целесообразно использование двух аналогнчньгх устройств, изображенных на чертеже для двух сравниваемых величин. При этом, выполняя попарное сравнение соответствующих проекций сравниваемых величин, можно на1 более просто получить четьфехуголь ые характеристики срабатьтання зпщпты в плоскости комплексного сопротивления Z , что целесообразно для днсгагщконных . Для удоб-. ства получения характеристик, отличных от прямоугольных. сдЕ11 г фзз генераторов 5 и б вь б ipaют отличающимся от /2 . Изменение во врек5ени сравнпваемых величин в переходаом режиме фильтрации носит экспоненциальный пли близкий к нему характер, что позволяет выполнять сравнение в переходном режиме фильтрации до получения установивших сигналов на выходе фильтра. Таким образом, даже имея достаточно узкую полосу пропускания фильтров 7 и 8, можно получить высокое быстродействие. За счет сравнения в переходлом режиме фильтрации, повьпиается быстродействие защиты, уменьшается опасность появления качаний и асинхронного хода между системами. Формул а р е т е н и я Устройство для релейной з,-1щиты сети еременного тока от повреждения, содеращее первичный измерительный прсоб- . разователь, установленный нп защиишемом рисоединении, два основиьос множителя, ервые входы которых связгзир г г- выходаи двух генераторов ортогои.ч/гым.сх коебаний ПрОМ1 1ШЛОПНОЙ ЧПСТ-ТЫ, . В1,ГХОД1 1 множителей через фильтр яижиих частот

V. 72

подключены к исполнительному органу, отлйяающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия путем сравнения электрических величин в переходном режиме фильтрации, в него введена нелинейная отрицательная обратная связЬр состоящая из двух Дополнительных множителей и сумматора, входы которого подключены к инвертированным выходам дополнительных множителей и упомянутого первичного измерительного преобразователя, а выход -, ко вторым входам основных множителей, причем первые входы дополнительных множителей соединены с выходами фильтров нижних частот, а вторые - с выхо8

дами указанных генераторов ортогональных колебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Сушко В. А. Влияние электромагнитных переходных процессов на работу быстродействующих реле сопротивления. Автореферат кандидатской диссертации, ,МЭИ, 1962.

2.Справочник по телевизионной технике, ГЭИ, М-Л., 1962, т. I, с. 421.

3.Беличенко В. И. и др. Синтез помехоустойчивого устройства быстродействующей релейной защиты. Известия ВУЗов, электромеханика, N9 8, 1974,

с. 896-899 (прототип).