Устройство для защиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала

Номер патента: 561251

Авторы: Тужилов, Фролов, Шубин

ZIP архив

Текст

УО П И С А Н И Е )561251ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических республик(22) Заявлено 18.08,75 (21) 2166627/07 с присоединением заявки (23) ПриоритетГосударственный номнтет Совета Мнннстров СССР оо.делам нзоЬретеннй н открытнй(45) Дата ооублинояання ооитаннн 21.09.77 / Б. П, Фролов, Е. Д, Тужилов и В. И. Шубин(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАШИТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ЗАДАННОГО УРОЕЦ 1 Я ТОКОВОГО СИГНАЛАПредлагаемое изобретение может быть использовано в различных системах конт роля и автоматического регулирования, в частности для защиты ядерного реактора по превышению уровня мощности 111 .Известное устройство аналогичного нвз начения. Оно является усилителем постоян- ного тока и содержит по ледовательно соединенньте модулятор, усилитель, однополупериодный фвзочувствительный выпрямитель, сглаживающий фильтр, пороговый элемент (электромагнитное реле) и подключенный параллельно входу устройства источник контрольного ситналв.При отсутствии аварийной ситуации (т.е. пока входной сигнал меньше порогового аъовня) в тракт усилителя цоступвет ток источника контрольного сигнала, который после модуляции и усиления детектирует-, (ся фазочувствительным выпрямителем и поступает через фильтр нв обмотку реле, которое под воздействием этого сигнала находится в возбужденном состоянии.При увеличении контролируемого пара.метра нв входе усилителя появляется ток,направленный встречно току источнтекаконтрольного сигнала, напряжение, поцаввемое на обмотку реле, уменьшается, иреле отпускает. В случае возникновения( 5 внезапного отказа в усилительном трактеобмотка реле, обесточиввется, предупреждая тем самым появление скрытых опасных отказов в системе, Однако при такомпостроении функциональной схемы, несмоч( (О ря на постоянный контроль исправностибольшинства элементов усилительного тракта, отсутствует контроль исправности поарогового элемента, и выходной сигнал, выдается только в форме замыкания - размыкания контактов электромагнитного ре- ле. Известно также устройство для защитыот превышения заданного уровня сигнала,20 в котором непрерывным контролем охвачены все основные элементы устройства 121,Это устройство состоит из послеповательно соединенных датчика, модуляторас источником управляющего напряжения, 56125150 55 60 однополупериодного фазо"увствитепьноговыпрямителя и порот ового блока (илинескольких), который состоит из последовательно соединенных дискриминатораамплитудь, разделительного элемента ивыпрямителя. Источник контрольного сигнала включен параллельно входу устройва и датчику. На входе модулятора действует сумма двух сигналов: тока датчика итока источника контрольного сигнала, направленных встречно, При токе датчика, равном О, на вход модулятора поступает только ток источника контрольного сигнала, который модулируется, усиливается и подает 1 ся на вход фазочувствительного выпрямите-;ля, Под воздействием прямоугольного напряжения на выходе фазочувствйтельноговыпрямителя дискриминатор амплитуды бу-,дет работать в динамическом режиме, формируя однополярные импульсы. Это напряжение после разделительного элемента бу-дет переменным напряжением прямоугольной формы, которое преобраеуется выпрями-телем в постоянное напряжение определенной величины н знака,Наличие выходного напряжения сигнализирует об отсутствии превышения заданного уровня и о нормальной работе устройства,При увеличении тока датчика суммарный.сигнал, действующий на входе модулятора, уменьшает, Это приводит к уменьшеснию сигнала на входе порогового блока.Когда ток датчика достигает определенного заданного значения. Д , при котором вмплитуда импульсов, йоступающихна вход дискриминаторй амплитуды, станетравной его порогу срабатывания,дискрими- .натор амплитуды перестант работать в,режиме формирования. Тогда исчезнет переменное напряжение на входе, выпрямителя,что приведет к скачкообразному исчезновению выходного постоянного напряжения,сигнализируя о превышении входным токомзаданного уровня,В случае возникновения в любом изэлементов устройства, а также в цепяхпитания и управления внезапного отказа,приводящего к исчезновению контрольногосигнала в тракте устройства, скачком исчезает выходное напряжение, сигнализируянеисправности устройства.Очевидно что при таком построениисхемы устройства защиты от превышениязаданного уровня сигнала возникновениеопасного отказа, т.е. такой ситуации, прикоторой входной сит нал достиг заданнойвеличины, а срабатывания не произошло,быть не может. Однако при появлении навыходе устройства логического сигнала 10 15 20 25 30 35 40 45 нельзя установить вызвавшую его причину.нельзя отличить сигнал, вызванный неисправностью какого-либо элемента от с.г=нала, появившегося вследствие превышениявходным сигналом заданной величины. Например, при неисправности усилителя ло-.гической сигнал появится на вы.юдах всехпороговых блоков, а при внезапном отказеодного из элементов порогового блока по 1 ический сигнал появится на выходе имен но этого блока.Цель изобретения - повышение надежности и удобства в эксплуатации устройст.ва путем индикации сигнала неисправности,Поставленная цель достигается тем,что в каждом из пороговых блоков к выхо.ду дискриминатораамплитуды последовательно подключены элемент совпадения ифильтр низкой частоты, причем второй входкаждого элемента совпадения соединен через первый расширитель длительности импульсов с источником управляющего напряже ния, к выходу которого через управляю=щий блок подключен источник контрольногосигнала, выход первого расширителядлител; ности импульсов через второй расширитепьдлительности импульсов соединен со вхо=дом сумматора, другие его входы, числокоторых равно числу пороговых блоков, через дифференцирующие блоки вкпючечы навыходы фильтров низкой частоты, а на выход сумматора включен блок формирования сигнала неисправности. С целью исключения опасности отказов, блок совпаденияобразован двумя параллельно включеннымина входе логическими элементами И, выходы которых соединены со входами аналогичного логического элемента И. С цельюповышения надежности индикации сигналанеисправности, сумматор образован параллельным включением на входе логических элементов И, число которых и колйчество входов каждого из них на единицубольше числа пороговых блоков, а их выходы соединены со входами аналогичногологического элемента И,На фиг. 1 п,.иведена функциональная схема предлагаемого устройства для зашиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала; на фиг. 2 - схема элемента совпадения; на фиг. 3 - схема сумматора; на фиг, 4- временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.Устройство состоит иэ датчика 1, источника 2 контрольного сигнала, мо;.улятора 3 с источником 4 управляющего напряжения, усилителя 5, к выходу которогоподключены опии или песк олько пороговблоков, например 0 7, 8, кажшй ил которых состоит из последовател но соединенных дискриминатора амплитуды 9, элемента совпадения 10 и фильтра 11. 1 сточник 2 контрольного сигнала соединен черезуправляющий блок 1 2 с источником 4 управляюшего напряжения, к выходу котооого подключены через первый расширитель13 длительности импульсов, входы 14 всехэлементов совпадения 10 и вход второгорасширителя 15 длительности импульсов.На вход сумматора 16 включены черездифференцирующие блоки 17 выходы всех,пороговых блоков 6, 7, 8 и выходы второго расширителя 15 длительности импульсов, а выход сумматора 16 соединен сблоком 18 формирования сигнала неисправности.Элемент совпадения 10 (фиг. 2) образован двумя параллельно включенными навходелогическими элементами И 18 и 19Выходы элементов И 18 и 19 подключеныко входу аналогичного элемента И 20 иего выход является выходом элемента совпадения,Сумматор (фиг. 3) образован параллельно включенными на входе логическими элементами И 21-24, число которых и количество входов каждого из них на единицубольше числа пороговых блоков устройства.Выходы этих элементов И включены навход логического элемента И 25, выходкоторого является выходом сумматора.Устройство работает следующим образом. При токе датчика 1, равном О, навход модулятора 3 поступает только токисточника 2, форма которого показана нафиг. 4 б. Этот сигнал образован постоянный током 3 с , который получается после выпрямления и сглаживанияпеременного управляющего напряженияБпр (фиг. 4, а) с положенными на негокороткими импульсами длительностью Т 2,генерируемыми при помощи управляющегоблока 12. Задний фронт импульсов токаконтрольного сигнала совпадает с фронтомгрямоугольного управляющего напряженияОр, После модуляции и усиления напряпрженйе на выходе усилителя 5 имеет форму,показанную на фиг. 4, в. Это напряжениеподается на входы пороговых блоков 6, 7,Я, и под его воздействием дискриминаторыамплитуды 9 работают в режиме формирования. Порог срабатывания порогового блска 6 обозначен на фиг. 4, Ц 1, апорог срабатывания блока 7 - 11. Навыходе дискриминаторов 9 пороговых блоков 6 и 7 присутствует пульсирующее напряжение, изображенное на фиг. 4 г и 4 д 5 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 бО соответственно, Очевидно, что длительность импульсов, формируемых дискриминаторами амплитуды равна Т 1 - длительности полу- периода управляющего напряжения. На вход 1-1 элемента совпадения 10 с выхода первого расширителя 13 подаются импульсы длительностью ТЗ (фпг. 4 е 4. Так как Т 3 -1.1, то на выходах схел 1 совпадения 10 присутствуют однополярные импульсы длительностью Т 1 (фиг,ж, 4 з,). Из этого пульсирующего напряжения фильтрами :низкой частоты 1 1 фор л . тся выходные логические сигналы, изоГ,аженные на фиг.4 и, 4 к, Так как сигнал, соответствующий логической единице, является постоянным напряжением определенной величи- ны и знака с налож нпой на его пульсации частотыто при помощи дифференцирующего блока 17 выделяются им- пульсы (фиг. 4 л и 4 м), передний фронт которых совпадает с задним фронтом импульсов на выходе элемента совпадения 10.Импульсы с выхода дифференцирующих бло ков (число которых равно числу пороговых блоков) подаются на входы сумматора 16.Напряжение с выхода первого расшири,теля 13 подается на вТорой расширитель 15. Импульсы, длительностью Т 4 с его выхода (фиг. 4 н) также поступают на вход сумматора 16, На выходе сумматора присутствуют короткие импульсы (фиг.4 о под действием которых блоком 18 формируется логический сигнал неисправности.Признаком исправной работы устройства является наличие на выходе блока 18 логической единицы (фиг. 4 п).При увеличении с момента 11 токадатчика 1 напряжение на выходе усилителя 5 начинает уменьшатьс я,так как ток датчика и ток контрольного сигнала направлены встречно. В момент т. на 2пряжение основной модулирующей частоты на входе дискриминатора амплитуды 9 порогового блока 6 становится меньше, чем его порог срабатывания 11 (фиг, 4 в), и дискриминатор амплитуды формирует выходной импульс, длительностью Т 2, тогда как до этого он Формировал импуль сы, длительностью Т 1. С выхода блока совпадения 10 на фильтр 11 также поступает короткий импульс (фиг, 4 г), что приводит к уменьшению величины выходного логического сигнала, При дальнейшем увеличении тока датчика с выхода блока совпадения снимаются короткие импульсы, длительностью Т 2, и на выходе фильтра 11 устанавливается низкое постоянное напряжение, соответствукхцее логическому нулю с наложенной на него пульсацией (фиг, 4 и) пифференцирующий блок 17 выделяет импульсы (фит. 4 а), передний фронт которых совп:.дает с задним фронтом импульсов на выходе блока совпадения, и следовательно, режим работы сум матора 16 и блока фоомирования сигнала неисправности существенно не изменяется,В момент 1 напряжение основной моздулирующей частоты уменьшается до вели- чины, меньшей ЧХл и скачком изме няется длительнос ь импульсов, формируемых дискриминатором амплитуды 9 порогового блока 7. На выходе фильтра 11 аналогичным образом изменяется выходное напряжение (фиг. 4 к), т,е. происходит сра батывание блока 7. Очевидно, и в этом случае режим работы сумматора 16 не изб,еняется, так как на два его входа пос тупают короткие положительные импульсы (фиг, 4 м и 4 н), а на третий - имп льсы, 20 длитечьностью Т 4 с выхода второй схемы расширитвля 15 длительности импульсов.При дальнейшем увеличении тока датчика в момент 1 .происходит изменение знака действующего на входе модуля тора 3 медленно изменяющегося сигнала, и следовательно, изменяется фаза напрякения основной частоты на выходе усилителя 5 а в момент т дискриминатор,Оамплитуды 9 порогового блока 7 начинает 30 формировать импульсы, длительностью Т 1 (возможен случай, при котором длительность импульса будет равна Т 1 + Т 2). Однако на выходе блока совпадения 10 при этом присутствуют импульсы длительно стью ТЗ-Т 1, приблизительно равной Т 2, Поэтому выходное напряжение нулевого логического сигнала изменяется незначительно, а положительный импульс с выхода двКеренцирующего блока смещается впра 40 во (несколько запаэдывае ) относительно фронта прямоугольного управляющего напряжения, Это приводит к некоторому уменьшению длительности импульса на выходе сумматора 16, но не нарушает работу бло ка 18 формирования логического сигнала неисправности.В момент 1 аналогичным образом начинает работать дискриминатор амплитуды 9 порогового блока 6. 50При уменьшении тока датчика до 0 выше описанные изменения происходят в обратном порядке.Таким образом, признаком исправной работы устройства для зашиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала является наличие на выходе блока формирования логического сигнала неисправности после довательности (коротких импульсов (фиг, 4 о). Тогда на 60 выходе этого блока присутствует напряжение, соответствующее логической единице,При исчезновении по какой-либо причинепоследовательности запускающих импульсовили при неисправности собственно блока18 во внешнюю цепь напряжение постоянного тока не постчпает (логический О),Как показано выше, контроль исправностиустройства осуществляется вне зависимости от величины и направления тока датчи=ка и его изменений во времени.Сигнал неисправности подается при во." -никновении внезап ого отказа, влекущегоза собой исчезновение контрольного сигнала в.любом функц,ональном элементеустройства,Так какпри этом происходит срабатывание Одного или нескольких пороговыхблоков устройства, то для предотвращенияложного срабатывания устройсгва блокформирования логического сигнала неисправности выполнен более быстродействующим, чем пороговые блоки, При возникновении внезапного отказа, например вусилителе,5, одновременно прерываютсяпоследовательность запускающих импульсов,поступающих на блок формирования сигна-:ла неисправности, и импульсы, поступа -.шие на входы фильтров низкой частотывсех пороговых блоков, но исчезновениевыходного постоянного напряжения на выходе пороговых блоков происходит с ; о=раздо меньшей скоростью, чем исчезновение напряжения на выходе блока формирования сигнала неисправности. Тогда вовчешнюю схему, обоабатывающую логические сигналы устройства сначала поступаетсигнал неисправности, а только потомложные логические сигналы с выходов пороговых блоков.Если бы в качестве элемента совпадения 10 применялась обычная схема И, например два последовательно включенныхтранзисторных ключа, то при пробое транзистора, на вход которого подается сиг-нал с выхода дискриминатопа амплитуды,срабатывание порогового блока не произош,ло бы при увеличении тока датчика, т,е.имел бы место опасный отказ.Для предотвращения опасного отказустройства вследствие возникновения внезапного отказа в элементе совпадения 10.этот элемент (см. фиг, 2) образован двумя18 и 19 параллельно включенными логическими элементами И, имеющими по двавхода Выходы элементов 18 и 19 подключены ко в:юду аналогичного элементаИ 20, н его выход является выходом элемента совпадения 10.По аналогичной схеме построен сумма-, тор 16 (фиг. 3). Все входные сигналы подаются на входы параллельно включенньЖ логических элементов "И", 21-24, число которых и количество входов каждого иэних на единицу больше числа пороговых блоков устройства. Выходы этих элементов включены на вход элемента И 25, выход которого является выходом сумматора,В настоящее время изготовлен и испы тан макет устройства для защиты от превышения заданного уровня сигнала. Логический сигнал пороговых блоков выдается в виде напряжения постоянного тока 12 В+20% (логическая единица) и напряжения ло.тоянного тока менее 0,3 В (логический нуль) .Сигнал неисправности выдается приимитации внезапного отказа (обрыв иликороткое замыкание) любого элемента,входящего в состав устройства,Задержка появления ложного логическаго сигнале на выходе пороговых блоков при возникновении внезапного отказаотносительно появления сигнапа неисправности составила в испытываемом макете10 2 сек и может быть легко увеличена.Формула изобретения1. Устройство для защиты энергети- ческой установки от превышения заданного уровня токового сигнала, содержащее дач чик и источник контрольного сигнала, на выход которых подключены последовательно соединенные модулятор, снабженный источником управляющего напряжения, . и усилитель, к выходу которого подключены пороговые блоки с дискриминаторами амплитуды на их входах, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и удобства в эксплуатации пу 10тем индикации сигнала неисправности усъройства, в каждом из пороговых блоков квыходу дискриминатора амплитуды последовательно подключены элемент совпаде 5 ния и фильтр низкой частоты, причем второй вход каждого элемента совпадения соединен через первый расширитель длительности импульсов с источником управляющего напряжения, к выходу которого через10 управляющий блок подключен источник контрольного сигнала, выход первого расширителя длительности импульсов через второй расширитель длительности импульсовсоединен со входом сумматора, другие его15 вхоцы, числокоторь: ревночислупороговыхблоков, через дифференцирующие блоки включены на выхоцыЬильтоов низкой частоты, а на выход сумматора включен блок формирования сигнала неисправности.р 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что., с целью исключенияопасности отказов, элемент совпадения образован двумя параллельно включеннымина входе логическими элементами И, вы 25 ходы которых соединены со входами аналогичного логического элемента И,3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышениянадежности индикации сигнала неисправносЗО ти устройства, сумматор образован парал-лельным включением на входе логическихэлементов И, число которых и количествовходов, каждого иэ них на единицу большечисла пороговых блоков, а их выходы сое 35 динены со входами аналогичного элементаИ.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1.Енес"оне Гпуп 0 ечпд 39, Мо 47440 489 август 1967 г Ма 475, 553-557сентябрь 1967 г., предназначенное длясистемы аварийной зашиты атомной электростанции в Уилфе (Англия),2, Авторское свидетельство М 413567,по кл, Н 02 Н 9/02 за 1973, д) :."

Смотреть

Заявка

2166627, 18.08.1975

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ А-7291

ФРОЛОВ БОРИС ПЕТРОВИЧ, ТУЖИЛОВ ЕВГЕНИЙ ДМИТРИЕВИЧ, ШУБИН ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: H02H 9/02

Метки: заданного, защиты, превышения, сигнала, токового, уровня, установки, энергетической

Опубликовано: 05.06.1977

Код ссылки

<a href="https://patents.su/7-561251-ustrojjstvo-dlya-zashhity-ehnergeticheskojj-ustanovki-ot-prevysheniya-zadannogo-urovnya-tokovogo-signala.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для защиты энергетической установки от превышения заданного уровня токового сигнала</a>

Похожие патенты