RU2636750C1

RU2636750C1 - Phase difference relay

Info

Publication number: RU2636750C1
Application number: RU2016122680A
Authority: RU
Inventors: Ян Иванович Анисов; Евгений Геннадьевич Квасов; Николай Петрович Кириллов; Юрий Владимирович Маракулин; Владимир Иванович Полянский
Original assignee: Акционерное общество "Корпорация "Стратегические пункты управления" АО "Корпорация "СПУ - ЦКБ ТМ"
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2017-11-28

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: phase difference relay contains seven threshold blocks, four AND elements, two pulse counters, four OR elements, a RS trigger, an actuator, a clock-pulse generator, a single-oscillator, three short pulse shapers, two averaging filters, a divider, an inverter, a multiplier to a constant coefficient, two algebraic adders, two rectifiers.

EFFECT: increasing accuracy and noise immunity.

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.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является реле разности фаз, содержащее первый сумматор, первый компаратор, второй компаратор, вход которого является входом для подключения напряжения сети, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого компаратора, вход которого является входом для подключения напряжения внешнего генератора, и второго компаратора, генератор тактовых импульсов, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, последовательно соединенные первый блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, и первый двухсторонний ограничитель, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, последовательно соединенные первый нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход соединен со вторыми входами первого сумматора и первого блока вычитания, третий компаратор и первый исполнительный элемент, последовательно соединенные второй блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом первого двухстороннего ограничителя, второй двухсторонний ограничитель, второй сумматор, соединенный первым входом с выходом двухстороннего ограничителя, и второй нерекурсивный фильтр, выход которого соединен со вторыми входами второго блока вычитания и второго сумматора, четвертый и пятый компараторы, входы которых соединены с выходом второго нерекурсивного фильтра, последовательно соединенные третий элемент И, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами третьего, четвертого и пятого компараторов соответственно, и второй исполнительный элемент, последовательно соединенные формирователь короткого импульса по заднему фронту, вход которого соединен с выходом первого элемента И и со вторым входом второго элемента И, а выход соединен с управляющими входами первого и второго нерекурсивных фильтров, элемент задержки и элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика импульсов, и также одновибратор, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ, входом запуска генератора тактовых импульсов и входами установки в ноль первого и второго нерекурсивных фильтров, а на вход одновибратора подается питание [1].The closest in technical essence to the proposed one is a phase difference relay containing a first adder, a first comparator, a second comparator, the input of which is an input for connecting the mains voltage, the first element And, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first comparator, the input of which is an input for connecting the voltage of an external generator, and a second comparator, a clock generator, a second AND element, the first input of which is connected to the output of a clock generator, a pulse counter, the counting input of which is connected to the output of the second element And, the first subtraction unit is connected in series, the first input of which is connected to the output of the pulse counter, and the first two-way limiter, the output of which is connected to the first input of the first adder, the first non-recursive filter is connected in series, the information input which is connected to the output of the first adder, and the output is connected to the second inputs of the first adder and the first subtraction unit, the third comparator and the first actuator ment, connected in series to the second subtraction unit, the first input of which is connected to the output of the first two-way limiter, the second two-way limiter, the second adder connected to the first input with the output of the two-way limiter, and the second non-recursive filter, the output of which is connected to the second inputs of the second subtraction unit and the second adder , the fourth and fifth comparators, the inputs of which are connected to the output of the second non-recursive filter, the third element And connected in series, the first, second and third in the strokes of which are connected to the outputs of the third, fourth and fifth comparators, respectively, and a second actuating element, serially connected by a shaper of a short pulse along the trailing edge, the input of which is connected to the output of the first element And to the second input of the second element And, and the output is connected to the control inputs of the first and a second non-recursive filter, a delay element and an OR element, the output of which is connected to the input of the zero pulse counter, and also a one-shot, the output of which is connected to the second input house OR gate, an input start of the clock and setting to zero inputs of the first and second non-recursive filters, and the input of the monostable multivibrator is powered [1].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность и относительно низкая помехоустойчивость в условиях возможных кратковременных сбоев относительных значений амплитуд напряжений сети и генератора.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively low accuracy and relatively low noise immunity under conditions of possible short-term failures of the relative values of the amplitudes of the voltage of the network and the generator.

Задачей, которая решается в предложенном изобретении, является разработка реле разности фаз, обеспечивающего повышение точности и помехоустойчивости в условиях возможных кратковременных сбоев относительных значений амплитуд напряжений сети и генератора.The problem that is solved in the proposed invention is the development of a phase difference relay, which provides increased accuracy and noise immunity in conditions of possible short-term failures of the relative values of the amplitudes of the voltage of the network and the generator.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и помехоустойчивости.The technical result of the invention is to improve the accuracy and noise immunity.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее исполнительный элемент, первый и второй пороговые блоки, первый и второй фильтры-усреднители, первый формирователь коротких импульсов, первый и второй алгебраические сумматоры, первый элемент ИЛИ и первый и второй элементы И, согласно изобретению введены одновибратор, генератор тактовых импульсов, RS-триггер, второй и третий формирователи коротких импульсов, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, третий и четвертый элементы И, третий четвертый, пятый, шестой и седьмой пороговые блоки, первый и второй счетчики импульсов, делитель, первый и второй частотно-зависимые элементы, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый и второй выпрямители, при этом вход второго порогового блока является входом напряжения генератора, первый и второй входы первого элемента И соединены соответственно с выходом второго порогового блока и с выходом первого порогового блока, вход которого является входом напряжения сети, входы первого и второго формирователей коротких импульсов соединены с выходом первого порогового блока, счетные входы первого и второго счетчиков импульсов 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, делитель, первый и второй входы которого соединены с выходами, первого и второго фильтров-усреднителей соответственно, последовательно соединен с третьим пороговым блоком, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, одновибратор, вход которого является входом запуска реле разности фаз, последовательно соединен с генератором тактовых импульсов, выход которого соединен с третьим входом первого элемента И и со вторым входом второго элемента И, R-вход RS-триггера 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 с первым входом второго элемента И, выход «больше» четвертого порогового блока соединен с первым входом третьего элемента И, выход «меньше» пятого порогового блока соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента И, выход первого алгебраического сумматора соединен с первыми входами четвертого и пятого пороговых блоков, вход первого частотно-зависимого элемента соединен со входом второго порогового блока, а выход соединен с вычитающим входом первого алгебраического сумматора, второй частотно-зависимый элемент, вход которого соединен со входом первого порогового блока, а выход соединен с суммирующим входом первого алгебраического сумматора, последовательно соединен с умножителем на постоянный коэффициент, выход которого соединен со вторым входом пятого порогового блока, и инвертором, выход которого соединен со вторым входом четвертого порогового блока, выход «меньше» шестого порогового блока соединен с первым входом четвертого элемента И, выход «больше» седьмого порогового блока соединен со вторым входом четвертого элемента И, при этом выход второго алгебраического сумматора соединен со входами шестого и седьмого пороговых блоков, вход первого выпрямителя соединен с входом первого порогового блока, а выход соединен с вычитающим входом второго алгебраического сумматора, вход второго выпрямителя соединен с входом второго порогового блока, а выход соединен с суммирующим входом второго алгебраического сумматора, четвертый элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемент И, а выход соединен с третьим входом третьего элемента И, вход третьего формирователя коротких импульсов соединен с выходом четвертого элемента И, а выход соединен со вторым входом четвертого элемента ИЛИ, 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.The problem is solved, and the desired technical result is achieved by the fact that in the device containing the actuator, the first and second threshold blocks, the first and second filter averagers, the first driver of short pulses, the first and second algebraic adders, the first element OR and the first and second And elements, according to the invention, a one-shot, clock generator, RS-trigger, second and third short-pulse formers, second, third and fourth elements OR, third and fourth elements AND, third, fifth, sixth, and seventh threshold blocks, first and second pulse counters, divider, first and second frequency dependent elements, constant factor multiplier, inverter, first and second rectifiers, while the input of the second threshold block is the generator voltage input, the first and second inputs of the first element And 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 inputs of the first and second shapers of short impulses pulses are connected to the output of the first threshold block, the counting inputs of the first and second pulse counters are connected to the outputs of the first and second elements And, respectively, the inputs of the zero setting are connected to the outputs of the first and second elements OR, respectively, and the outputs are connected to the information inputs of the first and second filters averagers, respectively, a divider, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second filter-averagers, respectively, connected in series with the third threshold block, in the stroke of which is connected to the input of the actuating element, the one-shot, whose input is the input of the start of the phase difference relay, is connected in series with a clock 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, the R-input of the RS-trigger is connected with 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 OR elements, and the output is connected with the first input of the second AND element, the output “greater” of the fourth threshold block is connected to the first input of the third AND element, the output “less” of the fifth threshold block is connected to the second input of the third AND element, the output of which is connected to the fourth input of the first AND element, the output of the first algebraic the adder is connected to the first inputs of the fourth and fifth threshold blocks, the input of the first frequency-dependent element is connected to the input of the second threshold block, and the output is connected to the subtracting input of the first algebraic adder, the second frequency-dependent element, the input of which is connected to the input of the first threshold block, and the output is connected to the summing input of the first algebraic adder, is connected in series with a multiplier by a constant coefficient, the output of which is connected to the second input of the fifth threshold block, and an inverter whose output is connected to the second input of the fourth threshold block, the output is "less than" the sixth threshold block is connected to the first input of the fourth element And the output is "larger" of the seventh threshold block is connected to the second input h of the fourth element And, while the output of the second algebraic adder is connected to the inputs of the sixth and seventh threshold blocks, the input of the first rectifier is connected to the input of the first threshold block, and the output is connected to the subtracting input of the second algebraic adder, the input of the second rectifier is connected to the input of the second threshold block, and the output is connected to the summing input of the second algebraic adder, the fourth OR element, the first input of which is connected to the output of the fourth AND element, and the output is connected to the third input of the third e element AND, the input of the third driver of short pulses is connected to the output of the fourth element AND, and the output is connected to the second input of the fourth element OR, the output of the single vibrator is connected to the second inputs of the first and second elements OR, with the first input of the third element OR and with the inputs of the zero and a second filter-averager, and the output of the second shaper of short pulses is 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.In FIG. 1 is an electrical block diagram of a phase difference relay; FIG. 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 generator voltage input, 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-тригтер 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 соединен с первым входом второго элемента И 13, третий элемент И 20, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента И 4, четвертый пороговый блок 21, выход «больше» которого соединен с первым входом третьего элемента И 20, пятый пороговый блок 22, выход «меньше» которого соединен со вторым входом третьего элемента И 20, алгебраический сумматор 23, выход которого соединен с первыми входами четвертого 21 и пятого 22 пороговых блоков, первый частотно-зависимый элемент 24, вход которого соединен со входом второго порогового блока 3, а выход соединен с вычитающим входом первого алгебраического сумматора 23, а также последовательно соединенные второй частотно-зависимый элемент 25, вход которого соединен со входом первого порогового блока 2, а выход соединен с суммирующим ходом алгебраического сумматора 23, умножитель 26 на постоянный коэффициент, выход которого соединен со вторым входом пятого порогового блока 22, и инвертор 27, выход которого соединен со вторым входом четвертого порогового блока 21.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 a one-shot in series 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 hera 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 is connected to the first the input of the second element And 13, the third element And 20, the output of which is connected to the fourth input of the first element And 4, the fourth threshold block 21, the output "greater" of which is connected to the first input of the third element And 20, the fifth threshold block 22, the output is "less" which is connected to the second input the house of the third element And 20, an algebraic adder 23, the output of which is connected to the first inputs of the fourth 21 and fifth 22 threshold blocks, the first frequency-dependent element 24, the input of which is connected to the input of the second threshold block 3, and the output is connected to the subtracting input of the first algebraic adder 23, as well as series-connected second frequency-dependent element 25, the input of which is connected to the input of the first threshold block 2, and the output is connected to the summing stroke of the algebraic adder 23, the multiplier 26 by a constant coefficient a customer whose output is connected to the second input of the fifth threshold unit 22, and an inverter 27, the output of which is connected to the second input of the fourth threshold unit 21.

Реле разности фаз содержит также четвертый элемент И 28, шестой пороговый блок 29, выход «меньше» которого соединен с первым входом четвертого элемента И 28, седьмой пороговый блок 30, выход «больше» которого соединен со вторым входом четвертого элемента И 28, второй алгебраический сумматор 31, выход которого соединен со входами шестого 29 и седьмого 30 пороговых блоков, первый выпрямитель 32, вход которого соединен с входом первого порогового блока 2, а выход соединен с вычитающим входом второго алгебраического сумматора 31, а также второй выпрямитель 33, вход которого соединен с входом второго порогового блока 3, а выход соединен с суммирующим входом второго алгебраического сумматора 31, четвертый элемент ИЛИ 34, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемент И 28, а выход соединен с третьим входом третьего элемента И 20, а также третий формирователь 35 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом четвертого элемента И 28, а выход соединен со вторым входом четвертого элемента ИЛИ 34, 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.The phase difference relay also contains a fourth element And 28, a sixth threshold block 29, the output of "less" of which is connected to the first input of the fourth element And 28, a seventh threshold block 30, an output of "more" which is connected to the second input of the fourth element And 28, the second algebraic the adder 31, the output of which is connected to the inputs of the sixth 29 and the seventh 30 of the threshold blocks, the first rectifier 32, the input of which is connected to the input of the first threshold block 2, and the output is connected to the subtracting input of the second algebraic adder 31, as well as the second rectifies 33, the input of which is connected to the input of the second threshold block 3, and the output is connected to the summing input of the second algebraic adder 31, the fourth element OR 34, the first input of which is connected to the output of the fourth element And 28, and the output is connected to the third input of the third element And 20 , as well as a third shaper 35 of short pulses, the input of which is connected to the output of the fourth element AND 28, and the output is connected to the second input of the fourth element OR 34, while the output of the single vibrator 18 is connected to the second inputs of the first 7 and second 8 elements LEE, the first input of the third OR gate 9, and by setting to zero inputs of the first 10 and second 11-averager filter, and the output of the second shaper 6 short pulse coupled to the second input of the third OR gate 9.

На фиг. 2,а представлены временные диаграммы сигналов на выходе первого порогового блока 2, на фиг. 2,б - на выходе второго порогового блока 2, на фиг. 2,в - на выходе первого элемента И 4.In FIG. 2a shows timing diagrams of the signals at the output of the first threshold block 2, FIG. 2b - at the output of the second threshold block 2, in FIG. 2, c - 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, четвертый 21, пятый 22, шестой 29 и седьмой 30 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 являются выходом фильтра-усреднителя. Первый 5 формирователь коротких импульсов формируют на своем выходе импульсы заданной длительности при перепаде его входного напряжения с уровня логического нуля на уровень логической единицы, а второй 6 и третий 35 - с уровня логической единицы на уровень логического нуля. Первый 24 и второй 25 частотно-зависимые элементы могут быть выполнены в виде резонансных контуров, которые используются на линейной части правой ветви амплитудно-частотной характеристики. В соответствии с этим значения амплитуды выходных сигналов частотно-зависимых элементов будут обратно пропорциональны частотам входных сигналов.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, fourth 21, fifth 22, sixth 29 and seventh 30 threshold blocks can be made in the form of analog comparators with a zero threshold, and the third 17th threshold block is in the form of a 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 short-pulse shaper generates pulses of a given duration at its output when its input voltage drops from a logical zero level to a logical unit level, and the second 6 and third 35 - from a logical unit level to a logical zero level. The first 24 and second 25 frequency-dependent elements can be made in the form of resonant circuits, which are used on the linear part of the right branch of the amplitude-frequency characteristic. In accordance with this, the amplitude values of the output signals of the frequency-dependent elements will be inversely proportional to the frequencies of the input signals.

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 circuits of the units, in addition to the power supply circuit of the single vibrator 18 in FIG. 1 are omitted as non-material.

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 inputs setting the first 14 and second 15 pulse counters to zero, 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 U_г и сети U_c поступают на входы второго 3 и первого 2 пороговых блоков соответственно, которые формируют из них последовательности импульсов, представленные на фиг. 2а и фиг. 2,б соответственно. На выходе первого элемента И 4 сигнал логической единицы формируется в интервале совпадения этих импульсов (фиг. 2,в). 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 U _g and the network U _c are supplied to the inputs of the second 3 and first 2 threshold blocks, respectively, which form from them the pulse sequences shown in FIG. 2a and FIG. 2b, respectively. At the output of the first element And 4, the signal of a logical unit is formed in the interval of coincidence of these pulses (Fig. 2, c). Within the coincidence intervals, the first counter 14 sums the pulses from the output of the first element And 4, and its contents over the interval of the period of variation of the network voltage 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 (фиг. 2,а) 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. 2,а и фиг. 2,б), характеризующее усредненное значение степени согласования фаз напряжений сети и генератора.On the leading edge of the pulse (Fig. 2, a), 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. 2, a and Fig. 2 , b), characterizing the average value of the degree of coordination of the phases of the voltage of the network and 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 фиг. 2,а 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 недостаточно 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 of FIG. 2a and in the second filter-averager 11, the current average estimate of the duration of half the voltage period will be formed. The signal from the output of the first filter-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.

Кроме того, для повышения точности работы в реле постоянно производится контроль совпадения частот сети и генератора. Это производится следующим образом. Первый частотно-зависимый элемент 24 формирует сигнал, амплитуда которого обратно пропорциональна частоте генератора, а второй частотно-зависимый элемент 25 - обратно пропорционально частоте сети. Формируемые ими сигналы алгебраически складываются в алгебраическом сумматоре 23 и подаются на первый входы четвертого 21 и пятого 22 пороговых блоков. Кроме того, сигнал с выхода второго частотно-зависимого элемента 25 умножается на малый коэффициент в умножителе 26, величину которого выбирают из условия допустимого рассогласования частот сети и генератора. Результат умножения подается на второй вход пятого порогового блока 22 и после инвертирования в инверторе 27 - второй вход четвертого порогового блока. В результате этого сигнал логической единицы на выходе третьего элемента И 20 формируется только при условии достаточно близкого совпадения частот сети и генератора. Только при подаче уровня логической единицы с выхода третьего элемента И 20 на третий вход первого элемента И 4 в устройстве осуществляется описанная выше оценка близости фаз напряжений сети и генератора.In addition, to improve the accuracy of the relay, the coincidence of the frequencies of the network and the generator is constantly monitored. This is done as follows. The first frequency-dependent element 24 forms a signal whose amplitude is inversely proportional to the frequency of the generator, and the second frequency-dependent element 25 is inversely proportional to the frequency of the network. The signals generated by them are algebraically added up in the algebraic adder 23 and fed to the first inputs of the fourth 21 and fifth 22 threshold blocks. In addition, the signal from the output of the second frequency-dependent element 25 is multiplied by a small coefficient in the multiplier 26, the value of which is selected from the condition of permissible mismatch of the frequencies of the network and the generator. The result of the multiplication is fed to the second input of the fifth threshold block 22 and after inversion in the inverter 27, the second input of the fourth threshold block. As a result of this, the signal of a logical unit at the output of the third element And 20 is formed only under the condition that the frequencies of the network and the generator are sufficiently close. Only when applying the level of a logical unit from the output of the third element And 20 to the third input of the first element And 4 in the device, the above-described assessment of the proximity of the phases of the voltage of the network and the generator is carried out.

Дополнительно для повышения точности работы в реле обеспечивается контроль соблюдения условия, при котором амплитуды напряжения сети и генератора примерно равны. Именно тогда может быть обеспечена точность определения факта близости частот генератора и сети. Для этого сигналы с выходов первого 32 и второго 33 выпрямителей, характеризующих уровень сигнала сети и генератора соответственно, сравниваются во втором алгебраическом сумматоре 31 путем вычитания одного из другого. Разность этих сигналов сравнивается в шестом 29 и седьмом 30 пороговых блоках с верхним и нижним уровнями допустимого рассогласования амплитуд соответственно. Если отличие амплитуд незначительно, то на выходе четвертого элемента И 28 формируется сигнал с уровнем логической единицы, который подается через четвертый элемент ИЛИ 34 на третий вход третьего элемента И 20. Тогда при достаточной близости частот сети и генератора на выходе третьего элемента И формируется сигнал логической единицы, являющийся разрешающим для сравнения фаз напряжений сети и генератора. Если отличие амплитуд является существенным, то на выходе четвертого элемента И 28 сигнала с уровнем логической единицы не образуется и реле не производит сравнение фаз напряжений сети и генератора. При этом возможен случай, когда допустимый уровень отличий амплитуд напряжений сети и генератора нарушается кратковременно из-за сбоев в настройке параметров напряжения генератора или внешних помех. В этом случае сигнал с уровнем логической единицы лишь кратковременно меняется на уровень логического нуля. В этом случае третий формирователь 35 формирует импульс с уровнем логической единицы и длительностью, соответствующей временному интервалу, в пределах которого резкое возрастание или резкое увеличение амплитуды напряжения генератора относительно амплитуды напряжения сети не скажется на точности работы реле. Этот импульс компенсирует изменение сигнала с уровня логической единицы на уровень логического нуля на выходе четвертого элемента И и исключает влияние таких кратковременных сбоев на работу реле.Additionally, to increase the accuracy of the relay, it is ensured that the conditions under which the amplitudes of the voltage of the network and the generator are approximately equal are monitored. It is then that the accuracy of determining the proximity of the generator and network frequencies can be ensured. For this, the signals from the outputs of the first 32 and second 33 rectifiers characterizing the signal level of the network and the generator, respectively, are compared in the second algebraic adder 31 by subtracting one from the other. The difference of these signals is compared in the sixth 29 and seventh 30 threshold blocks with the upper and lower levels of the allowable mismatch of amplitudes, respectively. If the amplitude difference is insignificant, a signal with a logic level of 1 is generated at the output of the fourth element And 28, which is fed through the fourth element OR 34 to the third input of the third element And 20. Then, with a sufficient proximity of the frequencies of the network and the generator, a logical signal is generated at the output of the third element And units, which is permissible for comparing the phases of the voltage of the network and the generator. If the difference in amplitudes is significant, then at the output of the fourth element And 28 a signal with a level of a logical unit is not formed and the relay does not compare the phases of the voltage of the network and the generator. In this case, a case is possible when the permissible level of differences in the amplitudes of the voltage of the network and the generator is violated for a short time due to malfunctions in the setting of the generator voltage parameters or external interference. In this case, the signal with the level of a logical unit only briefly changes to the level of logical zero. In this case, the third driver 35 generates a pulse with a level of a logical unit and a duration corresponding to a time interval within which a sharp increase or a sharp increase in the amplitude of the generator voltage relative to the voltage amplitude of the network will not affect the accuracy of the relay. This pulse compensates for a change in the signal from the level of a logical unit to the level of a logical zero at the output of the fourth AND element and excludes the effect of such short-term failures on the relay operation.

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 постоянно производится контроль близости частот сети и генератора и что формируется относительная величина сдвига фаз, повышается точность работы реле и обеспечивается его некритичность к абсолютным значениям частот сети и генератора. Дополнительно в предложенном устройстве обеспечивается контроль близости амплитуд напряжений сети и генератора, а также исключается влияние кратковременных сбоев в соотношении этих амплитуд, что повышает точность и помехоустойчивость в условиях возможных кратковременных сбоев относительных значений амплитуд напряжений 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 proximity of the mains and generator frequencies is constantly monitored and that the relative magnitude of the phase shift is formed, the accuracy of the relay increases and its non-criticality to the absolute values of the mains and generator frequencies is ensured. Additionally, the proposed device provides control of the proximity of the amplitudes of the voltage of the network and the generator, and also eliminates the influence of short-term failures in the ratio of these amplitudes, which increases the accuracy and noise immunity in the conditions of possible short-term failures of the relative values of the amplitudes of the voltage of the network and the generator.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ на изобретение 2220468 C1, Н01Н 47/18. Реле разности фаз / В.В. Березов. Опубл. 27.12.2002.1. RF patent for the invention 2220468 C1, H01H 47/18. Relay, phase difference / V.V. Birch. Publ. 12/27/2002.

2. Патент РФ на изобретение 2484547 C1, Н01Н 47/20. Реле разности фаз / А.В. Мосиенко, Э.В. Борисов, В.Е. Казарин, А.С. Безбородое, Н.Н. Тацышин, О.С. Купач. Опубл. 10.06.2013.2. RF patent for the invention 2484547 C1, H01H 47/20. Relay phase difference / A.V. Mosienko, E.V. Borisov, V.E. Kazarin, A.S. Bezborodoe, N.N. Tatsyshin, O.S. Kupach. Publ. 06/10/2013.

3. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с. 355, рис. 12.16.3. Andreev V.A. Relay protection and automation of power supply systems. - M.: Higher School, 1991, p. 355, fig. 12.16.

4. 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. 35.10.4. Electrical reference book, in 4 volumes, vol. 2. Electrical products and devices. Under the general editorship of V.G. Gerasimova et al. - Moscow: Publishing House MPEI, 1998, p. 390, fig. 35.10.

Claims

The phase difference relay containing the actuator, the first and second threshold blocks, the first and second averaging filters, the first short pulse shaper, the first and second algebraic adders, the first OR element, and the first and second AND elements, characterized in that a one-shot oscillator is introduced clock pulses, RS-flip-flop, second and third short-pulse shapers, second, third and fourth OR elements, third and fourth AND elements, third fourth, fifth, sixth and seventh threshold blocks, first and second counter and pulses, divider, first and second frequency-dependent elements, constant factor multiplier, inverter, first and second rectifiers, the input of the second threshold block being the voltage input of the generator, the first and second inputs of the first element And connected respectively to the output of the second threshold block and with the output of the first threshold block, the input of which is the input of the mains voltage, the inputs of the first and second short pulse shapers are connected to the output of the first threshold block, the counting inputs of the first and second pulse counters are connected to the outputs of the first and second AND elements, respectively, 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 filter averagers, respectively, a divider, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the first and second filter-averagers, respectively, are connected in series with the third threshold block, the output of which is connected to the input of the actuating element, a single-shot, the input of which Horn is a phase difference relay trigger input, connected in series with a clock generator, the output of which is connected to the third input of the first AND element and to the second input of the second AND element, the R-input of the RS-trigger is connected to the output of the third OR element, the S-input is connected to the output of the first driver of short pulses, with clock inputs of the first and second filter-averagers and with the first inputs of the first and second elements OR, and the output is connected to the first input of the second element AND, the output is "greater than" the fourth threshold block with is connected to the first input of the third element And, the output is "less than" the fifth threshold block connected to the second input of the third element And, the output of which is connected to the fourth input of the first element And, the output of the first algebraic adder is connected to the first inputs of the fourth and fifth threshold blocks, the input of the first -dependent element is connected to the input of the second threshold block, and the output is connected to the subtracting input of the first algebraic adder, the second frequency-dependent element, the input of which is connected to the input of the first threshold of the output block, and the output is connected to the summing input of the first algebraic adder, connected in series with a multiplier by a constant coefficient, the output of which is connected to the second input of the fifth threshold block, and an inverter whose output is connected to the second input of the fourth threshold block, the output is "less than" the sixth threshold block is connected to the first input of the fourth element And, the output is "greater than" the seventh threshold block is connected to the second input of the fourth element And, while the output of the second algebraic adder is connected with the inputs of the sixth and seventh threshold blocks, the input of the first rectifier is connected to the input of the first threshold block, and the output is connected to the subtracting input of the second algebraic adder, the input of the second rectifier is connected to the input of the second threshold block, and the output is connected to the summing input of the second algebraic adder, the fourth element OR, the first input of which is connected to the output of the fourth AND element, and the output is connected to the third input of the third AND element, the input of the third short-pulse former is connected to the output of the fourth AND element, and the output is connected to the second input of the fourth OR element, 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 is short pulses connected to the second input of the third element OR.