Дистанционный измерительный орган

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к релейной защите . Цель изобретения - повьшение быстродействия устройства. Это дос 1 игается за счет использования функционала настройки, зависящего как от текущего значения сигнала, так и от его значения в предшествующий момент времени. 3 ид. (Л со 00 4: СО СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3863044/24-07 (22) 01.03.85 (46) 07.10.87. Бюл. ¹ 37 (71) Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова и Ленинградский политехнический институт им. M.È.Êàëèíèíà (72) В.И.Антонов и В.К,Ванин (53) 621.316.925(088.8) (56) Mouton L., Souillard М. Быстродействующие статические реле сопротивления ° — Современная релейная защита. М.: Энергия, 1970.

Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники. — Л.: И зд-во ЛПИ, 1981, с. 71, рис. 28 б. з0 И4М85 А1

yg ф Н 02 Н 3/40 Н 01 Н 83/16 (54), ДИСТАНЦИОННЬЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения — повьппение быстродействия устройства. Это дос".игается за счет использования функционала настройки, зависящего как от те-. кущего значения сигнала, так и от

его значения в предшествующий момент времени. 3 ил.

1343495

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и может быть использовано в защитах линий электропередачи от коротких замыканий.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема измерительного органа, на фиг. 2 и 3 — геометрическое изображение функционалов для известного и предлагаемого устройств.

Дистанционный измерительный орган (фиг. 1) содержит преобразователи напряжение-напряжение 1 и ток-напряжение 2, первую 3 и вторую 4 модели линии электропередачи, блоки 5 и 6 задержки, первый 7 и второй 8 вычитатели, первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 умножители, первый 13 и второй 14 сумматоры, интеграторы

15 и 16 и блок 17 формирования характеристики срабатывания, а каждая из моделей 3 и 4 линии электропередачи выполнена в виде двухвходового сумматора 18, двух умножителей 19 и 20, подключенных выходами к входам сумматора 18, и дифференциатора 21, подключенного выходом к одному из входов умножителя 20, при этом выход преобразователя 1 подключен к одному входу вычитателя 7 непосредственно, а к одному входу вычитателя 8 — через один блок 6 задержки, выход преобразователя 2 подключен к основному входу первой модели 3 линии электропередачи и одному входу умножителя 9 непосредственно, а к основному входу вто.рой модели 4 линии — через другой блок 5 задержки, выход первой модели 3 линии подключен к другому входу вычитателя 7, подключенного выходом к другим выходам умножителей 9 и 10, выход второй модели 4 линии подключен к другому входу вычитателя 8, подключенного выходом к другим входам умножителей 11 и 12, выходы умножителей 9 и 11 подключены к входам сумматора 13, а выходы умножителей 10 и 12 подключены к входам сумматора

14, выходы сумматоров 13 и 14 под— ключены соответственно через интеграторы 15 и 16 к входам блока 17 формирования характеристики срабатывания и управляющим входам моделей 3 и 4 электропередачи. .I

Принцип действия измерительного органа основан на определении параметров защищаемого участка линии с помощью самонастраивающейся модели с параметрами g соответствующей схе5 ме замещения ЛЭП. В случае линии небольшой протяженности ею может служить RL-ìoäåëü. Задача устройства заключается в такой настройке модели

ЛЭП, чтобы ее параметры g стреми1р лись к аналогичным параметрам Р„ схемы замещения ЛЭП. Поскольку параметры модели я„ при этом доступны измерению, то по ним можно судить о параметрах линии. Степень близости ЛЭП

1б к схеме замещения линии в ходе настройки устанавливается с помощью ограниченного снизу функционала Е от мгновенной ошибки с = U(I:) — U„(t), (1) гAe U(t) — напряжение линии около места установки органа (на входе схемы замещеZ5 ния), U (t) — напряжение на входе модели ЛЭП.

По мере приближения параметров модели g к параметрам схемы замещения к чо Р„ U„ U, а 1 О, что приводит к убыванию функционала Е. В этой связи задачу можно видеть в такой настройке модели ЛЭП, при которой достигается минимум принятого функционала. Для

35 обеспечения однозначности настройки модели функционал должет обладать единственным минимумом в пространст- ве настраиваемых параметров g„.

Для настройки модели используется градиентный метод, при котором настройка каждого из параметров ведется .пропорционально скорости изменения функционала Е от этого же параметра дб

d д . Е

= — / --" — — k = 1 2 (2)

К3gpÝÓ где 3 — положительные коэффициенты, изменением которых можно регулировать скорость настройки параметров g„; знак минус в правой части уравнений означает, что при настройке параметров g1 функционал убывает.

В интегральной форме система (2) имеет следующий вид:

Уравнения (2) и (3) представляют собой общий алгоритм настройки моде1343495

1д

E к (4) В геометрической интерпретации функционал представляет собой параболический цилиндр (фиг. 2). Линии S5 уровня з ли, для конкретной его реализации необходимо выбрать вид функционала

Е и определить коэффициенты 3 (В известном устройстве выбран функционал где с вычисляется по формуле (1) .

Реле с RL-ìoäåëüþ пригодно для защиты линии небольшой протяженности, описываемой уравнением

U(t) = L — — — + R i(t) А i(t) л л где Ln u Rn — Ье индуктивность и ак.тивное сопротивление.

Модель, уравнение которой

Б (t) = Т. (t) — — — — + R (t) 1 (t), (5)

gi(t) также содержит индуктивность и активное сопротивление (L и R„).

Поскольку i = i, то в соответствии с (1) ошибка

Я= (Ь -L (t)) — — -+ (R -R (ф(ь) и i(t) л м dt л м всегда направлено под одним и тем же углом к проекциям линий равного уровня S (на фиг. 2 плоскость 1 -R

5 плоскость нулевого уровня Q — выдео лена отдельно; на ней нанесены проекции линий равного уровня и траектория движения точки G в ходе настройки модели). Так как они не замкнуты, то движение точки С не совпадает с направлением на точку N. И только потому, что функционал вращается и линии

S меняют свое расположение, точка S описывая спираль, достигнет окрестности точки N (фиг. 2). Движение по спирали занимает значительное время, в связи с чем быстродействие извест- ного устройства недостаточно высоко.

Переходные процессы в реальных ли. ниях небольшой протяженности затухают за 3()-40 мс, после чего к входам реле поступают уже синусоидальные сигналы. Поскольку в точке i отсутствует апериодическая составляющая, 25 то его информативность снижается.,и устройство теряет способность правильно настроить модель ЛЭП. Если по каким-либо причинам устройство не успело настроить модель за время протекания переходного процесса в линии, то и в дальнейшем оно не сумеет настроить ее, В данном измерительном органе используется функционал к(к, ь„,к„,L) - +-gE„-ьÄ(E)) — — — — + jR -к (с)) (ь)-E = 0 (6)

4 i(t)

dt и м образованные пересечением функционала (4) плоскостями уровня Q< = E< (l.—

= О, 1,2,...; Q = О), представляют собой два семейства параллельных пря-. мых, расположенных симметрично относительно линии нулевого уровня. Так как коэффициенты уравнения (6) изменяются во времени, то функционал не прерывно вращается. Ось его враще! II ния N N, параллельная оси Е,-проходит через точку N(0, Ln, КЛ), в которой функционал минимален при всех

В ней поведение модели адекватно поведению линии: L L RN = Кл.

Движение изображающей точки G на плоскости настраиваемых параметров

L и RRn, определяемое системой (2), где gq = Я и вычисляется по (1), а

50

Š— -(+E. ) 2 cк °

В соответствии с (5) и (8) (9) =V(t-E(, )-т. (t) — — --- - — R (t)

o i(t-7 ) м dt

Г (55.i(t -г, ), (10) В геометрической интерпретации функционал представляет собой пара«ч;- )«U (с--.) ° 0 (8) (Особенность определения ошибки заключается в том, что при вычислении ее используются сигналы, пос ». тупающие с задержкой на по времени, 8 параметры модели ЛЭП gg(t) — в текущий момент времени t.

В случае R u L-модели n = 1. Функционал имеет вид

1343495

g (t ь ) с

М - — "-"- = -i(t-K )

aLÄ 4 àR„ (12)

Подстановка (11) и (12) в (2) дает систему дифференциальных уравнений настройки параметров:

Настройка модели может быть нарушена в результате изменения нагрузочного режима ЛЭП или наступившего короткого замыкания. Поскольку параметры модели не соответствуют параметру схемы замещения ЛЭП, то ошибки

Г с.и E. â€, сильно возрастут, приводя в действие каналы самонастройки. По формула изобретения

Дистанционный измерительный орган, содержащий преобразователь ток-напряжение, входные выводы которого служат болоид вращения, полученный в резуль- истечении некоторого времени паратате сложения двух функционалов вида метры модели, изменяясь, снова при(4), развернутых относительно друг мут значения параметров схемы замещедруга на угол, зависящий от величины 5 ния ЛЭП. (фиг. 3) . Линии уровня функциона- При этом, учитывая, что величины ла замкнуты и содержат внутри себя (), U(t), з(- 4„ ) и U(t -, ) не единственную точку минимума N . вносят вклада в частные производные

При синусоидальных сигналах про-. ошибок с. и Q по параметрам L„ è R мышленной частоты и t< = Т/4 (Т вЂ” пе- 10 получаемым из (1), (5) и (10), . Риод сигналов) они имеют вид концентрических окружностей, а при сигналах — — -i(t); (11) д. с41-(t) . BE, аН„ переходного режима из-за наличия в них апериодической составляющей линии S преображаются в эллипсы (на фиг. 3 отдельно показана плоскость нулевого уровня, на которой нанесены проекции линий уровня при различных Е и траектория движения изображающей точки С к точке N). Поскольку функционал (10) обладает ярко выра- бай .(.(б- 1 женным минимумом и линии уровня зам- дС L (13) кнуты, движение ивобреиеюией точки с aL йт(е) б и„ ф q,) всегда направлено в окрестность точки at dt «4

N. Поэтому настрока модели в Реле 25 Согласно (1) и (8) ошибки и „ осуществляется гораздо быстрее, чем вычисляются в два этапа. Сначала с пов Реле с фУнкционалом известного Уст- мощью дифференциаторов 21, умножиройства. телей 19 и 20 и сумматоров 18 определяются напряжения|1„() и V (t-17 ) на выходах (f б и 1 вращается вокруг оси N N паРаллель- З0 моделей ЛЭП 3 и 4, а затем — в вычиной оси Е. Если в известном устройст- тателях 7 и 8 и отнимаются у напряве настРойка модели была возможна жений U(t) и U(t „) Операции умно только благодаря вращению (4), то в жения, присутствующие в правой части предлагаемом вращении (9) длЯ настРой- уравнений (13), осуществляются в умки модели не имеет самостоятельного

35 ножителях 9-12 а суммирование — в б значения. сумматорах 13 и 14. На выходах инте—

ИзмеРительный орган Работает сле- граторов 15 и 16„ обладающих коэфдующим образом. фициентами усиления Ра и /, получаютЕсли модель ЛЭП настРоена, то ее ся величины, пропорциональные активпараметры Rg равны паРаметРам Р . По- 40 ному сопротивлению Н„ и индуктивносведение модели при этом ацекватно по- ти 1,„, которые к концу настройки приведению защищаемого Участка линии не- мут значения Н„ и 1,„ линии. зависимо от режима последней. Напря- Коэффициенты )„ и. системы (13) б д жения U (t) U(t) U qt " ) - выбираются исходя из требований неор— ходимого быстродействия и условий ус1

О. Поскольку сигналы на выходах тойчивости. Наилучшее быстродействие сумматоров 13 и 14 равны нулю, настРойка модели прекращаетсЯ. Это сос- угловая частота основной гармоники тояние может длиться сколь угодно дол- входных сигналов. Установленное сого, если не изменитсЯ Режим заЩиЩае- отношение между и также гаранмой ЛЭП.

50 тирует и устойчивость функционироваI ния реле, т.е.. правильную настроику модели при любых начальных значениях

1„и R„.

7 13434 входами устройства, а выходом подключенный к основному входу модели линии электропередачи, подключенной выходом к одному входу вычитателя, к другому входу которого подключен выход пре5 образователя напряжение-напряжение .

1 входные выводы которого служат входами устройства, первый и второй умножители, к одним входам которых подключен выход вычитателя, третий умножитель, два интегратора, подключенные выходами к управляющим входам модели линии электропередачи, а также к входам блока формирования характеристи15 ки срабатывания,, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения быстродействия, дополнительно введены вторая модель линии электропередачи, два блока задержки вычитатель умноУ У 20 житель и два сумматора, а каждая из моделей линии электропередачи выполнена в виде двухвходового сумматора, к входам которого подключены выходы двух умножителей, и дифференциатора, подключенного выходом к одному входу одного из умножителей, при этом выход преобразователя ток-напряжение

95 подключен к другому входу первого умножителя непосредственно, а также через один блок задержки к одному входу третьего умножителя и основному входу второй модели линии электропередачи, подключенной выходом к одному входу второго вычитателя, к другому входу которого через другой блок задержки подключен выход преобразователя напряжение-напряжение, выход второго вычитателя подключен к другим входам третьего и четвертого умножителей, выходы первого и третьего умножителей подключены к входам первого сумматора, подключенного выходом к входу одного интегратора, выходы второго и четвертого умножителей подключены к входам второго сумматора, подключенного выходом к входу другого интегратора, выходы обеих интеграторов подключены также к управляющим входам второй модели линии электропередачи, а другие входы второго и четвертого умножителей подключены соответственно к выходам дифференциаторов, содержащихся в первой и второй моделях линии электропередачи.

E t

Lw

Уиа.2

Фиг. з

Составитель Т.Щеголькова

Редактор JI.Ãðàòèëëo Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

Заказ 4832/53 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4