Способ формирования сравниваемых компаратором электрических величин во времяимпульсном реле защиты
Владельцы патента RU 2303310:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" (RU)
Использование: при формировании электрических величин, подводимых к компаратору времяимпульсного реле защиты для работающих на переменном токе объектов электротехнического назначения. Технический результат заключается в повышении надежности и точности функционирования реле защиты в условиях искажения синусоидальной формы подводимых к реле электрических величин. Способ заключается в том, что одно из двух сравниваемых между собой по величине компаратором напряжений постоянного тока суммируют с дополнительным периодическим переменным напряжением со стабильной формой и частотой, при этом напряжения постоянного тока частично или полностью могут быть представлены линейной комбинацией из подводимых к времяимпульсному реле защиты переменных тока и напряжения, а дополнительное периодическое переменное напряжение содержит или не содержит напряжение смещения постоянного тока. На основе предложенного способа могут быть синтезированы времяимпульсные реле защиты с одной или двумя подведенными к реле переменными электрическими величинами. В частном случае способ может быть также использован для синтеза времяимпульсного реле защиты цепей постоянного тока. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите элементов системы электроснабжения, в частности к способам формирования двух электрических величин, подводимых к компаратору времяимпульсного реле защиты, с проходной характеристикой, функционально связывающей длительность импульсов на выходе компаратора с подводимыми к реле защиты синусоидальными электрическими величинами.
В качестве близких по технической сущности являются выбранные в качестве прототипа два устройства, в которых использованы близкие к заявляемому способу методы формирования электрических величин, подводимых к компаратору.
В качестве первого прототипа выбрано времяимпульсное реле тока с проходной характеристикой, связывающей длительность импульсов на выходе компаратора с величиной подводимого к реле действующего значения синусоидального тока, в котором на каждый из двух входов компаратора подают свои напряжения, при этом компаратор на выходе формирует информационный параметр в виде длительности импульсов, связанной с временем превышения подаваемого на первый вход компаратора мгновенного значения модуля первого синусоидального напряжения, функционально связанного с подводимым к реле действующим значением синусоидального тока, над вторым напряжением постоянного тока, подводимым ко второму входу компаратора и определяющим уставку срабатывания реле [Э.И.Басс, В.Г.Дорогунцев. Релейная защита электроэнергетических систем. М.: Издательство МЭИ, 2002. С.256-259].
В качестве второго прототипа выбрано реле сопротивления с проходной характеристикой, связывающей длительность импульсов на выходе компаратора с отношением подводимых к реле действующих значений синусоидальных напряжения и тока, т.е. с величиной модуля полного сопротивления, в котором на каждый из двух входов компаратора подают свои напряжения, при этом компаратор на выходе формирует информационный параметр в виде длительности импульсов, связанной с временем превышения подаваемого на первый вход компаратора мгновенного значения модуля первого синусоидального напряжения, функционально связанного с подводимым к реле действующим значением синусоидального тока, над подводимым ко второму входу компаратора вторым напряжением постоянного тока, функционально связанным с подводимым к реле действующим значением синусоидального напряжения [А.с. СССР 281610, МПК H01h 83/16. Реле сопротивления. / В.А.Мамаев (СССР). - №1361064/24-7; заявл. 09.09.69; опубл. 14.09.70, бюл. №29].
Известны также реле защиты, в которых компаратор сравнивает между собой по абсолютному значению два напряжения постоянного тока, при этом одно из этих напряжений вызывает срабатывание компаратора, а второе - его несрабатывание, при этом каждое из двух напряжений, в общем случае, получают в результате выпрямления и сглаживания синусоидальных напряжений, которые, например, могут быть синтезированы в результате линейной комбинациями из синусоидальных тока и напряжения, подводимых к реле защиты, при этом компаратор на выходе фиксирует факт превышение абсолютного значения вызывающего срабатывание компаратора напряжения над абсолютным значением напряжения, вызывающего его несрабатывание [Э.И.Басе, В.Г.Дорогунцев. Релейная защита электроэнергетических систем. - М.: Издательство МЭИ, 2002. С.23-24].
Недостатком как у первого, так и у второго прототипов является снижение точности функционирования времяимпульсного реле защиты обусловленного:
- во-первых, например, тем, что вторичный ток трансформатора тока, подводимый к реле защиты, при определенных условиях имеет несинусоидальную форму, что связано с физическими процессами в трансформаторе тока при протекании через его первичную обмотку большого тока короткого замыкания;
- во-вторых, возможным изменением в аварийном режиме основной частоты f напряжения в системе электроснабжения.
Технический результат, достигаемый при синтезе времяимпульсного реле защиты с использованием данного изобретения, состоит в возможности повышения технического уровня реле в результате повышения точности его функционирования и стабильности проходной характеристики и заключается в том, что на выходе компаратора реле формируется электрический сигнал в форме прямоугольных импульсов, длительность которых не зависит от отклонения от синусоидальной формы электрических величин, подводимых к времяимпульсному реле защиты.
Сущность изобретения состоит в том, что поставленная цель по повышению надежности и точности функционирования времяимпульсного реле защиты в условиях искажения синусоидальной формы подводимых к реле электрических величин и изменения их основной частоты решают путем суммирования одного из двух сравниваемых компаратором напряжений постоянного тока с дополнительным переменным напряжением со стабильной формой и частотой, причем это напряжение может иметь или не иметь постоянное напряжение смещение, при этом напряжение постоянного тока в зависимости от решаемой времяимпульсным реле задачи может быть функционально связанным частично или полностью с электрическими величинами, подводимыми к реле.
Исходя из сущности изобретения возможны два варианта формирования подводимых к компаратору напряжений, а именно:
- когда согласно первому варианту первое напряжение u1(t), вызывающее срабатывание компаратора, получают суммированием напряжения постоянного тока , являющегося абсолютным значением соответствующего переменного напряжения, и дополнительного переменного периодического напряжения uдоп(t), а второе напряжение U2, вызывающее несрабатывание компаратора, является неизменным напряжением постоянного тока U20 или напряжением постоянного тока 
, являющимся абсолютным значением переменного напряжения, при этом соответствующие переменные напряжения, в общем случае, определяются линейной комбинацией переменных электрических величин из тока iр(t) и напряжения uр(t), подводимыми к реле, а условием появления на выходе компаратора импульсов с длительностью Δt является положительная разность между мгновенным значением первого напряжения u1(t) и вторым напряжением U2:
где
при этом
или 
В выражениях (3) и (5): 
и 
- соответственно комплексные значения переменных тока ip(t) и напряжения uр(t); 
и 
- постоянные комплексные коэффициенты преобразования; k1преоб и k2преоб - постоянные коэффициенты преобразования соответствующих переменных напряжений в соответствующие напряжения постоянного тока;
- либо когда согласно второму варианту первое напряжение u1(t), вызывающее срабатывание компаратора, определяется напряжением постоянного тока 
, являющегося абсолютным значением переменного напряжения u1(t), в общем случае, определяемом линейной комбинацией (3) из переменных тока ip(t) и напряжения uр(t), подводимыми к реле, а второе напряжение u2(t), вызывающее несрабатывание компаратора, получают суммированием напряжением постоянного тока 
, являющимся абсолютным значением переменного напряжения, в общем случае также определяемом линейной комбинацией (5) из переменных тока ip(t) и напряжения uр(t), подводимыми к реле защиты, и дополнительного переменного напряжения uдоп(t) при этом условием появления на выходе компаратора импульсов с длительностью Δt является положительная разность между значениями первого напряжения и мгновенным значением второго напряжения u2(t):
где 
причем как в первом варианте способа согласно (1), так и во втором варианте способа согласно (6) дополнительное переменное напряжение uдоп(t) в (2) и (7) состоит из переменного напряжения uстаб(t) стабильной формы, например синусоидальной или треугольной формы, и стабильной частоты fстаб, и неизменного по величине постоянного напряжения смещения Uсм, которое в общем случае может отсутствовать, т.е. быть равным Uсм=0:
В зависимости от структуры напряжений постоянного тока 
и 
могут быть синтезированы либо реле с одной подведенной к реле электрической величиной, например, времяимпульсное реле переменного тока, либо времяимпульсное реле с двумя подведенными к реле электрическими величинами, например времяимпульсное реле сопротивления, либо, например, времяимпульсное реле для защиты цепей постоянного тока.
На фиг.1 приведено условное изображение компаратора с двумя входами и одним выходом. На фиг.2 и фиг.3 приведены диаграммы напряжений, подводимых к компаратору, и поясняющие первый вариант использования предложенного изобретения, при этом на фиг.2 приведено условное соотношение сравниваемых компаратором электрических величин в условиях несрабатывания компаратора, а на фиг.3 - в условиях его срабатывания (1), когда на выходе компаратора появляются импульсы длительностью Δt. На фиг.4 и фиг.5 приведены диаграммы напряжений, подводимых к компаратору и поясняющие второй вариант использования предложенного изобретения, при этом фиг.4 соответствует условию несрабатывания, а фиг.5 - условию срабатывания компаратора (6).
Предлагаемый способ формирования сравниваемых компаратором электрических величин во времяимпульсном реле защиты, в том числе и источник дополнительного напряжения uдоп(t), могут быть реализованы с использованием известных в технике синтеза измерительных органов защиты, автоматики и электроники схемотехнических решений.
1. Способ формирования сравниваемых компаратором электрических величин во времяимпульсном реле защиты, отличающийся тем, что одно из двух сравниваемых между собой по величине компаратором напряжений постоянного тока суммируют с дополнительным периодическим переменным напряжением со стабильной формой и частотой, при этом напряжения постоянного тока являются частично или полностью линейной комбинацией из подводимых к времяимпульсному реле защиты переменных тока и напряжения, а дополнительное периодическое переменное напряжение содержит или не содержит напряжение смещения постоянного тока.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что напряжение, вызывающее срабатывание компаратора, получают суммированием напряжения постоянного тока и дополнительного периодического переменного напряжения, а напряжение, вызывающее несрабатывание компаратора, является напряжением постоянного тока.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что напряжение, вызывающее срабатывание компаратора, является напряжением постоянного тока, а напряжение, вызывающее его несрабатывание, получают суммированием напряжения постоянного тока и дополнительного периодического переменного напряжения.
