Реле направления мощности Советский патент 1982 года по МПК H02H3/38 H01H83/18 

(54) РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Изобретение относится к релейной защите и автоматизации электрических систем и предназначено для защиты сетей от междуфазных коротких замыканий.

Известны реле направления мощности, в которых к обмоткам трансформаторов подключены конденсаторы, настраивающие входные цепи в резонанс на основной частоте. Резонансный фильтр в цепи напряжения одновременно выполняет функцию контура памяти.

Создаваемые подобным образом контуры памяти обладают невысокой добротностью, их настройка затруднена, а потребление велико, поскольку трансформаторы в этом случае выполняются с зазором и имеют небольшое сопротивление Нс1магничивания.

Наиболее близким к гд едлагаемому является реле направления мощности где резонансные фильтры выполнены в виде отдельных блоков, включаемых трансформаторами и входами блока сравнения. В этих реле имеется возможность создать контур памяти с высокой добротностью, простой наст- ройкой и мёшым потреблением.

Однако в аварийных режимах, когда напряжение на входе трансформатора

резко понижается, он является источником сигнала помехи в виде медленно затухающей апериодической составляющей. Поступая на вход резонансного фильтра, помеха искажает фазу его выходного сигнала, что приводит к нежелательному смещению зоны работы реле. В тех случаях, когда измерительный трансформатор напряжения

10 подсоединен к линии за выключателем, контур памяти при включении линии на к. 3. не выполняет своих функций, т.е. оказывается ненужным. Обладая инерционностью, он в этом режиме

15 снижает быстродействие реле.

Целью изобретения является уменьшение влияния апериодической составляющей напряжения на работу реле и повышение быстродействия при Ьключе20нии защищаемой линии на короткое замыкание. .

Поставленная цель достигается тем, что в реле направления мощности, содержащем блок сравнения фаз и

25 резонансный фильтр, используемый в качестве контура памяти и подключенный через балластный резистор ко входу реле, выход упомянутого фильтра ;Нормально отключен от блока сравне30ния фаз, вход которого в.это время

соединен со входом фильтра. И лишь когда на входы фильтра и блока сравнения фаз поступает апериодический сигнал, вход блока сравнения как бы переключается со входа фильтра на ег выход. Появление апериодического .сигнала улавливается схемой, реагирующей на его длительность. Поскольку контактное переключение в современных схемах реле направления мощности применено быть не может, схема коммутации построена с использованием бесконтактного интегрального переключателя.

В реле введены переключатель, сумматор и последовательно соединенные .двухполупериодный выпрямитель, поро.говый. элемент, элемент времени и инвертор. Цепочка каскадно соединенных .блоков выявляет апериодический сигна и-управляет переключателем, который совместно с сумматором обеспечивает подачу на блок сравнения фаз сигнала то со входа реле, то с выхода фильтра. Для этого первый коммутирующий вход переключателя- соединен со входом резонансного фильтра и с первым входом сумматора, второй коммутирующий вход переключателя соединен со вторым входом сумматора и через второй балластный резистор с выходом резонансного фильтра, первый и второй управляющие входы переключателя подключены соответственно к выходаг/1 элемента времйни и инвертора, вход двухполупериодного выпрямителя подключен к входу реле, а выход сумматора - ко входу блока сравнения фаз.

На фиг. 1 показана принципиальная схема реле; на фиг. 2 - диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Реле направления мощности состоит из блока сравнения фаз 1, один из входов которого связан с цепью напряжения, а второй с цепью тока, резонансного фильтра 2, первого и второго балластных резисторов 3 и 4, переключателя 5, сумматора б, двухполупериодного выпрямителя 7, порогового элемента 8, элемента времени 9 и инвертрра 10. Переключатель 5 представляет собой интегральную микросхему, например типа 1 КТ681, скоммутирующими входами 11 и 12 и управляющими входами 13 и 14. Коммутирующий вход 11 соединен со входом резонансного фильтра 2 и первым входом 15 сумматора 6, а коммутирующий вход 12 соединен со вторым входом 16 сумматора 6. Управляющие входы 3 и 14 переключателя 5 .соединены с выходами элемента времени 9 и инвертора 10. Сигнал на выходе сумматора 6 пропорционален аналоговой сумме сигналов на входах 15 и 16. Элемент времени 9 выполнен с выдержк.ой на срабатывание, несколько большей полупериода частоты сети, и без задержки возврата.

При описании работы реле необходимо учесть, что оно подключается к сети через трансформатор напряжения 17. На фиг. 2 приведены графики следующих величин: 18 - напряжение сети U(t); 19 - ток намагничивания трансформатора; 20 - напряжение на выходе трансформатора; 21-25 - выхо на сигналы соответственно выпрямителя 7, порогового элемента 8,. элемента 9, резонансного фильтра 2, сумматора. 6; 26 - ток сети i(.t).

Предположим, что в доаварийном ржиме напряжение и ток сети находятс в противофазе. Реле при этом не срабатывает. В момент в сети происходит к.з., вследствие чего уровень напряжения U(t) понижается практически до нуля, а тока i(t) - существенно повышается. Фаза тока показан изменившейся на 180°. Поскольку перходные процессы в самой линии не шмеют отношения к принципу действия предлагаемого реле, на графиках фиг. 2 они не учитываются.

В доаварийном режиме на вход поргового элемента 8 поступает.сигнал, пульсирующий с частотой 100 Гц. Элемент 8 формирует прямоугольные импу сы той же частоты. Их продолжительность составляет менее полупериода частоты сети. В таких условиях эле-мент времени 9 не срабатывает, потенциал его выхода имеет низкий уровень. Следовательно/ потенциал выхода инвертора 10 будет высокого уровня. Поступая на управляющие входы 13 и 14 переключателя 5, указанные потенциалы устанавливают его в следующее состояние: коммутирующий вход 11 разомкнут, а 12 - замкнут . В данном режиме на выходе резонансного фильтра 2 существует синусоидальный сигнал, но он не используется, так как вход 16 сумма- тора 6 замкнут на нулевую шину переключателя 5. На выход сумматора 6 поступает, таким образом, только сигнал со входа 15, т.е. напряжение со вторичной обмотки трансформатора 17. Во всех случаях, когда это напряжение изменяется с частотой сети, резонансный фильтр 2 следит за ним, но этим участие фильтра в работе реле пока и ограничивается, поскольку его выходной сигнал не влияет на потенциал входа 16 сумматора 6, поддерживаемый равным нулю. Поэтому при включении- защищаемой линии на К.З., когда напряжение на входе реле мало, оно без замедления подается через вхрд 15 сумматора 6 на блок сравнения фаз 1.

В задачу резонансного, фильтра 2, являющегося контуром памяти, не входит подавление высших гармоник.

уровень которых в линейном напряжении сети незначителен.

Далее рассмотрим работу реле при к.з. в линии, находящейся под напряжением (фиг. 2). Постоянная времени первичной цепи трансформатора 17 мала, поэтому его ток намагничивания медленно затухает по экспоненциальному закону. На фиг. 2 для большей наглядности принято, что в момент к.з. ТОКнамагничивания проходит через максимум. Вторичное напряжение трансформатора 17, пропорциональное производной тока намагничивания, изменяется с той же постоянной времени. Поступив на выход выпрямителя 7, апериодический сигнал вызывает срабатывание порогового элемента 8 н столь.длительное время, что это приводит к срабатыванию и продолжительному удержанию в новом состоянии элемента времени 9. Уровни сигналов на управляющих входах 13 и 14 переключателя меняются местами, что приводит к замыканию коммутирующего входа 11 и размыканию входа 12. Фильтр 2 выполнен с таким, расчетом, чтобы заземление его выхода не изменяло частоты собственных колебаний Его выходной сигнал при этом представляет собой затухающую синусоиду, имеющую примерно ту же фазу, что и напряжение доаварийного режима. На- интервале времени от момента к.з. до срабатывания элемента времени 9 фильтр 2 подвергается воздействию апериодического сигнала, однако при малом коэффициенте затухания и, cлeдoвaтeльнo высокой добротности фильтра, это обстоятельство не успевает отразиться на фазе его свободных колебаний.

В новом режиме сумматор б работае с заземленпьп л входом 15 и подключенным к выходу фильтра 2 входом 16 Следовательно, на выход сумматора б поступает сигнал только от фильтра.

что обеспечивает надежное срабатывание реле направления.мощности.

Технико-экономическая эффективность данного изобретения заключается в том, что оно ослабляет влияние помех, возникающих при переходных процессах, вызванных к.з. в защищаемой линии, т.е. повышает надежность рабо.ты защиты, а также повышает быстродействие защиты при подаче на реле малых сигналов, несущих информацию о наиболее опасных к.з.

.в защищаемой линии.

15

Формула изобретения

Реле направления мощности, содержащее блок сравнения фаз, разонансный фильтр, используемый в качестве

0 контура памяти и подключенный через балластный резистор к входу реле, о тл ичающе е с я тем,.что, с целью уменьшения влияния апериодической составляющей напряжения на

5 работу реле и повышения быстродействия при включении защищаемой линии на короткое замыкание, в него вновь введены переключатель, сумматор и последовательно соединенные двухполу0периодный выпрямитель, пороговый элемент, элемент.времени и инвертор, первый коммутирующий вход переключателя соединен с входом резонансного фильтра к с первым входом сумматора,

5 второй коммутирующий вход переключателя соединен с вторым входом сумматора и через второй балластный резистор - с выходом резонансного фильтра, первый и второй управляющие входы

0 переключателя подключены соответственно к выходам элемента времени и инвертора, вход двухполупериодного выпрямителя подключен к входу реле, а выход сумматора - к входу блока сравнения фаз.

5

fftffOff