Устройство для быстродействующей токовой защиты электроустановки переменного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЩЕЙ ТОКОВОЙ ЗАПЩТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее последовательно соединенные измерительный преобразователь тока,блок формирования интегральных выборок входного сигнала, цифровой фильтр, блок расчета квадрата амплитуды тока, .пороговый элемент и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивости , цифровой фильтр выполнен в виде двух основньгх сумматоров, дополнительного порогового элемента, двух инверторов, двух делителей, двух квадраторов, трех дополнительных сумматоров , четырех множителей и переключателя , причем блок формирования интегральных выборок входного сигнала подключен соответственно первым и третьим, а также вторым и четвертым выходами к соответствующим входам двух основных сумматоров, вьпсоды которых через квадраторы подключены к входам первого дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный пороговый элемент подключен к управляемому входу переключателя , причем первый и второй множители подключены первыми входами к выходу первого квадратора, вторыми соответственно к третьему и четвертому выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, а выходами через инверторы к первым входам второго и третьего дополнительных сумматоров, третий и четвер (О тый множители подключены первыми входами к выходу второго квадратора, вторыми - соответственно к первому и второму выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала , выходами - к вторым входам соответственно второго и третьего дополнительных сумматоров, первые входы делителей подключены соответственно to k) IK выходам.второго и третьего дополнительных сумматоров, а переключатель первой парой входов - к первому и второму выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, второй парой - к выходам делителей, а двумя выходами переключателя - к входам блока расчета квадрата амплитуды тока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩИАЛИСТИЧЕСНИХ

1 ЕСПУБЛИН 1Ю 01) 3(5D H 02 H 8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0IVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ (21) 3534301/24-07 (22) 03.01.83 (46) 30.08.84. Бюл. У 32 (72) В.Н. Новелла и Ю.А. Барабанов (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.316 ° 925(088.8) (56) 1. Федосеев А.М, Релейная защита электрических систем. "Энергия", 1976, рис. 2.2, 2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. M., "Сов, радио", 1977, с. 473-474, рис. 13.1. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее последовательно соединенные измерительI ный преобразователь тока, блок формирования интегральных выборок входного сигнала, цифровой фильтр, блок расчета квадрата амплитуды тока, .пороговый элемент и исполнительный орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения помехоустойчивости, цифровой фильтр выполнен в виде двух основных сумматоров, дополнительного порогового элемента, I двух.инверторов, двух делителей, двух квадраторов,трех дополнительных сумматоров, четырех множителей и переключателя, причем блок формирования интегральных выборок входного сигнала подключен соответственно первым и третьим, а также вторым и четвертым выходами к соответствующим входам двух основных сумматоров, выходы которых через квадраторы подключены к входам первого дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный пороговый элемент подключен к управляемому входу переклю" чателя, причем первый и второй множители подключены первыми входами к выходу первого квадратора, вторымисоответственно к третьему и четвертому выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, а выходами через инверторы к первым входам второго и третьего дополнительных сумматоров, третий и четвертый множители подключены первыми входами к выходу второго квадратора, вторыми - соответственно к первому и второму выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, выходами — к вторым входам соответственно второго и третьего дополнительных сумматоров, первые входы делителей подключены соответственно

ix выходам второго и третьего дополнительных сумматоров, а переключатель первой парой входов — к первому и второму выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, второй парой — к выходам делителей, а двумя выходами переключателя — к входам блока расчета квадрата амплитуды тока.

f 1111

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для выполнения быстродействующей защиты сети переменного тока от коротких замыканий.

Известно устройство для токовой защиты, содержащее трансформаторы тока, реле тока, исполнительный орган (1).

Однако устройству присуще низкое быстродействие из-за подверженности 1п, влиянию электромагнитного переходного процесса,.сопровождающего начальную стадию короткого замыкания.

Известно также устройство, содержащее измерительный преобразователь и блок формирования интегральных выборок входного сигнала, цифровой фильтр, блок расчета квадрата амплитуды тока, пороговый элемент и исполнительный орган. Фильтр в приб- . лиженном виде реализует интегральное преобразование Фурье, что позволяет снизить влияние высокочастотных гармонических составляющих переходного процесса и повысить быстродействие устройства 123.

Однако устройство характеризуется низкой помехоустойчивостью особенно при наличии Во входном сигнале апе" риодической составляющей, значение которой в токе при коротком замыкании может быть соизмеримо с амплитудой гармонической составляющей промышленной частоты.

Цель изобретения — повышение по35 мехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для быстродействующей токовой защиты электроустановки переменного тока, содержащем последовательно соединенные измерительный преобразователь тока, блок формирования интегральных выборок -входного сигнала, цифровой фильтр, блок- расчета квадрата амплитуды тока, пороговый элемент и исполнительный орган, цифровой фильтр выполнен в виде двух основных сумматоров, дополнительного порогового элемента, двух инверторов, двух делителей, двух квадраторов, трех дополнительных сумматоров,, четырех множителей и переключателя, причем блок формирования интегральных выборок входного сигнала подключен соответственно первым и третьим, а также вторым и четвертым вь ходами к

55 соответствующим входам psyx основных сумматоров, выходы которых через квадраторы подключены к входам пер220 2 вого дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный пороговый элемент подключен к уПравляемому входу переключателя, причем . первый и второй множители подключены первыми входами к выходу первого квадратора, вторыми — соответственно к третьему и четвертому выходам блока формирования интегральных выборогс входного сигнала, а выходами через инверторы к первым входам второго rr третьего дополнительных сумматоров,третий и четвертыймножители подключены первыми входами к выходу втооого квадратора, вторыми — соответственно к первому и второму выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, выходами — к вторым входам соответственно второго и третьего дополнительных сумматоров, первые входы делителей подключены соответственно к выходам второго и третьего дополнительных сумматоров, а переключатель первой парой входов к первому и второму выходам блока формирования интегральных выборок входного сигнала, второй парой — к выходам делителей, а двумя выходами переключателя — к входам блока расчета квадрата амплитуды тока.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2а,б — варианты выполнения,блока формирования интегральных выборок входного сигнала.

Устройство содержит измерительный преобразователь 1 тока, значения тока 1 (<) от которого поступают на вход блока 2 формирования интегральных выборок входного сигнала. Блок 2 формирует четыре ийтегральных значения тока 1 (1), получаемьгх на интервалах О-КТ/4; Т/4 - (К-1) Т/4, Т/2.(К-2) Т/4, ЗТ/4-(-3) Т/4, где К = 1, 2,3,..., Т вЂ” период колебания сигнала промышленной частоты. В зави-. симости от вида защищаемого объекта блок 2 может быть настроен на К = 1 (интегрирование на интервалах 0-5, 5".10, 10-15, l5-20 мс при периоде

Т "- 20 мс), на К = 2 (интегрирование на интервалах 0-10, 5-15; 10-20;

15-25 мс нри периоде Т-20 мс) и т.д.

Выходы блока 2 попарно подключены к двум основным сумматорам 3 и 4, а также к основным 5 и 6 и дополнительным .7 и 8 множителям. Выходы сумматоров

3 и 4 через квадраторы 9 и 10 подключены к входам первого дополнительного сумматора 11. Выходы множителей

7 и 8 непосредственно, а множителей

5 н 6 через инверторы 12 и 13 под ключены к второму 14 и третьему 15 дополнительным сумматорам. Дополнительный пороговый элемент 16 подключен к управляющему входу переключателя 17, к первой паре, переключающих

В результате интегрирования входного сигнала, описываемого выражением (1), получаем сигнал, также содержащий синусоидальную и апериодическую слагаемые ° Для расчета ортогональиых проекций синусоидального (частотой 50 Гц) сигнала используются четыре значения A. В, С, 9 интегрального сигнала

А„-Ап = А в-в,=в

t -C = С (2) „В(Ь+ВР-S{C+A) 1 "

С учетом принятых интервалов ин50 тегрирования значения А и В пропор-. циональны ортогональным проекциям синусоидалъной слагаемой. При этом, поскольку апериодическая слагаемая была учтена в выражениях (2) и (4), иа результаты (5) она влияния не оказывает.

При коротком замыкании в токе возможно также наличие гармонических составляющих с частотой, отличной входов подключены первые выходы бло- 1О ка 2 и первого делителя 18, а к второй паре — вторые выходы блока 2 и делителя 19. Выход переключателя 17 подключен к последовательно соединенным блоку 20 расчета квадрата ам- 15 нлитуды тока, основному пороговому элементу 21 и исполнительному органу 22.

Блок 2 Формирования интегральных выборок входного сигнала (фнг. 2) содержит входной интегратор 23, регистровый блок 24 памяти, задатчик

25 временных интервалов. Прн настройке блока 2 на К = 1 (интегрирование на интервалах 0-5; 5-10; 10-15;

15-20 мс) регистровый блок 24 памяти содержит четыре последовательно соединенных регистра 26-29. При настройке блока 2 на К = 2 (интегрирование на интервалах 0-10; 5-15; 1020," 15-25 мс) регистровый блок 24 памяти содержит пять регистров 26-30.

Кроме того, выходы блока 24 подключены к блоку 31 попарного суммирова» ния, выполненному на четырех сумматорах 32-35. Управляющие входы ин35 тегратора 23 и регистров 26-30 подключены к выходу задатчика 25 времен ных интервалов, вырабатывающему импульсы с интервалом Т/4. При необходимости учета отклонения частоты от номинальной задатчик 25 может быть синхронизирован с частотой сети.

Принцип действия устройства оснэван на расчете ортогональных проекций, составляющей тока промьппленной частоты. При этом учитывается, что. в контролируемом токе j (t.) содержится апериодическая слагаемая

1((j =1 Рй(ЗИ4. Р„.j (, Е и (4, где (, — амплит"уда и Фаза составля ющей тока промьппленной частоты, То I - начальное значение апери-! одической составляющей тока и ее постоянная затухания.

D< Dn=D где А„,В,С,D» -, составляющие, обусловленные синусоидальной слагаемой, А В,Со,D - составлЯющие

° . обусловленные апериодической слагаемой.

В случае, если интегрирование ведется на интервалах а =0-К(/4 . = /4+(К+11 /4

Ьъ- /д М+ ) /4; а = Т/ф-(К+3) /4

Т Т . ® ! система уравнений (2) может быть дополнена системой

В4= -04 (4)

АС=В

В,Ра= С д

Совместное решение систем (2) и (4) дает

А„= А

В1 = В (6) зо

Таким образом, расчет проекций синусоидального сигнала по выражениям (5) и (6) позволяет исключить влияние апериодической составляющей, что повьппает точность.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал 1(1) интегрируется в блоке 2 на заданных интервалах, 40 равных Т/4. По окончании каждого интервала Т/4 интегральное значение поступает во входной регистр 29 или 30 регистрового блока 24 памяти. При этом интегратор 23 переводится в 45 нулевое начальное состояние, а между регистрами происходит обмен информацией. Значение, хранившееся в регистре 27, передается в регистр 26, из регистра 28 — в регистр 27 и т.д.

После четырех тактов работы блока 2.

5 -1111 от промышленной. Поскольку они не были учтены при выводе выражений (5), то ортогональные проекции будут получены с погрешностью. Снижение погрешности достигается интегриро-. ванием входного сигнала (1). С увеличением интервала интегрирования — . значение К в выражениях (3) - влияние гармонических составляющих снижается. В зависимости от уровня ожи- 10 даемых гармонических составляющих можно снизить до заданного их влияние путем соответствующего выбора значения К. Так, при К = 2 гармони" ческие составляющие с частотой вьппе 15

180 Гц и амплитудой, составляющей

50Х от амплитуды составляющей промьппленной частоты, приводят к погрешности в расчете ортогональных проекций не вьппе 5Х. 20

Выражения (5) (В-D) (А-С) =0 имеют неопределенность. Однако ука1занная сумма равна нулю только при отсутствии во входном сигнале 1(1) слагаемых, отличных от синусоидапь- 25 ного промышленной частоты (Ае=0).

В этом случае вместо выражения (5) возможно использование выражений

220, б (с момента включения устройства) при К 1 (фиг. 2а) на выходе регист рового блока памяти имеются значения А, В, С, D, входящие в выражения (5). При К = 2 требуется пять тактов . работы блока 2 (фиг. 2б). При этом интегральные значения, соответствую4 щие увеличенным вдвое интервалам интегрирования (T/2), получаются путем суммирования смежных значений, имевшихся для интервалов интегрирования Т/2 в блоке 31 попарного суммирования. После соответствующего числа тактов (четырех при К = 1 и пяти при К = 2) значения А, В, С, D, соответствующие текущему моменту вре-. мени, получаются на выходе блока 2 каждые Т/4 мс. Далее в блоках 3, 4, 9, 10, 11, рассчитывается величчна ,4=(В-В) -(А-С), которая в пороговом элементе 16 сравнивается с. заданной величиной Я, близкой нулю. В качестве заданной величины E может быть использовано уменьшенное в соответствующее число раз значение шах(А,В).В случае, если Ьс6, коммутатор 17 пропускает сигналы от блока 2, при этом используются выражения (6).

Еслибы > Я, то с использованием блоков 5, 6, 7, 8, 12, 13, 14, 15, 18, 19 реализуются выражения (5), а переключатель

17 пропускает сигналы от делителей

18 и 19. Далее, по ортогональным проекциям А и В по выражению

I =А — В

4 в блоке 20 рассчитывается квадрат ам плитуды тока, который сравнивается в пороговом элементе 21 с заданной установкой, в случае его срабатывания сигнал подается на исполнительный орган 22. Ортогональные проекции, полу- ченные на выходе переключателя 17, могут также использоваться в любой быстродействующей защите, например дистанционной.

Реализация устройства целесообразна в цифровом виде, например, на управляющей цифровой вычислительной машине.

1111220

Составитель Д. Чекарьков

Редактор Л. Алексеенко Техред Т.дубицчак Корректор С. Шекмар

Заказ б322/42 Тираж 613 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, И-35, Раушскав наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4