RU2641096C2

RU2641096C2 - Frequency-phase relay

Info

Publication number: RU2641096C2
Application number: RU2016122683A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Алмазов; Ян Иванович Анисов; Александр Николаевич Гусев; Николай Петрович Кириллов; 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: 2018-01-16
Also published as: RU2016122683A

Abstract

FIELD: electricity.SUBSTANCE: frequency-phase relay contains a frequency-dependent element, an adder, two actuators, six threshold units, four AND elements, a reversing counter, three clock generators, a pulse frequency divider, a single-oscillator, three RS-triggers, two short pulse formers, two OR elements, two pulse counters, an averaging filter.EFFECT: application of the invention allows to extend the functionality of the frequency relay due to providing the relay response to the generator frequency deviation from the nominal, and to the deviation of its phase relative to the network phase, and to exclude the effect of short-term failures of the generator frequency relative to the network frequency.2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронного реле частоты и фазы, например, при подстройке частоты и фазы генератора при его включении в сеть.The invention relates to electrical engineering and can be used as an electronic frequency and phase relay, for example, when adjusting the frequency and phase of the generator when it is connected to the network.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, первый частотно-зависимый элемент, первый формирователь импульсов, элемент ЗАПРЕТ, расширитель импульсов, усилитель и исполнительный элемент, второй частотно-зависимый элемент, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, а выход - через ключ соединен со вторым входом первого формирователя импульсов, последовательно соединенные делитель напряжения, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, второй формирователь импульсов и формирователь коротких импульсов, выход которого соединен со вторым входом элемента ЗАПРЕТ, а также пусковой элемент, выполненный в виде выпрямителя, вход которого соединен с выходом разделительного трансформатора, а выход соединен со вторым входом расширителя импульсов [1].Closest to the technical nature of the claimed device is a device containing a series-connected isolation transformer, a frequency filter, a first frequency-dependent element, a first pulse shaper, an element BAN, a pulse expander, an amplifier and an actuator, a second frequency-dependent element, the input of which is connected to the output of the frequency filter, and the output through the key is connected to the second input of the first pulse shaper, a voltage divider connected in series, the input of which connected to the output of the frequency filter, a second pulse shaper and a short pulse shaper, the output of which is connected to the second input of the BAN element, as well as a starting element made in the form of a rectifier, the input of which is connected to the output of the isolation transformer, and the output is connected to the second input of the pulse expander [ one].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно одновременно может работать либо как реле понижения частоты, либо как реле повышения частоты, но не позволяет контролировать частоту и фазу генератора при его подключении в сеть. Кроме того, известное устройство обладает относительно низкой помехоустойчивостью в условиях кратковременных сбоев частоты генератора.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively narrow functionality, since it can simultaneously operate either as a frequency lowering relay or as a frequency increasing relay, but it does not allow controlling the frequency and phase of the generator when it is connected to the network. In addition, the known device has a relatively low noise immunity in conditions of short-term malfunctions of the frequency of the generator.

Задача, которая решается в изобретении, является создание устройства с более широкими функциональными возможностями, обеспечивающими одновременное выполнение функций реле частоты и фазы генератора относительно частоты и фазы напряжения сети, обладающего более высокой помехоустойчивостью в условиях кратковременных сбоев частоты генератора.The problem that is solved in the invention is the creation of a device with wider functionality, providing the simultaneous execution of the functions of the frequency relay and phase of the generator relative to the frequency and phase of the mains voltage, which has higher noise immunity in the conditions of short-term frequency failures of the generator.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем обеспечения одновременного выполнения функций реле частоты и фазы генератора относительно частоты и фазы напряжения сети, а также повышении помехоустойчивости в условиях кратковременных сбоев частоты генератора.The required technical result is to expand the functionality by ensuring the simultaneous execution of the functions of the frequency relay and the phase of the generator relative to the frequency and phase of the mains voltage, as well as increasing noise immunity in the conditions of short-term malfunctions of the frequency of the generator.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в частотно-фазовое реле, содержащее первый исполнительный элемент, частотно-зависимый элемент и первый формирователь коротких импульсов, согласно изобретению введены первый, второй, третий и четвертый элементы И, сумматор, реверсивный счетчик, вход сложения и вход вычитания которого соединены, соответственно, с выходом первого и с выходом второго элементов И, пороговые блоки с первого по шестой, второй исполнительный элемент, последовательно соединенные первый генератор тактовых импульсов и делитель частоты, второй формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «меньше» шестого порогового блока, вход которого является входом напряжения сети частотно-фазового реле, первый RS-триггер, S-вход которого соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, первый элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя коротких импульсов, а выход соединен с R-входом первого RS-триггера, второй генератор тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого RS-триггера, одновибратор, вход запуска которого является входом запуска частотно-фазового реле, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и с выходом одновибратора, первый счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго генератора тактовых импульсов, а вход установки в ноль соединен с выходом второго элемента ИЛИ, фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом первого счетчика импульсов, тактовый вход соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и с выходом второго формирователя коротких импульсов, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента, третий элемент ИЛИ, второй и третий RS-триггеры, третий генератор тактовых импульсов, второй счетчик импульсов и дешифратор, при этом прямой вход четвертого элемента И соединен с выходом «меньше» первого исполнительного элемента, инверсный вход соединен с инверсным выходом третьего RS-триггера, а выход соединен с S-входом второго RS-триггера, первый вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом «больше» первого исполнительного элемента, второй вход соединен с выходом одновибратора и с S-входом третьего RS-триггера, а выход соединен с входом установки в ноль второго счетчика импульсов и с R-входом второго RS-триггера, выход которого соединен с входом запуска третьего генератора тактовых импульсов, выход третьего генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, выход которого соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с R-входом третьего RS-тригтера, вход частотно-зависимого элемента является входом напряжения генератора и соединен с входом четвертого порогового блока, выход «больше» которого соединен с первым входом сумматора и входом первого формирователя коротких импульсов, выход частотно-зависимого элемента соединен с входом пятого порогового блока, выход «меньше» которого соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом первого порогового блока, 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 первого генератора тактовых импульсов, выход реверсивного счетчика соединен со входом первого 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 входами установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска первого генератора тактовых импульсов, а прямой выход третьего RS-триггера соединен со вторым входом третьего элемента И.The problem is solved, and the desired technical result is achieved by the fact that in the frequency-phase relay containing the first actuator, the frequency-dependent element and the first driver of short pulses, according to the invention introduced the first, second, third and fourth elements And, the adder, a reversible counter , the addition input and the subtraction input of which are connected, respectively, with the output of the first and the output of the second elements AND, threshold blocks from the first to the sixth, the second actuating element, connected in series e is the first clock generator and frequency divider, the second short-pulse generator, the input of which is connected to the output “less” of the sixth threshold unit, the input of which is the voltage-phase relay input, the first RS-trigger, the S-input of which is connected to the output of the first a short pulse shaper, the first OR element, the first input of which is connected to the output of the second short pulse shaper, and the output is connected to the R-input of the first RS-trigger, the second clock generator, the trigger input of which connected to the output of the third AND element, the first input of which is connected to the output of the first RS-flip-flop, a one-shot oscillator, the trigger input of which is the frequency-phase relay trigger input, the second OR element, the first input of which is connected to the second input of the first OR element and with the output of the one-shot, the first pulse counter, the counting input of which is connected to the output of the second clock generator, and the zero input is connected to the output of the second OR element, a filter averager, the information input of which is connected to the output of the first th pulse counter, the clock input is connected to the second input of the second OR element and to the output of the second short pulse shaper, and the output is connected to the input of the second actuator, the third OR element, the second and third RS flip-flops, the third clock generator, the second pulse counter and a decoder, while the direct input of the fourth element And is connected to the output "less" of the first actuating element, the inverse input is connected to the inverse output of the third RS-trigger, and the output is connected to the S-input of the second RS-trigger the output input of the third OR element is connected to the output "larger" of the first actuator, the second input is connected to the output of the one-shot and to the S-input of the third RS-trigger, and the output is connected to the installation input to zero of the second pulse counter and to the R-input of the second RS- the trigger, the output of which is connected to the start input of the third clock generator, the output of the third clock generator is connected to the counting input of the second pulse counter, the output of which is connected to the input of the decoder, the output of which is connected to the third R input RS-flip-flop, the input of the frequency-dependent element is the voltage input of the generator and connected to the input of the fourth threshold block, the output of "more" of which is connected to the first input of the adder and the input of the first driver of short pulses, the output of the frequency-dependent element is connected to the input of the fifth threshold block , the output "less" of which is connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the input of the first threshold block, the first direct input of the first element And is connected to the output "less" of the first threshold block, with with a stroke “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 is connected to the output of the first clock generator, the output of the reverse counter is connected to the input of the first actuator and with the inputs of the second and third threshold blocks, the output is “greater” of the second threshold block and the output is “less” of the third threshold block are connected to the inverse inputs of the first and second elements And, accordingly, the output d single vibrator is connected to the inputs of the installation in the initial state of the reverse counter and to the input of the start of the first clock generator, and the direct output of the third RS-trigger is connected to the second input of the third element I.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что первый исполнительный элемент выполнен в виде седьмого порогового блока, вход которого является входом первого исполнительного элемента, выход «больше» является выходом «больше» первого исполнительного элемента и клеммой подключения обмотки реле сигнализации настройки частоты генератора, в выход «меньше» является выходом «меньше» первого исполнительного элемента.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the first actuator is in the form of a seventh threshold unit, the input of which is the input of the first actuator, the output "greater" is the output "greater" of the first actuator and the terminal of the relay connection of the alarm signal generator frequency settings, the output “less” is the output “less” of the first actuator.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что второй исполнительный элемент выполнен в виде восьмого и девятого пороговых блоков, и четвертого элемента И, при этом, входы восьмого и девятого пороговых блоков объединены и являются входом второго исполнительного элемента, выход «больше» восьмого порогового блока и выход «меньше» девятого порогового блока соединены, соответственно, с первым и вторым входами пятого элемента И, выход которого является клеммой подключения обмотки реле сигнализации настройки частоты и фазы генератора к частоте и фазе сети.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the second actuator is made in the form of the eighth and ninth threshold blocks, and the fourth element And, while the inputs of the eighth and ninth threshold blocks are combined and are the input of the second actuator, the output is “greater than” the eighth threshold block and the output is “less than” the ninth threshold block is connected, respectively, with the first and second inputs of the fifth element And, the output of which is a terminal for connecting the winding of the frequency and phase alarm generator to the frequency and phase of the network.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема частотно-фазового реле, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.In FIG. 1 is an electrical block diagram of a frequency-phase relay; FIG. 2 is a timing diagram explaining its operation.

Частотно-фазовое реле (фиг. 1) содержит четвертый пороговый блок 1, вход которого является входом напряжения генератора, 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 прямые 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 первый исполнительный элемент 9, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 6.The frequency-phase relay (Fig. 1) contains a fourth threshold block 1, the input of which is the voltage input of the generator, and the output is "greater" 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 elements And, the first direct inputs of which are connected respectively to the output “less” and the output “more” 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 b Oki, the outputs of which are connected to inverted inputs of the first 4 and second 5 elements and, respectively, and the first actuator 9 having an input connected to the output down counter 6.

Частотно-фазовое реле содержит также последовательно соединенные первый генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым прямым входом второго элемента И 5, и делитель 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым прямым входом первого элемента И 4, а также одновибратор 12, вход которого является входом запуска частотно-фазового реле, а выход соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и с входом запуска первого ГТИ 10.The frequency-phase relay also contains a series-connected first generator 10 clock pulses (GTI), the output of which is connected to the second direct input of the second element And 5, and a pulse frequency divider 11, the output of which is connected to the second direct input of the first element And 4, as well as a one-shot 12, the input of which is the start input of the frequency-phase relay, and the output is connected to the installation input in the initial state of the reverse counter 6 and to the start input of the first GTI 10.

Кроме того, частотно-фазовое реле содержит частотно-зависимый элемент 13, вход которого соединен с входом четвертого порогового блока 1, а выход соединен с входом пятого порогового блока 14, выход «меньше» которого соединен со вторым входом сумматора 2, первый формирователь 15 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом четвертого порогового блока 1, шестой пороговый блок 16, вход которого является входом напряжения сети частотно-фазового реле, второй формирователь 17 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «меньше» шестого порогового блока 16, первый RS-триггер 18, S-вход которого соединен с выходом первого формирователя 15 коротких импульсов, первый элемент ИЛИ 19, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя 17 коротких импульсов, а выход соединен с R-входом первого RS-триггера 18, второй генератор 20 тактовых импульсов, второй элемент ИЛИ 21, первый вход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ 19 и с выходом одновибратора 12.In addition, the frequency-phase relay contains a frequency-dependent element 13, the input of which is connected to the input of the fourth threshold block 1, and the output is connected to the input of the fifth threshold block 14, the output of which is “less” is connected to the second input of the adder 2, the first driver 15 is short pulses, the input of which is connected to the output of the fourth threshold block 1, the sixth threshold block 16, whose input is the voltage input of the frequency-phase relay network, the second short-pulse shaper 17, the input of which is connected to the “less than six” output threshold block 16, the first RS-flip-flop 18, the S-input of which is connected to the output of the first short-pulse shaper 15, the first element OR 19, the first input of which is connected to the output of the second short-pulse shaper 17, and the output is connected to the R-input of the first RS -trigger 18, the second clock generator 20, the second element OR 21, the first input of which is connected to the second input of the first element OR 19 and with the output of the one-shot 12.

Дополнительно частотно-фазовое реле содержит первый счетчик 22 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго генератора 20 тактовых импульсов, а вход установки в ноль соединен с выходом второго элемента ИЛИ 21, фильтр-усреднитель 23, информационный вход которого соединен с выходом первого счетчика 22 импульсов, тактовый вход соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 21 и с выходом второго формирователя 17 коротких импульсов, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента 24, а также третий элемент И 25, выход которого соединен с входом запуска второго генератора 20 тактовых импульсов.Additionally, the frequency-phase relay contains a first pulse counter 22, the counting input of which is connected to the output of the second clock pulse generator 20, and the zero input is connected to the output of the second OR element 21, filter averager 23, the information input of which is connected to the output of the first counter 22 pulses, the clock input is connected to the second input of the second element OR 21 and to the output of the second driver 17 short pulses, and the output is connected to the input of the second actuator 24, as well as the third element And 25, the output of which connected to the input of the start of the second clock pulse generator 20.

Кроме того, первый исполнительный элемент 9 выполнен в виде седьмого порогового блока 26, вход которого является входом первого исполнительного элемента 9, а выход «больше» является выходом первого исполнительного элемента 9 и является клеммой подключения обмотки реле сигнализации настройки частоты генератора.In addition, the first actuating element 9 is made in the form of a seventh threshold block 26, the input of which is the input of the first actuating element 9, and the output “greater” is the output of the first actuating element 9 and is a terminal for connecting the winding of the generator frequency alarm signaling relay.

Кроме того, второй исполнительный элемент 24 выполнен в виде восьмого 27 и девятого 28 пороговых блоков, и четвертого элемента И 29, при этом входы восьмого 27 и девятого 28 пороговых блоков объединены и являются входом второго исполнительного элемента 24, выход «больше» восьмого порогового блока 27 и выход «меньше» девятого порогового блока 28 соединены, соответственно, с первым и вторым входами четвертого элемента И 29, выход которого является клеммой 30 подключения обмотки реле сигнализации настройки частоты и фазы генератора к частоте и фазе сети.In addition, the second actuator 24 is made in the form of the eighth 27 and ninth 28 threshold blocks, and the fourth element And 29, while the inputs of the eighth 27 and ninth 28 threshold blocks are combined and are the input of the second actuator 24, the output is “greater than” the eighth threshold block 27 and the output “less” of the ninth threshold block 28 is connected, respectively, with the first and second inputs of the fourth element And 29, the output of which is the terminal 30 of the connection of the signal coil of the alarm relay settings of the frequency and phase of the generator to the frequency and phase of the set and.

Частотно-фазовое реле содержит также третий элемент ИЛИ 31, второй 32 и третий 33 RS-триггеры, третий генератор 34 тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом второго RS-триггера 32, второй счетчик 35 импульсов, дешифратор 36 и четвертый элемент И 37, прямой вход которого соединен с выходом «меньше» первого исполнительного элемента 9, инверсный вход соединен с инверсным выходом третьего RS-триггера 33, а выход соединен с S-входом второго RS-триггера 32, при этом первый вход третьего элемента ИЛИ 31 соединен с выходом «больше» первого исполнительного элемента 9, второй вход соединен с выходом одновибратора 12 и с S-входом третьего RS-триггера 33, а выход соединен с входом установки в ноль второго счетчика импульсов 35 и с R-входом второго RS-триггера 32, выход третьего генератора 34 тактовых импульсов соединен со счетным входом второго счетчика 35 импульсов, выход которого соединен с входом дешифратора 36, выход которого соединен с R-входом третьего RS-триггера 33, прямой вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И 25.The frequency-phase relay also contains a third OR element 31, a second 32 and a third 33 RS-flip-flops, a third clock pulse generator 34, the trigger input of which is connected to the output of the second RS-flip-flop 32, a second pulse counter 35, a decoder 36 and a fourth AND 37 element the direct input of which is connected to the output “less” of the first actuator 9, the inverse input is connected to the inverse output of the third RS-trigger 33, and the output is connected to the S-input of the second RS-trigger 32, while the first input of the third element OR 31 is connected to output “more” of the first performance element 9, the second input is connected to the output of the one-shot 12 and with the S-input of the third RS-trigger 33, and the output is connected to the input of the zeroing of the second pulse counter 35 and the R-input of the second RS-trigger 32, the output of the third clock generator 34 pulses connected to the counting input of the second counter 35 pulses, the output of which is connected to the input of the decoder 36, the output of which is connected to the R-input of the third RS-trigger 33, the direct input of which is connected to the second input of the third element And 25.

Пороговые блоки могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик 6 - по схеме, представленной в [5], делитель 11 - в виде двоичного счетчика. Частотно-зависимый элемент 13 может быть выполнен, например, в виде резонансного контура [6]. Напряжение на выходе частотно-зависимого элемента 13 опережает, отстает или совпадает по фазе с входным напряжением в зависимости от частоты входного напряжения относительно номинальной (резонансной) частоты элемента 13. Фильтр-усреднитель 23 может быть выполнен в виде стандартного цифрового фильтра, выполненного в виде регистра сдвига, информационный и тактовый входы которого являются, соответственно, информационным и тактовым входом фильтра-усреднителя, а выходы - регистра сдвига соединены через соответствующие им умножители на весовые коэффициенты с выходным сумматором. Остальные блоки устройства также являются стандартными блоками электротехники Цепи питания блоков, кроме цепи питания одновибратора 12, на фиг. 1 опущены, как несущественные [2…6].Threshold blocks can be made in the form of standard comparators, a reverse counter 6 according to the scheme presented in [5], a divider 11 in the form of a binary counter. The frequency-dependent element 13 can be made, for example, in the form of a resonant circuit [6]. The voltage at the output of the frequency-dependent element 13 is ahead of, lags or coincides in phase with the input voltage depending on the frequency of the input voltage relative to the rated (resonant) frequency of element 13. The average filter 23 can be made in the form of a standard digital filter made in the form of a register shift, the information and clock inputs of which are, respectively, the information and clock input of the filter-averager, and the outputs of the shift register are connected through their respective weight multipliers e coefficients with an output adder. The remaining units of the device are also standard units of electrical engineering. The power supply circuits of the units, except for the power supply circuit of the single-vibrator 12, in FIG. 1 are omitted as non-essential [2 ... 6].

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 на выходе пятого порогового блока 14 при равенстве частоты генератора номинальной частоте (частоте сети), на фиг. 2, в - сигнал U₁₄ на выходе пятого порогового блока 14, когда сдвиг частоты генератора приводит к отставанию фазы при прохождении сигнала через частотно-зависимый элемент 13, на фиг. 2, г - сигнал U₁₄ на выходе пятого порогового блока 14, когда сдвиг частоты генератора приводит к опережению фазы при прохождении сигнала через частотно-зависимый элемент, на фиг. 2, д - сигнал U₂ на выходе сумматора 2 (для случая отставания фазы), на фиг. 2, е - сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг. 2, ж - сигнал U₂₆ на выходе «больше» седьмого порогового блока 26.In FIG. 2 shows the following timing diagrams: FIG. 2a - signal U ₁ at the output of the fourth threshold block 1, in FIG. 2, b - the signal U ₁₄ at the output of the fifth threshold block 14 when the generator frequency is equal to the nominal frequency (mains frequency), in FIG. 2c - signal U ₁₄ at the output of the fifth threshold block 14, when the frequency shift of the generator leads to phase lag during the passage of the signal through the frequency-dependent element 13, FIG. 2d - signal U ₁₄ at the output of the fifth threshold block 14, when the frequency shift of the generator leads to phase advance when the signal passes through the frequency-dependent element, FIG. 2, d - signal U ₂ at the output of the adder 2 (for the case of phase lag), in FIG. 2e - signal E ₆ at the output of the reversible counter 6 in analog form, in FIG. 2, g - the signal U ₂₆ at the output is "greater than" the seventh threshold block 26.

Частотно-фазовое реле работает следующим образом.Frequency-phase relay operates as follows.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе на вход запуска одновибратора 12, который вырабатывает импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6, на вход запуска первого ГТИ 10, через первый элемент ИЛИ 19 на вход установки в R-состояние RS-триггера 18 и через второй элемент ИЛИ 21 - на вход установки в нулевое состояние счетчика 22. Начальное состояние реверсивного счетчика 6 целесообразно устанавливать равным или несколько выше порогового уровня U_иэ седьмого порогового блока 26. На входы четвертого порогового блока 1 и частотно-зависимого элемента 13, которые являются входом напряжения генератора, поступает, например, напряжение внешнего генератора, включаемого в сеть. На выходе четвертого порогового блока 1 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне напряжения генератора (фиг. 2, а), а на выходе пятого порогового блока 14 сигнал логической единицы при отрицательной полуволне напряжения генератора (фиг. 2, б, в, г), которое из-за влияния частотно-зависимого элемента 13 может совпадать, опережать или отставать по фазе в зависимости от величины и знака отклонения частоты генератора от номинальной частоты (частоты сети). Сигналы с выходов пятого 14 и четвертого 1 пороговых блоков поступают на соответствующие входы сумматора 2, формирующего суммарный сигнал (фиг. 2, е). Этот сигнал сравнивается в первом пороговом 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 первого ГТИ 10 через второй элемент И 5 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6, во втором случае - импульсы первого ГТИ 10 после снижения частоты импульсов в делителе 11 через первый элемент И 4 поступают на вход сложения счетчика 6 (фиг. 2, б). В результате, при увеличении амплитуды выходного сигнала сумматора 2 выше уровня U_оп, что соответствует расфазировке сигналов на выходах четвертого 1 и пятого 14 пороговых блоков (т.е. относительно большому отклонению частоты генератора от номинальной частоты - частоты сети), сигнал на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет ниже порогового уровня Uиэ первого исполнительного элемента 9, что приведет к формированию на выходе «меньше седьмого порогового блока 26 уровня логического нуля и срабатыванию, например, контакта реле контроля частоты внешнего генератора. В остальных случаях на выходе «меньше» седьмого порогового блока 26 будет наблюдаться уровень логической единицы, что свидетельствует о примерном совпадении частоты генератора с частотой сети. Сигнал с выхода «меньше» седьмого порогового блока 26 управляет состоянием четвертого элемента И 37.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 enters the installation input to the initial state of the reverse counter 6, to the start input of the first GTI 10, through the first element OR 19 to the installation input to R-state RS-flip-flop 18 and via a second oR element 21 - on the installation entry to the null state 22. The initial state of the counter down counter 6 is advisable to set equal to or slightly above the threshold level U _IE seventh threshold unit 26 The inputs of the fourth threshold block 1 and the frequency-dependent element 13, which are the input voltage of the generator, for example, receives the voltage of an external generator connected to the network. The output of the fourth threshold block 1 generates a signal of a logical unit with a positive half-wave of the generator voltage (Fig. 2, a), and the output of the fifth threshold block 14 generates a signal of a logical unit with a negative half-wave of the generator voltage (Fig. 2, b, c, d), which, due to the influence of the frequency-dependent element 13, may coincide, be ahead or lag behind in phase depending on the magnitude and sign of the deviation of the generator frequency from the nominal frequency (network frequency). The signals from the outputs of the fifth 14 and fourth 1 threshold blocks are fed to the corresponding inputs of the adder 2, forming the total signal (Fig. 2, e). This signal 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 logical unit is formed at the output "more" of the first threshold block 3, otherwise - at its output is "less". In the first case, the pulses of the first 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 first GTI 10 after reducing the frequency of pulses in the divider 11 through the first element And 4 go to the input of addition of the counter 6 (Fig. 2 b). As a result, with an increase in the amplitude of the output signal of the adder 2 above the level U _op , which corresponds to the out-of-phase signals at the outputs of the fourth 1 and fifth 14 threshold blocks (i.e., a relatively large deviation of the generator frequency from the nominal frequency - the network frequency), the signal at the output is reversible the counter 6 will relatively quickly become lower than the threshold level Ue of the first actuator 9, which will lead to the formation at the output of “less than the seventh threshold block 26 of a logic zero level and triggering, for example, contact relay control frequency of the external oscillator. In other cases, the output is "less than" the seventh threshold block 26, a level of a logical unit will be observed, which indicates an approximate coincidence of the generator frequency with the network frequency. The output signal "less than" the seventh threshold block 26 controls the state of the fourth element And 37.

Второй 7 и третий 8 пороговые блоки обеспечивают устойчивость работы частотно-фазового реле. При длительной работе в нормальном режиме, когда частота внешнего генератора находится в допустимых пределах, они не позволяют превысить максимально заданный уровень сигнала U_п+ реверсивного счетчика 6, при недопустимо большом отклонении частоты от номинального значения - не позволяют стать меньше минимально заданного уровня сигнала U_п-.The second 7 and third 8 threshold blocks ensure the stability of the frequency-phase relay. During prolonged operation in normal mode, when the frequency of the external oscillator is within acceptable limits, they do not allow to exceed the maximum preset signal level U _{p + of the} reverse counter 6, while the frequency deviation from the nominal value is unacceptably large - they do not allow to become less than the minimum preset signal level U _{p -} .

Кроме того, на вход шестого порогового блока 16 поступает, например, сигнал напряжения сети, с фазой которого должен быть согласован внешний генератор.In addition, the input of the sixth threshold block 16 receives, for example, a network voltage signal, the phase of which must be matched with an external generator.

По переднему фронту каждого из импульсов на выходах четвертого 1 и шестого 16 пороговых блоков в соответствующем первом 15 и втором 17 формирователях вырабатываются короткие импульсы. Короткий импульс с выхода первого формирователя 15 переводит RS-триггер 18 в единичное состояние, что приводит к активизации второго ГТИ 20 (при уровне логической единицы на прямом выходе третьего RS-триггера 33) и подсчету вырабатываемых им импульсов в первом счетчике 22. При выработке короткого импульса вторым формирователем 17 производится перезапись содержимого первого счетчика 22 в фильтр-усреднитель 23 и последующее обнуление первого счетчика 22 через малую задержку сигнала обнуления во втором элементе ИЛИ 21.Short pulses are generated on the leading edge of each of the pulses at the outputs of the fourth 1 and sixth 16 threshold blocks in the corresponding first 15 and second 17 shapers. A short pulse from the output of the first shaper 15 puts the RS flip-flop 18 in a single state, which leads to the activation of the second GTI 20 (at the level of a logical unit at the direct output of the third RS-flip-flop 33) and counts the pulses generated by it in the first counter 22. When generating a short pulse second shaper 17 overwrites the contents of the first counter 22 in the filter averager 23 and the subsequent zeroing of the first counter 22 through a small delay of the zeroing signal in the second element OR 21.

Следовательно, первый счетчик 22 производит измерение интервала времени между импульсами, вырабатываемыми первым 15 и вторым 17 формирователями коротких импульсов, который характеризует сдвиг фазы между напряжениями сети и генератора. При совпадении фаз напряжения сети и генератора эти интервалы равны полупериоду частоты напряжения сети (и, соответственно, генератора при равенстве частот). При рассогласовании фаз они становятся меньше или больше полуинтервала частоты в зависимости от знака рассогласования. Результаты измерения с выхода первого счетчика 22 усредняются в фильтре-усреднителе 23, на выходе которого формируется средняя текущая оценка интервала. Если этот интервал примерно равен полупериоду напряжения сети, то сдвиг по фазе между напряжениями сети и генератора отсутствует. Уменьшение или увеличение временного интервала сигнализирует о рассогласовании фаз между напряжениями сети и генератора. Если рассогласование находится в допустимых пределах, то на выходе 30 четвертого элемента И 29 формируется сигнал логической единицы.Therefore, the first counter 22 measures the time interval between the pulses generated by the first 15 and second 17 short-pulse shapers, which characterizes the phase shift between the voltage of the network and the generator. When the phases of the voltage of the network and the generator coincide, these intervals are equal to the half-period of the frequency of the voltage of the network (and, accordingly, of the generator when the frequencies are equal). When the phase mismatch, they become less or more than half the frequency interval, depending on the sign of the mismatch. The measurement results from the output of the first counter 22 are averaged in the averaging filter 23, the output of which forms the average current interval estimate. If this interval is approximately equal to the half-cycle of the mains voltage, then there is no phase shift between the mains and generator voltages. A decrease or increase in the time interval signals a phase mismatch between the mains and generator voltages. If the mismatch is within acceptable limits, then a logical unit signal is generated at the output 30 of the fourth AND element 29.

Устранение влияния кратковременных сбоев частоты генератора относительно частоты сети производится следующим образом.Elimination of the influence of short-term malfunctions of the frequency of the generator relative to the frequency of the network is as follows.

При близости частот генератора и сети уровень логической единицы наблюдается на выходе «больше» седьмого порогового блока 26, что подтверждает нулевое состояние второго RS-триггера 32. Поэтому третий RS-триггер 33 продолжает находится в единичном состоянии и работа частотно-фазового реле продолжается в соответствии с описанным выше. При сбое частот генератора и сети на выходе «меньше» седьмого порогового блока 26 формируется уровень логической единицы, что обеспечивает перевод второго RS-тригтера 32 в единичное состояние и запуск третьего ГТИ 34, который начнет вырабатывать счетные импульсы. При заполнении второго счетчика 35 импульсов свыше допустимого уровня, который соответствует предельно допустимому временному интервалу сбоя частот, срабатывает дешифратор 36, который переводит третий RS-триггер 33 в нулевое состояние по его прямому выходу. Сигнал с прямого выхода третьего RS-триггера 33 подается на вход третьего элемента И 25, что приведет к останову второго ГТИ 20 и прекращению процесса оценки фазового рассогласования сигналов генератора и сети.When the frequencies of the generator and the network are close, the level of the logical unit is observed at the output “greater” than the seventh threshold block 26, which confirms the zero state of the second RS-trigger 32. Therefore, the third RS-trigger 33 continues to be in a single state and the frequency-phase relay continues to work in accordance with the above. When the generator and network frequencies fail at the output “less than” the seventh threshold block 26, a logical unit level is formed, which ensures that the second RS-trigger 32 is in a single state and the third GTI 34 is launched, which will begin to produce counting pulses. When the second counter 35 pulses is filled above the permissible level, which corresponds to the maximum permissible time interval for the frequency failure, the decoder 36 is activated, which translates the third RS-trigger 33 to zero by its direct output. The signal from the direct output of the third RS-flip-flop 33 is fed to the input of the third element And 25, which will lead to the stop of the second GTI 20 and the termination of the process of evaluating the phase mismatch of the generator and network signals.

Если рассогласовании частот на более короткий период, чем предельно допустимый, на выходе «больше» седьмого порогового блока 26 появляется сигнал перепада напряжения от уровня логического нуля до уровня логической единицы и второй RS-триггер 32 переводится в состояние логического нуля по своему выходу. Это приводит к останову третьего ГТИ 34 и обнулению второго счетчика 35 импульсов, что исключает перевод третьего RS-триггера 33 в нулевое состояние. Поэтому кратковременные сбои часто генератора относительно частоты сети не приведет к прерыванию работы частотно-фазового реле. Появляющиеся при этом кратковременные рассогласования фаз напряжения генератора и сети будут усреднены и постепенно сведены на нет фильтром-усреднителем 23.If the frequency mismatch for a shorter period than the maximum allowable, the output is "greater than" the seventh threshold block 26, a voltage drop signal from the logic zero level to the logic unit level appears and the second RS-trigger 32 is transferred to the logic zero state at its output. This leads to a stop of the third GTI 34 and zeroing of the second counter 35 pulses, which eliminates the translation of the third RS-trigger 33 to zero. Therefore, short-term failures of the generator often with respect to the network frequency will not lead to interruption of the operation of the frequency-phase relay. The short-term mismatches of the phases of the generator voltage and the network that appear in this case will be averaged and gradually negated by the averaging filter 23.

Применение изобретения позволяет расширить функциональные возможности частотно-фазового реле за счет обеспечение его реакции на отклонение частоты генератора и его фазы относительно частоты и фазы сети, а также устранить влияние кратковременных сбоев частоты генератора относительно частоты сети, что повышает его помехоустойчивость.The application of the invention allows to expand the functionality of the frequency-phase relay by providing its response to the deviation of the frequency of the generator and its phase relative to the frequency and phase of the network, and also to eliminate the effect of short-term failures of the frequency of the generator relative to the frequency of the network, which increases its noise immunity.

ИсточникиSources

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с. 122, рис. 3.29.1. Andreev V.A. Relay protection and automation of power supply systems. - M.: Higher School, 1991, p. 122, fig. 3.29.

2. 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. 35.10.2. Electrotechnical directory, in 4 volumes, t. 2. Electrotechnical products and devices. Under the general editorship of V.G. Gerasimova et al. - Moscow: Publishing House MPEI, 1998, p. 390, fig. 35.10.

3. Патент РФ на изобретение 2484547 C1, Н01Н 47/20. Реле разности фаз / А.В. Мосиенко, Э.В. Борисов, В.Е. Казарин, А.С. Безбородов, Н.Н. Тацышин, О.С. Купач. Опубл. 10.06.2013.3. RF patent for the invention 2484547 C1, H01H 47/20. Relay phase difference / A.V. Mosienko, E.V. Borisov, V.E. Kazarin, A.S. Bezborodov, N.N. Tatsyshin, O.S. Kupach. Publ. 06/10/2013.

4. Патент РФ на изобретение 2220468 C1, Н01Н 47/18. Реле разности фаз / В.В. Березов. Опубл. 27.12.2002.4. RF patent for the invention 2220468 C1, H01H 47/18. Relay, phase difference / V.V. Birch. Publ. 12/27/2002.

Claims

The frequency-phase relay containing the first actuator, the frequency-dependent element and the first driver of short pulses, characterized in that the first, second, third and fourth elements And are added, an adder, a reversible counter, an addition input and a subtraction input of which are connected, respectively, with the output of the first and the output of the second elements AND, threshold blocks from the first to the sixth, the second actuator, connected in series with the first clock generator and frequency divider, the second driver is short x pulses, the input of which is connected to the output “less” of the sixth threshold block, the input of which is the voltage input of the frequency-phase relay network, the first RS-trigger, the S-input of which is connected to the output of the first short-pulse shaper, the first OR, the first input of which connected to the output of the second short-pulse shaper, and the output connected to the R-input of the first RS-trigger, the second clock generator, the trigger input of which is connected to the output of the third element And, the first input of which is connected to the output of the first RS-flip-flop, single-shot, the trigger input of which is the frequency-phase relay trigger input, the second OR element, the first input of which is connected to the second input of the first OR element and with the output of the single-shot, the first pulse counter, the counting input of which is connected to the output of the second clock and the zero input is connected to the output of the second OR element, the filter averager, the information input of which is connected to the output of the first pulse counter, the clock input is connected to the second input of the second OR element and the output of the second shaper of short pulses, and the output is connected to the input of the second actuator, the third element OR, the second and third RS-flip-flops, the third clock generator, the second pulse counter and decoder, while the direct input of the fourth element And is connected to the output "less" of the first executive element, the inverse input is connected to the inverse output of the third RS-trigger, and the output is connected to the S-input of the second RS-trigger, the first input of the third OR element is connected to the output “greater” of the first executive ele ment, the second input is connected to the output of the one-shot and to the S-input of the third RS-flip-flop, and the output is connected to the input of the second pulse counter and the R-input of the second RS-flip-flop, the output of which is connected to the start input of the third clock generator, the output of the third clock generator is connected to the counting input of the second pulse counter, the output of which is connected to the decoder input, the output of which is connected to the R-input of the third RS-trigger, the input of the frequency-dependent element is the generator voltage input and connected to the input of the fourth threshold block, the output of "more" of which is connected to the first input of the adder and the input of the first shaper of short pulses, the output of the frequency-dependent element is connected to the input of the fifth threshold block, the output of "less" of which is connected to the second input of the adder, the output of which connected to the input of the first threshold block, the first direct input of the first AND element is connected to the output “less” of the first threshold block, with the output “greater” of which the first direct input of the second AND element is connected, the second direct the course of the first element And is connected to the output of the frequency divider, and the second direct input of the second element And is connected to the output of the first clock pulse generator, the output of the reverse counter is connected to the input of the first actuating element 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 than" 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 inputs of the installation in the initial state of the reverse counter ka and to the input of the first run of the clock, and a direct output of the third RS-trigger is connected to a second input of the third element I.