Дифференциальное реле
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах дифференциальной защиты трансформаторов при коротких замыканиях в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания, которые возникают при включении ненагруженного трансформатора. Технический результат заключается в повышение точности. Для этого устройство содержит промежуточный трансформатор тока, выпрямительный блок, исполнительный элемент, одновибратор, вход которого является входом запуска дифференциального реле, генератор тактовых импульсов, первый и второй формирователи коротких импульсов, пороговый блок, первый и второй элементы ИЛИ, RS-триггер, элемент И, регистр памяти, счетчик импульсов, блок вычитания, двухсторонний ограничитель, сумматор и нерекурсивный фильтр. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах дифференциальной защиты трансформаторов при коротких замыканиях в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания, которые возникают при включении ненагруженного трансформатора.
Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве дифференциального реле.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, выпрямительный блок, активный фильтр, первый пороговый блок, второй пороговый блок и исполнительный элемент [2].
Недостатком устройства является относительно низкая помехоустойчивость в условиях аномальных искажений тока, возникающих при бросках тока намагничивания, что снижает его точность.
Техническим результатом изобретения является повышение точности.
Этот технический результат достигается тем, что в дифференциальное реле, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока и выпрямительный блок, а также исполнительный элемент, введены последовательно соединенные одновибратор, вход которого является входом запуска дифференциального реле, и генератор тактовых импульсов, первый и второй формирователи короткого импульса, входы которых соединены с выходом порогового блока, вход которого соединен с выходом выпрямительного блока, первый элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а второй вход - с выходом одновибратора, RS-триггер, R и S-входы которого соединены с выходами первого элемента ИЛИ и первого формирователя коротких импульсов соответственно, элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход - соединен с прямым выходом RS-триггера, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом одновибратора, регистр памяти, тактовый вход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и с выходом второго формирователя коротких импульсов, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, вход установки в ноль - соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход - соединен с информационным входом регистра памяти, последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом регистра памяти, и двухсторонний ограничитель, а также сумматор, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, и нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, выход - соединен с входом исполнительного элемента и со вторыми входами блока вычитания и сумматора, а тактовый вход - соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов.
На фиг.1 представлена электрическая структурная схема дифференциального реле, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.
Дифференциальное реле (фиг.1) содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор 1 тока, выпрямительный блок 2 и пороговый блок 3, а также исполнительный элемент 4.
Кроме того, дифференциальное реле содержит последовательно соединенные одновибратор 5, вход которого является входом запуска дифференциального реле, и генератор 6 тактовых импульсов (ГТИ), а также первый 7 и второй 8 формирователи короткого импульса, входы которых соединены с выходом порогового блока 3, RS-триггер 9, S-вход которого соединен с выходом первого 7 формирователя коротких импульсов, элемент И 10, первый вход которого соединен с выходом генератора 6 тактовых импульсов, а второй вход - соединен с прямым выходом RS-триггера 9.
Дифференциальное реле содержит также второй элемент ИЛИ 11, первый вход которого соединен с выходом одновибратора 5, регистр 12 памяти, тактовый вход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 11 и с выходом второго формирователя 8 коротких импульсов, счетчик 13 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 10, вход установки в ноль - соединен с выходом второго элемента ИЛИ 11, а выход - соединен с информационным входом регистра 12 памяти.
В состав дифференциального реле входят также последовательно соединенные блок 14 вычитания, первый вход которого соединен с выходом регистра 12 памяти, и двухсторонний ограничитель 15, а также сумматор 16, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя 15, и нерекурсивный фильтр 17, информационный вход которого соединен с выходом сумматора 16, выход - соединен с входом исполнительного элемента 4 и со вторыми входами блока вычитания 14 и сумматора 16, а тактовый вход - соединен с выходом второго формирователя 8 коротких импульсов.
В состав дифференциального реле входит также первый элемент ИЛИ 18, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя 8 коротких импульсов, а второй вход - с выходом одновибратора 5.
Пороговый блок 3 выполнен в виде стандартного компаратора. Исполнительный элемент 4 может быть выполнен в виде реле, обмотка которого через усилитель или непосредственно соединена с выходом нерекурсивного фильтра 17. Нерекурсивный фильтр 17 может быть выполнен в виде цифрового фильтра, содержащего последовательно соединенные ячейки регистра сдвига, информационный вход первой из которых является информационным входом нерекурсивного фильтра, тактовые входы указанных ячеек являются тактовым входом нерекурсивного фильтра, а их выходы через соответствующие им умножители на величину 1/к, где к - число ячеек нерекурсивного фильтра, соединены с входом сумматора, также входящего в состав нерекурсивного фильтра, на выходе которого формируется оценка среднего значения величин поступивших на вход нерекурсивного фильтра отсчетов на скользящем во времени текущем интервале усреднения. Первый формирователь 7 вырабатывает короткий импульс по спаду сигнала на его входе с уровня логической единицы на уровень логического нуля, а второй формирователь 8 - по фронту с уровня логического нуля на уровень логической единицы. Остальные элементы являются стандартными элементами электротехники. Цепи питания, кроме цепи питания одновибратора 12, на чертеже опущены, как несущественные.
На фиг.2а,б показан сигнал на выходе выпрямительного блока, а на фиг.2в,г - на выходе “больше” порогового блока 3 (для нормального режима фиг.2г и в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания фиг.2в).
Работает дифференциальное реле следующим образом. Сигналы ip на выходе выпрямительного блока 2 (фиг.2б - в нормальном режиме, на фиг.2а - в режиме бросков тока намагничивания) представляют собой абсолютные значения сигналов на выходе промежуточного трансформатора 1 тока. В пороговом блоке 3 эти сигналы сравниваются с малым пороговым уровнем (Icp), поэтому на его выходе формируются последовательности прямоугольных импульсов. На фиг.2в,г представлен пример сигналов на выходе “больше”, где интервалы, соответствующие импульсам абсолютных значений тока, представлен в виде сигнала с уровнем логической единицы, а сигналы с малым уровнем, характерные для интервалов между импульсами абсолютных значений тока, - в виде сигналов с уровнем логического нуля. Из чертежей следует, что суждение о наличии бросков тока намагничивания может быть вынесено на основе анализа величин интервалов tп с уровнем логического нуля на выходе порогового блока 3. В начале каждого интервала с уровнем логического нуля срабатывает первый формирователь 7, а в конце - второй формирователь 8.
При подаче на одновибратор 5 сигнала питания, последний вырабатывает импульс, поступающий на вход запуска генератора 6 тактовых импульсов, через первый элемент ИЛИ 18 на вход установки в нулевое состояние RS-триггера 9 и через второй элемент ИЛИ 11 - на вход установки в ноль счетчика 13 импульсов. В результате на счетный вход счетчика 13 поступают импульсы от генератора 6 тактовых импульсов через элемент И 10 при наличии уровня логической единицы на выходе RS-триггера 9. При перепаде сигналов с уровня логического нуля на уровень логической единицы второй формирователь 8 вырабатывает короткий импульс, по которому содержимое счетчика 13 переписывается в регистр 12 памяти и через малую задержку, обусловленную влиянием второго элемента ИЛИ 11, содержимое счетчика 13 обнуляется.
В нормальных условиях при отсутствии аномальных искажений тока двухсторонний ограничитель 15 не оказывает влияние на процесс прохождения сигнала с выхода регистра 12 памяти в нерекурсивный фильтр 17. Заметим, что блок 14 вычитания и сумматор 16 производят взаимно обратные операции над сигналом, что обеспечивает равенство сигналов на выходе регистра 12 и на входе нерекурсивного фильтра 17. Поэтому в нерекурсивном фильтре 17 формируется усредненное по нескольким отсчетам значения временных интервалов, которые соответствуют интервалам между импульсами тока.
Когда значение сигнала на выходе нерекурсивного фильтра 17 становится больше заданного порогового уровня Uoп исполнительный элемент 4 срабатывает, что сигнализирует о наличии бросков тока намагничивания.
При наличии аномальных искажений, например кратковременных мощных выбросов или затуханий тока, которое приводит к кратковременному существенному увеличению (или уменьшению) величины интервала между импульсами тока на выходе выпрямительного блока 2 относительно усредненного их значения, формируемого нерекурсивным фильтром 17, двухсторонний ограничитель 15 сглаживает их влияние, что приводит к повышению помехоустойчивости дифференциального реле и, как следствие, к повышению точности его работы.
Источники информации
1. Электротехнический справочник. в 4-х томах. т.2: Электротехнические изделия и устройства /Под общ. ред. В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998, с.390, рис. 35.10.
2. Зильберман В.А. Релейная защита сети собственных нужд атомных электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1992, с.63, рис. 2.3 (прототип).
Формула изобретения
Дифференциальное реле, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока и выпрямительный блок, а также исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные одновибратор, вход которого является входом запуска дифференциального реле, и генератор тактовых импульсов, первый и второй формирователи коротких импульсов, входы которых соединены с выходом порогового блока, вход которого соединен с выходом выпрямительного блока, первый элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а второй вход - с выходом одновибратора, RS-триггер, R- и S-входы которого соединены с выходами первого элемента ИЛИ и первого формирователя коротких импульсов соответственно, элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход соединен с прямым выходом RS-триггера, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом одновибратора, регистр памяти, тактовый вход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и с выходом второго формирователя коротких импульсов, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, вход установки в ноль - соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход соединен с информационным входом регистра памяти, последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом регистра памяти, и двусторонний ограничитель, а также сумматор, первый вход которого соединен с выходом двустороннего ограничителя, и нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, выход соединен с входом исполнительного элемента и со вторыми входами блока вычитания и сумматора, а тактовый вход соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов.
