РЕЛЕ РАЗНОСТИ ФАЗ
PHASE DIFFERENCE RELAY

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты, например, в качестве реле разности фаз сети и генератора.
Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле разности фаз.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй выпрямительные блоки, выполненные в виде диодов, катод и анод которых являются, соответственно, клеммой напряжения генератора и клеммой напряжения сети, алгебраический сумматор, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с анодом первого и с катодом второго диодов, первый и второй операционные усилители, являющиеся, соответственно, повторителем и пороговым блоком, входы которых соединены с выходом сумматора, третий и четвертый диоды, аноды которых соединены с выходами первого и второго операционных усилителей, соответственно, умножитель, входы которого соединены с катодами третьего и четвертого диодов, первый и второй инверторы, входы которых соединены, соответственно, с катодами третьего и четвертого диодов, а также первый, второй и третий исполнительные элементы, соединенные, соответственно, с выходом умножителя и первого и второго инверторов [2].
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно вырабатывает сигнал примерного равенства амплитуды напряжений сети и генератора, что указывает на временной интервал возможной подстройки фазы генератора к фазе сети, но не вырабатывает сигнала допустимого (или недопустимого) рассогласования фаз генератора и сети в интервале возможной подстройки.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей.
Этот технический результат достигается тем, что в реле разности фаз, содержащее первый пороговый блок, а также первый и второй исполнительные элементы, введены первый формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «больше» первого порогового блока, вход которого является входом первого входного сигнала, второй пороговый блок, вход которого является входом второго входного сигнала, второй формирователь коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «меньше» второго порогового блока, 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 RS-триггера, генератор тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом RS-триггера, одновибратор, вход запуска которого является входом запуска реле разности фаз, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и с выходом одновибратора, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а вход установки в ноль соединен с выходом второго элемента ИЛИ, фильтр-усреднитель, информационный вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а тактовый вход соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и с выходом второго формирователя коротких импульсов, а также третий пороговый блок, выход «меньше» которого соединен с входом первого исполнительного элемента, и четвертый пороговый блок, вход которого соединен с входом третьего порогового блока и с выходом фильтра-усреднителя, а выход «больше» соединен с входом второго исполнительного элемента.
На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле разности фаз, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.
Реле разности фаз (фиг.1) содержит первый пороговый блок 1, первый 2 и второй 3 исполнительные элементы, первый формирователь 4 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «больше» первого порогового блока 1, вход которого является входом первого входного сигнала (U1), a также второй пороговый блок 5, вход которого является входом второго входного сигнала (U2).
Реле разности фаз содержит также второй формирователь 6 коротких импульсов, вход которого соединен с выходом «меньше» второго порогового блока 5, RS-триггер 7, S-вход которого соединен с выходом первого формирователя 4 коротких импульсов, первый элемент ИЛИ 8, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя 6 коротких импульсов, а выход соединен с R-входом RS-триггера 7, генератор 9 тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом RS-триггера 7, одновибратор 10, вход запуска которого является входом запуска реле разности фаз, второй элемент ИЛИ 11, первый вход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ 8 и с выходом одновибратора 10, счетчик 12 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора 9 тактовых импульсов, а вход установки в ноль соединен с выходом второго элемента ИЛИ 11, фильтр-усреднитель 13, информационный вход которого соединен с выходом счетчика 12 импульсов, а тактовый вход соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 11 и с выходом второго формирователя 6 коротких импульсов.
Кроме того, реле разности фаз содержит третий пороговый блок 14, выход «меньше» которого соединен с входом первого исполнительного элемента 2, и четвертый пороговый блок 15, вход которого соединен с входом третьего порогового блока 14 и с выходом фильтра-усреднителя 13, а выход «больше» соединен с входом второго исполнительного элемента 3.
Первый 4 и второй 6 формирователи вырабатывают короткие импульсы по перепаду сигнала на их входах с уровня логического нуля на уровень логической единицы.
Первый 2 и второй 3 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом, соответственно, третьего 14 и четвертого 15 пороговых блоков. Первый 1 и второй 5 пороговые блоки могут быть выполнены в виде аналоговых компараторов с нулевым порогом, а третий 14 и четвертый 15 пороговые блоки в виде цифровых компараторов. Фильтр-усреднитель 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 на фиг.1, опущены, как несущественные.
На фиг.2а представлены временные диаграммы сигналов на выходе первого порогового блока 1, на фиг.2б,в,г - на выходе второго порогового блока 6: 2б - вариант совпадения первого и второго входных сигналов по фазе, 2в - вариант отставания по фазе, фиг.2г - вариант опережения по фазе.
Работает реле разности фаз следующим образом.
При включении реле питание подается на его блоки в том числе на вход одновибратора 10, который устанавливает в нулевое состояние счетчик 12 импульсов, RS-триггер 7 и регистра сдвига фильтра-усреднителя 13.
Первый и второй входные сигналы с известной частотой и неизвестным сдвигом по фазе поступают на входы, соответственно, первого 1 и второго 5 пороговых блоков. На выходе порогового блока 1 первого компаратора 1 формируется сигнал логической единицы при положительной полуволне первого входного сигнала (фиг.2а), а на выходе второго порогового блока 5 формируется сигнал логической единицы при отрицательной полуволне второго входного сигнала (фиг.2б,в,г), который может совпадать по фазе, опережать или отставать по фазе от первого входного сигнала.
По переднему фронту каждого из импульсов на выходах первого 1 и второго 5 пороговых блоков в соответствующем первом 4 и втором 6 формирователях вырабатываются короткие импульсы.
Короткий импульс с выхода первого формирователя 4 переводит RS-триггер 7 в единичное состояние, что приводит к активизации ГТИ 9 и подсчету вырабатываемых им импульсов в счетчике 12. При выработке короткого импульса вторым формирователем 6 производится перезапись содержимого счетчика 12 в фильтр-усреднитель 13 и последующее обнуление счетчика 12 через малую задержку сигнала обнуления во втором элементе ИЛИ 11.
Следовательно счетчик 12 производит измерение интервала времени между импульсами, вырабатываемыми первым 4 и вторым 6 формирователями импульсов, который характеризует сдвиг фазы между первым и вторым входными сигналами. Если этот интервал примерно равен периоду входных сигналов, то сдвиг по фазе между ними отсутствует, уменьшение временного интервала сигнализирует об опережении второго входного сигнала по фазе относительно первого, а увеличение - о запаздывании (см. фиг.2). Эти состояния (при недопустимо больших рассогласованиях фаз) регистрируются третьим 14 и четвертым 15 пороговыми блоками и срабатыванием соответствующих им первого 2 и второго 3 исполнительных элементов.
Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно вырабатывает сигнал недопустимого рассогласования фаз двух входных сигналов с определением знака рассогласования.
Источники информации
[1] Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г.Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис. 35.10.
[2] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.355, рис.12.16.