Установка для электродинамических испытаний устройств релейной защиты и автоматики

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) .Б О. 51)5 0 01 Я 35/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕВедомство СССРГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Новосибирский электротехнический институт(72) М,Б.Додонов, А,Г,Кожушкин и А,Ю.Перминов (56) Авторское свидетельство СССР М 1270778, кл, Н 01 Н 69/01, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1277029, кл, 6 01 Я 35/00, 1984, (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ Изобретение относится к электротехни- ке, а именно к релейной защите, и может бытьиспользовано для исследования,разработки, испытания, наладки и диагностирования устройств релейной защиты и автоматики, в том числе и миогоплечевых быстродействующих дифференциальных защит.Известны устройства для воспроизведения и моделирования входных воздействий при диагностировании функционирующих устройств релейной за щиты и автоматики (УРЗА), содержащие ис. точник контрольного сигнала, коммутационные аппараты, промежуточ-, ные трансформаторы тока (ТТ). Этиустройства предполагают моделирование только установившихся процессов короткого замы- кания (КЗ) и рекомендуются для испытания простых токовых Защит неответственных присоединений в схемах электроснабжения 6-35 кВ из-за ограниченного диапазонамоделируемых, режимов.(57) Использование: предназначено для испытаний при исследовании, разработке,. наладке, настройке, диагностировании и производственной эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики. Сущность изобретения: устройство содержит генератортестовых воздействий. логический инвертор, формирователи короткого импульса, двоичный счетчик, логйческий элемент, яЯ- триггер, переключатель блоков, дешифратор, генератор тактовых импульсов, цифроаналоговые преобразователи. 3 ил,"Известно устройство испытания УРЗА в переходных процессах (ПП) путем физического моделирования ПП в трехфазной цепи, содержащее" понижающие трансформаторы, мощйый линейный регулируемый дроссель, физические модели ТТ и схему управления.Однако это устройство стационарно, громоздко, материалоемко и не позволяет достаточно полно исследовать работы диф.ференциальных защит, т.к. в нем моделируется ток короткого замыкания только для одногоплеча защиты,"й-таким образом, исключается, например, испытания дифференциального реле в режимах внутреннего КЗ со сдвинутыми по фазе токами, а также токами со свободными гармоническими составляющими и в других режимах.Известно устройство воспроизведения ПП для испытания реле в натуральном масштабе времени, содержащее аналоговую вычислительную машину и усилитель мощности собранный по схеме "источника тока".Это устройство позволяет испытывать про- Это устройство, содержащее управляющую стые и сложные реле, например реле на- вычислительную машину(УВМ), три цифроправления мощности, при переходных аналоговых преобразователя (ЦАП), генерапроцессах с учетом искажений, вносимых тор, счетчик, два запоминающих блока ЗУ), измерительными ТТ, Однако оно не позво сумматор и осциллограф, по приведенной в ляет исследовать работу реледифференци- описании области применения и структуре альных защит в сложных режимах ПП, может применяться лишь только с целью например, КЗ со сдвинутыми по фазе тока- контроля метрологических характеристик, ми, ток КЗ с высокочастотными составляю- воспроизводить только сигналы периодичещими. Кроме того, оно занимает весьма 10 ских функций неизменных от периода к пебольшие размеры производственных пло-. риоду и лишь только для контроля щадей (громоздко), сложно и трудОемко в функциональных слаботочных преобразоэксплуаФацйй, т.к,"нуКдается в постоянной вателей аналоговых вычислительных машин настройке. и систем автоматики. Это ограничение очеИзвестно также устройство для воспро видно из анализа работы по описанию устизведения ПП путем моделирования пере- ройства, в котором формирование ходного тока короткого замыкания, которое . имитационных сигналов производится засодержит блок запуска,.блок моделирова- меной аргумента 1 на периоде изменения ния первичного тока ПП, модели ТТ, фаэос- периодической функции аргументом й/. двигающие устройства, усилители тока. По 20 Иначе периодическая функция на своем песутйипопринципудействияэтоустройство риоде заменяется Й значениями, где К - является электронно-аналоговой моделью отношениечастоты дискретизации к часто- ПП входных сигналов дифференциальной тесигнала,Такимобразом,задаваясь М(назащиты, содержащей известную аналого- пример К = 256) можно получить вую модель первичных токов КЗ и электрон определенную и постоянную погрешность . но-аналоговые модели ТТ, выполненные на преобразования на выходе ПАП для данной микроэлектронных элементах и имеющее частоты имитируемой периодической функ- поэтому уменьшенные массогабаритные ции. Такой структурой построения достигаразмеры, Однако такое моделирование ется высокая точность преобразования при входных сигналов ПП для УРЗА имеет огра расширении диапазона частот.ничения в реализации всего необходимо ди-Однако это устройство по своим возапазона режимов для проверки работы можностям, обусловленным данной струк- УРЗА из-за значительного усложнения и . турой, имеет ограниченную область увеличения количества моделирующих.бло- применения по диапазону испытаний разков. Например, для моделирования трех личныхУРЗАи невозможностивоспроизвефазного броска намагничивающего тока дения непериодических ПП, Так, например, . или тем более тока КЗ с высокочастотными, при воспроизведении апериодических сои субгармоническими свободными состав- ставляющих в токах КЗ, в бросках токов наляющими потребуется большое количество магничивания, затухающих блоков моделирования первичного тока, 40 высокочастотных слагающих токов КЗ, накакдый из которых воспроизводил бы своюсыщениях ТТв ПП и других непериодичегармонику и для данного режима требую- ских ПП потребовалось бы значительное щей своей отдельной, точной и длительной количество запоминающих блоков с изме- настройки, Также для моделирования таких няемым объемом памяти и изменяемой в режимов как бросок тока намагничивания 45 каждом периоде структуройуправления. Косилового трансформатора потребуется от- личество и структура управления этих заподельный блок моделирования первичного минающих блоков завИсела бы от тока такого режима, т.к. требуетсяреализа- необходимого в данный момент ПП и контция другой математической модели режима. ролируемого УРЗА. Это усложняет устрой- Кроме того, для моделирования втОричных 50 ство и не отвечает требованию токов различных ТТ, соединенных вразные универсальности, повышает сложность насхемы, в этом устройстве требуется индиви- стройки и эксплуатации, увеличивает вредуальная и длительная настройка блоков мя испытания, ограничивает область .нелинейности в моделях ТТ и значительное применения и диайазон воспроизводимых усложнение последних при моделировании, 55 ПП в виде периодических функций для коннапример, каскадных ТТ тролирования слаботочных отдельно взятыхИзвестно также устройство воспроиэ- аналоговыхузловУРЗА,ведения ПП, используемое для контроля Таким образом перечисленные устройФметрологических характеристик функцио- ства, в том числе и прототип, имеют огранинальных преобразователей (его варианты) чения по диапазону характеристиквоспроизводимых сигналов ПП, по диапазону контролируемых УРЗА (например, сложные режимы ПП для испытания многоплечевых дифференциальных защит),т.к, они не обладают универсальной структурой,независимой ни от характера модели- руемогЬ ПП, ни от вида замещаемого объекта, ни от вида УРЗА,и не обладают возможностью испытания УРЗА в целом, не расчленяя на отдельные функциональные 10 преобразователи, в условиях максимально апазону функциональных возможностей ни по одному из видов,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет 20 возможности воспроизведения непериодических переходных процессов при воздействии на более широкий диапазон номенклатуры контролируемых объектов путем упрощения и универсализации структуры установки для электродинамических испытаний устройств релейной защиты и автоматики.Поставленная цель достигается тем, что 30 в устройство, содержащее генератор тестовых воздействий, генератор тактовых импульсов, счетчик, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, клеммы для подключения контролируемого УРЗА, введены первый и второй формирователи коротких импульсов, логи: ческий инвертор НЕ, логический элемент И., ВЯ-триггер, дешифратор, переключатель, первая и вторая группы цифроаналоговых преобразователей. 40. В устройстве все признаки, указанные отличительной части формулы, изобретения,. проявляют в процессе взаимодействия присущие им известные свойства, дающие каждый в, отдельности известный положительйый эффект, При этом обеспечивается сверхсуммарный технический эффект, обусловленный совокупностью указанных признаков, заключающийся в обеспечении реализации большего диапазона ПП при неизменности и независимости структуры блоков и связей между нимиот форм воСпроизводимых сигналов переходного процесса и от вида контролйруемо-го УРЗА, за счет применения цифроаналоговых усилителей тока и напряжения, имеющих однотипную (универсальную) структуру преобразования информации и единую структуру и протокол внешнего управления этим преобразовани 55 приближенных к реальным условиям работы УРЗА в эксплуатации.Вцелом, указанные устройства, в том числе и прототип, не удовлетворяют совре менным требованиям универсальности, дием в каждом каналенезависимую ни от количества каналов, нй от содержания преобразуемой информации,На фиг,1 изображена структурная схемапредлагаемого устройства воспроизведения переходных процессов в электрическихцепях; на фиг,2 - основные осциллограммывходных и выходных сигналов элементов устройства в процессе, преобразования информации ПП; на фиг.З - натурныеосциллограммы аналоговых сигналов непериодических ПП на выходе устройства, сфотографированные с индикатора типаИМи осциллографа С 1-76,Устройство фиг.1) содержит генератортестовых воздействий (ГТВ) 1, логическийинвертор НЕ 2, вход которого, объединенный с входом первого формирователя короткого импульса ФКИ 1 3 и с входомположительного инкрементирования единицы двоичного счетчика ОТ 4, подключен куправляющему синхровыходу ГТВ 1, управляющий синхровход которого подключен квыходу второго, формирователя коротко 1 оимпульса ФКИ 2 и 5, вход которого соединен с выходом логического элемента И 6,первый вход которого соединен с выходом.инвертора 2, а второй вход - с инверснымвыходом ЯЯ-триггера 7, Я-вход которого через переключатель блоков У 8 подключен ксоответствующему адресному выходу де шифратора ОС 9, управляющий вход которого соединен с выходом ФКИ 1 3, аадресные входы - с информационными выходами счетчика 4, вход обнуления которогообъединен с Я-входом ВЯ-триггера и подключен к выходу генератора тактовых импульсов ГТИ 10.Генератор ГТИ 10, вырабатывая сигнал"преобразование", подключен своим выходом к синхровходам всех блоков ЦАП, первой 11 и ЦАП второй 12 групп ЦАПов,информационные входы которых объединены и подключены к общей информационнойшине, соединенной с выходом информационной шины ГТВ 1. При этом выходы ЦАПпервой группы 11 являются соответствующими выходами установки по току, а второйгруппы 12 - по напряжению,В качестве ГТВ 1 может быть использована любая микроЗВМ либо персональныйкомпьютер, имеющие физические выходыуправляющих и информационн 1 х шин, инвертор Н.Е 2, счетчик 4, элемент И 6, дешифратор 9. ЦАП групп 11 и 12 являютсяфункционально законченными микросхемными модулями и подключены по и.",вестным схемам,Формирователи коротких импульсовФКИ 1 3 и ФКИ 2 5, генера 1 ор ГТИ 1 Особраны по известным схемам, Связи в устройстве выполнены по магистрально-модульному принципу с асинхронным протоколом обмена,Устройство, согласно предлагаемому изобретению, работает следующим образом. Заранее введенная любым способом информация о необходимом для воспроизведения в данный момент ПП располагается в определенной последовательности в оперативной памятй ГТВ 1, Переключателем Я 1 8 выбирается необходимое количествотоковых(Ые) иканалов напряжения Ц К) в зависимости от вида и количества (и = 1+) входных электрических цепей данного испытуемого УРЗА, подключенного к выходным клеммам группы ЦАП 11 и группы ЦАП 12.После пускапрограммы вывода информации иэ ГТВ 1 одновременно с появлением первого байта информации на выходе информационной шины, на управляющем синхровыходе .ГТВ 1 появится первый сигнал СИМ (на фиг,2 показаны осциллограммы работы для (и=+) = 3 + 3 = 6), который при поступлении через инвертор НЕ 2, логический элемент И 3 и ФКИ 2 5 обеспечивает через определенное время (необходимое для записи информации) появление сигнала СИП на синхровходе ГТВ 1 для подготовки выдачи очередного сигнал СИП и соответствующего байта информации.Очередной сигнал СИМ, поступая на вход положительного инкрементирования единицы счетчика 4 и увеличивая его выходной двоичный код на единицу, подаваемый йа адресный вход дешифратора 9, через ФКИ 1 3 спустя время (определяемое временем инкрементирования. счетчика 4) поступает также. на управляющий вход дешифратора 9, заставляя его последовательно во времени в соответствии с номерами поступающих сигналов СИМ выставлять на свих соответствующих выходах сигналы "Запись 1", "Запись 2";, "Запись (,и так далее, При появлении сигнала СИМ с номером и=+), на п-ном выходе дешифратора, к которому подключен переключатель Я 1 8, ЕЯ-триггер 7 изменит свое состояние и на втором входе элемента И 6 исчезнет сигнал логической единицы, что приведет к прерыванию прохох(дения ответных сигналов СИП на синхровход ГТВ 1, в результате этого он перейдет в. режим ожидания. Таким образом обеспечивается выдача из ГТВ 1 выбранного чисра байтов информации о ПП на первом цикле для выбранного числа каналов цифроаналогового преобразования информации,При поступлении очередного сигнала"Запись (, " на вход разрешение записи соответствующего ЦЛПа с адресных выходов дешифратора 9 соответствующий байтинформации и устанавливается на входе ЦАПа с соответствующим адресом (номером).При генерировании очередного импульса генератор ГТИ 10, подключенный к входу 10 обнуления счетчика 4 и Я-входу ЯЯ-триггера7 переводит в исходное (нулевое) состояние информационные выходы счетчика и воз вращает в исходное состояние ВЯ-триггер 7, положительным фронтом выходного им пульса которого через элемент И 6 ФКИ 2 5вырабатывает ответный сигнал СИП, что позволит ГТВ перейти от режима ожидания к новому(очередному) циклу преобразования информации, при генерировании очередно го импульса от генератора ГТИ 10 (сигнал"Преобразование" ) по общей линии посту- пает также на синхровходы всех каналов цифроаналогового преобразования, которые воспроизводят в айалоговом виде оче редную координату (байт информации)переходного процесса в соответствующейвходной цепи подключенного УРЗА, Таким образом достигается синхронное преобразование и воспроизведение ПП на всех вы ходах предлагаемого устройства.По количеству каналов преобразованияустройство не имеет принципиальных ограничений. Оно определяется лишь выбранным типом счетчика и дешифратора (так, 35 например, при К 155 И Е 7 и К 156 ИДЗ - оноограничено 16-ю). Точность воспроизводимых ПП определяется быстродействием ГТВ и количеством вь 1 бранных каналов (так для микроЭВМ "Электроника ДЗ" и для 40, 8-МИ каналов можно получить точности воспроизведения ПП не менее 100 точек на период промышленной частоты). Длительность воспроизводимых ПП при заданной точности определяется объемом оператив ной памяти ПЭВМ.Таким образом, поставленная цель изобретения - расширение функциональныхвозможностей устройства воспроизведенияпереходных процессов в электрических це пях достигается за счет упрощения и унификации структуры устройства, ее независимостью от параметров, режимов иформ переходных. процессов, от видов контролируемых УРЗА,от видов замещаемых55 объектов. Получены также качественно новые возможности; многократного и точного повторения ПП; увеличение глубины диагностического контроля при отсутствии изменений и дополнений во внутренней структуре УРЗА, .Технико-эконоглические йреимущества предлагаемого устройства зависят от области применения и использования и расчет эффекта в полном объеме не представляется возможным из-за отсутствия отечествен ных методик технико-экономических расчетов по критериям "надежность и устойчивость функционирования УРЗА", ущербов от ненадежности электроэнергетических систем или аналогичным критериям. 10 Кроме этой составляющей эффекта, определяемой всесторонней оценкой устойчивости функционирования и глубиной диагностического контроля без создания дополнительных и специально индивидуальнь 1 х для 15 каждого УРЗА устройств диагностирования, предлагаемое устройство имеет составляющую эффекта от экономии энергетических, материальных и трудовых затрат зависящую на каждом производственной или ла бораторном испытании от вида УРЗА, количество которых на кр лепных электриче-ских станциях доходитдо нескольких сотен, а также при разработке и наладке новых : УРЗА, при непредвиденном изменении ус ловий эксплуатации уже установленных или запроектированных к установке УРЗА. Для этого достаточно иметь информацию о тех ПП, в которых УРЗА должно быть устойчиво функционировать, полученную при осцил лографировании аварии в действующей системе, либо зафиксировэнную при производственных испытаниях, полученную на физических моделях или расчетах на ЭВМ, 35Устройство обладает свойством универсальности применения и поэтому конкретная оценка эффективности его использования зависит от его распространения в исследовательских проектных, нв ладочных и эксплуатационных органиэаций и предприятий энергосистем. Формула изобретенияУстановка для электродинамических ис пыта ний устройств релейной защиты и авто-. матики, содержащая генератор тестовых воздействий, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, двоичный счетчик и генератор тактовых импульсов, выход кото рого соединен с входом обнуления двоичного счетчика, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет возможности воспроизведения непериодических переходных процессов, в него введены первый и второй формирователи коротких импульсов, инвертор, дешифратор, элемент И ЯЯ-триггер, переключатель и первая и вторая группы цифроаналоговых преобразователей, информационные входы которых объединены с информационными входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей и подключены к "выходной йнформационной шийе генератора тестовыхвоздействий, выход первого цифроаналогового преобразователя и выходы цифроаналоговых преобразователей первой группы являются соответствующими выходами установки по току, а выход вторОго цифроаналогового преобразователя и выходы цифроаналоговых"преобразователей второй группы - соответствующими выходами установки по напряжению. входы" разрешения записи всех цифроаналоговых преобразователей соединены через шину ссоответствующими адресными выходами дешифратора, один из которых через перекл 1 очатель подключен к В-входу триггера, соедийенного Я-входом с выходом генератора тактовых импульсов и с объединенными синхровходами цифроаналоговых преобразователей, управляющий синхровыход генератора тестовых воздействий соединен с входом инвертора, объединенным с входом первого формирователя коротких импульсов и со счетным входом двоичного счетчика, управляющий синхровход генератбра тестовых-Воздействий подключен к выходу второго формирователя коротких импульсов, вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого подключен к выходу инвертора, а второй - к инверсному выходу триггера, адресные входы дешифратора подключены к соответствующим информационным выходам двоичного счетчика, а вход синхронизации дешифратора соединен с выходом первбго формирователя коротких импульсов.1784928 Составитель М.ДодоновТехред М,Моргентал Корректор А,Козо едактор каз 4363 ТиражВНИИПИ Гос , ЛОДпйсноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент" г. Уж о; .Г