РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ НА ОСНОВЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ С ВРАЩАЮЩИМСЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
DIRECTIONAL POWER RELAY BASED ON TRANSFORMERS WITH ROTARY MAGNETIC FIELD

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может применяться для направленной защиты линий электропередач.
Известно реле направления мощности (например, типа РМ 11, серийно производимое ЗАО «ЧЭАЗ», Россия), работа которого основана на сравнении времени совпадения по знаку двух входных синусоидально изменяющихся величин со временем несовпадения.
Это реле аналогично предлагаемому реле по своему назначению, но сильно отличается по конструктивному исполнению.
Наиболее близким по своей технической сущности является реле сопротивления на основе сравнения электрических величин по абсолютному значению, принятое в качестве прототипа и описанное в [1], содержащее трансреактор в качестве преобразователя тока, трансформатор в качестве преобразователя напряжения, формирующие две электрические величины, каждая из которых представляет собой сумму из преобразованных по амплитуде и по фазе, тока и напряжения, подаваемых на вход устройства. Сформированные таким образом электрические величины выпрямляются при помощи выпрямителей, и далее сравниваются по амплитуде с помощью нуль индикатора, подключенного через фильтр постоянного тока.
Недостатком этого устройства является то, что оно, вследствие конструктивных особенностей, имеет низкие параметры по быстродействию и точности работы.
Техническим результатом изобретения является увеличение быстродействия и точности работы реле.
Указанный технический результат достигается тем, что в качестве преобразователя тока и преобразователя напряжения используются трансформаторы с вращающимся магнитным полем, формирующие поступающие на выпрямители и сравниваемые затем нуль индикатором электрические величины в виде многофазной системы напряжений. Описание применяемого в реле трансформатора с вращающимся магнитным полем приведено в патенте РФ №2333562, 2007 г. Применение многофазного выпрямления вместо однофазного позволяет существенно уменьшить пульсации напряжения на нуль индикаторе, что дает возможность применить фильтр постоянного тока с меньшей собственной постоянной времени, и, как следствие, повысить быстродействие и точность работы реле. При этом чем большее количество фаз выпрямления используется, тем более высокие параметры быстродействия и точности работы могут быть достигнуты.
В состав устройства (фигура 1) входят трансформаторы с вращающимся магнитным полем 1, 2, каждый с двумя группами многофазных вторичных обмоток 3, 4, 5, 6, многофазные выпрямители 7, 8, сглаживающий конденсатор 9 и нуль индикатор 10.
Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения.
По данным научно-технической и патентной литературы признаки, направленные на достижение заявленного технического результата, отличающие заявленное решение от прототипа, не вытекают с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Входы реле образуют входы трансформаторов с вращающимся магнитным полем 1, 2. К реле подводятся две электрические синусоидально изменяющиеся величины, значения которых в комплексном виде выражены величинами  Область срабатывания реле будет определяться величиной , значение которой может быть отложено в комплексной плоскости Z. Предлагаемое реле направления мощности имеет граничную линию срабатывания в плоскости Z в виде прямой линии, проходящей через начало координат под заданным углом. На электрически соединенных группах многофазных вторичных обмоток 3, 4, 5, 6 формируются величины:
где  - постоянные комплексные коэффициенты, формируемые пространственным расположением и электрическим соединением групп вторичных многофазных обмоток 3, 4, 5, 6 трансформаторов 1, 2.
Условие срабатывания реле выглядит следующим образом:
Подставив выражения (1), (2) в (3) и обозначив  получим:
Введем следующие соотношения:
тогда условие (4) примет вид:
Преобразуя (6), находим:
2
2
2
2
(aR-bX+c)+(aX+bR+d)=(eR-fX+g)+(eX+fR+h);
2
2
Для получения характеристики срабатывания реле в виде прямой, проходящей через начало координат, необходимо, чтобы коэффициенты при X и R, а также свободный член уравнения (7) равнялись нулю, что выполняется при  и . В этом случае уравнение характеристики срабатывания реле в плоскости Z имеет вид:
где φ - угол наклона характеристики срабатывания реле к оси R.
Из приведенных выше выражений видно, что соответствующим выбором коэффициентов  возможно получение характеристики срабатывания предлагаемого реле направления мощности, расположенной под любым углом в плоскости Z.
На фигуре 1 представлен пример электрической схемы реле направления мощности, когда пространственный сдвиг групп многофазных обмоток 3, 5, 6 относительного вращающегося магнитного поля равен нулю, а пространственный сдвиг группы многофазной обмотки 4 равен 240°, и при этом электродвижущие силы (ЭДС) групп многофазных обмоток 3 и 5 равны ЭДС групп многофазных обмоток 4 и 6 соответственно. В этом случае:
;
;
.
После подстановки приведенных коэффициентов в выражения (8), (9) уравнение характеристики срабатывания примет вид:
;
.
На фигуре 2 показана характеристика срабатывания реле направления мощности для указанных коэффициентов.
Величины , , формируемые на электрически соединенных группах многофазных вторичных обмоток 3, 4, 5, 6, поступают на многофазные выпрямители 7, 8 и затем сравниваются нуль индикатором 10. Для сглаживания незначительных пульсаций на нуль индикаторе параллельно ему включен конденсатор 9.
Использование вращающегося магнитного поля и многофазного выпрямления позволяет резко уменьшить пульсации напряжения на нуль индикаторе и позволяет повысить быстродействие и точность работы реле.
Источники информации
1. Шнеерсон Э.М. Полупроводниковые реле сопротивления [Текст] // - М.: Изд. «Энергоатомиздат», 1986. - 144 с.