УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ РОТОРА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля состояния электрических цепей ротора, а также для релейной защиты и автоматики синхронных машин.

Известны устройства выявления повреждений, основанные на измерении и преобразовании сигналов электрических цепей ротора, например тока обмотки возбуждения или тока обмотки возбуждения и дополнительного параметра.

Недостатком устройств этой группы является невозможность их использования для генераторов с бесщеточной системой возбуждения. Кроме того, непосредственный контроль параметров ротора обладает недостаточной селективностью по отношению к режимам генератора без повреждений ротора.

Известны устройства выявления повреждений ротора по параметрам статора, например по сопротивлению, замеренному на фазных выводах обмотки. Такое выявление обеспечивается в результате характерного изменения сопротивления при асинхронном ходе генератора, потерявшего возбуждение в результате повреждения в роторе. Устройства этого типа не требуют непосредственного замера параметров ротора, а следовательно, применимы для бесщеточных систем возбуждения, имеют более высокую селективность по сравнению с устройствами, основанными на контроле тока ротора.

Эти устройства обладают низкими быстродействием и достоверностью при повреждениях с большими скольжениями и размахом сопротивления относительно уставок.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство выявления повреждений цепей ротора, сопровождающихся потерей возбуждения, содержащее датчик сопротивления с основным и дополнительным выходами, входами подсоединенный к выходам первичных преобразователей тока и напряжения обмотки статора, а выходом к первому входу блока определения времени нахождения сопротивления в зоне контроля, выполненного в виде первого двоичного счетчика, аналого-цифрового компаратора и первого триггера, причем цифровой компаратор первым входом подсоединен к выходу первого счетчика, R-входом подключенного к основному выходу датчика сопротивления, вторым входом к аналого-цифровому преобразователю, вход которого, объединенный с С-входом первого счетчика, подключен к выходу дифференциального усилителя и выходу первого логического элемента И, выход цифрового компаратора подсоединен к S-входу первого триггера, блокировку при коротких замыканиях, содержащую второй счетчик, дешифратор, второй и третий триггеры, второй логический элемент И, логический элемент НЕ, причем датчик сопротивления дополнительным входом подсоединен к входам первого и второго логических элементов И, генератор импульсов стабильной частоты подсоединен к выходам первого и второго логических элементов И, входы дифференциального усилителя подсоединены к блоку задания установки и датчику мощности, входами подсоединенному к выходам первичных преобразователей тока и напряжения, третий логический элемент И, входами подключенный к основному выходу датчика сопротивления, выходу первого триггера и выходу третьего триггера, а выходом к входу исполнительного блока, выход которого является выходом устройства.

Недостатками устройства являются затягивание времени выявления повреждений ротора, сопровождающихся большим размахом колебаний контролируемого сопротивления, а также сложность устройства из-за необходимости выполнения датчика сопротивления с основным и дополнительным выходами.

Задачей изобретения является повышение быстродействия и достоверности выявления повреждений в режимах, сопровождающихся колебаниями контролируемого сопротивления, и упрощение устройства.

Указанная задача решается тем, что в устройство, содержащее датчик сопротивления, входами подсоединенный к выходам первичных преобразователей тока и напряжения обмотки статора, а выходом к первому входу блока определения времени нахождения сопротивления в зоне контроля, второй вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов стабильной частоты, блокировку при коротких замыканиях, первым входом подсоединенную к выходу первичного преобразователя тока, и исполнительный блок, введены блок дифференциальной оценки времени изменения сопротивления относительно граничной линии датчика сопротивления, блок формирования сигнала возврата, выполненный в виде двоичного счетчика и дешифратора, входом подсоединенного к выходу двоичного счетчика, R-вход которого является первым входом блока, С-вход вторым входом, а выход дешифратора выходом блока, при этом блок дифференциальной оценки времени изменения сопротивления относительно граничной линии датчика сопротивления содержит цифровой компаратор, первый и второй двоичные счетчики, первый и второй логические элементы И, RS-триггер, причем цифровой компаратор входом А подсоединен к выходу первого двоичного счетчика, входом В к выходу второго двоичного счетчика, выходом А>В подключен к первому входу второго логического элемента И, выходом А<В к R-входу первого двоичного счетчика и к R-входу RS-триггера, S-вход которого подсоединен к младшему разряду выхода второго двоичного счетчика, а выход к второму входу второго логического элемента И, С-вход первого двоичного счетчика подсоединен к выходу первого логического элемента И, первый вход первого логического элемента И подсоединен к третьему входу второго логического элемента И и R-входу второго двоичного счетчика и является первым входом блока, второй вход первого логического элемента И подсоединен к С-входу второго двоичного счетчика и является вторым входом блока дифференциальной оценки времени изменения сопротивления относительно граничной линии датчика сопротивления, выходом которого является выход второго логического элемента И, блок определения числа входов в зону контроля выполнен в виде двоичного счетчика и логического элемента И, входами через перемычку подсоединенного к выходам двоичного счетчика, С-вход которого является первым, R-вход вторым входами, а выход логического элемента И является выходом блока определения числа входов в зону контроля.

На чертеже представлена схема устройства, которая содержит синхронную машину 1, обмотку 2 возбуждения, возбудитель 3, первичные преобразователи тока 4 и напряжения 5, датчик 6 сопротивления, блокировку 7 при коротких замыканиях, блокировку 8 при холостом ходе синхронной машины, генератор 9 импульсов стабильной частоты, блок 10 определения времени нахождения в зоне контроля, блок 11 дифференциальной оценки времени, блок 12 определения числа входов в зону контроля, блок 13 формирования сигнала возврата, первый 14 и второй 15 элементы ИЛИ-НЕ, RS-триггер 16, исполнительный блок 17, блок 18 формирования тестового сигнала.

Блокировка 7 при коротком замыкании содержит сумматор 19, компаратор 20, преобразователь 21 импульсов в дискретный сигнал, согласующий блок 22. Блок 12 определения числа входов в зону контроля содержит двоичный счетчик 23 и логический элемент И 24. Блок 13 формирования сигнала возврата содержит двоичный счетчик 25 и дешифратор 26. Блок 11 дифференциальной оценки времени содержит первый 27 и второй 31 логические элементы И, первый 28 и второй 29 двоичные счетчики, цифровой компаратор 30, RS-триггер 32.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении повреждений в системе возбуждения синхронной машины 1 вследствие снижения тока возбуждения синхронная машина переходит в асинхронный режим, что сопровождается перемещением вектора сопротивления в зону контроля. В момент попадания вектора сопротивления в зону контроля на выходе датчика 6 сопротивления появляется единичный сигнал. При нахождении вектора сопротивления внутри упомянутой зоны в течение времени tн, большем либо равном времени установки блока 10, на выходе последнего формируется единичный сигнал, вызывающий появление сигнала логического "0" на выходе первого элемента ИЛИ-НЕ 14 и соответственно на втором выходе второго элемента ИЛИ-НЕ 15. Во всех режимах работы синхронной машины, кроме режима холостого хода, блокировка 8 при холостом ходе синхронной машины формирует на своем выходе сигнал логического "0". Таким образом, наличие на обоих входах второго элемента ИЛИ-НЕ сигналов логического "0" приводят к появлению на его выходе сигнала логической "1", переводящего RS-триггер 16 в единичное состояние, после чего срабатывает исполнительный блок 17.

В режимах потери возбуждения, сопровождающейся кратковременным выходом конца вектора сопротивления за пределы зоны контроля, блок 10 определения времени нахождения в зоне контроля не успевает сформировать на своем выходе единичный сигнал.

При первом попадании конца вектора сопротивления в зоне контроля на выходе датчика 6 сопротивления формируется сигнал логической "1", поступающий на первые входы логических элементов И 27 и 31 блока 11 дифференциальной оценки времени. На второй вход первого логического элемента И 27 поступают импульсы от генератора 9 импульсов стабильной частоты, которые проходят на счетный вход первого двоичного счетчика 28. За время нахождения конца вектора сопротивления внутри зоны контроля (интервал времени от момента первого попадания в зону контроля до момента первого выхода из нее) счетчик насчитывает определенное количество импульсов и на вход А цифрового компаратора 30 поступает некоторое двоичное число. Сигнал логической "1" с выхода датчика 6 сопротивления, поступив на R-вход второго двоичного счетчика 29 в момент первого попадания в зону контроля, устанавливает его в ноль и, таким образом, на выходе А>В цифрового компаратора 30 сигнал логической "1" формируется в момент первого попадания в зону контроля. После первого выхода конца вектора сопротивления за пределы зоны контроля на R-вход счетчика 29 поступает сигнал логического "0" и счетчик 29 начинает формировать на своих выходах двоичную комбинацию до момента второго попадания вектора сопротивления в зону контроля. Первый же импульс, появившийся на младшем разряде счетчика 29, переводит RS-триггер 32 в единичное состояние и сигнал срабатывания поступает на исполнительный блок 17 от блока 11 дифференциальной оценки времени в момент второго попадания в зону контроля (логические "1" на всех трех входах второго логического элемента И 31). Если интервал времени от момента первого выхода вектора сопротивления из зоны контроля до момента вторичного попадания в зону больше, чем интервал времени, в течение которого векторы сопротивления находятся в зоне контроля, т.е. выполняется условие А<В, то появление логической "1" на выходе А<В цифрового компаратора 30 вызывает перевод в нулевое состояние RS-триггера 32 и счетчика 28, и в этом случае сигнал срабатывания от блока 11 дифференциальной оценки времени 11 на исполнительный блок 17 не поступает.

Если режим потери возбуждения сопровождается длительным процессом колебания параметров, то срабатывает блок 12 определения числа входов в зону контроля. Количество входов конца вектора сопротивления в зону контроля фиксируется двоичным счетчиком 23, и при появлении единичных сигналов на всех входах логического элемента И 24 сигнал логической "1" с его выхода проходит на исполнительный блок 17.

При ресинхронизации синхронной машины или ее отключении от сети конец вектора сопротивления покидает пределы зоны контроля, что сопровождается появлением сигнала логического "0" на выходе датчика 6 сопротивления. В этот момент времени включается в работу блок 13 формирования сигнала возврата: при появлении на определенном выходе счетчика 25, подключенного к дешифратору 26, сигнала логической "1" обнуляется двоичный счетчик 23 и RS-триггер 16, т.е. устройство возвращается в исходное состояние.

В режиме короткого замыкания ток статора синхронной машины, как правило, больше тока в асинхронном режиме. Чтобы предотвратить неселективную работу устройства в этом случае, в устройство введена блокировка 7 при коротком замыкании. Если амплитуда сигнала с выхода первичного преобразователя тока в напряжение больше, чем порог срабатывания компаратора 20, то на его выходе появляются импульсы положительного напряжения, следующие с частотой 50 Гц. Эти импульсы преобразуются преобразователем 21 в дискретный сигнал единичного уровня. Согласующий блок 22 в этом случае формирует сигнал логического "0", который является запрещающим для работы блока 10 определения времени нахождения в зоне контроля. Блок 18 формирования тестового сигнала служит для проверки работоспособности устройства в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля состояния электрических цепей ротора, а также для релейной защиты и автоматики синхронных машин. Сущность изобретения: для достоверности выявления повреждений в режимах, сопровождающихся колебаниями контролируемых величин, и упрощения устройства в устройство введены блок дифференциальной оценки времени нахождения в зоне контроля, блокировка при холостом ходе синхронной машины, блок формирования сигнала возврата, первый и второй логические элементы ИЛИ-НЕ, RS-триггер, блок формирования тестового сигнала. Упрощение устройства достигается за счет выполнения датчика сопротивления с одним выходом. Если режим потери возбуждения сопровождается длительным процессом колебания параметров, то срабатывает блок 12 определения числа входов в зону контроля. количество входов конца вектора сопротивления в зону контроля фиксируется двоичным счетчиком 23 и при появлении единичных сигналов на всех входах логического элемента И 24 сигнал логической "1" с его выхода проходит на исполнительный блок 17. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ РОТОРА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ, сопровождающихся потерей возбуждения, содержащее датчик сопротивления, входами подсоединенный к выходам первичных преобразователей тока и напряжения обмотки статора, а выходом к первому входу блока определения времени нахождения сопротивления в зоне контроля, второй вход которого подсоединен к выходам генератора импульсов стабильной частоты, блокировку при коротких замыканиях, первым входом подсоединенную к выходу первичного преобразователя тока, и исполнительный блок, отличающееся тем, что в него введены блок дифференциальной оценки времени изменения сопротивления относительно граничной линии датчика сопротивления, блокировка при холостом ходе синхронной машины, блок формирования сигнала возврата, блок определения числа входов в зону контроля, причем блок дифференциальной оценки времени изменения сопротивления относительно граничной линии датчика сопротивления первым входом подсоединен к выходу датчика сопротивления, вторым входом к выходу генератора импульсов стабильной частоты, а выходом к первому входу введенного первого логического элемента ИЛИ-НЕ, блок определения числа входов в зону контроля первым входом подсоединен к выходу датчика сопротивления, вторым входом к выходу блока формирования сигнала возврата, а выходом к второму входу первого логического элемента ИЛИ-НЕ, блок формирования сигнала возврата первым входом подсоединен к генератору импульсов стабильной частоты, вторым входом к выходу датчика сопротивления, а выходом к R-входу первого RS-триггера, блок определения времени нахождения в зоне контроля третьим входом подсоединен к выходу блокировки при коротком замыкании, а выходом к третьему входу первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подсоединен к первому входу элемента ИЛИ-НЕ, вторым входом подсоединенного к выходу блокировки при холостом ходе, а выходом к S-входу первого триггера, блок формирования тестового сигнала подсоединен к входу датчика сопротивления и к второму входу блокировки при коротком замыкании, а выход первичного преобразователя тока подключен также к входу блокировки при холостом ходе, исполнительный блок подключен к выходу первого RS-триггера. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блокировка при коротких замыканиях выполнена в виде сумматора, компаратора, преобразователя импульсов в дискретный сигнал и согласующего блока, выход которого является выходом блокировки при коротких замыканиях, причем компаратор выходом подсоединен к входу преобразователя импульсов в дискретный сигнал, выходом подключенного к входу согласующего блока, а входом к выходу сумматора, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами блокировки при коротких замыканиях. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования сигнала возврата выполнен в виде двоичного счетчика и дешифратора, входом подсоединенного к выходу двоичного счетчика, R-вход которого является вторым входом блока формирования сигнала возврата, C-вход первым входом, а выход дешифратора выходом блока. 4. Устройство по п.1 отличающееся тем, что блок дифференциальной оценки времени содержит цифровой компаратор, первый и второй двоичные счетчики, первый и второй логические элементы И, RS-триггер, причем цифровой компаратор входом A подсоединен к выходу первого счетчика, входом B к выходу второго счетчика, выходом A >B подключен к первому входу второго элемента И, выходом A<B к R-входам первого счетчика и RS-триггера, S-вход которого подсоединен к младшему разряду выхода второго счетчика, а выход к второму входу второго элемента И, C-вход первого счетчика подсоединен к выходу первого логического элемента И, первый вход первого элемента И подсоединен к третьему входу второго элемента И и R входу второго счетчика и является первым входом блока, второй вход первого элемента И подсоединен к C-входу второго счетчика и является вторым входом блока, выходом которого является выход второго элемента И. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения числа входов в зону контроля выполнен в виде двоичного счетчика и логического элемента И, входами через перемычку подсоединенного к выходам счетчика, C-вход которого является первым, а R-вход вторым входами блока, а выход элемента И выходом блока.