Многофункциональное устройство для релейной защиты электроустановки

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к релейной защите . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и упрощение его настройки. При подведении к U зажимам устройства сигналов налряже-i ния и тока с контролируемой электроустановки на входы пороговых элементов 15-18 поступают рабочие сигналы. Эти сигналы пропорциональны активной и реактивной мощностям, квадрату действующих значений тока и напряжения. Пороговые элементы срабатывают в соответствии с заданными установками. Блок 12 формирования характеристики реализует заданный алгоритм с помощью перемножителей, делительного блока и сумматора На входы перемножителей поступают сигналы, пропорциональные активной и реактивной мощностям, Лалее сигналы с перемножителей поступают на сумматор. Выходной сигнал с сумматора используется в делительном блоке для формирования трех слагаемых, срабатывает нуль-орган. В результате устройство формирует величины, пропорциональные квадратам действующих значений тока и напряжения,и на их основе выполняет реле сопротивления с эллиптической , круговой и характеристикой в виде линзы 3 ил. % (Л 1Ь ел со 4

союз советсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

41 А1 (1% (11) н 02í 3д8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и АВТОРСНОММ СВИДЕТЮЪСТВУ

OCYAAPCTBEHHHA HOMHTET по изоБеетениям и отн ытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4738785/07 (22) 19.09.89 (46) 15.01.92. Бюл. 1" 2 (71) Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, Ленинградский политехнический институт и Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.M. Шевцов, В.h. Ильин, Ю.Я. Лямец, В.К. Ванин и Г.С.Нудельман (53) 621.316.725(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 799067, 1981.

Авторское свидетельство СССР и 1356106, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N 1396196, 1988. (54) ИНОГОФУнкЦионАльное УстРойство

ДЛЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и упрощение его настройки. При подведении к

2 зажимам устройства сигналов напряже1 ния и тока с контролируемой электроустановки на входы пороговых элементов 15-18 поступают рабочие сигналы.

Эти сигналы пропорциональны активной и реактивной мощностям, квадрату действующих значений тока и напряжения.

Пороговые элементы срабатывают в соответствии с заданными установками.

Блок 12 формирования характеристики реализует заданный алгоритм с помощью перемножителей, делительного блока и сумматора. На входы перемножителей поступают сигналы, пропорциональные активной и реактивной мощностям. Ралее сигналы с перемножителей поступа- g ют на сумматор. Выходной сигнал с сумматора используется в делительном блоке для формирования трех слагаемых, срабатывает нуль-орган. В результате устройство формирует величины, пропорциональные квадратам действующих зна- 2 чений тока и напряжения,и на их основе вь выполняет реле сопротивления с эллиптической, круговой и характеристикой в виде линзы . 3 ил. Сл

1705941

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в многофункциональном устройстве релейной защиты, выполняющем одновременно

Функции реле тока и напряжения, реле активной и реактивной мощности, реле сопротивления и реле направления мощности, в системах комплексной защиты автономных систем электроснабжения, 10 комплексной защите мощных синхронных генераторов и защите линий электропередач, где оно может выполнять функции максимально-токовой защиты, защиты от повышения (понижения) напря-15 жения, защиты от перегрузки и перехода в двигательный режим, защиты от асинхронного хода и дистанционной защиты.

Известно устройство, предназначен- ур ное для комплексной защиты электроустановки, выполненное из отдельных блоков, каждый из которых предназначен для защиты только по одному параметру, и имеющее сложную структуру. Кроме 25 того, устройство имеет область применения, ограниченную только защитой синхронных генераторов малой мощности, что объясняется его недостаточными

Функциональными возможностями. 30

Известно реле с двумя подводимыми величинами, содержащее блок формирования ортогональных составляющих, выполненный в виде четырех умножителей, 4 четырех блоков частотной фильтрации, каждый из которых выполнен в виде последовательно включенных низкочастотного и заграждающего фильтров, генератора опорных ортогональных синусоидальных сигналов, один выход кото- 40 рого подключен к одним входам двух, умножителей, другой выход - к одним входам двух других умножителей, к выходам умножителей подключены блоки частотной фильтрации, выходы которых 45 являются выходами блока формирования ортогональных составляющих, а его входами являются попарно объединенные другие входы умножителей, два сумматора, два формирователя модуля, лоро- gp говый элемент, включвнный на выходе одного формирователя модуля„

Однако реле обладает недостаточными функциональными возможностями, так как оно может быть использовано в релейной защите электроустановки только в качестве измерительного органа сопротивления или реле направления мощности. В реле для формирования характеристики измерительного органа сопротивления (или реле направления мощности) используются четыре трехвходовых сумматора с пятью различными (в, be а, Ь, h) масштабными коэффициентами. Наличие большого числа настроек (двенадцать) делает трудоемким процесс формирования необходимой характеристики измерительного органа сопротивления (или направления мощности), что усложняет производство и эксплуатацию реле.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является частотно-независимое трехфазное реле напряжения, схему которого можно использовать также в качестве частотноI независимого реле реактивной мощности, содсржащее датчики тока и напряжения, подключенные к двум входам блока формирования ортогональных составляющих, один и другой выходы которого подключены к входам первого перемножителя, третий и четвертый выходы - к входам второго перемножителя, выходы первого и второго перемножителей соединены с входами сумматора, к выходу которого подключен пороговый элемент. К реле (при использовании его в качестве реле реактивной мощности) на выходе сумматора выделяется постоянный сигнал, пропорциональный реактивной мощности, даже при значительных уходах частоты сети от номинального значения.

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные воэможности, так как в релейной защите электроустановки оно может выполнять функции только реле реактивной мощности (или трехфазного реле напряжения, реагирующего на площадь треугольника линейных напряжений).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и упрощение его настройки„

Указанная цель достигается тем, что в многофункциональное устройство, содержащее датчики тока и напряжения, подключенные к двум входам блока формирования ортогональных составляющих, один и другой выходы которого подключены к входам первого перемножителя, третий и четвертый выходы — к вхорам второго перемножителя, выходы первого и второго перемножителай соединены с входами первого сумматора, к выходу

1705941

6 которого подключен первый пороговый элемент, вторые сумматор и пороговый элемент, два формирователя модуля, дополнительно введены третий и четвертый перемножители, блок формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, третий и четвертый пороговые эпементы и первый и второй ключи. При этом входы вновь введенных третьего и четвертого перемножителей соединены соответственно с первым, четвертым и вторым, третьим выходами блока формирования ортогональных составляющих, выходы третьего и четвертого перемножителей соединены с входами второго сумматора, к выходу которого подключен третий пороговый элемент, входы первого и второго формирователей модуля соединены соответственно с первым, третьим и вторым, четвертым выходами блока формирования ортогональных составляющих, четвертый пороговый элемент подключен на выходе второго формировате- 25 ля модуля, выходы обоих сумматоров непосредственно, первого и второго формирователей модуля соответственно через первый и второй ключи соединены с входами блока формирования характе- 3р ристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, при этом блок формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами выполнен в виде трех перемножителей, делительного блока, двух сумматоров и порогового элемента, при этом объединенные входы первого и второго перемножителей, являющиеся первым и третьим входами блока, соединены соответственно с одним и вторым входами третьего перемножителя и одновременно с двумя входами первого сумматора, третий вход которого, являющийся вторым входом блока, соединен с 45 одним входом делительного блока, с выходом которого соединен четвертый вход первого сумматора, выходы перемножителей соединены с входами второго сумматора, выход последнего подклю- О чен к другому входу делительного блока, а пороговый элемент подключен на выходе первого сумматора„ Кроме того, блок Формирования характеристики выполнен в виде каскадно включенных четырехвходового сумматора, входы которого являются входами блока, и нуль-органа. Укаэанная цель достигается выполнением блока формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами в виде пары каскадно включенных четырехвхоиового сумматора, и нуль-органа, и элемента И, входы которого подключены к нуль-органам, а входы сумматоров включены параллельно и являются входами блока формирования.

Введение в устройство третьего и четвертого перемножителей, блока формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами с различными вариантами его выполнения, третьего и четвертого пороговых элементов, первого и второго ключей, а также дополнительных связей позволяет в одном устройстве выполнить следующие измерительные органы, предназначенные для релейной защиты электроустановки: тока, напряжения, активной и реактивной мощности, направления мощности, сопротивления с характеристикой срабатывания в виде эллипса, окружности "линзы". таким образом, по сравнению с аналогом и прототипом значительно повышены функциональные возможности устройства.

Недостаток аналога, заключающийся в сложности настройки реле с двумя подводимыми величинами (направления мощности и сопротивления), так как требуется настройка 12 коэффициентов передачи, в предлагаемом устройстве устранен. 0 многофункциональном устройстве количество настроек в зависимости от характеристики измерительного органа с двумя подводимыми величинами колеблется от 2 до 8.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 характеристика низкочастотного (а) и режекторного (б) фильтров; на фиг.3примеры выполнения блока формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами.

Схема содержит датчик 1 напряжения и датчик 2 тока, подключенные к входам блока 3 Формирования ортогональных составляющих, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 перемножители, первый и второй формирователи 8 и 9 модуля, подключенные входами к соответствующим выходам блока 3 формирования ортогональных составляющих, сумматоры 10 и 11, соединенные соответственно с выходами первого 4 и второго 5, третьего 6 и четвертого 7 перемножителей, блок 12 формирования

1705941

Таблица 2

Сумматор 43

49 50 51

Номер входа 54 55

I 57

34 35

Номер входа

Коэффициент

Р 40

»» характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, подключенный входами к выходу сумматоров 10 и ll непосрелственно,а к выходам Формирователей 8 и 9 модуля соот- 5 ветственно через первый 13 и второй

14 ключи, и пороговые элементы 15-18, соединенные с выходами формирователей

8 и 9 модуля и сумматоров 10 и 11.

Блок 3 формирования ортогональных

;составляющих выполнен в виде четырех перемножителей 19-22, четырех блоков

23-26 частотной Фильтрации, каждый из которых состоит иэ последовательно включенных низкочастотного 27 и режекторного 28 фильтров, генератора 29

1 опорных ортогональных синусоидальных сигналов, выходы 30 и 31 которого подключены соответственно к одним входам перемножителей 19, 22 и 20, 21, объединенные другие входы которых являются входами блока 3 формирования ортогональных составляющих.

Блок 12 формирования характеристи- 25 ки срабатывания реле с двумя подводимыми величинами для Формирования характеристики реле направления мощности (РНМ) выполнен в виде каскадно включенных двухвходового сумматора

32, входы которого являются входами блока, и нуль-органа 33. Масштабные коэффициенты входов 34 и 35 сумматора

32 приведены в табл. 1.

Таблица 1 35

Блок 12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами для формирования эллиптической характеристики реле сопротивления выполнен в виде трех перемножителей 36-38, делительного блока 39, состоящего иэ перемножителя 40, включенного в обратную связь операционного усилителя 41, сумматоров 42 и 43 и нуль-органа 44. При

50 этом объединенные входы перемножителей 36 и 37 соединены соответственно с разными входами перемножителя

38 и одновременно с двумя входами сумматора 42, третий вход которого соединен с одним входом делительного блока 39, с выходом которого соединен четвертый вход сумматора 42. Выходы перемножителей 36-38 соединены с входами сумматора 43 ° Выход последнего подключен к другому входу делительного блока 39„ Нуль-орган 44 подключен на выходе сумматора 42.

Иасштабные коэффициенты по входам

45-51 сумматоров 42 и 43 приведены в табл. 2.

Сумматор 42

Номер входа 45 4á 4 7 48

КоэффиЯ циент t f/Õ. 2е/К 2d/К С 2Ь а

Блок 12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами для формирования круговой характеристики реле сопротивления выполнен в виде каскадно включенных четырехвходового сумматора 52 и нуль-органа 53.

Масштабные коэффициенты по входам

54-57 сумматора 52 приведены в табл.3.

Т а б л и ц а 3

Коэффи2 2 циент — 2Х /К 1/К -(Z -r ) /K. -2R /K

0 Ч о

Блок 12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами для формирования характеристики реле сопротивления в форме "линзы" выполнен в виде пары каскадно включенных четырехвходовых сумматоров 58 и 59, нуль-органов 60 и 61, а также элемента И 62, входы которого подключены к выходам нульорганов 60 и 61, причем входы сумматоров 58 и 59 включены параллельно и являются входами блока.

Устройство работает следующим образом„

При подаче на датчик 1 напряжения и датчик 2 тока входных величин, на их выходах Формируются сигналы напряжения, пропорциональные им:

U1 К, (2 U sin(Qt + g< ), ц - К, Г2 Z зал(СдС+ ц ; ), 941

1705

11 0 2 sin 4)()t;

U3 - Ð cc-s sЯ,tt.

4 = 0Я » U<4 Кц14 С8 (Я- в-+ 412) )(4I 1К,I sin(CDts((1;)= в К,К; 02(вво(01-Щ)+

1

+ В(О (20) t+ C)ln+ 141; )) = — KUI (-Sin(P +

+ sin(2CD.с +(()о+(1) ));

9 где K„, К - коэффициенты трансформации датчиков 1 и 2;

U I - -действующие значения входных величин напряжения и тока

5 (д - угловая частота сети; („ (<); - начальные фазы входных величин напряжения и тока; (фц-(ф; *(- величина угла сдвига фаэ между напряжением и током.

В блоке 3 формирования ортогональных составляющих генератор 29 опорных ортогональных синусоидальных сигналов вырабатывает на выходах 30 и 31 сигналы с напряжениями: где Я - угловая частота генератора, близкая к угловой частоте сети, Я хЯ.

При этом напряжения на выходах перемножителей 19-22 представляются в следующем виде:

01) О, s 010 Ко(2 0 в(о(0)св1(в)1

4(2 sin(Dst К„0(сов(Я С+()()-сов(УС+(св))1

U<< = U< x 33 - К; 2 I 8п)((2) Е+Ц)»

1 12 cns(Dst К i (sin (CD tsllt)+sin (CDst+Cl), ));

1 2! U " U>< K(2+2 U si,n(Qt+1ö)"

5 в42 со в У,В K„0 (sin (CD ts((1 )+sin (CD t+(41„));

112» U () ns К в12 I Sin (Q t +$4 )r

1(2 sin(Dst = Y., 2(сов (Я ts((l; ) - сов(У ts()1 ))10 где М=(r) -Я© - раэностная угловая частота;

9 =ц +Я - суммарная угловая частота.

В устройстве играющие полезную роль составляющие разностной угловой частоты выделяются на выходах блоков

23-26 частотной фильтрации: фильтры 28. Низкочастотные фильтры

27 служат для подавления случайных высокочастотных помех. Кроме того, они попутно выполняют функцию частотного подавления слагаемых суммарной угловой частоты (д в напряжениях обеспечивая в совокупности с режекторными фильтрами 28 наиболее точное выделение ортогональных составляюцих U<>- U>< входных величин тока и напряжения.

Диапазон колебаний угловой частоты сети о.2, при котором обеспечивается высокая точность выделения ортогональных составляющих И2 — 0260 учитывается таким выбором шйрины полосы подавления режекторных фильтров и частоты среза низкочастотных фильтров, чтобы суммарная частота Сд+= (..д +СО) находилась в полосе подавления режекторных фильтров, а разностная частота (Q =- Я - Я - на участках характеристик низкочастотных и заграждающих фильтров, где коэффициент усиления практически неизменен (фиг, 2), Выходные сигналы блоков 23-26 частотной фильтрации (или то же самое выходные сигналы блока 3 формирования ортогональных составляющих) далее обрабатываются перемножителями 4-7, формирователями 8 и 9 модуля и сумматорами 10 и 11 с целью получения величин, пропорциональных активной и реактивной мощности (Р и q) и действующим значениям тока и напряжения (I> и У ) контролируемой электроустановки, Описание работы этой части схемы устройства приводится ниже.

Выходные сигналы перемножителей

4-7 можно представить в виде

Ц K U С08 (Я t +(1)(2 )

24

"е K U sin(Q t + < и)

U< ш K ;I СО8((К) С + Q, ) в

Выделению составляющих разностной угловой частоты в блоках 23-26 служат, главным образом, режекторные

50 U = U<>> U<< = K„U sin((d t + g(4

1 K; I сов(У t + (4); )= К„К 1П(в(о (1)1о—

-(4>,) + Вво(2Ы С +(4>о+ (11, ))1

«в KUI (sing + sin (2CD t+ Ctn+ (11; )) U< UqZ И = К U cos((Lt+ (1)„) K

1 К, 2 сов (CD t+ g ) = — K„Y 02(сов (11 —

170594

11

-((я)+соя (2Я t4()to + ()l )у — KUII coo 44

+ COS (2(4) t + (()o 4(44; )) l где P=VIcosg - активная мощность;

00?вю Ц) - реактивная мощность. формирователи 8 и 9 модуля осуществляют вычисление полезных рабочих сигналов, пропорциональных действую" щим значениям тока и напряжения (Тг 30 и цг) ° г -1й

s U + U < К Ucos(Q t +вгц)) +

8 f3 ß5

+ KuUsin(Q + ) = KuV™ и

35 г

Ul4+ Utg =(К 1в(о((д.с 4 я"))

4(к,I сов((4).t 444))Я = кв 1 где I ы V - квадраты действующих значений тока и напря- 40 жения.

Таким образом, при подведении к зажимам устройства сигналов напряжения и тока с контролируемой электроустановки на вхпды порогов элементов 45

15-18 поступают рабочие сигналы, пропорциональные активной и реактивной мощности, квадрату действующих значений тока и напряжения. Указанные пороговые элементы срабатывают в со- 50 ответствии с заданными уставками, т.е. при выполнении условий:

KP - КР т, Ю» Ж(ст

Кгц Цч т, К . Р k Кг гг ст

О7 Ъ K U<>,I в1а((дЛ +4);)к 5

4К„ll sin(() t+(()„) т K К,UItcos(4 Д-(4)()1

-соя(2Я t + (()U +((l; )j т KUI(costP os(- U) (()О +()); )) .

l0 гдец) =(„ + (1 ; - угол сдвига фаз;

Y. Y. Kö - эквивалентный коэф К Ц фициент передачи.

Сумматорами 10 и 11 осуществляется выделение полезных рабочих сигна15 лов, пропорциональных активной и реактивной мощности контролируемой электроустановки (Р и О), и подавление гармонического сигнала помехи с уд20 военной разностной частотой:

V U - U KUIsia(f К();

40 %

V U + U KUIcos g KP, ц 6 Т

12

Подробнее рассмотрим работу блока

12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами (т.е. измерительного органа направления мощности или сопротивления).

Остановимся на измерительном органе направления мощности с углом максимальной чувствительности (м„ и зоной в 180".

В координатах (Р, О, Х) уравнение характеристики срабатывания этого измерительного органа представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат:

Х -(R, где — угловой коэффициент прямой, е ИЧм.ч

Ц м(2- угол максимальной чувствительности.

Областью срабатывания измерительного органа направления мощности (заштрихованная часть на фиг. З,а) является множество пар значений Р, Х, лежащих по одну сторону от характеристики срабатывания и удовлетворяющих неравенству . X>)R (2)

Учитывая что R Ucos(p/I °

Уэ1л Ц>/т и умножая обе части неравенства (2) Hà I получим (- sin (f )I») (- cos Lg)Тг;

U U

I 1

UIsin Ef 7 $ VIcos(f а так как UIsio Ч q (реактивная мощность), UIcosg P (активная мощность), то неравенство (2) примет окончательный вид:

q ) Р или q - ) Р О. (3)

Последнее соотношение и является алгоритмом работы измерительного ор" гана направления мощности„

Этот случай предусматривает использование в качестве входных величин блока 12 формирования характеристик срабатывания реле с двумя подводимыми величинами только двух ранее ! сформированных параметров, а именно

KP и КО, в связи с чем ключи 13 и 14 разомкнуты.

1705941

30

Поворот системы координат (R,O,Х ) на угол(„ ч по часов(й стрелке (на отрицательный угол -(„ч) преобразует уравнение (5) следу щим образом:

2 (Rcos (у)-::Б1п (- Рм.v) Zoll ,( ((э 1

Ка я (- ллч )+Хсоа (-фчч)) г, р Ь

Преобразуя (6), получим каноническую Форму записи уравнения эллипса

Левая часть неравенства (3) реализуется двухвходовым <:умматором 32, имеющим коэффициенты передачи по входам, указанные в табл. 1.

Нуль-орган 33 срабатывает в соот5 ветствии с условием (3) „

Далее рассмотрим работу измерительного органа сопротивления, реализующего эллиптическую характеристику срабатывания, Обычно большая ось эллипса такой характеристики направлена вдоль угла максимальной чувствительности и центр эллипса отстоит от начала координат на расстояние 00 (2 э). 8 связи с этим такое окончательное положение эллипса можно рассматривать как результат поворота на угол („„ч и параллельного переноса в новой системе ко- 20 ординат на расстояние 00<(Z 3) вдоль координаты R (R ).

Воспользовавшись правилами преобразования координат осуществим вначале параллельный перенос системы коор- 2g динат (Г", 01, Х ) в (Р, О, X ), а затем поворот системы координат (Rf, О, Х ) a (R, О, Х).

Уравнение эллипса в системе координат (Р", 0< Х ) имеет вид: .-(Р )а . (X )а — + — - = 1, (4) где ®, P - соответственно большие и малые полуоси эллипса.

Параллельный перенос только вдоль

s ( координаты Р (R ) приведет к следующему видоизменению уравнения (ч):

I (- Zo>) (Х ) г р

ОЪ + — Y- 1, (5) 0

4 где Е 00 — расстояние между центОЗ 1 рами систем координат (величина смещения центра эллипса вдоль угла максимальной чувствительности). (линии срабатывания) в координатах (R, О, X):

f. =aR +2bRX+cX +2dR+2eX+f 0 (7)

Эллий <> 4оа g м,ч s in Ч м,ч

1 1

2 sin2<>ч(—

Мэ Р, sin 4 м,ч cos (м.ч у» + (э р где а эллипса (РХ) 0 илИ аР+2bRX+cX +2dR+2eX+f (О (8)

Учитывая.то, что активное Р и реактивное Х сопротивления можно выразить через отношения действующих значений напряжения и тоi<а и угла (P

U U

P = — cos (У; Х = — sing, (9) неравенство (8) преобразуется к виду

U V U а (-сов Q ) + 2b (- со s p) (- s in (Р ) +

I I I

U U

+ е(- sin Ц)) + 2d(- cos ()+

I I

+ 2е(sin Ц)) + f(0,. (10) Смысл неравенства (10) не изменится, если обе его части умножить на положительное значение I :

a(Ucos ф) +2Ь(02 сов q si,> y) +

+c(Usin Q1" + 2dUIcos(р+ 2eUIsirq+

+ЕР(0. (11) Известные соотношения

P = UIcosg и 0 = UTsing (12) еще более упрощают неравенство (10):

9

Zsys» т мч

Ф

2оэ

y 1 э

Область срабатывания измерительного органа сопротивления (заштрихованная часть на фиг. 3,6) представляет собой множество пар значений (R,Õ), лежащих на плоскости по одну сторону от характеристики срабатывания и удовлетворяющих неравенству

17115941

15

2 сов Чмч а

kP Г2

Z() sin f N.ч е кр r> или (14) (Rex)(0 а(Ucos (P ) +2Ь(U cos(P si.n (P) +

+ c(Usin(1() +2dP+2eg+fIг С 0 (13) Это неравенство поясняет принцип работы реле сопротивления в предлагаемом устройстве.

Блок 12 формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами реализует алгоритм 10 (13) следующим образом.

1. Первые три слагаемых в неравенстве (13) формируются с помощью перемножителей 36-38, делительного блока

39 и сумматора 42 по следующему алго- 15 ритму.

На входы перемножителей 36-38 поступают сформированные в устройстве сигналы, пропорциональные активной и реактивной мощностям КР u Kg. Ha вы- 20 ходе перемножителей 36-38 присутствуют следующие сигналы напряжений:

0 (КО) К (Шsin(P) 2

K Т (Us in (g ) (КР) а Y (UIcos(P)

37

К Р (UcoscP )

U КО КР К (UIsincg) (UIcos (P )

38

K I (U sinCP cosg ), Далее сигналы U - U>< поступают на сумматор 43, выходной сигнал которого равен: 35

Ug aUÿ+ 2bU 8+ cU <

«)(г I (a О)со в у) + 2b (U сов Ер в itl (В ) +

+c ())s in()) в) .

А так как в этом случае ключ 13 . замкнут, à 14 разомкнут, то на вход блока 12 поступает дополнительно

z> Z — г2

f --Ф -1

r r

Область срабатывания измерительного органа сопротивления (эаатрихованная часть на фиг.3,в) описывает- 55 ся неравенством сигнал К I . С использованием этого

1 сигнала делительный блок 39 формирует первые три. слагаемых неравенства (13): ивв-.-à — "вв- - в(ивово) + (- -) > V I>

+ 2Ь((РсовфвЫ()+c(Usia(f )>, 2. Окончательно левую часть неравенства (13) получают на выходе сумматора 42: га г

Ц U)g+. КР + Kg +

К К

+ «(К. Р а(Усов Ц) ) +2b(U co+sin(P+

K)

+ c(Using) + 2dP + 2еО + йР, Нуль-орган 44 срабатывает в соответствии с условием (11) .

Настройка устройства для работы измерительного органа сопротивления, реализующего круговую характеристику срабатывания, осуществляется следующим образом.

Так как окружность является частным случаем эллипса, для получения уравнения круговой характеристики измерительного органа сопротивления воспользуемся выражением (7), учитывая, что в этом случаеМд = градиус окружности. Отсюда следует, что коэффициенты а — f становятся следующими (для того, чтобы различать рассматриваемый и предыдущий случаи, снабдим коэффициенты индексами кркруговая характеристика);

cos Чм,ч sin Щи(ч г г ) г

1 ° 1 1

Ъ„г 7 в1пгф ч(- - — — ) 0;

1 так как Е совЦ)„в(R

2 в п(()(ч Ко, где R u Xo - координаты центра окружности Оу.

« - R> + - - Х 2 — R- 2 - - Х +

1 1 R() Xo г r r r

2 г

+ — — — С О.

1705941

Умножим обе части неравенства на г и воспользуемся известными соотношениями для P и Х (9):

U U (- cos(f ) +(- а2пф 2+2Р— cos(p—

I I о Z

-2X — э лЦ2 - (Z2 - r ) (О. (15) о

Упростим неравенство (15), умножив обе части íà I и учитывая известное тригонометрическое соотношение:

U2 — 2R0(UIcosCf)-2Х, (БТв2п (g)

-(Z2 — г2)Р (О

l5 или с учетом (12)

U2 (2о2 - г ) Т2 2КоР 2ХоО (О ° (16

В данном случае входными величинами блока 12 формирования характерис) тики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами являются все ранее сФормированные параметры: КР, КО, К,I2 и К2„112, т.е. ключи 13 и 14

1 замкнуты.

Алгоритм (16) реализуется четырехвходовым сумматором 52, имеющим коэффициенты передачи по входам, указанные в табл. 3.

С помощью этих коэффициентов передачи условие срабатывания (16) реле сопротивления формируется не иэ "чистых" величин Р, О, I и U а иэ величин, им пропорциональным: KP, KQ, К2 I2 g K2U2 ° 35

Нуль-орган 53 срабатывает в соответствии с условием (16).

8 ряде случаев в релейной защите используются измерительные органы сопротивления с характеристикой, получаемой соединением двух одинаковых сегментов окружностей, так называемых "линз". "Линзу" можно рассматривать также как общую часть двух ок45 ружностей, причем обычно линия, соединяющая точки пересечения окружностей, направлена вдоль линии, соответствующей углу максимальной чувствительности.

Таким образом, задача при известных большой 0(л и ма.ой 5„ полуосях, смещении 20„ от начала координат 0 до центра лйнэы 0 (точка пересечения большой и малой осей) заключается в определении рариуса r и центров О, и

0,.образующих "линзу" окружностей.

Запишем уравнение для прямоугольного треугольника 0210 . г (О 0 )-" + 0(„" (17)

Учитывая, что (0401) + (л r пере" пишем уравнение (17): г2 (r- Л)2 +0(PQ л или

2rpл 0(2 + Рл2 откуда г (012 + p2)/2p 4, (18)

Перейдем к определению координат центров 04 и 0,2 окружностей, образующих "линзу".

Центры окружностей 0 и 0 отделены от начала координат на расстояния

Z 01 202

Углы направления на 0 и 02 составляют соответственно: ч„=q +е;

Чоа= Чм 8 °

О< Ол О л - 1 л где g = arctg () =агсс — —

Z0h 2 I h ол

При необходимости можно определить координаты центров 0 и 0 как проекции на оси ОК и ОХ:

R 02 2 о СОВ Ц20(, Р0 Е, сов(Х01 Z02 si>90<;

Х ZO а2п1.12

Областью срабатывания измерительного органа сопротивления в вире

"линзы" (захтрихованная часть на фиг. 3,г) является общая часть области, лежащей внутри двух окружностей.

Эта область описывается системой неравенств

fÄ< (R, Х)(0;

К„2 (к, х)(0.

h так как определены радиус и координаты центров окружностей, то система неравенств может быть раскрыта с учетом (16):

17059 формула изобретения

МногоФункциональное устройство для релейной защиты электроустановки, содержащее датчики тока и напряжения, l9 ц2-(Z, -r )I -2R рГ-2Х < Q (0; ц — (Za -r>)Р-2R Р-2У Q gО. (19) оа, о2

В рассматриваемом случае входными величинами блока 12 являются, как и в прелыдущем варианте, ранее сформированные параметры КР, К(, К,Т и К U, I т.е. ключи 13 и 14 замкнуты.

Система неравенств (19) Реализуется сумматорами 58 и 59, нуль-органа1О ми 60 и 61, а также логическим элементом И 62.

Принципиальная схема многофункционального устройства выполняется на стандартных элементах. 8 качестве ос15 новного функционального элементаперемножителя - в устройстве испЬльзуется серийный аналоговый перемножитель 525ПС2, а основу низкочастотных и режекторных фильтров, сумматоров, пороговых элементов составляет операционный усилитель 140У/320.

Предлагаемое многофункциональное устройство со сравнительно простой и однотипной структурой выполняет одновременно функции реле активной и реактивной мощности, реле тока и напряжения, а также функции реле с двумя подволимыми величинами (реле направления мощности и сопротивления), причем измерительный орган сопротивления может реализовывать эллиптическую, круговую характеристику срабатывания и характеристику срабатывания в виде

"линзы", что расширяет функциональные

35 возможности устройства и обеспечивает широкую область его применения.

При этом значительно упрощена настрой- ка устРойства. Так, при Реализации 40 реле активной и реактивной мощности, реле тока и напряжения не возникает необходимости в настройке,а при выполнении реле с двумя подводимыми величинами количество настроек колеблется от 2 до 8, в зависимости от вида реализуемой характеристики. По сравнению с прототипом, где количество настроек реле с двумя подводимыми величинами равно 12, значительно упрощена настройка, что сказывается на

50 упрощении процесса производства и эксплуатации устройства.

20 подкгюченные к двум входам блока формирования ортогональных составляющих, первый и второй перемножители, два сумматора, два формирователя модуля и два пороговых элемента, причем один и другой выходы блока формирования ортогональных составляющих подключены к входам первого перемножителя, третий и четвертый выходы - к входам второго перемножителя, выходы первого и второго перемножителей соединены со входами первого сумматора, к выходу которого подключен первый пороговый элемент, а второй пороговый элемент подключен к выходу первого формирователя модуля, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и упрощения настройки, в него дополнительно введены третий и четвертый перемножители, блок формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, третий и четвертый пороговые элементы и первый и второй ;лючи,при этом входы вновь введенных третьего и четвертого перемножителей соединены соответственно с первым, четвертым и вторым, третьим выходами блока формирования ортогональных составляющих, выходы третьего и четвертого перемножителей соединены с входами второго сумматора, к выходу которого подключен третий пороговый элемент, входы первого и второго формирователей модуля соединены соответственно с первым, третьим и вторым, четвертым вы-" ходами блока формирования ортогональных составляющих, четвертый пороговый элемент подключен на выходе второго формирователя модуля, выходы обоих сумматоров непосредственно, первого и второго формирователей модуля соответственно через первый и второй ключи соединены с входами блока формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами, при этом блок формирования характеристики срабатывания реле с двумя подводимыми величинами выполнен в виде трех перемножителей, делительного блока, двух сумматоров и нуль-органа, при этом объединенные входы первого и второго перемножителей, являющиеся первым и третьим входами блока формирования характеристики, соединены соответственно с первым и вторым входами третьего перемножителя и одновременно с двумя входами первого

1705941

?2

2I сумматора, третий вход которого, являюшийся вторым входом блока, соединен с одним входом делительного блока, с выходом которого соединен четвертый вход первого сумматора, выходы перемножителей соединены с входами второго сумматора, выход последнего под-, ключен к другому входу делительного блока, а пороговый элемент подключен на выходе сумматора, при этом блок формирования характеристики выполнен в виде каскадно включенных четырехвходового сумматора, входы которого являются входами блока, и нуль"органа, кроме того, блок формирования характеристики срабатывания реле с двумя порволимыми величинами может быть выполнен в виде пары каскадно включенных четырехвходового сумматора, и нуль-органа, и элемента И, входы которого подключены к нуль-органам, а входы сумматоров включены параллельно и являются входами блока формирования.

1705941

Я Я

Х

12 вv, )Я О г „ 2 Д I p

e 7

ЯР

6)

Я "ю е I P gг r

ХР ру — Ф CK

О x»----7

2gg I

I g ф о в

° Фиг. Я

Ф1 (2

6.7

Sf

Составитель В. Шевцов

Редактор А. Лежнина Техред Л,олийнык Корректор ll. Пилипенко юев °

Заказ 200 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101