RU2244975C1

RU2244975C1 - Phase difference relay

Info

Publication number: RU2244975C1
Application number: RU2003114998/09A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Варганов (RU); Г.П. Варганов; Р.З. Розенблюм (RU); Р.З. Розенблюм
Original assignee: ОАО "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2005-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; relay protective gear for supply mains and generators.

SUBSTANCE: proposed relay has five threshold units, adder, two AND gates, reversing counter, final component, clock generator, pulse frequency divider, and monostable multivibrator; input of fourth threshold input functions as supply mains voltage input; input of fifth threshold unit functions as peripheral generator voltage input; input of monostable multivibrator functions as trigger input of phase difference relay.

EFFECT: enlarged functional capabilities.

1 cl, 2 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 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 comprising 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 являются 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 которого 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 one 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, of 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 являются 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 phase of the generator 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, сумматор и первый пороговый блок, введены первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор, второй, третий, четвертый и пятый пороговые блоки и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом вход четвертого порогового блока является входом напряжения сети, выход “больше” четвертого порогового блока соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом первого порогового блока, вход пятого порогового блока является входом напряжения внешнего генератора, а выход “меньше” пятого порогового блока соединен со вторым входом сумматора, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “меньше” первого порогового блока, с выходом “больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом делителя частоты, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход “больше” второго порогового блока и выход “меньше” третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска реле разности фаз.This technical result is achieved by the fact that in the device containing the actuator, the adder and the first threshold block, the first and second I elements are introduced, a reversible counter, a one-shot, second, third, fourth and fifth threshold blocks and a series-connected clock generator and frequency divider the input of the fourth threshold block is the input of the mains voltage, the output is “greater than” the fourth threshold block is connected to the first input of the adder, the output of which is connected to the input of the first threshold block OK, the input of the fifth threshold block is the voltage input of the external generator, and the output “less” of the fifth threshold block is connected to the second input of the adder, the addition and subtraction inputs of the reverse counter are connected to the outputs of the first and second elements AND, accordingly, the first direct input of the first element And is connected to the output is “less than” the first threshold block, with the output “more” of which the first direct input of the second element And is connected, the second direct input of the first element And is connected to the output of the frequency divider, and the second direct input d of the second element And is connected to the output of the clock generator, the output of the reverse counter is connected to the input of the actuator and to the inputs of the second and third threshold blocks, the output is “greater” than the second threshold block and the output is “less” of the third threshold block connected to the inverse inputs of the first and second elements And, accordingly, the output of the one-shot is connected to the input of the installation in the initial state of the reversible counter and to the start input of the clock generator, the input of the one-shot is the input as a phase difference relay.

Кроме того, исполнительный элемент содержит пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен с входом реле с замыкающими контактами.In addition, the actuator contains a threshold block, the input of which is the input of the actuator, and the output is connected directly or through an amplifier to the relay input with make contacts.

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 phase difference relay, figure 2 is a timing diagram explaining its operation.

Реле разности фаз содержит четвертый пороговый блок 1, вход которого является входом напряжения сети, а выход “больше” соединен с первым входом сумматора 2, выход которого соединен с входом первого порогового блока 3, первый 4 и второй 5 элементы И, первые входы которых соединены соответственно с выходом “меньше” и выходом “больше” первого порогового блока 3, реверсивный счетчик 6, вход сложения и вход вычитания которого соединены с выходом первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, второй 7 и третий 8 пороговые блоки, выходы которых соединены с инверсными входами первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, и исполнительный элемент 9, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 6. Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым входом второго элемента И 5, и делитель 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И 4, а также одновибратор 12, вход которого является входом запуска реле частоты, а выход соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и с входом запуска ГТИ 10. При этом исполнительный элемент 9 может быть выполнен в виде порогового блока 13, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом исполнительного реле с замыкающими контактами. Устройство, кроме того, содержит пятый пороговый блок 14, вход которого является входом напряжения генератора, а выход “меньше” соединен со вторым входом сумматора 2.The phase difference relay contains a fourth threshold block 1, the input of which is the mains voltage input, and the output “greater” is connected to the first input of the adder 2, the output of which is connected to the input of the first threshold block 3, the first 4 and second 5 AND elements, the first inputs of which are connected respectively, with the output “less” and the output “greater” of the first threshold block 3, a reverse counter 6, the addition input and the subtraction input of which are connected to the output of the first 4 and second 5 elements And, respectively, the second 7 and third 8 threshold blocks, the outputs of which are are connected with the inverse inputs of the first 4 and second 5 AND elements, respectively, and the actuating element 9, the input of which is connected to the output of the reversible counter 6. The device also contains serially connected clock generator 10 (GTI), the output of which is connected to the second input of the second element And 5 , and a pulse frequency divider 11, the output of which is connected to the second input of the first element And 4, as well as a one-shot 12, whose input is the input of the frequency relay start, and the output is connected to the installation input in the initial state e reversible counter 6 and with the input of the start of the GTI 10. In this case, the actuator 9 can be made in the form of a threshold unit 13, the input of which is the input of the actuator, and the output directly or through an amplifying element is connected to the input of the actuator relay with make contacts. The device also contains a fifth threshold block 14, the input of which is the voltage input of the generator, and the output is “less” is connected to the second input of the adder 2.

Первый 3, второй 7, третий 8, четвертый 1 и пятый 14 пороговые блоки, а также пороговый блок 13 могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик - по схеме, представленной в [3, стр. 177, 187], делитель 11 - в виде двоичного счетчика.The first 3, second 7, third 8, fourth 1 and fifth 14 threshold blocks, as well as threshold block 13 can be made in the form of standard comparators, the reverse counter according to the scheme presented in [3, p. 177, 187], divider 11 - in the form of a binary counter.

На фиг.2 представлены следующие временные диаграммы: на фиг.2,а - сигнал U₁ на выходе четвертого порогового блока 1, на фиг.2,б - сигнал U₁₄ напряжения генератора на выходе пятого порогового блока 14 при совпадении его фазы напряжения генератора с фазой напряжения сети, на фиг.2,в - сигнал U₁₄ на выходе пятого порогового блока 14 при отставании фазы напряжения генератора от фазы напряжения сети, на фиг.2,г - сигнал U₁₄ на выходе пятого порогового блока 14 при опережении фазы напряжения генератора относительно фазы напряжения сети, на фиг.2,д - сигнал U₂ на выходе сумматора 2 (для случая отставания фазы напряжения генератора от фазы напряжения сети), на фиг.2,е - сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг.2,ж - сигнал U₁₃ на выходе порогового блока 13.Figure 2 presents the following timing diagrams: in figure 2, a - signal U ₁ at the output of the fourth threshold block 1, figure 2, b - signal U _{14 of the} voltage of the generator at the output of the fifth threshold block 14 with the coincidence of its phase voltage of the generator with the phase of the mains voltage, in Fig. 2, c - the signal U ₁₄ at the output of the fifth threshold block 14 when the generator voltage phase lags the phase of the mains voltage, in Fig. 2, g - the U ₁₄ signal at the output of the fifth threshold block 14 when ahead of the phase the voltage of the generator relative to the phase of the voltage of the network, figure 2, d is the signal U ₂ on in the output of the adder 2 (for the case of the lag of the voltage phase of the generator from the phase of the mains voltage), figure 2, e - signal E ₆ at the output of the reversing counter 6 in analog form, figure 2, g - signal U ₁₃ at the output of threshold block 13 .

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 12, который вырабатывается импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и на вход запуска ГТИ 10. Начальное состояние счетчика целесообразно устанавливать равным или несколько выше порогового уровня исполнительного элемента Ц_иэ (фиг.2,е).When the device is turned on, power is supplied to all its elements, including the start input of the one-shot 12, which generates a pulse that goes to the installation input to the initial state of the reverse counter 6 and to the start input of the GTI 10. It is advisable to set the initial state of the counter to or slightly higher than the threshold the level of the Executive element C _IE ( _figure 2, e).

Сигналы напряжений внешнего генератора U_г и сети U_c поступают на входы пятого 14 и четвертого 1 пороговых блоков соответственно. На выходе четвертого порогового блока 1 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне напряжения сети (фиг.2,а), а на выходе пятого порогового блока 14 - сигнал логической единицы при отрицательной полуволне сигнала генератора (фиг.2,б, в, г), который может совпадать, опережать или отставать по фазе от напряжения сети. Сигналы с выходов пятого 14 и четвертого 1 пороговых блоков поступают на вход сумматора 2, формирующего суммарный сигнал (фиг.2, д). Это напряжение сравнивается в первом пороговым блоке 3 с опорным уровнем U_оп. Если напряжение больше опорного уровня, то уровень логической единицы формируется на выходе “больше” первого порогового блока 3, в противном случае - на его выходе “меньше”. В первом случае импульсы ГТИ 10 через второй элемент И 5 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6, во втором случае - импульсы ГТИ 10 через первый элемент И 4 поступают на его вход сложения после снижения частоты импульсов в делителе 11 частоты импульсов. В результате этого при увеличении амплитуды выходного сигнала сумматора 2, что соответствует расфазировке напряжений сети и внешнего генератора, сигнал на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет ниже порогового уровня исполнительного элемента Ц_иэ, что приведет к формированию на выходе порогового блока 13 уровня логической единицы и срабатыванию замыкающего контакта исполнительного реле.The voltage signals of the external generator U _g and the network U _c are supplied to the inputs of the fifth 14 and fourth 1 threshold blocks, respectively. The output of the fourth threshold block 1 generates a signal of a logical unit with a positive half-wave of the mains voltage (Fig. 2, a), and the output of the fifth threshold block 14 produces a signal of a logical unit with a negative half-wave of a signal of a generator (Fig. 2, b, c, d) , which may coincide, get ahead or phase out of line voltage. The signals from the outputs of the fifth 14 and fourth 1 threshold blocks are fed to the input of the adder 2, forming the total signal (figure 2, d). This voltage is compared in the first threshold block 3 with the reference level U _op . If the voltage is greater than the reference level, then the level of the logic unit is formed at the output “more” than the first threshold block 3, otherwise, at the output it is “less”. In the first case, the pulses of the GTI 10 through the second element And 5 go to the subtraction input of the reversing counter 6, in the second case, the pulses of the GTI 10 through the first element And 4 go to its addition input after reducing the pulse frequency in the pulse frequency divider 11. As a result of this, with an increase in the amplitude of the output signal of the adder 2, which corresponds to the out-of-phase voltage of the network and the external generator, the signal at the output of the reverse counter 6 relatively quickly becomes lower than the threshold level of the actuating element C _ue , which will lead to the formation of the logical unit level at the output of the threshold block 13 and operation of the closing contact of the executive relay.

Второй 7 и третий 8 пороговые блоки обеспечивают устойчивость работы реле частоты. При длительной работе в нормальном режиме, когда выходное напряжение сумматора 2 длительное время находится в допустимых пределах, они не позволяют превысить максимально заданный уровень сигнала U_n+ реверсивного счетчика, при недопустимо большом уровне выходного напряжения сумматора 2 - не позволяет стать меньше минимально заданного уровня сигнала U_n-.The second 7 and third 8 threshold blocks ensure the stability of the frequency relay. During prolonged operation in normal mode, when the output voltage of adder 2 is within acceptable limits for a long time, they do not allow to exceed the maximum preset signal level U _{n + of the} reversible counter, while the output voltage of adder 2 is unacceptably high, it does not allow to become lower than the minimum preset signal level U _n- .

Тем самым расширяются функциональные возможности устройства, поскольку обеспечивается реакция реле на недопустимое рассогласование фаз напряжений сети и внешнего генератора.This extends the functionality of the device, since the relay is provided with an unacceptable mismatch between the phases of the mains voltage and the external 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.: Publishing House MPEI, 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 et al. Microelectronic circuits of digital devices. - M .: Soviet Radio, 1975.

Claims

A phase difference relay comprising an actuator, an adder and a first threshold unit, characterized in that the first and second AND elements are introduced, a reversible counter, a one-shot, second, third, fourth and fifth threshold units and a series-connected clock and a frequency divider, the input of the fourth threshold block is the input of the mains voltage, the output “More” of the fourth threshold block is connected to the first input of the adder, the output of which is connected to the input of the first threshold block, the input of the fifth threshold of the new block is the voltage input of the external generator, and the output “Less” of the fifth threshold block is connected to the second input of the adder, the inputs of addition and subtraction of the reverse counter are connected to the outputs of the first and second elements And, accordingly, the first direct input of the first element And is connected to the output “Less” the first threshold block, with the output “More” of which the first direct input of the second element And is connected, the second direct input of the first element And is connected to the output of the frequency divider, and the second direct input of the second element And It is connected to the output of the clock generator, the output of the reverse counter is connected to the input of the actuating element and to the inputs of the second and third threshold blocks, the output is “More” of the second threshold block and the output “Less” of the third threshold block is connected to the inverse inputs of the first and second elements And, accordingly, the output of the single vibrator is connected to the input of the installation in the initial state of the reversible counter and to the input of the start of the clock generator, the input of the single vibrator is the input of the start of the phase difference relay.