Пусковой орган противоаварийной автоматики

 

Использование: в электротехнике, в противоаварийной автоматике энергосистем, в автоматике ликвидации асинхронного режима. Сущность: в отличие от известного органа, содержащего последовательно включенные преобразователь напряжения и формирователь напряжения, пропорционального амплитудному значению входного сигнала, выходной компаратор, в пусковой орган дополнительно включены входной преобразователь тока, блок моделирования напряжений других точек системы с N-ым количеством выходов, N формирователей напряжения, аналогичных упомянутому выше, и миниселектор, причем входы блока моделирования подключены попарно к выходам преобразователей, входы дополнительно введенных формирователей подключены к выходам блока моделирования, входы миниселектора попарно подключены к выходам формирователей напряжения, первый вход компаратора подключен к выходу миниселектора, а на его второй вход подают опорное напряжение. Технический результат заключается в повышении селективности органа, благодаря чему уменьшается вероятность ложных срабатываний устройств, где этот орган используется, в режимах коротких замыканий, качаний и внешнего асинхронного хода. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к противоаварийной автоматике (ПА) энергосистем, и может быть использовано, например, в устройстве автоматической ликвидации асинхронного режима (АЛАР) для контроля зоны углов δ между векторами эквивалентных электродвижущих сил (ЭДС) асинхронно идущих частей системы, близких к 180^o, при заданном размещении электрического центра качаний (ЭЦК).

Известны пусковые органы ПА по току и сопротивлению [1, c. 36-38] Пусковой орган, выполненный на основе реле тока, имеет следующие недостатки [1, c. 39] невосприимчивость к размещению на электропередаче и относительно ЭЦК, что затрудняет отстройку от АР по внешним сечениям; смещение зоны срабатывания относительно δ = 180°, так как максимум тока может не соответствовать этому значению δ из-за влияния отбора мощности; ограниченную чувствительность органа, ограниченную из-за существенного изменения разницы между экстремальными значениями амплитуды тока в цикле АР.

Пусковой орган в виде реле сопротивления свободен от первого недостатка, но подвержен влиянию, хотя и в меньшей степени, двух других. Кроме того, такой пусковой орган более сложен, а значит, менее надежен и требует объемного расчетного обеспечения, что увеличивает число ошибок при его настройке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является пусковой орган ПА в виде реле напряжения [1, c. 37-39] состоящий из последовательно включенных входного преобразователя напряжения, формирователя напряжения, пропорционального амплитудному значению входного сигнала, и компаратора (реагирующего элемента), на один вход которого подается постоянное опорное напряжение [2, c.135, рис.6.1] Здесь упомянутый формирователь выполнен в простейшем варианте с помощью выпрямителя и сглаживающего контура.

Недостатком этого пускового органа является низкая селективность в режимах коротких замыканий (КЗ), синхронных качаний (СК) и внешнего АР. Чтобы показать это, обратимся к двухмашинной схеме замещения электропередачи и ее векторной диаграмме [3, рис.1, с.90] Согласно формуле (2) [3, c.91] модуль U_α в о.е. (E₂ 1) вектора напряжения в контролируемой точке будет зависеть от угла d между векторами ЭДС, отношения k их модулей и расположения точки на электропередаче, определяемого коэффициентом a: Минимальное значение U_α имеет место при δ = 180° и равно где Δα коэффициент, характеризующий абсолютное удаление ЭЦК от контролируемой точки a и равный (α-α_ц), где α_ц k·(k + 1).

Напряжение U_cp срабатывания пускового органа выбирается по условию обеспечения работоспособности при АР по заданному сечению: U_ср= K_ч·(U_α.min)_max= K_ч·Δα_max·(k_max+1), (3) где (U_α.min)_max наибольшее значение U_α.min при АР по заданному сечению; K_ч коэффициент чувствительности, обычно равный 1,3.

При достаточно больших величинах Δα_max в асинхронных режимах по контролируемому сечению U_cp также велико. Например, при Δα_max 0,2 и k_max= 1,25·(U_α.min)_max= 0,45 U_cp 0,585 (о.е.).

Высокий уровень U_cp и обусловливает низкую селективность пускового органа в режимах КЗ и СК, когда он может срабатывать даже при удаленных КЗ и сравнительно небольших углах δ [см. формулу (1)]
Что касается внешних АР, то условие селективности пускового органа выглядит следующим образом:
U_ср≅ (U_α.min)^вн_min, (4)
где (U_α.min)^вн_min наименьшее из возможных значений U_α.min при внешних АР.

С учетом (2) и (3) для граничного случая можно записать условие (4) в следующем виде:
K_ч·Δα_max·(k_max+1) = Δα_min·(k_min+1), (5)
где Δα_min минимальное значение Δα при внешнем АР по условию селективности.

При Da_max 0,2, k_max 1,25, k_min 0,8 и k_u 1,3 согласно (5) получим Δα_min 0,325 и Δα_min-Δα_max= 0,125..

Таким образом, большое различие между Δα_min и Δα_max зачастую не позволяет отстроиться от внешнего АР по условию (4), что и указывает на низкую селективность известного пускового органа при внешних АР.

Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является повышение селективности пускового органа в режимах КЗ, СК и внешнего АР. Получаемый при этом технический результат проявляется в снижении вероятности ложных срабатываний в указанных режимах устройств ПА, где это изобретение может быть использовано.

Поставленная задача решается тем, что в реле, содержащем последовательно включенные преобразователь напряжения, вход которого является входом органа, и формирователь напряжения, пропорционального амплитудному значению входного сигнала, компаратор, выход которого является выходом органа, а первый вход служит для подачи опорного напряжения, дополнительно введены преобразователь тока, вход которого является другим входом пускового органа, блок моделирования напряжений других точек системы, имеющий N выходов, N формирователей напряжения, аналогичных упомянутому выше, и миниселектор, причем первый и второй входы блока моделирования подключены к выходам преобразователей напряжения и тока соответственно, входы дополнительно введенных формирователей напряжения попарно подключены к выходам блока моделирования, входы миниселектора также попарно подключены к выходам формирователей напряжения, пропорционального амплитудному значению входного сигнала, второй вход компаратора подключен к выходу миниселектора.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков аналогов и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:
преобразователь тока, блок моделирования и формирователи напряжения, пропорционального амплитуде входного сигнала, введены для того, чтобы в дополнение к напряжению в контролируемой точке получать напряжения еще в N точках системы (по абсолютному значению);
с помощью миниселектора выделяется минимальное из полученных напряжений и подается на компаратор, что позволяет, сохраняя контролируемую зону размещения ЭЦК, снизить U_cp и повысить селективность пускового органа.

На фиг. 1 изображена функциональная схема заявленного пускового органа для N, равного двум, а на фиг.2 схема электропередачи с контролируемыми точками α_o, α₁, α₂ и временные диаграммы, поясняющие работу органа. Кроме того, на схеме электропередачи показаны коэффициенты Δα_max1 и Δα_max3 максимального удаленная ЭЦК от точки α_o и любой из трех точек соответственно при АР по заданному сечению. Выходные напряжения блоков функциональной схемы обозначены на диаграммах U_ij, где i номер блока, а j номер выхода.

Схема пускового органа содержит входные преобразователи напряжения 1 и тока 2, блок 3 моделирования напряжений других точек системы с двумя (N 2) выходами, формирователи 3-6 напряжения, пропорционального амплитуде входного сигнала, миниселектор 7 и компаратор 8.

Входы блока 3 подключены к выходам преобразователей 1 и 2 соответственно, входы формирователей 5 и 6 подключены к первому и второму выходам блока 3 соответственно, входы миниселектора попарно подключены к выходам формирователей 4, 5 и 6, причем вход первого подключен к выходу преобразователя 1, а выход компаратора 8 подключен к выходу миниселектора 7. На другой вход компаратора подается опорное напряжение U_оп, а его выход служит выходом пускового органа.

Схема выполнена из типовых блоков и поэтому легко реализуема. В частности, блоки 4 и 6 могут представлять собой обычные формирователи модуля со сглаживающими звеньями, а блок 3 можно выполнить по аналогии с блоками 1 или 2 [4] таким образом, чтобы по каждому j-му выходу формировалось напряжение U_3j, пропорциональное напряжению U_αj в j-ой точке системы:

где K_u коэффициенты пропорциональности, U_αo входное напряжение органа (точка α_o на схеме электропередачи); i входной ток органа; Z_αi - сопротивление от места подключения пускового органа до моделируемой точки α_i.

Пусковой орган работает следующим образом. Напряжение U_αo$ и ток i контролируемой точки α_o подаются на входы преобразователей 1 и 2 соответственно и линейно преобразуются в синусоидальные напряжения u₁ и i₂ (на диаграммах не показаны):
u₁= K_u·u_αo, (7)
u₂ K_i·i, (8)
где K_u(o.e.) и K_i(Ом) коэффициенты передачи преобразователей 1 и 2 соответственно.

Напряжения u₁ и u₂ поступают на входы блока 3, на выходах 1 и 2 которого имеют место напряжения u_3.1 и u_3.2, формируемые по условиям


где комплексные постоянные коэффициенты.

Аналогия (9) и (10) с (6) очевидна при

Напряжения u₁, u_3.1 и u_3.2 поступают на входы формирователей 4, 5 и 6 соответственно, на выходе которых напряжения U₄, U₅ и U₆ пропорциональны амплитудным значениям U_αo, U_α1 и U_α2 напряжений в точках α_o, α₁ и α₂ системы (см. фиг.2а).

В цикле АР (0 < δ < 360°) эти напряжения изменяются согласно (1), достигая минимума при δ = 180°, причем этот минимум тем выше, чем дальше находится ЭЦК (α_ц) от рассматриваемой точки. В приведенном на временных диаграммах случае α_ц ближе всего к α_o и, следовательно, напряжение U₂, пропорциональное U_αo, будет всегда меньше других. Поэтому U₂ выделяется на выходе миниселектора 7 в виде U₇ и поступает на вход компаратора 8, срабатывающего при U₇ < U_оп.

Селективность пускового органа повышается за счет возможности снижения его U_cp, пропорционального U_оп, при увеличении количества контролируемых точек. Например, для трех контролируемых точек α_o, α₁ и α₂ коэффициент Δα_max3 втрое меньше коэффициента Δα_max1, соответствующего одной точке α_o (фиг.2а). Поэтому согласно (3) U_cp в первом случае будет также в три раза (в общем случае в N раз при N-ом количестве точек) меньше, чем во втором. Пользуясь (5), можно показать, что достигаемое сближение Δα_min при внешнем АР и Δα_max3 составляет тоже третью часть от их разности (0,042 о.е.), что облегчает отстройку от внешнего АР.

Таким образом, заявленный пусковой орган ПА обладает повышенной селективностью в сравнении с известным КЗ, СК и внешних АР.

Формула изобретения

Пусковой орган противоаварийной автоматики, содержащий последовательно включенные преобразователь напряжения, вход которого является входом органа, и формирователь напряжения, пропорционального амплитудному значению входного сигнала, компаратор, выход которого является выходом органа, а первый вход служит для подачи опорного напряжения, отличающийся тем, что дополнительно введены преобразователь тока, вход которого является другим входом пускового органа, блок моделирования напряжений, имеющий два входа и N выходов, где N
любое целое положительное число, равное расчетному количеству моделируемых напряжений, каждое из которых U_j присутствует на j-ом выходе блока и определяется следующим образом:

где напряжения, поступающие на входы блока с выходов преобразователей напряжения и тока, β постоянный комплексный коэффициент, расcчитываемый для каждого N-ое количество формирователей напряжения по числу выходов блока моделирования, аналогичных упомянутому выше, и мини-селектор, причем первый и второй входы блока моделирования подключены к выходам преобразователей напряжения и тока соответственно, входы дополнительно введенных формирователей напряжения попарно подключены к выходам блока моделирования, входы мини-селектора также попарно подключены к выходам формирователей напряжения, пропорционального амплитудному значению входного сигнала, второй вход компаратора подключен к выходу мини-селектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2