Устройство для защиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала

 

1

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик (ii)56125 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51) М. Кл.

Н 02 Н 9/02 (22) Заявлено18.08,75 (2l) 2166627/07 присоединением заявки №(23) ПриоритетГосударственный номнтет

Совета Мнннстров СССР оо делам нзоЬретеннй н DTKpblTHN (43) Опубликовано05.06.77,Áþëëåòåíü № 21 I .;;) УДК 621 316 . 925 (088.8 ) (45) Дата ооублинояання ооитаннн 2 1.09.7>

Б. П. Фролов, E. lI. Тужилов и В. И. Шубин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАШИТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ЗАjlAHHOK) УРОЕЦЯЯ ТОКОВОГО

СИГНАЛА

Предлагаемое изобретение может быть использовано в различных системах конт роля и автоматического регулирования, в частности для защиты ядерного реактора по превышению уровня мощности (1) .

Известное устройство аналогичного наз» начения. Оно является усилителем постоян ного тока и содержит по ледовательно соединенные модулятор, усилитель, однополупериодный фазочувствительный выпрямитель, сглаживающий фильтр, пороговый элемент

{электромагнитное реле) и подключенный параллельно входу устройства источник контрольного ситнала.

При отсутствии аварийной ситуации (т.е. пока входной сигнал меньше порогового ъовня} в тракт усилителя цоступает ток источника контрольного сигнала, который после модуляции и усиления детектирует-, ся« фазочувствительным выпрямителем и поступает через фильтр на обмотку реле, которое под воздействием этого сигнала находится в возбужденном состоянии.

При увеличении контролируемого пара.метра на входе усилителя появляется ток, направленный встречно току источнтека контрольного сигнала, напряжение, подава емое на обмотку реле, уменьшается, и реле отпускает. В случае возникновения4

5 внезапного отказа в усилительном тракте обмотка реле, обесточивается, предупреждая тем самым появление скрытых опасньтх отказов в системе. Однако при таком построении функциональной схемы, несмоч4 ря на постоянный контроль исправности большинства элементов усилительного тракта, отсутствует контроль исправности по рогового элемента, и выходной сигнал, выдается только в форме замыкания - размыкания контактов электромагнитного ре- ле.

Известно также устройство для зашиты от превышения заданного уровня сигнала, 20 в котором непрерывным контролем охвачены все основные элементы устройства (2).

Это устройство состоит из последовательно соединенных датчика, модулятора с источником управляющего напряжения, 561251

60 однополупериодного фазо" увствитепьного выпрямителя и пороговor о блока (или нескольких), который состоит из .последовательно соединенных дискриминатора амплитуды, разделительного элемента и выпрямителя. Источник контрольного сиг-. нала включен параллельно входу устройва и датчику. На входе модулятора действует сумма двух сигналов: тока датчика и тока источника контрольного сигнала, направленных встречно, При токе датчика, равном О, на вход модулятора поступает только ток источника контрольного сигнала, который модулируется, усиливае-.ся и подает1ся на вход фазочувствительного выпрямите-; ля, Под воздействием прямоугольного напряжения на выходе фазочувствйтельного выпрямителя дискриминатор амплитуды бу-. дет р а ботать в динами ческом режиме, фор мируя однополярные импульсы. Это напряжение после разделительного элемента бу- дет переменным напряжением прямоугольной формы, которое преобра-уется выпрям@-1. телем в постоянное напряжение определен ной величины н знака.

Наличие выходного напряжения сигнали« зирует об отсутствии превышения заданного уровня и о нормальной работе устройства, При увеличении тока датчика суммарный .сигнал, действуюший на входе модулятора, уменьшает. Это приводит к уменьшес нию сигнала на входе порогового блока.

Korда ток датчика достигает определенного заданного значения. 3„» при котором амплитуда импульсов, йоступающих на вход дискриминаторй амплитуды, станет равной его порогу срабатывания, дискриминатор амплитуды перестан т работать в. режиме формирования. Тогда исчезнет переменное напряжение на входе, выпрямителя, что приведет к скачкообразному исчезновению: выходного постоянного напряжения, сигнализируя,о превышении входным током заданного уровня.

В случае возникновения в любом из элементов устройства, а также в цепях питания и управления внезапного отказа, приводящего к исчезновению контрольного сигнала в тракте устройства, скачком исчезает выходное напряжение, сигнализируя неисправности устройства.

Очевидно, что при таком построении схемы устройства зашиты от превышения заданного уровня сигнала возникновение опасного отказа, т.е. такой ситуации, при которой входной ситнал достиг заданной величины, а срабатывания не произошло, быть не может. Однако при появлении на выходе устройства логического сигнала нельзя установить вызвавшую его причину. нельзя отличить сигнал, вызванный неисправностью какого-либо элемента от с юг=нала, появившегося вследствие превышения входным сигналом заданной величины. Например, при неисправности усилителя ло= гической сигнал появится на вы. одах всех пороговых блоков, а при внезапном отказе одного из элементов порогового блока по=

1ический сигнал появится на выходе имен-но этого блока.

Uem изобретения - повышение на дежности и удобства в эксплуатации устройст-, ва путем индикации сигнала неисправности.

Поставленная цель достигается тем, что в каждом из пороговых блоков к выхо = ду дискриминатора амплитуды последовательно подключены элемент совпадения и фильтр низкой частоты, причем второй вход каждого элемента совпадения соединен через первый расширитель длительности импульсов с источником управляющего напряже=-. ния, к выходу которого через управляю=ший блок подключен источник контрольного сигнала, выход первого расширителядлител;-ности импульсов через второй расширитепь длительности импульсов соединен со вхо= дом сумматора, другие его входы, число которых равно числу пороговых блоков, через дифференцирующие блоки вкпючечы на выходы фильтров низкой частоты, а на выход сумматора включен блок формирования сигнала неисправности. С целью исключения опасности отказов, блок совпадения образован двумя параллельно включенными на входе логическими элементами И, выходы которых соединены со входами аналогичного логического элемента И. С целью повышения надежности индикации сигнала неисправности, сумматор образован параллельным включением на входе логических элементов И, число которых и колйчество входов каждого из них на единицу больше числа пороговых блоков, а их выходы соединены со входами аналогичного логического элемента И.

На фиг. 1 п,.иведена функциональная схема предлагаемого устройства для зашиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала; на фиг. 2 - схема элемента совпадения; на фиг. 3 - схема сумматора; на фиг. 4временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство состоит иэ датчика 1, источника 2 контрольного сигнала, мо;.улятора 3 с источником 4 управляюшего напряжения, усилителя 5, к выходу которого

rIoäêëþ÷åHû оциц или н сколько порогов блоков, например (>, 7, 8, кажный из которых состоит из послецовате,п-Но соединенных дискриминатора ал плитулы 9, элемента совпадения 10 и фильтра 11. 1!сточник 2 контрольного сигнала соецинен через управляющий блок 12 с источником 4 управляюшег о напряжения, к выходу которого подключены через первый расширитель

13 длительности импульсов, входы 14 всех элементов совпадения 10 и вход второго расширителя 15 длительности импульсов.

На вход сумматора 16 включены через дифференциру-юшие блоки 1 7 выходы всех ,пороговых блоков 6, 7, 8 и выходы вто рого расширителя 15 длительности импульсов, а выход сумматора 16 соединен с блоком 18 формирования сигнала неисправности.

Элемент совпадения 10 (фиг. 2) образован двумя параллельно включенными на входе логическими элементами И 18 и 19

Выходы элементов И 18 и 19 подключены ко входу аналогичного элемента И 20 и его выход является выходом элемента совпадения, Сумматор (фиг. 3 ) образован параллельно включенными на входе логическими элементами И 21-24, число которых и количество входов каждого из них на единицу больше числа пороговых блоков устройства.

Выходы этих элементов И включены на вход логического элемента И 25, выход которого является выходом сумматора.

Устройство работает следующим образом. При токе датчика 1, равном О, на вход модулятора 3 поступает только ток источника 2, форма которого показана на фиг. 4б. Этот сигнал образован постоянный током 3rc который получает ся после выпрямления и сглаживания переменного управляющего напряжения

Б (фиг. 4, а) с положенными на него короткими импульсами длительностью Т2, генерируемыми при помощи управляющего блока 12. Задний фронт импульсов тока контрольного сигнала совпадает с фронтом грямоугольного управляющего напряжения

U р . После модуляции и усиления напря пр женйе на выходе усилителя 5 имеет форму, показанную на фиг. 4, в. Это напряжение подается на входы пороговых блоков 6, 7, R, и под его воздействием дискриминаторы амплитуды 9 работают в режиме формирования. Порог срабатывания порогового блс ка 6 обозначен на фиг. 4, U1, а порог срабатывания блока 7 — Ц„. На выходе дискриминаторов 9 пороговых блоков 6 и 7 присутствует пульсирующее напряжение, изображенное на фиг. 4 г и 4 д

l5

60 соответственно. Очевидно, что длительность импульсов, форлшруемых дискриминаторами амплитуды равна Т1 — длительности полупериода управляющего напряжения. На вход

) - 1 элемента совпадения 10 с выхода первого расширителя 13 подаются импульсы длительностью Т3 (фпг. 4 е4. Так как

Т3 1.1, то на выходах схел1 совпадения

10 присутствуют оцнополярные импульсы длительностью Т1 (фиг, - : ж, 4 з,). Из этого пульсирующего напряг.ения фильтрами

:низкой частоты 11 форл,,> тся выходные логические сигналы, v=-a(,:=.женные на фиг.

4 и, 4 к, Так как сигнал, соответствующий логической единице, является постоянным напряжением определенной величи ны и знака с налож иной на его пульсации частоты U „... то при помощи дифференцируюшего блока 17 выделяются им пульсы (фиг. 4 л и 4 м), передний фронт которых совпадает с задним фронтом импульсов на выходе элемента совпадения 10.

Импульсы с выхода дифференцирующих бло ков (число которых равно числу пороговых блоков) подаются на входы сумматора 16.

Напряжение с выхода первого расшири», теля 13 подается на вТорой расширитель.

15. Импульсы, длительностью Т4 с-. его выхода (фиг. 4 н) также поступают на вход сумматора 16. На выходе сумматора присутствуют короткие импульсы (фиг.4 o), под действием которых блоком 18 формируется логический сигнал неисправности.

Признаком исправной работы устройства является наличие на выходе блока 18 логической единицы (фиг. 4 п).

При увеличении с момента 41 Tî датчика 1 напряжение на выходе усилителя 5 начинает уменьшатьс я,так как ток датчика и ток контрольного сигнала направлены встречно. В момент t на2 пряжение основной модулирующей частоты на входе дискриминатора амплитуды 9 порогового блока 6 становится меньше, чем его порог срабатывания U (фиг. 4 в), и дискриминатор амплитуды формирует выходной импульс, длительностью Т2, тогда как до этого он формировал импуль сы, длительностью Tl. С выхода блока совпадения 10 на фильтр 11 также поступает короткий импульс (фиг. 4 г), что приводит к уменьшению величины выходного логического сигнала. При дальнейшем увеличении тока датчика с выхода блока совпадения снимаются короткие импульсы, длительностью Т2, и на выходе фильтра 1 1 устанавливается низкое постоянное напряжение, соответствующее логическому нулю с наложенной на него пуль561251

"-ацией (фиг. 4 и) пифференцируюший блок

17 выделяет импульсы (фиг, 4 а), передний фронт которых совп:.дает с задним фронтом импульсов на выходе блока совпадения, и следовательно, режим работы cóìматора 16 и блока формирования сигнала неисправности существенно не изменяется, В момент напряжение основной моз дулирующей частоты уменьшается до вели- чины, меньшей UI и скачком изме- 10 няется длительнос ь импульсов, формируемых дискриминатором амплитуды 9 порогового блока 7. На выходе фильтра 11 аналогичным образом изменяется выходное напряжение (фиг. 4 к), т,е. происходит сра- 15 батывание блока 7. Очевидно, и в этом случае режим работы сумматора 16 не изб.еняется, так как íà два его входа пос тупают короткие положительные импульсы (фиг, 4 м и 4 н), а на третий - имп"льсы, 20 длитечьностью Т4 с выхода второй схемы расширитвля 15 длительности импульсов.

При дальнейшем увеличении тока датчика в момент происходит измене1 ние знака действующего на входе модуля- 25 тора 3 медленно изменяющегося сигнала, и следовательно, изменяется фаза напря . кения основной частоты на выходе усилителя 5, а в момент т дискриминатор, О амплитуды 9 порогового блока 7 начинает 30 формировать импульсы, длительностью Tl (возможен случай, при котором длительность импульса будет равна Tl + Т2). Од нако на выходе блока совпадения 10 при этом присутствуют импульсы длительно- 35 стью ТЗ-Т1, приблизительно равной Т2, Поэтому выходное напряжение нулевого логического сигнала изменяется незначительно, а положительный импульс с выхода дяфференцирующего блока смещается впра 40 во (несколько запаэдывае ) относительно фронта прямоугольного управляющего напряжения. Это приводит к некоторому уменьшению длительности импульса на выходе сумматора 16, но не нарушает работу бло- 45 ка 18 формирования логического сигнала неисправности.

В момент 1 аналогичным образом начинает работать дискриминатор амплитуды

9 порогового блока 6. 50

При уменьшении тока датчика до 0 выше описанные изменения происходят в обратном порядке.

Таким образом, признаком исправной работы устройства для зашиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала является наличие на выходе блока формирования логического сигнала неисправности после довательности

1коротких импульсов (фиг. 4 о). Тогда на б0 выходе этого блока при<.утствует напряжение, соответствующее логической единице, При исчезновении по какой-либо причине последовательности запускающих импульсов или при неисправности собственно блока

18 во внешнюю цепь напряжение постоянного тока не постчпает (логический.0).

Как показано выше, контроль исправности устройства осуществляется вне зависимости от величины и направления тока датчи= ка и его изменений во времени.

Сигнал неисправности подается при во: — никновении внезап ого отказа, влекущего за собой исчезновение контрольного сиг нала в.любом функциональном элементе устройства, TGK KBK при 8TQM происходит сраоатывание рдного или нескольких пороговых блоков устройства, то для предотвращения ложного срабатывания устройсгва блок формирования логического сигнала неисправности выполнен более быстродействующим, чем пороговые блоки, При возникновении внезапного отказа, например в усилителе,5, одновременно прерывмотся последовательность запускающих импульсов, поступающих на блок формирования сигна-: ла неисправности, и импульсы, поступа:.= шие на входы фильтров низкой частоты всех пороговых блоков, но исчезновение выходного постоянного напряжения на выходе пороговых блоков происходит с . о-= раздо меньшей скоростью, чем исчезновение напряжения на выходе блока формирования сигнала неисправности. Тогда во вчешнюю схему, обрабатывающую логические сигналы устройства, сначала поступает сигнал неисправности, а только потом ложные логические сигналы -с выходов по роговых блоков.

Если бы в качестве элемента совпадения 10 применялась обычная схема И, например два последовательно включенных транзисторных ключа, то при пробое тран зистора, иа вход которого подается сит нал с выхода дискриминатопа амплитуды, срабатывание порогового блока не произов ло бы при увеличении тока датчика, т,е. имел бы место опасный отказ.

Лля предотвращения опасного отказ устройства вследствие возникновения внезапного отказа в элементе совпадения 10. этот элемент (см. фиг, 2) образован двумя

l8 и 19 параллельно включенными логическими элементами И, имеющими по два входа . Выходы элементов 18 и 19 подключены ко в:,"оду аналогичного элемента

И 20, ц его выход является выходом элемента совпадения 10.

561251

По аналогия.ной схеме построен сумма-, тор 16 (фиг. 3). Все входные сигналы подаются на входы параллельно включенны1с логических элементов И", 21-24, число которых и количество входов каждого иэ них на единицу больше числа пороговых блоков устройства. Выходы этих элементов включены на вход элемента И 25, выход которого является выходом сумматора, В настоящее время изготовлен и испы тан макет устройства для защиты от превышения заданного уровня сигнала. Логический сигнал пороговых блоков выдается в виде напряжения постоянного тока 12В+ .20% (логическая единица) и напряжения . o .òîÿííîãо тока менее 0,3 В (логический нуль) .

Сигнал неисправности выдается при имитации внезапного отказа (обрыв или короткое замыкание) любого элемента, входящего в состав устройства.

Задержка появления ложного логическсь го сигнале на выходе пороговых блоков при возникновении внезапного отказа относительно появления сигнапа неисправности составила в испытываемом макете

10 2сек и может быть легко увеличена.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты энергети- ческой установки от превышения заданного уровня токового сигнала, содержащее gaTчик и источник контрольного сигнала, на выход которых подключены последовательно соединенные модулятор, снабженный источником управляющего напряжения, . и усилитель, к выходу которого подключены пороговые блоки с дискриминаторами амплитуды на их входах, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и удобства в эксплуатации пу10 тем индикации сигнала неисправности усп

> ройства, в каждом из пороговых блоков к выходу дискриминатора амплитуды последовательно подключены элемент совпадек ния и фильтр низкой частоты, причем второй вход каждого элемента совпадения соединен через первый расширитель длительности импульсов с источником управляющего напряжения, к выходу которого через

10 управляющий блок подключен источник конч рольного сигнала, выход первого расширителя длительности импульсов через второй расширитель дпитзльности импульсов соединен со входом с, мматора, другие его

15 вхоцы, числокоторь хрееночислупороговых блоков, через дифференцирующие блоки включены на выхоцыфильтоов низкой частоты, а на выход сумматора включен блок формирования сигнала неисправности.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью исключения опасности отказов, элемент совпадения образован двумя параллельно включенными на входе логическими элементами И, выходы которых соединены со входами аналогичного логического элемента И.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности индикации сигнала неисправносЗО ти устройства, сумматор образован парал- лельным включением на входе логических элементов И, число которых и количество входов, каждого иэ них на единицу больше числа пороговых блоков, а их выходы соеЗ5 динены со входами аналогичного элемента

И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.EPeckro ie Гпупсе ч1по 39, Ne 4744О 489 август 1967 г,, Мг 475, 553-557 сентябрь 1967 г., предназначенное для системы аварийной зашиты атомной электростанции в Уилфе (Англия).

2. Авторское свидетельство N-. 413567, по кл. Н 02 Н 9/02 за 1973.

56 1251.

° /

„в ((НИИПИ Закаэ 1586/156 Тираж 91 7 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4!

/б

t !