способ формирования сравниваемых компаратором электрических величин во времяимпульсном реле защиты

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 u_доп(t), а второе напряжение U ₂, 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 i_р(t) и напряжения u _р(t), подводимыми к реле, а условием появления на выходе компаратора импульсов с длительностью t 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 i_p(t) и напряжения u_р (t); и - постоянные комплексные коэффициенты преобразования; k_1преоб и k_2преоб - постоянные коэффициенты преобразования соответствующих переменных напряжений в соответствующие напряжения постоянного тока;

- либо когда согласно второму варианту первое напряжение u ₁(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 i_p(t) и напряжения u_р(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 i_p(t) и напряжения u _р(t), подводимыми к реле защиты, и дополнительного переменного напряжения u_доп(t) при этом условием появления на выходе компаратора импульсов с длительностью t является положительная разность между значениями первого напряжения и мгновенным значением второго напряжения u ₂(t):

где

причем как в первом варианте способа согласно (1), так и во втором варианте способа согласно (6) дополнительное переменное напряжение u_доп(t) в (2) и (7) состоит из переменного напряжения u_стаб (t) стабильной формы, например синусоидальной или треугольной формы, и стабильной частоты f_стаб, и неизменного по величине постоянного напряжения смещения U _см, которое в общем случае может отсутствовать, т.е. быть равным U_см=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 t. 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 u_доп(t), могут быть реализованы с использованием известных в технике синтеза измерительных органов защиты, автоматики и электроники схемотехнических решений.