Дифференциальное реле
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах дифференциальной защиты трансформаторов при коротких замыканиях в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания, которые возникают при включении ненагруженного трансформатора. Технический результат заключается в повышении точности и расширении функциональных возможностей. Для этого дифференциальное реле содержит промежуточный трансформатор тока, выпрямительный блок, пороговый блок, генератор тактовых импульсов, элемент И, счетчик импульсов, два нерекурсивных фильтра, сумматор, два элемента ИЛИ, одновибратор, RS-триггер, два формирователя коротких импульсов, двухсторонний ограничитель, блок вычитания, два исполнительных элемента, регистр памяти, при этом вход одновибратора является входом запуска дифференциального реле. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах дифференциальной защиты трансформаторов при коротких замыканиях в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания, которые возникают при включении ненагруженного трансформатора.
Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве дифференциального реле.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, выпрямительный блок, активный фильтр, первый пороговый блок, второй пороговый блок и исполнительный элемент [2].
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая помехоустойчивость в условиях аномальных искажений тока, возникающих при бросках тока намагничивания, что снижает его точность, а также относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно реагирует на изменение формы тока, но не реагирует на скорость изменения формы, что необходимо для ряда технологических процессов.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.
Этот технический результат достигается тем, что в дифференциальное реле, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока и выпрямительный блок, а также первый исполнительный элемент, введены последовательно соединенные одновибратор, вход которого является входом запуска дифференциального реле, и генератор тактовых импульсов, первый и второй формирователи короткого импульса, входы которых соединены с выходом порогового блока, вход которого соединен с выходом выпрямительного блока, первый элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а второй вход - с выходом одновибратора, RS-триггер, R- и S-входы которого соединены с выходами первого элемента ИЛИ и первого формирователя коротких импульсов, соответственно, элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход соединен с прямым выходом RS-триггера, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом одновибратора, регистр памяти, тактовый вход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и с выходом второго формирователя коротких импульсов, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, вход установки в ноль соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход соединен с информационным входом регистра памяти, последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом регистра памяти, и двухсторонний ограничитель, сумматор, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, первый нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента и со вторыми входами блока вычитания и сумматора, а также второй нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, вход установки в ноль соединен с входом установки в ноль первого нерекурсивного фильтра и с выходом одновибратора, выход соединен с входом второго исполнительного элемента, а тактовый вход соединен с тактовым входом первого нерекурсивного фильтра и с выходом второго формирователя коротких импульсов.
На фиг.1 представлена электрическая структурная схема дифференциального реле, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.
Дифференциальное реле (фиг.1) содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор 1 тока, выпрямительный блок 2 и пороговый блок 3, а также первый исполнительный элемент 4.
Кроме того, дифференциальное реле содержит последовательно соединенные одновибратор 5, вход которого является входом запуска дифференциального реле, и генератор 6 тактовых импульсов (ГТИ), а также первый 7 и второй 8 формирователи короткого импульса, входы которых соединены с выходом порогового блока 3, RS-триггер 9, S-вход которого соединен с выходом первого 7 формирователя коротких импульсов, элемент И 10, первый вход которого соединен с выходом генератора 6 тактовых импульсов, а второй вход соединен с прямым выходом RS-триггера 9.
Дифференциальное реле содержит также второй элемент ИЛИ 11, первый вход которого соединен с выходом одновибратора 5, регистр 12 памяти, тактовый вход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 11 и с выходом второго формирователя 8 коротких импульсов, счетчик 13 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 10, вход установки в ноль соединен с выходом второго элемента ИЛИ 11, а выход соединен с информационным входом регистра 12 памяти.
В состав дифференциального реле входят также последовательно соединенные блок 14 вычитания, первый вход которого соединен с выходом регистра 12 памяти, и двухсторонний ограничитель 15, сумматор 16, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя 15, первый нерекурсивный фильтр 17, информационный вход которого соединен с выходом сумматора 16, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента 4 и со вторыми входами блока 14 вычитания и сумматора 16, а также первый элемент ИЛИ 18, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя 8 коротких импульсов, а второй вход - с выходом одновибратора 5, и второй нерекурсивный фильтр 19, информационный вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя 15, вход установки в ноль нерекурсивного фильтра 19 соединен с входом установки в ноль первого нерекурсивного фильтра 17 и с выходом одновибратора 5, выход фильтра 19 соединен с входом второго исполнительного элемента 20, а его тактовый вход соединен с тактовым входом первого нерекурсивного фильтра 17 и с выходом второго формирователя 8 коротких импульсов.
Пороговый блок 3 выполнен в виде стандартного компаратора. Первый 4 и второй 20 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде реле, обмотка которого через усилитель или непосредственно соединена с выходом соответствующего первого 17 или второго 19 нерекурсивных фильтров. Фильтры 17 и 19 могут быть выполнены в виде цифрового фильтра, содержащего последовательно соединенные ячейки регистра сдвига, выходы которых через соответствующие ему умножители на величину 1/к, где к - число ячеек нерекурсивного фильтра, соединены с входом сумматора, являющегося выходом нерекурсивного фильтра, на выходе которого формируется оценка среднего значения величин поступивших отсчетов с выхода, соответственно, сумматора 16 или двухстороннего ограничителя 15, на скользящем во времени текущем интервале усреднения. Первый формирователь 7 вырабатывает короткий импульс по спаду сигнала на его входе с уровня логической единицы на уровень логического нуля, а второй формирователь 8 - по фронту с уровня логического нуля на уровень логической единицы. Остальные элементы являются стандартными элементами электротехники. Цепи питания, кроме цепи питания одновибратора 12, на чертеже опущены, как несущественные.
На фиг.2,а, б показан сигнал на выходе выпрямительного блока, а на фиг.2,в, г - на выходе “больше” порогового блока 3 (для нормального режима фиг.2,г и в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания фиг.2,в).
Работает дифференциальное реле следующим образом.
Сигналы ip на выходе выпрямительного блока 2 (фиг.2,б - в нормальном режиме, на фиг.2,а - в режиме бросков тока намагничивания) представляют собой абсолютные значения сигналов на выходе промежуточного трансформатора 1 тока. В пороговом блоке 3 эти сигналы сравниваются с малым пороговым уровнем, поэтому на его выходе формируются последовательности прямоугольных импульсов. На фиг.2,в, г представлен пример сигналов на выходе “больше”, где интервалы, соответствующие импульсам абсолютных значений тока, представлен в виде сигнала с уровнем логической единицы, а сигналы с малым уровнем, характерные для интервалов между импульсами абсолютных значений тока, - в виде сигналов с уровнем логического нуля. Из рассмотрения чертежей следует, что суждение о наличии бросков тока намагничивания может быть вынесено на основе анализа величин интервалов tп с уровнем логического нуля на выходе порогового блока 3. В начале каждого интервала с уровнем логического нуля срабатывает первый формирователь 7, а в конце - второй формирователь 8.
При подаче на одновибратор 5 сигнала питания последний вырабатывает импульс, поступающий на вход запуска генератора 6 тактовых импульсов, на входы установки в ноль первого 17 и второго 19 нерекурсивных фильтров, через первый элемент ИЛИ 18 - на вход установки в нулевое состояние RS-триггера 9 и через второй элемент ИЛИ 11 - на вход установки в ноль счетчика 13 импульсов. В результате на счетный вход счетчика 13 поступают импульсы от генератора 6 тактовых импульсов через элемент И 10 при наличии уровня логической единицы на выходе RS-триггера 9. При перепаде сигналов с уровня логического нуля на уровень логической единицы второй формирователь 8 вырабатывает короткий импульс, по которому содержимое счетчика 13 переписывается в регистр 12 памяти и через малую задержку, обусловленную влиянием второго элемента ИЛИ 11, содержимое счетчика 13 обнуляется.
В нормальных условиях при отсутствии аномальных искажений тока двухсторонний ограничитель 15 не оказывает влияния на процесс прохождения сигнала с выхода регистра 12 памяти в первый нерекурсивный фильтр 17. Заметим, что блок 14 вычитания и сумматор 16 производят взаимно обратные операции над сигналом, что обеспечивает равенство сигналов на выходе регистра 12 и на входе первого нерекурсивного фильтра 17. Поэтому в первом нерекурсивном фильтре 17 формируется усредненное по нескольким отсчетам значение временных интервалов, которые соответствую интервалам между импульсами тока.
Когда значение сигнала на выходе первого нерекурсивного фильтра 17 становится больше заданного порогового уровня Uоп, исполнительный элемент 4 срабатывает, что сигнализирует о наличии бросков тока намагничивания.
При наличии аномальных искажений, например кратковременных мощных выбросов или затуханий тока, которые приводят к кратковременному существенному увеличению (или уменьшению) величины интервала между импульсами тока на выходе выпрямительного блока 2 относительно усредненного их значения, формируемого первым нерекурсивным фильтром 17, двухсторонний ограничитель 15 сглаживает их влияние, что приводит к повышению помехоустойчивости дифференциального реле и, как следствие, к повышению точности его работы.
Кроме того, сигнал с выхода двухсторонего ограничителя 15 поступает на информационный вход второго нерекурсивного фильтра 19, в котором производится оценка дифференциала среднего значения интервала между импульсами тока, т.е. скорости изменения формы импульсов тока. При превышении порогового значения Uопд срабатывает второй исполнительный элемент 20, что сигнализирует о превышении предельно допустимой скорости изменения формы импульсов тока. Это позволяет расширить функциональные возможности устройства.
Источники информации, принятые во внимание
[1] Электротехнический справочник, в 4 томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г.Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис.35.10.
[2] Зильберман В.А. Релейная защита сети собственных нужд атомных электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1992, с. 63, рис.2.3 (прототип).
Дифференциальное реле, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является входом дифференциального реле, и выпрямительный блок, а также первый исполнительный элемент, отличающееся тем, что, введены последовательно соединенные одновибратор, вход которого является входом запуска дифференциального реле, и генератор тактовых импульсов, первый и второй формирователи короткого импульса, входы которых соединены с выходом порогового блока, вход которого соединен с выходом выпрямительного блока, первый элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а второй вход - с выходом одновибратора, RS-триггер, R и S-входы которого соединены с выходами первого элемента ИЛИ и первого формирователя коротких импульсов соответственно, элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй вход соединен с прямым выходом RS-триггера, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом одновибратора, регистр памяти, тактовый вход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и с выходом второго формирователя коротких импульсов, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, вход установки в ноль соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход соединен с информационным входом регистра памяти, последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом регистра памяти, и двусторонний ограничитель, сумматор, первый вход которого соединен с выходом двустороннего ограничителя, первый нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента и со вторыми входами блока вычитания и сумматора, а также второй нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом двустороннего ограничителя, вход установки в ноль соединен с входом установки в ноль первого нерекурсивного фильтра и с выходом одновибратора, выход соединен с входом второго исполнительного элемента, а тактовый вход соединен с тактовым входом первого нерекурсивного фильтра и с выходом второго формирователя коротких импульсов.
