RU2237312C1

RU2237312C1 - Phase-difference relay

Info

Publication number: RU2237312C1
Application number: RU2003115000/09A
Authority: RU
Inventors: В.В. Березов (RU); В.В. Березов
Original assignee: Березов Владимир Владимирович
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-09-27

Abstract

FIELD: electrical engineering, applicable in relay-protection devices, for example, as a phase-difference relay of mains and generator voltages.

SUBSTANCE: the phase-difference relay has three threshold unit, two AND gates, two pulse counters, three OR gates, RS-flip-flop, actuating element, clock-pulse generator, one-shot multivibrator, two short-pulse shapers, two filters-averagers, divider, the input of the second threshold unit serves as the power mains inputs, and the input of the one-shot multivibrator serves as the input of the phase-difference relay triggering.

EFFECT: expanded functional potentialities.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты, например, в качестве реле разности фаз напряжений сети и генератора.The invention relates to electrical engineering and can be used in relay protection devices, for example, as a relay of the phase difference of the voltage of the network and the generator.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].A device is known that contains a series-connected clock generator, a binary counter, a decoder, a pulse shaper and an actuator made in the form of a transistor [1].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле разности фаз.The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality that does not allow its use as a phase difference relay.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй выпрямительные блоки, выполненные в виде диодов, катод и анод которых являются соответственно клеммой напряжения генератора и клеммой напряжения сети, сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с анодом первого и с катодом второго диодов, первый и второй операционные усилители, являющиеся соответственно повторителем и пороговым блоком, входы которых соединены с выходом сумматора, третий и четвертый диоды, аноды которых соединены с выходами первого и второго операционных усилителей соответственно умножитель, входы которых соединены с катодами третьего и четвертого диодов, первый и второй инверторы, входы которых соединены соответственно с катодами третьего и четвертого диодов, а также первый, второй и третий исполнительные элементы, соединенные соответственно с выходом умножителя и первого, и второго инверторов [2].The closest in technical essence to the proposed is a device containing the first and second rectifier blocks made in the form of diodes, the cathode and anode of which are respectively the voltage terminal of the generator and the voltage terminal of the network, the adder, the first and second inputs of which are connected respectively to the anode of the first and cathode of the second diodes, the first and second operational amplifiers, which are a repeater and a threshold unit, respectively, the inputs of which are connected to the output of the adder, the third and fourth diodes, which are connected to the outputs of the first and second operational amplifiers, respectively, a multiplier, the inputs of which are connected to the cathodes of the third and fourth diodes, the first and second inverters, the inputs of which are connected respectively to the cathodes of the third and fourth diodes, as well as the first, second and third actuators connected respectively, with the output of the multiplier of the first and second inverters [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно вырабатывает сигнал примерного равенства амплитуды напряжений сети и генератора, что указывает на временной интервал возможной подстройки фазы генератора к фазе сети, но не вырабатывает сигнала допустимого (или недопустимого) рассогласования фаз генератора и сети в интервале возможной подстройки.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively narrow functionality, since it generates a signal of approximate equality of the amplitude of the voltage of the network and the generator, which indicates the time interval of a possible adjustment of the generator phase to the phase of the network, but does not produce a signal of permissible (or unacceptable) mismatch between the phases of the generator and the network in the range of possible adjustment.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей.The technical result of the invention is the expansion of functionality.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее исполнительный элемент и первый пороговый блок, введены второй пороговый блок, вход которого является входом напряжения генератора, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго порогового блока и с выходом первого порогового блока, вход которого является входом напряжения сети, первый и второй формирователи коротких импульсов, входы которых соединены с выходом первого порогового блока, первый, второй и третий элементы ИЛИ, первый и второй фильтры-усреднители, второй элемент И, первый и второй счетчики импульсов, счетные входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, входы установки в ноль соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ соответственно, а выходы соединены с информационными входами первого и второго фильтров-усреднителей соответственно, последовательно соединенные делитель, первый и второй входы которого соединены с выходами, первого и второго фильтров-усреднителей соответственно, и третий пороговый блок, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, последовательно соединенные одновибратор, вход которого является входом запуска реле разности фаз, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с третьим входом первого элемента И и со вторым входом второго элемента И, а также RS-триггер, R-вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, S-вход соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, с тактовыми входами первого и второго фильтров-усреднителей и с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, а выход соединен со вторым входом второго элемента И, при этом выход одновибратора соединен со вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ, с первым входом третьего элемента ИЛИ и с входами установки в ноль первого и второго фильтров-усреднителей, а выход второго формирователя коротких импульсов соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ.This technical result is achieved by the fact that a second threshold block is introduced into the device containing the actuator and the first threshold block, the input of which is the generator voltage input, the first element And, the first and second inputs of which are connected respectively to the output of the second threshold block and to the output of the first the threshold block, the input of which is the input of the mains voltage, the first and second short-pulse shapers, the inputs of which are connected to the output of the first threshold block, the first, second and third element OR, the first and second filter averagers, the second element AND, the first and second pulse counters, the counting inputs of which are connected to the outputs of the first and second elements AND, the inputs of the zero setting are connected to the outputs of the first and second OR elements, respectively, and the outputs are connected to information inputs of the first and second filter averagers, respectively, a series-connected divider, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second filter averagers, respectively, and a third threshold a new unit, the output of which is connected to the input of the actuating element, a one-shot connected in series, the input of which is the input of the start of the phase difference relay, and a clock pulse generator, the output of which is connected to the third input of the first element And and to the second input of the second element And, as well as RS- a trigger, the R-input of which is connected to the output of the third OR element, the S-input is connected to the output of the first short-pulse shaper, with the clock inputs of the first and second filter-averagers, and with the first inputs of the first and second e OR, and the output is connected to the second input of the second AND element, while the output of the single vibrator is connected to the second inputs of the first and second OR elements, with the first input of the third OR element and to the zero inputs of the first and second filter-averagers, and the output of the second shaper short pulses connected to the second input of the third OR element.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле разности фаз, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Figure 1 presents the electrical block diagram of the relay of the phase difference, figure 2 is a timing diagram explaining its operation.

Реле разности фаз (фиг.1) содержит исполнительный элемент 1, первый пороговый блок 2, второй пороговый блок 3, вход которого является входом напряжения генератора, первый элемент И 4, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго порогового блока 3 и с выходом первого порогового блока 2, вход которого является входом напряжения сети.The phase difference relay (Fig. 1) contains an actuator 1, a first threshold block 2, a second threshold block 3, the input of which is the voltage input of the generator, the first element And 4, the first and second inputs of which are connected respectively to the output of the second threshold block 3 and the output of the first threshold block 2, the input of which is the network voltage input.

Реле разности фаз содержит также первый 5 и второй 6 формирователи коротких импульсов, входы которых соединены с выходом первого порогового блока 2, а также первый 7, второй 8 и третий 9 элементы ИЛИ, первый 10 и второй 11 фильтры-усреднители, RS-триггер 12, второй элемент И 13, первый 14 и второй 15 счетчики импульсов, счетные входы которых соединены с выходами соответственно первого 4 и второго 13 элементов И, входы установки в ноль соединены с выходами первого 7 и второго 8 элементов ИЛИ соответственно, а выходы соединены с информационными входами первого 10 и второго 11 фильтров-усреднителей соответственно.The phase difference relay also contains the first 5 and second 6 short pulse shapers, the inputs of which are connected to the output of the first threshold block 2, as well as the first 7, second 8 and third 9 OR elements, the first 10 and second 11 filter averagers, RS-trigger 12 , the second element And 13, the first 14 and second 15 pulse counters, the counting inputs of which are connected to the outputs of the first 4 and second 13 AND elements, the inputs of the zero setting are connected to the outputs of the first 7 and second 8 OR elements, respectively, and the outputs are connected to the information first entrances go 10 and second 11 averaging filters, respectively.

Кроме того, реле разности фаз содержит последовательно соединенные делитель 16, первый и второй входы которого соединены с выходами, первого 10 и второго 11 фильтров-усреднителей соответственно, и третий пороговый блок 17, выход которого соединен с входом исполнительного элемента 1, а также последовательно соединенные одновибратор 18, вход которого является входом запуска реле разности фаз, и генератор 19 тактовых импульсов, выход которого соединен с третьим входом первого элемента И 4 и со вторым входом второго элемента И 13, при этом R-вход RS-триггера 12 соединен с выходом третьего элемента ИЛИ 9, S-вход соединен с выходом первого формирователя 5 коротких импульсов, с тактовыми входами первого 10 и второго 11 фильтров-усреднителей и с первыми входами первого 7 и второго 8 элементов ИЛИ, а выход RS-триггера соединен со вторым входом второго элемента И 13, при этом выход одновибратора 18 соединен со вторыми входами первого 7 и второго 8 элементов ИЛИ, с первым входом третьего элемента ИЛИ 9 и с входами установки в ноль первого 10 и второго 11 фильтров-усреднителей, а выход второго формирователя 6 коротких импульсов соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ 9.In addition, the phase difference relay contains a series-connected divider 16, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first 10 and second 11 filter averagers, respectively, and a third threshold block 17, the output of which is connected to the input of the actuating element 1, as well as connected in series a single vibrator 18, the input of which is the input of the start of the phase difference relay, and a clock pulse generator 19, the output of which is connected to the third input of the first element And 4 and to the second input of the second element And 13, while the R-input RS-three hega 12 is connected to the output of the third element OR 9, the S-input is connected to the output of the first driver 5 short pulses, with the clock inputs of the first 10 and second 11 filter-averagers and with the first inputs of the first 7 and second 8 elements OR, and the output of the RS trigger connected to the second input of the second element And 13, while the output of the one-shot 18 is connected to the second inputs of the first 7 and second 8 elements OR, with the first input of the third element OR 9 and with the installation inputs to zero the first 10 and second 11 filter-averagers, and the output second shaper 6 ko short pulses connected to the second input of the third element OR 9.

На фиг.2а представлены временные диаграммы сигналов на выходе первого поргового блока 2; на фиг.2б - на выходе второго порогового блока 3; на фиг.2в - на выходе первого элемента И 4.On figa presents a timing diagram of the signals at the output of the first trade block 2; on figb - at the output of the second threshold block 3; on figv - at the output of the first element And 4.

Исполнительный элемент 1 может быть выполнен в виде обмотки реле, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом третьего порогового блока 17. Первый 2, второй 3 пороговые блоки могут быть выполнены в виде аналоговых компараторов с нулевым порогом, а третий 17 пороговый блок - в виде цифрового компаратора. Первый 10 и второй 11 фильтры-усреднители могут быть выполнены в виде стандартных цифровых фильтров, содержащих регистр сдвига, информационный и тактовый входы и вход установки в ноль которого являются соответственно информационным, тактовым входом и входом установки в ноль фильтра-усреднителя, выходы регистра сдвига соединены через соответствующие им умножители на весовые коэффициенты с сумматором, выход которого является выходом фильтра усреднителя. Первый 5 и второй 6 формирователи коротких импульсов формируют на своем выходе импульсы заданной длительности при перепаде их входных напряжений с уровня логического нуля на уровень логической единицы и с выхода логической единицы на уровень логического нуля соответственно.The actuating element 1 can be made in the form of a relay coil, which is directly or through an amplifier connected to the output of the third threshold block 17. The first 2, second 3 threshold blocks can be made in the form of analog comparators with a zero threshold, and the third 17 threshold block can be in the form digital comparator. The first 10 and second 11 averaging filters can be made in the form of standard digital filters containing a shift register, the information and clock inputs and the zero input of which are respectively the information, clock input and zero input of the filter averaging, the shift register outputs are connected through their respective weighting factors with an adder whose output is the output of the averaging filter. The first 5 and second 6 short-pulse shapers form at their output pulses of a given duration when their input voltages drop from a logical zero level to a logical unit level and from a logical unit output to a logical zero level, respectively.

Остальные блоки устройства являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания блоков, кроме цепи питания одновибратора 18 на фиг.1, опущены, как несущественные.The remaining units of the device are standard units of electrical engineering. The power supply circuit of the units, in addition to the power supply circuit of the single vibrator 18 in FIG. 1, is omitted as non-essential.

Работает реле разности фаз следующим образом.The phase difference relay operates as follows.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе, на вход запуска одновибратора 18, который вырабатывает импульс, поступающий на входы установки в ноль первого 10 и второго 11 фильтров-усреднителей, через соответственно первый 7 и второй 8 элементы ИЛИ - на входы установки в ноль первого 14 и второго 15 счетчиков импульсов, а также на вход запуска ГТИ 19 и на R-вход RS-триггера 12.When the device is turned on, power is supplied to all of its elements, including the start input of a single-shot 18, which generates a pulse supplied to the installation inputs of the first 10 and second 11 filter averagers, through the first 7 and second 8 OR elements respectively, to the installation inputs to zero the first 14 and second 15 pulse counters, as well as to the start input of the GTI 19 and to the R-input of the RS-trigger 12.

Сигналы напряжений внешнего генератора Uг и сети Uc поступают на входы второго 3 и первого 2 пороговых блоков соответственно, которые формируют из них последовательности импульсов, представленные на фиг.2а и фиг.2б соответственно. На выходе первого элемента И 4 сигнал логической единицы формируется в интервале совпадения этих импульсов (фиг.2в). В пределах интервалов совпадения первый счетчик 14 суммирует импульсы с выхода первого элемента И 4 и его содержимое за интервал периода изменения напряжения сети будет пропорционально интервалу совпадения импульсов с выходов первого 2 и второго 3 пороговых блоков, т.е. характеризовать степень согласования фаз напряжений сети и генератора.The voltage signals of the external generator Ug and the network Uc are supplied to the inputs of the second 3 and first 2 threshold blocks, respectively, which form from them the pulse sequences shown in figa and fig.2b, respectively. At the output of the first element And 4, the signal of the logical unit is formed in the interval of coincidence of these pulses (pigv). Within the coincidence intervals, the first counter 14 sums the pulses from the output of the first element And 4 and its contents for the interval of the period of the voltage variation of the network will be proportional to the interval of coincidence of pulses from the outputs of the first 2 and second 3 threshold blocks, i.e. characterize the degree of coordination of the phases of the voltage of the network and the generator.

По переднему фронту импульса на его входе (фиг.2а) первый формирователь 5 формирует короткий импульс, по которому содержимое первого счетчика 14 переписывается в первый фильтр-усреднитель 10, в котором формируется усредненное значение интервалов совпадения импульсов (фиг.2а и фиг.2б), характеризующее усредненное значение степени согласования фаз напряжений сети и генератора.On the leading edge of the pulse at its input (Fig. 2a), the first driver 5 generates a short pulse, according to which the contents of the first counter 14 are transferred to the first filter-averager 10, in which the average value of the pulse coincidence intervals is generated (Fig. 2a and 2b) , characterizing the average value of the degree of coordination of the phases of the voltage of the network and the generator.

В начале работы реле разности фаз по сигналу одновибратора 18, который подается на вход третьего элемента ИЛИ 9, RS-триггер 12 устанавливается в нулевое состояние и переводится в единичное состояние по короткому импульсу с выхода первого формирователя 5 коротких импульсов, который также подается на тактовый вход второго фильтра-усреднителя 11 и через малую задержку во втором элементе ИЛИ 8 - на вход установки в ноль второго счетчика 15 импульсов. По импульсу с выхода второго формирователя 6 RS-триггер 12 переводится в нулевое состояние. Следовательно, содержимое второго счетчика 13 импульсов будет пропорционально длительности импульса на выходе второго порогового блока 3 фиг.2а и во втором фильтре-усреднителе 11 будет формироваться текущая усредненная оценка длительности половины периода напряжения. Сигнал с выхода перового фильтра усреднителя 10 делится в делителе 16 на сигнал с выхода второго фильтра-усреднителя. На выходе делителя 16 формируется сигнал, пропорциональный относительной величине сдвига фазы напряжения генератора относительно напряжения сети. Если степень совпадения фаз не достаточно высокая, то на выходе третьего порогового блока 17 формируется уровень логической единицы, что приводит к срабатыванию исполнительного элемента 1.At the beginning of the phase difference relay by the signal of a single-shot 18, which is fed to the input of the third element OR 9, the RS-flip-flop 12 is set to zero and transferred to a single state by a short pulse from the output of the first shaper 5 of short pulses, which is also fed to the clock input the second filter-averager 11 and after a small delay in the second element OR 8 - to the input of the installation to zero of the second counter 15 pulses. According to the pulse from the output of the second shaper 6, the RS-trigger 12 is transferred to the zero state. Therefore, the contents of the second pulse counter 13 will be proportional to the pulse duration at the output of the second threshold block 3 of FIG. 2a and the current average estimate of the duration of half the voltage period will be generated in the second filter-averager 11. The signal from the output of the first filter of the averager 10 is divided in the divider 16 by the signal from the output of the second filter-averager. At the output of the divider 16, a signal is generated proportional to the relative phase shift of the generator voltage relative to the mains voltage. If the degree of phase matching is not high enough, then the output of the third threshold block 17 is formed by the level of the logical unit, which leads to the actuation of the actuator 1.

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям расширяются функциональные возможности устройства, поскольку обеспечивается реакция реле на степень согласования фаз напряжений сети и генератора. При этом благодаря тому, что формируется относительная величина сдвига фаз, то реле будет некритично к абсолютным значениям частоты сети и генератора.Thus, thanks to the introduced improvements, the functionality of the device is expanded, since the relay responds to the degree of coordination of the phases of the mains and generator voltages. Moreover, due to the fact that the relative magnitude of the phase shift is formed, the relay will be uncritical of the absolute values of the frequency of the network and the generator.

Источники информацииSources of information

[1] Электротехнический справочник, в 4-х 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.[1] Electrical reference book, in 4 volumes, v.2. Electrical products and devices. Under the general editorship of V.G. Gerasimov et al. - M .: MEI Publishing House, 1998, p. 390, Fig. 35.10.

[2] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. -М.: Высшая школа, 1991, с.355, рис.12. 16 (прототип).[2] Andreev V.A. Relay protection and automation of power supply systems. -M .: Higher school, 1991, p. 355, fig. 12. 16 (prototype).

[3] Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское ради, 1975.[3] Bukreev et al. Microelectronic circuits of digital devices. - M .: Soviet for the sake of 1975.

Claims

A phase difference relay containing an actuating element and a first threshold block, characterized in that a second threshold block is introduced, the input of which is an input to the generator voltage, the first element And, the first and second inputs of which are connected respectively to the output of the second threshold block and to the output of the first threshold block , the input of which is the input of the mains voltage, the first and second short-pulse shapers, the inputs of which are connected to the output of the first threshold block, the first, second, and third elements OR, the first and second averaging filters, the second element And, the first and second pulse counters, the counting inputs of which are connected to the outputs of the first and second elements And, the inputs of the zero setting are connected to the outputs of the first and second OR elements, respectively, and the outputs are connected to the information inputs of the first and second averaging filters, respectively, a series divider, the first and second inputs of which are connected to the outputs, of the first and second averaging filters, respectively, and a third threshold block, the output of which one connected to the input of the actuating element, a one-shot connected in series, the input of which is the input of the start of the phase difference relay, and a clock pulse generator, the output of which is connected to the third input of the first element And and to the input of the second element And, as well as the RS-trigger, R-input which is connected to the output of the third OR element, the S-input is connected to the output of the first short-pulse shaper, to the clock inputs of the first and second filter averagers and to the first inputs of the first and second OR elements, and the output is connected with the second input of the second AND element, while the output of the single-vibrator is connected to the second inputs of the first and second OR elements, with the first input of the third OR element and with the installation inputs zero of the first and second filter averagers, and the output of the second short-pulse shaper is connected to the second input third element OR.