Реле сдвига фаз

 

Использование: в релейной защите и предназначено для использования в устройствах релейной защиты и подстанционной автоматики энергообъектов высокого напряжения. Сущность изобретения: реле сдвига фаз содержит два блока формирования сравниваемых величин 1, 2, выходы которых подключены к входу фазосравнивающего блока 3, блок регулировки уставки 4, включающий n-цепей из резисторов и коммутационных элементов, последовательно соединенные интегросумматор, компаратор и исполнительный блок, двухполярный источник питания. В блоке регулировки уставки цепь 4, образованная из резистора, одним выводом подключена к первому выходу двухполярного источника питания, напряжение которого одной полярности с сигналом на выходе фазосравнивающего блока при несовпадении полярностей сигналов на его входах, цепи, образованные из последовательно включенных резистора и коммутационного элемента, подключены одним выводом к второму выходу двухполярного источника питания, другие выводы указанных цепей блока регулировки уставки подключены к первому входу интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом фазосравнивающего блока. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и предназначено для использования в устройствах релейной защиты и подстанционной автоматики энергообъектов высокого напряжения.

В устройствах релейной защиты и автоматики применяются реле сдвига фаз (РСФ), срабатывание которых происходит при условии, если сдвиг фаз между двумя сравниваемыми величинами находится внутри заданного диапазона ( -ϕ_ср., ϕ_ср.).

Известны РСФ, способ действия которых основан на сравнении времени, соответствующего совпадению или несовпадению полярности сравниваемых величин, с заданным временем [1] В состав этих реле входят блоки формирования сравниваемых величин, подключенные выходами к входам фазосравнивающего блока, выход которого присоединен к входу органа выдержки времени. Выход последнего подключен к входу исполнительного блока. Указанным реле присуще существенное изменение условий срабатывания при изменении частот сравниваемых величин.

Отмеченная зависимость в значительно меньшей степени характерна для реле сдвига фаз, алгоритм которых основан на сравнении времени, соответствующего совпадению полярностей сравниваемых сигналов, с временем, соответствующими несовпадению этих сигналов. Так если частоты сравниваемых величин изменяются одинаковым образом, например, с 50 до 48 Гц, то условия срабатывания реле не изменяются. Описанный алгоритм используется и известным реле сдвига фаз, которое является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому реле и принято за прототип. Указанное РСФ (см. Шкаф типа ШЭ 2706 устройств трехфазного автоматического повторного включения энергообъектов 500-1150 кВ. Техническое описание и инструкции по эксплуатации ИГФР.656452.106 ТО, ИГФР. 656452.106 Т01) содержит блоки формирования сравниваемых величин, выходы которых подключены к цепи, образованной последова- тельным соединением фазосравнивающего блока, блока регулирования уставки, двухвходового интегросумматора, компаратора и исполнительного блока. Блок регулирования уставки реле прототипа выполнен в виде двух однополупериодных выпрямителей, к выходам каждого из которых подключена цепь, образованная последовательным соединением ряда резисторов. На выходе первого выпрямителя формируется сигнал U_с при совпадении полярностей сравниваемых величин, а на выходе второго выпрямителя сигнал U_н при несовпадении отмеченных полярностей. Сигналы U_с, U_нхарактеризуются одинаковой амплитудой и различными полярностями [2] Регулирование уставки РСФ осуществляется посредством изменения сопротивления R_c, R_н цепей, включенных между выходами соответствующих выпрямителей и интегросумматором. Указанное приводит к изменению токов i_c, i_н, протекающих к интегросумматору. Ток i_c протекает при воздействии напряжения U_с, а ток i_н при воздействии напряжения U_н. Условия срабатывания РСФ определяются коэффициентом K_ϕ K_ϕ (1) Учитывая, что в рассматриваемом РСФ обеспечивается U_н|U_c| для этого реле уравнение (1) приводится к виду: K_ϕ При этом для задания требуемой уставки по углу срабатывания ϕ_ср..

РСФ необходимо обеспечить: K_ϕ (2) При использовании РСФ возникает необходимость дискретной регулировки ее уставки по углу срабатывания ϕ_ср., в сравнительно широких пределах с достаточно малыми ступенями регулирования. Например, в РСФ, которое используется в шкафе типа ШЭ 2706 угол ϕ_ср. должен изменяться от 10 до 90^о со ступенью регулирования 2^о. Наиболее рациональным способом выполнения такой регулировки, позволяющим сократить количество коммутационных элементов, является метод суммирования высоких коэффициентов. В этом случае коэффициент K_ϕ может быть определен следующим образом:
K_ϕ
(3) где ϕ_ср.i значение угла ϕ_ср., соответствующее i-ой ступени регулирования уставки по ϕ_ср..

В РСФ-прототипе возможность использования метода суммирования весовых коэффициентов достигается посредством согласованного изменения по линейному закону двух сопротивлений R_c и R_н.

Однако необходимость выполнения согласованных переключений в двух цепях при регулировании уставки РСФ вызывает неудобства у обслуживающего персонала, повышает вероятность его неправильных действий, чем снижает надежность функционирования РСФ. Кроме того, количество коммутационных элементов в цепях регулировки РСФ-прототипа не является минимальным, в связи с тем, что отмеченные элементы приходится устанавливать как в цепи регулировки сопротивления R_с, так и в цепи регулировки сопротивления R_н. Последнее также снижает надежность РСФ.

Техническим результатом изобретения является повышение удобства эксплуатации реле сдвига фаз.

Технический результат достигается тем, что в реле сдвига фаз, содержащем блоки формирования сравниваемых величин, выходы которых подключены к входу фазосравнивающего блока, блок регулировки уставки, включающий n-цепей из резисторов и коммутационных элементов, последовательно соединенные интегросумматор, компаратор, исполнительный блок, двухполярный источник питания, в блоке регулировки уставки цепь, образованная из резистора, одним выводом подключена к первому выходу двухполярного источника питания, напряжение которого одной полярности с сигналом на выходе фазосравнивающего блока при несовпадении полярностей сигналов на его входах, цепи, образованные из последовательно включенных резистора и коммутационного элемента, подключены одним выводом к второму выводу двуполярного источника питания, другие выводы указанных цепей блока регулировки уставки подключены к первому входу интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом фазосравнивающего блока.

Сущность изобретения заключается в выполнении блока регулировки уставки в виде двух цепей. Первая цепь, образованная из резистора, одним выводом подключена к первому выходу двухполярного источника питания, напряжение которого одной полярности с сигналом на выходе фазосравнивающего блока при несовпадении полярностей сигналов на его входах, вторая цепь, образованная из последовательно включенных резистора и коммутационного элемента, подключена одним выводом к второму выходу двухполярного источника питания, другие выводы указанных цепей блока регулировки уставки подключены к первому входу интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом фазосравнивающего блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого реле; на фиг. 2 пример реализации блоков 3, 4, 5 реле; на фиг. 3 временная диаграмма, поясняющая функционирование реле.

На указанных фигурах использованы следующие обозначения: 1, 2 блоки формирования сравниваемых величин; 3 фазосравнивающий блок; 4 блок регулирования уставки; 5 интегросумматор; 6 компаратор; 7 исполнительный блок; 8, 16 операционные усилители (ОУ); 9.12 резисторы; 13, 14 переключатели; 15 конденсатор.

Как видно из фиг. 1, на вход блока формирования первой сравниваемой величины 1 поступает напряжение U₁, а на вход блока формирования второй сравниваемой величины 2 напряжение U₂. Выходы блоков формирования 1, 2 присоединены к входам фазосравнивающего блока 3, выход которого подключен к первому входу интегросумматора 5. Второй вход интегросумматора 5 через блок регулирования уставки 4 связан с цепями питания. К выходу интегросумматора 5 подключена цепь, образованная последовательным соединением компаратора 6 и исполнительного блока 7.

В примере, приведенном на фиг. 2, оконечный каскад фазосравнивающего блока 3, выполненный на ОУ 8, через резистор 9 подключен к интегросумматору, который реализован посредством ОУ 16 и конденсатора 15. Блок регулирования уставки образован резисторами 10, 11, 12 и переключателями 13, 14. При этом резистор 10 должен подключаться к шине питания, напряжение которой U_пит.1 характеризуется той же полярностью, что и сигнал на выходе ОУ 8 при несовпадении полярностей сравниваемых сигналов U₁, U₂. Резисторы 11, 12 подключаются к шине питания с напряжением U_пит. противоположной полярности.

Реле работает следующим образом. Сравниваемые входные напряжения поступают на входы формирователей 1, 2, которые преобразуют входные величины в последовательность прямоугольных импульсов U₁, U₂ (фиг. 3). Указанные импульсы формируются в моменты перехода входной величины через 0 и характеризуют ее полярность. Выходной сигнал U₃ фазосравнивающего блока 3 изменяет свое значение в зависимости от совпадения или несовпадения полярностей сигналов U₁, U₂. В первом случае обеспечивается U₃ U_3c, а во втором обеспечивается U₃ U_3н,U_3c| U_3н| U_ϕ Для однозначности считаем, что обеспечивается U_3c > 0, U_3н < 0. И следовательно, обеспечивается U_пит1 U_пит^от < 0, U_пит2= U_питⁿ > 0 (фиг. 2). Под действием напряжения U_3c к интегратору от блока 3 протекает ток i₃ i_3c, а под действием напряжения U_3н ток i₃ i_3н. Учитывая вышеизложенное, имеем: i i i_ϕ i_3c > 0, i_3н < 0 Напряжения питания, приложенные к блоку регулирования, обуславливают протекание тока i_ϕ, который может быть представлен в виде
i_ϕ= i+ i_ϕ2 где i, i_ϕ2- токи, протекающие под действием напряжений
U^от_пит, U^п_пит; i_ϕ2i_pi i_pi ток через i-й резистор, включенный в состав регулировочного набора.

При этом коэффициент K_ϕ, характеризующий условия срабатывания РСФ, может быть определен следующим образом.

K_ϕ (5)
Под воздействием положительного тока i_с напряжение U₅ на выходе интегросумматора 5 изменяется в сторону отрицательных значений, а под воздействием тока i_н в сторону положительных значений. Чем меньше расхождение фаз ϕ сравниваемых величин, тем сильнее напряжение U₅смещается в сторону отрицательных значений. При выполнении условия ϕ< ϕ_ср, сигнал U₅ становится более отрицательным чем порог срабатывания компаратора 6. Последний переходит в состояние срабатывания, обеспечивая срабатывание исполнительного блока 7. В случае, когда условие ϕ< < ϕ_ср не выполняется, сигнал U₅ не достигает порога срабатывания компаратора 6, вследствие чего указанный компаратор и исполнительный блок пребывают в состоянии несрабатывания.

Для обеспечения требуемого закона регулирования уставки необходимо добиться равенства выражений (3) и (5). Для этого зададим требование к токам, которые протекают к интегросумматору 5, следующим образом:
i_ϕ K (6)
i_ϕ1 K (7)
i_pi K ϕ_ср.i, (8) где К коэффициент пропорциональности.

Выполнение требований (6.8) легко может быть достигнуто посредством подбора соответствующих резисторов (резисторы 9.12 на фиг. 2).

Подставляя выражения (6.8) в уравнение (5), получим:
K_ϕ (9)
Таким образом, равенство выражений (3) и (5), а следовательно, и требуемый закон регулирования уставки РСФ обеспечивается.

В соответствии с настоящим предложением для изменения уставки по углу срабатывания РСФ используется только один регулировочный элемент. Указанное упрощает эксплуатацию реле, снижает вероятность ошибок эксплуатационного персонала при выставлении уставок.

Формула изобретения

РЕЛЕ СДВИГА ФАЗ, содержащее два блока формирования сравниваемых величин, выходы которых подключены к входу фазосравнивающего блока, блок регулирования уставки, включающий n цепей из резисторов и коммутационных элементов, последовательно соединенные интегросумматор, компаратор и исполнительный блок, двухполярный источник питания, отличающееся тем, что в блоке регулировки уставки цепь, образованная из резистора, одним выводом подключена к первому выходу двухполярного источника питания, напряжение которого одной полярности с сигналом на выходе фазосравнивающего блока при несовпадении полярностей сигналов на его входах, цепи, образованные из последовательно включенных резистора и коммутационного элемента, подключены одним выводом к второму выходу двухполярного источника питания, другие выводы указанных цепей блока регулировки уставки подключены к первому входу интегросумматора, второй вход которого соединен с выходом фазосравнивающего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3