RU2240621C1

RU2240621C1 - Phase difference relay

Info

Publication number: RU2240621C1
Application number: RU2003115722/09A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Серегин (RU); С.Н. Серегин
Original assignee: Серегин Сергей Николаевич
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-11-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; electronic phase difference relays.

SUBSTANCE: proposed relay that can, for instance, respond to difference between voltage phases of supply mains and generator has five threshold units, five AND gates, reversible counter, final element, clock generator, monostable multivibrator, short pulse shaper, averaging filter, three OR gates, subtraction unit, two-way limiter, adder, and two rectifiers.

EFFECT: enlarged functional capabilities.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты, например в качестве реле разности фаз 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 a network and a 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 to the output of the multiplier and 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. Кроме того, известное устройство обладает относительно низкой помехоустойчивостью в условиях возможных аномальных сбоев разности фаз напряжений сети и генератора.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. In addition, the known device has a relatively low noise immunity in the conditions of possible abnormal failures of the phase difference of the voltage of the network and the generator.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение помехоустойчивости.The technical result of the invention is the expansion of functionality and increased noise immunity.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее исполнительный элемент, первый выпрямитель, вход которого является входом напряжения сети, второй выпрямитель, вход которого является входом напряжения генератора, и первый пороговый блок, введены второй пороговый блок, вход которого соединен с входом второго выпрямителя, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “больше” первого и второго пороговых блоков соответственно второй элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “меньше” первого и второго пороговых блоков соответственно, третий элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом “меньше” первого порогового бока и с выходом “больше” второго порогового блока, четвертый элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом “больше” первого порогового бока и с выходом “меньше” второго порогового блока, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходом первого и второго элементов И соответственно, второй элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходом третьего и четвертого элементов И соответственно, реверсивный счетчик, вход управления суммированием и вход управления вычитанием которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, третий и четвертый пороговые блоки, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго выпрямителей, формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом “больше” первого порогового блока, пятый элемент И, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно третьего порогового блока, формирователя коротких импульсов и четвертого порогового блока, последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика и двухсторонний ограничитель, сумматор, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, пятый пороговый блок, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен со вторыми входами блока вычитания и сумматора, а также со входом пятого порогового блока, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, третий элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика, одновибратор, выход которого соединен с входом установки в ноль фильтра-усреднителя, с входом запуска генератора тактовых импульсов и с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И и с тактовым входом фильтра-усреднителя, при этом вход первого порогового блока соединен с входом первого выпрямителя.This technical result is achieved by the fact that in the device containing the actuator, the first rectifier, the input of which is the input of the mains voltage, the second rectifier, the input of which is the voltage input of the generator, and the first threshold block, a second threshold block is introduced, the input of which is connected to the input of the second rectifier, the first element And, the first and second inputs of which are connected to the outputs “more” of the first and second threshold blocks, respectively, the second element And, the first and second inputs of which are connected to the output dams “less” than the first and second threshold blocks, respectively, the third element And, the first and second inputs of which are connected respectively to the output “less” of the first threshold side and with the output “more” of the second threshold block, the fourth element And, the first and second inputs of which are connected respectively, with an output “greater than” the first threshold side and with an output “less” of the second threshold block, the first OR element, the first and second inputs of which are connected to the output of the first and second AND elements, respectively, the second OR element, per the second and second inputs of which are connected to the output of the third and fourth elements AND, respectively, a reversible counter, the sum control input and the subtraction control input of which are connected to the outputs of the first and second OR elements, the third and fourth threshold blocks, the inputs of which are connected to the outputs of the first and the second rectifier, a short-pulse shaper, the input of which is connected to the output “more” of the first threshold block, the fifth element And, the first, second and third inputs of which are connected are connected with the outputs of the third threshold block, the short pulse generator and the fourth threshold block, series-connected subtraction unit, the first input of which is connected to the output of the reversible counter and a two-way limiter, an adder, the first input of which is connected to the output of the two-way limiter, the fifth threshold block, the output of which connected to the input of the actuating element, the filter-averager, the information input of which is connected to the output of the adder, and the output is connected to the second inputs of the block subtraction and adder, as well as with the input of the fifth threshold unit, a clock pulse generator, the output of which is connected to the counting input of the reversing counter, the third OR element, the output of which is connected to the installation input to zero of the reversing counter, a one-shot, the output of which is connected to the installation input to zero the averaging filter, with the start input of the clock pulse generator and with the first input of the third OR element, the second input of which is connected to the output of the fifth AND element and with the clock input of the averaging filter, while the first threshold block is connected to the input of the first rectifier.

На чертеже представлена электрическая структурная схема реле разности фаз.The drawing shows an electrical block diagram of a phase difference relay.

Реле разности фаз содержит исполнительный элемент 1, первый выпрямитель 2, вход которого является входом напряжения сети, второй выпрямитель 3, вход которого является входом напряжения генератора, и первый пороговый блок 4.The phase difference relay contains an actuator 1, a first rectifier 2, the input of which is the input of the mains voltage, a second rectifier 3, whose input is the input of the generator voltage, and the first threshold block 4.

Реле разности фаз содержит также второй пороговый блок 5, вход которого соединен с входом второго выпрямителя 3, первый элемент И 6, первый и второй входы которого соединены с выходами “больше” первого 4 и второго 5 пороговых блоков соответственно, второй элемент И 7, первый и второй входы которого соединены с выходами “меньше” первого 4 и второго 5 пороговых блоков соответственно, третий элемент И 8, первый и второй входы которого соединены, соответственно с выходом “меньше” первого порогового бока 4 и с выходом “больше” второго порогового блока 5, четвертый элемент И 9, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом “больше” первого порогового бока 4 и с выходом “меньше” второго порогового блока 5.The phase difference relay also contains a second threshold block 5, the input of which is connected to the input of the second rectifier 3, the first element And 6, the first and second inputs of which are connected to the outputs “greater” of the first 4 and second 5 threshold blocks, respectively, the second element And 7, the first and the second inputs of which are connected to the outputs “less” of the first 4 and second 5 threshold blocks, respectively, the third element And 8, the first and second inputs of which are connected, respectively, with the output “less” of the first threshold side 4 and with the output “greater” of the second threshold block 5, the fourth element And 9, the first and second inputs of which are connected respectively with the output “more” of the first threshold side 4 and with the output “less” of the second threshold block 5.

Кроме того, реле разности фаз содержит первый элемент ИЛИ 10, первый и второй входы которого соединены с выходом первого 6 и второго 7 элементов И соответственно, второй элемент ИЛИ 11, первый и второй входы которого соединены с выходом третьего 8 и четвертого 9 элементов И соответственно, реверсивный счетчик 12, вход управления суммированием и вход управления вычитанием которого соединены с выходами соответственно первого 10 и второго 11 элементов ИЛИ, третий 13 и четвертый 14 пороговые блоки, входы которых соединены с выходами соответственно первого 2 и второго 3 выпрямителей.In addition, the phase difference relay contains the first element OR 10, the first and second inputs of which are connected to the output of the first 6 and second 7 AND elements, respectively, the second element OR 11, the first and second inputs of which are connected to the output of the third 8 and fourth 9 elements AND, respectively , a reversible counter 12, the input of the summation control and the input of the subtraction control of which are connected to the outputs of the first 10 and second 11 OR elements, the third 13 and fourth 14 threshold blocks, the inputs of which are connected to the outputs respectively th 2 and the second 3 rectifiers.

Реле разности фаз дополнительно содержит формирователь 15 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом “больше” первого порогового блока 4, пятый элемент И 16, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно третьего порогового блока 13, формирователя 15 коротких импульсов и четвертого порогового блока 14, последовательно соединенные фильтр-усреднитель 17 и пятый пороговый блок 18, выход которого соединен с входом исполнительного элемента 1, генератор 19 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика 12, третий элемент ИЛИ 20, выход которого соединен с входом установки в ноль реверсивного счетчика 12, одновибратор 21, выход которого соединен с входом установки в ноль фильтра-усреднителя 17, с входом запуска генератора 19 тактовых импульсов и с первым входом третьего элемента ИЛИ 20, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И 16 и с тактовым входом фильтра-усреднителя 17, при этом вход первого порогового блока 4 соединен с входом первого выпрямителя 2.The phase difference relay further comprises a short pulse shaper 15, the input of which is connected to the output “larger” of the first threshold block 4, the fifth element And 16, the first, second and third inputs of which are connected to the outputs of the third threshold block 13, short pulse shaper 15 and fourth, respectively threshold unit 14, the series-connected averaging filter 17 and the fifth threshold unit 18, the output of which is connected to the input of the actuating element 1, a clock generator (GTI) 19, the output of which is connected to the count a valid input of the reverse counter 12, the third element OR 20, the output of which is connected to the zero input of the reverse counter 12, a one-shot 21, the output of which is connected to the input of the zero filter 17, with the start input of the clock generator 19 and with the first input the third element OR 20, the second input of which is connected to the output of the fifth element And 16 and to the clock input of the filter-averager 17, while the input of the first threshold block 4 is connected to the input of the first rectifier 2.

Кроме того, реле разности фаз содержит последовательно соединенные блок 22 вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 12 и двухсторонний ограничитель 23, сумматор 24, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя 23, а выход соединен с информационным входом фильтра-усреднителя 17, выход которого соединен со вторыми входами блока 22 вычитания и сумматора 24.In addition, the phase difference relay contains a series-connected subtraction unit 22, the first input of which is connected to the output of the reversible counter 12 and the two-way limiter 23, the adder 24, the first input of which is connected to the output of the two-way limiter 23, and the output is connected to the information input of the average filter 17 the output of which is connected to the second inputs of the subtracting unit 22 and the adder 24.

Первый 4, второй 5, третий 13, четвертый 14 и пятый 18 пороговые блоки могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик 12 - по схеме, представленной в [3, стр. 177, 187], а фильтр-усреднитель 17 в виде стандартного цифрового фильтра, содержащего регистр сдвига, информационный вход, вход установки в ноль и тактовый вход которого являются соответственно информационным входом, входом установки в ноль и тактовым входом фильтра-усреднителя, а также сумматор, выход которого является выходом фильтра-усреднителя, и умножителей на 1/к, где к - число ячеек регистра сдвига, входы которых соединены с выходом соответствующей ячейки регистра сдвига, а выходы соединены с соответствующими входами сумматора. Исполнительный элемент 1 представляет собой обмотку с контактами, которая непосредственно или через усилитель подключена к выходу пятого порогового блока 18.The first 4, second 5, third 13, fourth 14 and fifth 18 threshold blocks can be made in the form of standard comparators, the reverse counter 12 according to the scheme presented in [3, p. 177, 187], and the filter averager 17 in the form a standard digital filter containing a shift register, the information input, the zero input and the clock input of which are respectively the information input, the zero input and the clock input of the average filter, as well as an adder whose output is the output of the average filter, and multipliers by 1 kg e k - number of shift register cells whose inputs are connected to the respective output shift register cell, and outputs connected to respective inputs of the adder. The actuator 1 is a coil with contacts, which is directly or through an amplifier connected to the output of the fifth threshold unit 18.

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 21, который вырабатывает импульс, поступающий через третий элемент ИЛИ 20 на вход установки в ноль реверсивного счетчика 12, на вход запуска ГТИ 19, на вход установки в ноль фильтра-усреднителя 17.When the device is turned on, power is supplied to all its elements, including the start input of the one-shot 21, which generates a pulse supplied through the third element OR 20 to the installation input to zero of the reverse counter 12, to the start input of the GTI 19, to the installation input to the filter zero Averager 17.

Сигналы напряжений внешнего генератора Uг и сети Uc поступают на входы второго 5 и первого 4 пороговых блоков соответственно. На выходе первого элемента ИЛИ 10 сигнал логической единицы при совпадении знаков напряжений сети и генератора, а на выходе второго элемента ИЛИ 11 - при несовпадении указанных знаков. В пределах интервалов совпадения знаков реверсивный счетчик работает в режиме суммирования импульсов ГТИ 19, а в пределах интервалов несовпадения - в режиме вычитания. При наличии напряжений, близких к номинальным сети и генератора, сигналы с уровнем логической единицы на выходах третьего 13 и четвертого 14 пороговых блоков позволяют пройти через пятый элемент И 16 короткому импульсу формирователя 15 (вырабатываемому при перепаде его входного напряжения с уровня логического нуля на уровень логической единицы) на тактовый вход фильтра-усреднителя 17 и через малую задержку в третьем элементе ИЛИ 20 на вход установки в ноль реверсивного счетчика 12. Следовательно, в фильтр-усреднитель 17 при отсутствии аномальных сбоев фаз напряжений сети и генератора поступает практически без искажений (на входы блока 22 вычитания и сумматора 24 поступает один и тот же сигнал с выхода фильтра-усреднителя 17, а двухсторонний ограничитель не изменяет проходящий через него сигнал) выходной сигнал реверсивного счетчика 12 и формируется текущая оценка степени совпадения знаков напряжений сети и генератора за период частоты сети, т.е. степени согласования фаз напряжений сети и генератора. Если степень совпадения фаз достаточно высокая, то на выходе пятого порогового блока 18 формируется уровень логической единицы, что приводит к срабатыванию исполнительного элемента 1.The voltage signals of the external generator Ug and the network Uc are supplied to the inputs of the second 5 and first 4 threshold blocks, respectively. At the output of the first element OR 10, the signal of a logical unit when the signs of the voltage of the network and the generator coincide, and at the output of the second element OR 11 - when the indicated signs do not match. Within the intervals of coincidence of signs, the reversible counter operates in the mode of summing the pulses of the GTI 19, and within the intervals of mismatch, in the mode of subtraction. In the presence of voltages close to the rated network and generator, signals with a logic unit level at the outputs of the third 13 and fourth 14 threshold blocks allow a short pulse of driver 15 (generated when the input voltage drops from a logical zero to a logical level to pass through the fifth element And 16 units) to the clock input of the filter-averager 17 and through a small delay in the third element OR 20 to the input of the installation of the reversible counter 12. Zero, therefore, to the filter-averager 17 in the absence of anomalies x the phase failure of the voltage of the network and the generator comes almost without distortion (the inputs of the subtracting unit 22 and the adder 24 receive the same signal from the output of the filter-averager 17, and the two-way limiter does not change the signal passing through it) the output signal of the reverse counter 12 and is formed current assessment of the degree to which the signs of the voltage of the network and the generator coincide over the period of the network frequency, i.e. degree of coordination of phases of voltage of the network and generator. If the degree of phase matching is high enough, then the output of the fifth threshold block 18 is formed by the level of the logical unit, which leads to the actuation of the actuator 1.

При наличии аномальных сбоев в разности фаз напряжений сети и генератора двухсторонний ограничитель 23 сглаживает эти искажения (которые проявляются через резкое уменьшение или возрастание уровня сигнала на выходе блока 22 вычитания) и тем самым повышается помехоустойчивость реле разности фаз.In the presence of abnormal failures in the phase difference of the voltage of the network and the generator, a two-way limiter 23 smooths out these distortions (which appear through a sharp decrease or increase in the signal level at the output of the subtraction unit 22) and thereby increase the noise immunity of the phase difference relay.

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям расширяются функциональные возможности устройства, поскольку обеспечивается реакция реле на согласованность фаз напряжений сети и генератора, а также повышается его помехоустойчивость в условиях аномальных сбоев в разности фаз этих напряжений.Thus, thanks to the introduced improvements, the device’s functionality is expanded, since the relay responds to the coordination of the phases of the voltage of the network and the generator, as well as its noise immunity increases under conditions of anomalous failures in the phase difference of these voltages.

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, vol. 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 радио, 1975.3. Bukreev and others. Microelectronic circuits of digital devices. - M .: Soviet Radio, 1975.

Claims

A phase difference relay containing an actuating element, a first rectifier, the input of which is the input of the mains voltage, a second rectifier, whose input is the input of the generator voltage, and the first threshold unit, characterized in that a second threshold unit is introduced, the input of which is connected to the input of the second rectifier, the first element And, the first and second inputs of which are connected to the outputs “More” of the first and second threshold blocks, respectively, the second element And, the first and second inputs of which are connected to the outputs “Less” of the first o and the second threshold blocks, respectively, the third element And, the first and second inputs of which are connected respectively with the output “Less” of the first threshold block and with the output “More” of the second threshold block, the fourth element And, the first and second inputs of which are connected respectively with the output “ Greater than the first threshold block and output “Less” of the second threshold block, the first OR element, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second AND elements, respectively, the second OR element, the first and second inputs to otorogo connected to the outputs of the third and fourth elements AND, respectively, a reversible counter, inputs of summation control and a control input of subtraction which are connected to the outputs of the first and second elements OR, third and fourth threshold blocks, the inputs of which are connected to the outputs of the first and second rectifiers, respectively, shaper short pulses, the input of which is connected to the output “Larger” of the first threshold block, the fifth element And, the first, second and third inputs of which are connected to the outputs with Responsibly the third threshold block, the short-pulse generator and the fourth threshold block, series-connected subtraction unit, the first input of which is connected to the output of the reversing counter and a two-way limiter, an adder, the first input of which is connected to the output of the two-way limiter, the fifth threshold block, the output of which is connected to the input an actuating element, an averaging filter, the information input of which is connected to the output of the adder, and the output is connected to the second inputs of the subtraction unit and the sum torus, as well as with the input of the fifth threshold unit, a clock pulse generator, the output of which is connected to the counting input of the reverse counter, the third OR element, the output of which is connected to the installation input at “0” of the reverse counter, a one-shot oscillator, the output of which is connected to the installation input at “ 0 ”averaging filter, with the start input of the clock generator and with the first input of the third OR element, the second input of which is connected to the output of the fifth AND element and with the clock input of the averaging filter, while the input of the first threshold lock is connected to the input of the first rectifier.