RU2014701C1

RU2014701C1 - Element measuring direction of power

Info

Publication number: RU2014701C1
Authority: RU
Inventors: И.Б. Потаповский; В.Ф. Журавлев
Original assignee: Свердловский инженерно-педагогический институт
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: relay protection of electrical systems. SUBSTANCE: input circuits of primary current 1 and voltage 2 converters are connected to power network in agreement with any known design. Required zone of operation of element (its lower and upper boundaries) are set by corresponding settings of threshold elements 10 and 11. In this case value of angle of shift of phases of current and voltage in power network will be equal to any value lying outside zone of operation of element measuring direction of power. One of threshold elements will be set in state "logic zero" and the other threshold element will be in state "logic one". In connection with this there will be no signal across output of logic AND gate 12. If value of angle of shift of phases of current and voltage in power network will assume any possible value lying within zone of operation of element then both threshold elements 10 and 11 will pass to state "logic one" and signal will emerge across output of logic AND gate 12. EFFECT: enhanced efficiency and reliability of protection. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике/ а более конкретно - к релейной защите электрических систем. The invention relates to electrical engineering / and more particularly to relay protection of electrical systems.

Известны измерительные органы направления мощности/ основанные на принципе сравнения фаз тока и напряжения в сети/ и широко используемые в направленных токовых защитах [1]. Known measuring bodies of the direction of power / based on the principle of comparing the phases of current and voltage in the network / and are widely used in directional current protection [1].

Наиболее близким по своей технической сущности является устройство/ принятое в качестве прототипа и описанное в [2]/ которое содержит измерительный преобразователь тока/ измерительный преобразователь напряжения/ два компаратора/ временной кодирующий блок и сглаживающий фильтр. При этом вход первого компаратора подключен к выходу измерительного преобразователя тока/ а вход второго компаратора - к выходу измерительного преобразователя напряжения. The closest in its technical essence is a device / adopted as a prototype and described in [2] / which contains a current measuring transducer / voltage measuring transducer / two comparators / time coding unit and a smoothing filter. The input of the first comparator is connected to the output of the current measuring transducer / and the input of the second comparator is connected to the output of the voltage measuring transducer.

Недостатком этого устройства является то/ что оно обеспечивает измерение направления мощности только в диапазоне углов сдвига фаз тока и напряжения в сети/ равном 180^°/ т.е. имеет ограниченную область действия.The disadvantage of this device is that it provides a measure of the direction of power only in the range of phase angles of the phase shift of the current and voltage in the network / equal to 180 ^° / i.e. has a limited scope.

Целью настоящего изобретения является расширение диапазона измеряемых углов сдвига фаз тока и напряжения в сети до 360^°.The aim of the present invention is to expand the range of measured angles of phase displacement of the current and voltage in the network to 360 ^° .

Поставленная цель достигается тем/ что в устройство/ содержащее два компаратора/ измерительный преобразователь тока/ выход которого подключен к входу первого компаратора/ измерительный преобразователь напряжения/ выход которого подключен к входу второго компаратора/ временной кодирующий блок и сглаживающий фильтр/ введены двухканальный делитель частоты/ входы которого подключены к выходам компараторов/ а один из выходов - к первому входу временного кодирующего блока/ формирователь треугольного напряжения/ вход которого подключен к второму выходу двухканального делителя частоты/ третий компаратор/ вход которого подключен к выходу формирователя треугольного напряжения/ а выход - к второму входу временного кодирующего блока/ два пороговых элемента/ входы которых подключены к выходу сглаживающего фильтра/ вход которого подключен к выходу временного кодирующего блока/ и логический элемент И/ входы которого подключены к выходам пороговых элементов. This goal is achieved by the fact that in the device / containing two comparators / current measuring transducer / the output of which is connected to the input of the first comparator / voltage measuring transducer / which output is connected to the input of the second comparator / time coding block and smoothing filter / two-channel frequency divider / inputs are introduced which is connected to the outputs of the comparators / and one of the outputs - to the first input of the temporary coding block / triangular voltage generator / whose input is connected to to the other output of the two-channel frequency divider / the third comparator / input of which is connected to the output of the triangular voltage driver / and the output - to the second input of the temporary coding block / two threshold elements / inputs of which are connected to the output of the smoothing filter / whose input is connected to the output of the temporary coding block / and logical element AND / inputs of which are connected to the outputs of threshold elements.

Введение дополнительных функциональных узлов с указанными связями расширяет область действия устройства/ т.к. обеспечивает измерение направления мощности в диапазоне углов сдвига фаз тока и напряжения в сети/ равном 360^°.The introduction of additional functional units with the indicated relationships expands the scope of the device / since provides measurement of the direction of power in the range of phase angles of current and voltage in the network / equal to 360 ^° .

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства/ а на фиг.2 - графики/ поясняющие его работу. Figure 1 presents the functional diagram of the proposed device / and figure 2 - graphs / explaining his work.

В состав устройства входят измерительный преобразователь тока 1/ измерительный преобразователь напряжения 2/ компараторы 3/ 4/ 5/ двухканальный делитель частоты 6/ формирователь треугольного напряжения 7/ временной кодирующий блок 8/ сглаживающий фильтр 9/ пороговые элементы 10/ 11 и логический элемент И 12. The device includes a current measuring transducer 1 / voltage measuring transducer 2 / comparators 3/4/5 / two-channel frequency divider 6 / triangular voltage shaper 7 / time coding block 8 / smoothing filter 9 / threshold elements 10/11 and logic element I 12 .

Измерительные преобразователи тока 1 и напряжения 2 применены для согласования входных параметров устройства с параметрами сети. Measuring transducers of current 1 and voltage 2 are used to match the input parameters of the device with the network parameters.

Компараторы 3 и 4 преобразуют синусоидальные напряжения/ поступающие с выходов измерительных преобразователей тока 1 и напряжения 2/ в напряжения прямоугольной формы. Полученные прямоугольные напряжения/ вне зависимости от амплитуд тока и напряжения в сети/ имеют постоянную амплитуду и неизменную длительность положительного и отрицательного полупериодов/ каждый из которых равен 1/2 периода напряжения сети. Напряжение/ формируемое компаратором 3/ совпадает по фазе с током в сети/ а напряжение/ формируемое компаратором 4/ совпадает по фазе с напряжением сети. Comparators 3 and 4 convert sinusoidal voltages / coming from the outputs of the measuring transducers of current 1 and voltage 2 / into rectangular voltages. The resulting rectangular voltages / regardless of the amplitudes of the current and voltage in the network / have a constant amplitude and a constant duration of positive and negative half-periods / each of which is equal to 1/2 of the network voltage period. The voltage / generated by the comparator 3 / coincides in phase with the current in the network / and the voltage / generated by the comparator 4 / coincides in phase with the voltage of the network.

Двухканальный делитель частоты 6 производит деление на две частоты напряжений/ поступающих от компараторов 3 и 4. На его выходах действуют прямоугольные напряжения с частотой/ равной 1/2 частоты сети. Применение двухканального делителя частоты 6 позволяет измерять углы сдвига фаз тока и напряжения в сети в диапазоне/ равном 360^°. Такое положение объясняется следующим.The two-channel frequency divider 6 divides into two frequencies of the voltages / coming from the comparators 3 and 4. At its outputs, rectangular voltages with a frequency / equal to 1/2 the frequency of the network operate. The use of a two-channel frequency divider 6 allows you to measure the phase angle of the current and voltage in the network in the range / equal to 360 ^° . This situation is explained as follows.

При угле сдвига фаз тока и напряжения в сети/ равном 0^°/ напряжения/ формируемые двухканальным делителем частоты 6/ совпадают во времени. При сдвиге фаз тока и напряжения в сети на 180^° эти напряжения смещаются во времени на 1/4 Т/ а при сдвиге на 360^°- на 1/2 Т (где Т - период напряжений/ формируемых двухканальным делителем частоты 6).When the phase angle of the current and voltage in the network / equal to 0 ^° / voltage / formed by a two-channel frequency divider 6 / coincide in time. When the phase current and voltage in the network are shifted by 180 ^°, these voltages are shifted in time by 1/4 T / a and when shifted by 360 ^° - by 1/2 T (where T is the voltage period / generated by the two-channel frequency divider 6).

Формирователь треугольного напряжения 7 вырабатывает переменное напряжение треугольной формы/ которое принимает нулевое значение в точках/ смещенных во времени относительно перепадов прямоугольного напряжения/ действующего на его входе/ на 1/4 Т. The triangular voltage generator 7 generates an alternating voltage of a triangular shape / which takes a zero value at points / offset in time relative to the changes in the rectangular voltage / acting on its input / by 1/4 T.

Компаратор 5 преобразует треугольное напряжение/ поступающее на его вход/ в напряжение прямоугольной формы. Перепады этого напряжения происходят в то время/ когда треугольное напряжение становится равным нулю. В связи с этим напряжение/ вырабатываемое компаратором 5/ смещено во времени относительно напряжения/ действующего на втором выходе двухканального делителя частоты/ на 1/4 Т. The comparator 5 converts the triangular voltage (supplied to its input) into a rectangular voltage. The differences in this voltage occur at the time / when the triangular voltage becomes equal to zero. In this regard, the voltage / generated by the comparator 5 / is shifted in time relative to the voltage / acting on the second output of the two-channel frequency divider / by 1/4 T.

Временной кодирующий блок 8 формирует из напряжений/ поступающих на его входы/ прямоугольные импульсы с постоянной амплитудой и частотой/ равной 1/2 частоты сети. Длительность этих импульсов линейно зависима от угла сдвига фаз тока и напряжения в сети. Причем в том случае/ когда угол сдвига фаз тока и напряжения в сети равен нулю/ длительность импульсов/ формируемых временным кодирующим блоком 8/ равна 1/4 Т. При изменении угла сдвига фаз тока и напряжения в сети диапазона значений от 0^° до 180^° длительность этих импульсов увеличивается от 1/4 Т до 1/2 Т/ а при изменении угла сдвига фаз в диапазоне значений от 0^°до -180^° уменьшается от 1/4 Т до нуля. Такое положение позволяет исключить одинаковые результаты измерения опережающих и отстающих углов сдвига фаз тока и напряжения в сети.The temporary coding unit 8 generates from voltages / arriving at its inputs / rectangular pulses with constant amplitude and frequency / equal to 1/2 the frequency of the network. The duration of these pulses is linearly dependent on the phase angle of the current and voltage in the network. Moreover, in the case / when the phase angle of the current and voltage in the network is zero / the pulse duration / generated by the temporary coding unit 8 / is 1/4 T. When changing the phase angle of the current and voltage in the network, the range is from 0 ^° to 180 ^° the duration of these pulses increases from 1/4 T to 1/2 T / a; when the phase angle is changed in the range of values from 0 ^° to -180 ^{°, it} decreases from 1/4 T to zero. This position eliminates the same measurement results of leading and lagging phase angles of the current and voltage in the network.

Сглаживающий фильтр 9 выделяет из импульсного напряжения действующего на выходе временного кодирующего блока 8/ постоянную составляющую/ которая может быть представлена формулой
U₀= U

где U_o- постоянное напряжение/ действующее на выходе сглаживающего фильтра 9;
τ_u, T, U_m- длительность/ период и амплитуда импульсов соответственно/ формируемых временным кодирующим блоком 8.The smoothing filter 9 extracts from the pulse voltage acting at the output of the temporary encoding unit 8 / DC component / which can be represented by the formula
U ₀ = U

where U _o - constant voltage / acting at the output of the smoothing filter 9;
τ _u , T, U _m - duration / period and amplitude of the pulses, respectively / generated by the temporary coding unit 8.

Согласно приведенному уравнению/ напряжение на выходе сглаживающего фильтра 9 линейно зависит от длительности импульсов/ формируемых временным кодирующим блоком 8/ и тем самым/ линейно зависит от угла сдвига фаз тока и напряжения в сети. В том случае/ когда угол сдвига фаз тока и напряжения в сети равен 0^°/ напряжение/ действующее на выходе сглаживающего фильтра 9/ равно 1/4 U_m. При изменении указанного угла сдвига фаз от -180^°до 180^° напряжение на выходе сглаживающего фильтра 9 изменяется линейно от нуля до 1/2 U_m.According to the above equation, the voltage at the output of the smoothing filter 9 linearly depends on the pulse duration / generated by the temporary coding unit 8 / and thus / linearly depends on the phase angle of the current and the voltage in the network. In the case / when the phase angle of the current and voltage in the network is 0 ^° / voltage / acting at the output of the smoothing filter 9 / is 1/4 U _m . When you change the specified phase angle from -180 ^° to 180 ^{°, the} voltage at the output of the smoothing filter 9 varies linearly from zero to 1/2 U _m .

Пороговые элементы 10 и 11 контролируют величину напряжения/ действующего на выходе сглаживающего фильтра 9. Один из пороговых элементов определяет нижнюю границу зоны действия измерительного органа направления мощности. Этот пороговый элемент находится в состоянии "логического нуля" в том случае/ когда контролируемое напряжение меньше величины/ соответствующей нижнему граничному значению угла сдвига фаз тока и напряжения в сети/ и переходит в состояние "логической единицы"/ если контролируемое напряжение станет равным или большим указанной величины. Второй порговый элемент контролирует верхнюю границу зоны действия измерительного органа направления мощности. Он находится в состоянии "логической единицы" при условии/ что контролируемое напряжение меньше величины/ соответствующей верхнему граничному значению угла сдвига фаз. При достижении контролируемым напряжением указанного значения он переходит в состояние "логического нуля". Таким образом/ состояние "логической единицы" обоих пороговых элементов определяет зону действия измерительного органа направления мощности. Путем изменения уставок пороговых элементов можно изменять ширину указанной зоны и перемещать ее в диапазоне значений угла сдвига фаз тока и напряжения в сети от -180^°до 180^°.The threshold elements 10 and 11 control the magnitude of the voltage / current at the output of the smoothing filter 9. One of the threshold elements determines the lower boundary of the coverage area of the measuring body direction of power. This threshold element is in a state of "logical zero" in the case / when the controlled voltage is less than / corresponding to the lower boundary value of the phase angle of the current and voltage in the network / and goes into the state of "logical unit" / if the controlled voltage becomes equal to or greater than the specified quantities. The second trade element controls the upper limit of the range of the measuring body direction of power. It is in a state of "logical unit" under the condition / that the controlled voltage is less than / corresponding to the upper boundary value of the phase angle. When the controlled voltage reaches the specified value, it goes into a state of "logical zero". Thus, the state of the “logical unit” of both threshold elements determines the range of the measuring body of the power direction. By changing the threshold element settings, you can change the width of the specified zone and move it in the range of the phase angle of the current and voltage in the network from -180 ^° to 180 ^° .

Логический элемент И 12 контролирует состояние пороговых элементов 10 и 11 и формирует информацию о том/ что величина угла сдвига фаз тока и напряжения в сети находится в заданной зоне действия измерительного органа направления мощности/ когда на обоих ее входах действуют сигналы в виде "логической единицы". Logic element And 12 monitors the state of threshold elements 10 and 11 and generates information that / the magnitude of the phase angle of the current and voltage in the network is in the specified range of the measuring body of the power direction / when signals act as “logical units” at both its inputs .

Принцип работы устройства заключается в следующем. The principle of operation of the device is as follows.

Входные цепи первичных преобразователей тока 1 и напряжения 2 подключаются к электрической сети по любой из известных схем (90^°-ная схема включения/ схема с использованием поименных тока и напряжения и т.д.). Требуемая зона действия устройства (ее нижняя и верхняя границы) задается соответствующими уставками пороговых элементов 10 и 11.The input circuits of the primary converters of current 1 and voltage 2 are connected to the electric network according to any of the known schemes (90 ^° switching circuit / circuit using current and voltage names, etc.). The required range of the device (its lower and upper boundaries) is set by the corresponding settings of the threshold elements 10 and 11.

В том случае/ когда величина угла сдвига фаз тока и напряжения в сети будет равна любому из значений/ лежащих вне зоны действия измерительного органа направления мощности/ один из пороговых элементов будет находится в состоянии "логического нуля"/ а второй пороговый элемент - в состоянии "логической единицы" (пороговые элементы 10 и 11). В связи с этим сигнал на выходе логического элемента И 12 будет отсутствовать. In the case / when the phase angle of the current and voltage in the network is equal to any of the values / lying outside the range of the measuring body of the power direction / one of the threshold elements will be in the state of "logical zero" / and the second threshold element will be in the state " logical unit "(threshold elements 10 and 11). In this regard, the signal at the output of the logical element And 12 will be absent.

Если величина угла сдвига фаз тока и напряжения в сети примет любое из возможных значений/ лежащих внутри зоны действия устройства/ то оба пороговых элемента 10 и 11 перейдут в состояние "логической единицы" и на выходе логического элемента И 12 появится сигнал. If the magnitude of the phase angle of the current and voltage in the network takes any of the possible values / lying inside the device’s coverage area / then both threshold elements 10 and 11 will go into the state of “logical unit” and a signal will appear at the output of logical element And 12.

По сравнению с известными измерительными органами направления мощности изобретение работает в более широком диапазоне углов сдвига фаз тока и напряжения в сети. Такое положение объясняется тем/ что известные устройства могут работать в диапазоне углов сдвига фаз тока и напряжения в сети/ равном 180^°/ в то время как предлагаемое устройство - в диапазоне/ равном 360^°. Это обеспечивает его универсальность/ т.к. исключает необходимость использовать в схемах защиты от различных коротких замыканий в конкретных электрических сетях строго определенные модификации.Compared with the known measuring bodies of the direction of power, the invention operates in a wider range of phase angles of current and voltage in the network. This situation is explained by the fact that the known devices can operate in the range of phase angles of current and voltage in the network / equal to 180 ^° / while the proposed device in the range / equal to 360 ^° . This ensures its versatility. eliminates the need to use strictly defined modifications in the protection circuits against various short circuits in specific electrical networks.

Claims

POWER DIRECTION MEASURING BODY, comprising two comparators, a current measuring transducer, the output of which is connected to the input of the first comparator, a voltage measuring transformer, the output of which is connected to the input of the second comparator, a time coding unit and a smoothing filter, characterized in that, in order to expand the range of measured phase angle of current and voltage in the network, a two-channel frequency divider is introduced into it, the inputs of which are connected to the outputs of the comparators, and one of the outputs to the first input there is a temporary coding unit, a triangular voltage driver, the input of which is connected to the second output of the two-channel frequency divider, a third comparator, whose input is connected to the output of the triangular voltage generator, and the output - to the second input of the temporary coding unit, two threshold elements, the inputs of which are connected to the output a smoothing filter, the input of which is connected to the output of the temporary coding block, and a logical element And, the inputs of which are connected to the outputs of the threshold elements.