Часть описания этой заявки на изобретение содержит материалы, на которые распространяется положение о защите авторских прав. Патентовладелец не возражает против точного воспроизведения кем-либо описания патента или раскрытия сущности изобретения, изложенного в описании патента, в том виде, в котором они сформулированы в патентном досье или в материалах дела по настоящей заявке, хранящихся в Ведомстве по патентам и товарным знакам, но, тем не менее, сохраняет за собой все авторские права в полном объеме.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ
Эта заявка на изобретение имеет притязание на приоритет предварительной заявки на патент США № 60/246806 от 8 ноября 2000 г., которая включена сюда путем ссылки в полном объеме.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение, в общем случае, относится к устройству и к способу обнаружения короткого замыкания на землю и вычисления его сопротивления. В более конкретном варианте осуществления настоящее изобретение относится к устройству и к способу вычисления сопротивления короткого замыкания на землю, в том числе, определения местоположения, где произошло короткое замыкание на землю.
В промышленности обычно осуществляют развязку обмоток возбуждения генератора электроэнергии от земли. Используемые в этих областях применения системы возбуждения также являются изолированными по отношению к земле и обычно содержат датчик замыкания обмотки возбуждения на землю, посредством которого регистрируют наличие замыкания на землю, а также осуществляют генерацию аварийного сигнала или отключение генератора электроэнергии. Датчик замыкания обмотки возбуждения на землю стал, фактически, стандартным устройством в большинстве областей применения возбудителей. Наличие одного замыкания на землю в обмотке возбуждения или в соответствующей аппаратуре, обеспечивающей возбуждение, не приводит к возникновению проблем, но наличие второго замыкания на землю может привести к протеканию большого электрического тока, который способен вызвать повреждение аппаратуры. Примерами областей применения, в которых может быть использовано настоящее изобретение, являются системы возбуждения и системы регулировки для генераторов электроэнергии.
До настоящего времени посредством датчиков замыкания на землю измеряли ток утечки и обеспечивали некоторую гарантию того, что может быть обнаружено замыкание на землю, возникающее в каком-либо месте цепи возбуждения, например, гарантию отсутствия каких-либо "мертвых зон". Кроме того, эти устройства обязаны функционировать даже при отсутствии электрического напряжения. Эти отличительные признаки привели к созданию устройств, которые обеспечивали приложение постоянного напряжения между одним из выводов обмотки возбуждения и землей. Это произвело к отрицательным последствиям, заключающимся в повышении структуры напряжений обмотки возбуждения над потенциалом земли и в изменении чувствительности в зависимости от приложенного напряжения возбуждения.
В других областях применения вместо приложения постоянного напряжения относительно земли к одному из выводов обмотки возбуждения был использован генератор низкочастотных колебаний. Посредством генератора колебаний осуществляли модуляцию средней точки поля возбуждения небольшим напряжением таким образом, чтобы ее потенциал был как выше, так и ниже потенциала земли. Такое техническое решение позволяет устранить повышение напряжения между одним из выводов обмотки возбуждения и землей. Однако это техническое решение имеет недостатки. Например, это техническое решение не позволяет предотвратить изменение чувствительности аппаратуры в зависимости от приложенного напряжения возбуждения. Кроме того, существующие в настоящее время варианты осуществления могут функционировать неправильно при возникновении определенных типов короткого замыкания на землю.
Кроме того, желательно, чтобы датчик замыкания обмотки возбуждения на землю функционировал правильно при наличии высоких значений синфазного напряжения и коммутационного напряжения, соответствующего преобразовательному мосту на тиристорах. Существующие в настоящее время варианты осуществления имеют недостатки, обусловленные непостоянной чувствительностью и неправильным функционированием при возникновении определенных типов короткого замыкания на землю.
Следовательно, существует необходимость создания более эффективного устройства и способа вычисления сопротивления короткого замыкания на землю, в том числе, способа определения местоположения, где произошло короткое замыкание на землю. Кроме того, существует потребность в текущем контроле сопротивления замыкания на землю для обнаружения ухудшения характеристик развязки от земли.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описанное здесь техническое решение обеспечивает удовлетворение вышеописанных потребностей, а также дополнительных потребностей.
Одной из целей описанного здесь технического решения, которая приведена в качестве примера, является обнаружение короткого замыкания на землю, возникающего в каком-либо месте цепи возбуждения и в любой из схем возбудителя, гальванически связанных с обмоткой возбуждения. Кроме того, приведенная в качестве примера цель данного технического решения состоит в обеспечении возможности определения сопротивления замыкания на землю для того, чтобы можно быть осуществлять его текущий контроль для обнаружения постепенного ухудшения сопротивления замыкания на землю. Кроме того, приведенной в качестве примера целью данного технического решения является обеспечение возможности оценки местоположения, где произошло короткое замыкание на землю, во время работы системы возбуждения.
Посредством устройства обнаружения короткого замыкания обмотки возбуждения на землю из настоящего изобретения может быть вычислено оценочное значение реального сопротивления короткого замыкания на землю и, кроме того, выполнено оценочное вычисление места возникновения короткого замыкания на землю. Предложенное в изобретении устройство может функционировать при наличии высокого синфазного напряжения, быстрой коммутации и конденсаторов большой емкости, подключенных между каждым из выводов обмотки возбуждения и землей. В одном из способов, предложенных в настоящем изобретении, для обеспечения возможности измерения сопротивления короткого замыкания на землю при отсутствии приложенного напряжения возбуждения используют генератор колебаний в виде низкочастотных прямоугольных импульсов, что гарантирует отсутствие каких-либо "мертвых зон" при подаче напряжения на обмотку возбуждения и позволяет реализовать способ вычисления оценочных значений сопротивления короткого замыкания на землю.
Посредством датчика замыкания обмотки возбуждения на землю может быть обнаружено наличие короткого замыкания, по существу, в любом месте цепи возбуждения и в активных элементах, связанных с системой возбуждения. Короткие замыкания на землю, возникающие с той стороны преобразовательного моста на тиристорах, которая соответствует переменному току, расценивают как короткие замыкания на землю по переменному току в тех случаях, когда значения сопротивления короткого замыкания являются меньшими, чем 1500 Ом. Значения сопротивления короткого замыкания, превышающие эту величину, будут определены правильно, но не будут расценены как короткое замыкание, произошедшее с той стороны моста, которая соответствует переменному току. В датчике замыкания обмотки возбуждения на землю используют алгоритмы с избыточностью, обеспечивающие повышение надежности, и он содержит средство измерения напряжения генератора низкочастотных колебаний, посредством которого обеспечивают увеличение точности расчета сопротивления короткого замыкания на землю.
В одном из способов измерение напряжения генератора низкочастотных колебаний осуществляют при каждом переключении уровня напряжения, производя тем самым проверку большей части датчика замыкания на землю в каждом полупериоде, в результате чего обеспечивают усовершенствованную процедуру диагностики. Функция "проверки" может быть также использована для принудительного переключения генератора низкочастотных колебаний на значительно более высокую частоту во время проверки и измерения характеристик результирующего сигнала. Посредством этого обеспечивают проведение более полной функциональной проверки датчика замыкания на землю и его надлежащее функционирование даже при наличии короткого замыкания на землю, произошедшего ранее.
Как описано выше, техническое решение, в котором посредством генератора низкочастотных колебаний осуществляли, по существу, модуляцию средней точки поля возбуждения небольшим напряжением таким образом, чтобы ее потенциал был как выше, так и ниже потенциала земли, не позволяет устранить изменение чувствительности аппаратуры в зависимости от приложенного напряжения возбуждения. Согласно одному из отличительных признаков настоящего изобретения для предотвращения смещения напряжения одного из выводов обмотки возбуждения, приводящего к тому, что оно становится более высоким или более низким, чем потенциал земли, и для предотвращения изменения чувствительности датчика замыкания обмотки возбуждения на землю в зависимости от напряжения возбуждения используют генератор низкочастотных колебаний.
Для систем статического возбуждения обычно необходим дополнительный фильтр, общеизвестный как ограничитель напряжения на валу, посредством которого предотвращают воздействие быстро изменяющихся напряжений переменного тока на валу. Эти фильтры традиционно реализуют в виде резистивно-емкостных цепей (RC-цепей), связывающих каждый из выводов обмотки возбуждения с землей, а датчик замыкания обмотки возбуждения на землю должен функционировать правильно при наличии этих устройств, установленных в надлежащих местах. В датчике замыкания обмотки возбуждения на землю согласно настоящему изобретению для определения того, что короткое замыкание произошло с той стороны моста, которая соответствует переменному току, используют реакцию ограничителя напряжения на валу на значения сопротивления короткого замыкания с той стороны мостовой схемы, которая соответствует переменному току. Кроме того, этот отличительный признак, предложенный в изобретении, предоставляет возможность реализации способа использования алгоритмов с избыточностью, обеспечивающих более высокую надежность датчика замыкания обмотки возбуждения на землю при его использовании в системах возбуждения с резервированием.
Итак, одной из целей настоящего изобретения является обеспечение возможности обнаружения короткого замыкания на землю, возникающего в любом месте цепи возбуждения и в любой из схем возбудителя, гальванически связанных с обмоткой возбуждения. Другой целью настоящего изобретения является предоставление возможности определения сопротивления замыкания на землю, посредством чего обеспечивают эффективный текущий контроль для обнаружения постепенного ухудшения сопротивления замыкания на землю. Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение возможности оценочного вычисления места возникновения короткого замыкания на землю во время работы системы возбуждения. Для достижения целей, относящихся к надежности, датчик замыкания на землю может быть выполнен с использованием концепций резервирования. Еще одной целью настоящего изобретения является реализация процедуры диагностики, позволяющей осуществлять управление датчиком короткого замыкания обмотки возбуждения на землю из настоящего изобретения, обеспечивать текущий контроль и поддерживать его функционирование и эффективность работы.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложена система обнаружения замыкания обмотки возбуждения на землю, содержащая датчик, выполненный в виде резистора, схему ослабителя, источник опорного сигнала, генератор колебаний, управляемый напряжением, и логическое устройство управления. Источник опорного сигнала обеспечивает подачу опорного сигнала на выводы обмотки возбуждения генератора электроэнергии. При работе опорный сигнал подают в датчик, выполненный в виде резистора, и в схему ослабителя, при этом схема ослабителя соединена с обоими выводами обмотки возбуждения, что обеспечивает создание сигнала, смещающего среднюю точку поля возбуждения на величину опорного сигнала в положительную и в отрицательную сторону относительно потенциала земли. Посредством генератора колебаний, управляемого напряжением (ГУН), осуществляют измерение разности напряжений на концах датчика, выполненного в виде резистора. А посредством логического устройства управления координируют процесс сбора данных измерений и, исходя из измеренных данных, получают оценочное значение сопротивления короткого замыкания на землю и данные о местоположении, где произошло короткое замыкание на землю.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ, используемый в системе управления функционированием электрической машины. Способ относится к обнаружению и измерению параметров короткого замыкания обмотки возбуждения на землю и содержит следующие операции: измеряют сопротивление датчика, выполненного в виде резистора; на выводы обмотки возбуждения генератора электроэнергии через датчик, выполненный в виде резистора, и схему ослабителя подают опорный сигнал, при этом схема ослабителя соединена с обоими выводами обмотки возбуждения, что обеспечивает создание сигнала, смещающего среднюю точку поля возбуждения в положительную и в отрицательную сторону относительно потенциала земли в диапазоне, соответствующем величине опорного сигнала; осуществляют измерение разности напряжений на концах датчика, выполненного в виде резистора; осуществляют анализ собранных данных измерений; и, исходя из измеренных данных, осуществляют обнаружение факта короткого замыкания на землю, а также вычисляют оценочное значение сопротивления короткого замыкания на землю и местоположения, где произошло короткое замыкание на землю.
Дополнительные отличительные признаки, цели и преимущества настоящего изобретения раскрыты в приведенном ниже описании со ссылками на указанные ниже чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 показан пример варианта осуществления датчика замыкания обмотки возбуждения на землю без резервирования согласно настоящему изобретению.
На Фиг.2 показан пример принципиальной электрической схемы для установившегося режима по постоянному току, содержащей стабилизирующие нагрузочные резисторы, подключенные параллельно конденсаторам ограничителя напряжения на валу.
На Фиг.3 показан пример логического устройства ослабителя, используемого для напряжений, подаваемых на вход преобразователя возбудителя, например, для действующих значений напряжения в диапазоне от 750 В до 1125 В.
На Фиг.4 показан пример логического устройства, посредством которого осуществляют измерение напряжения, считанного с датчика, и напряжения генератора колебаний.
На Фиг.5 показан пример логического устройства, используемого для обнаружения отклонения заданной частоты генератора колебаний от нормальной и для обеспечения принудительного измерения посредством ГУН разности напряжений на концах датчика, выполненного в виде резистора, в течение операции проверки.
На Фиг.6 показана временная диаграмма, соответствующая обычному режиму работы настоящего изобретения.
На Фиг.7 показаны формы сигналов, поясняющие обычный режим работы датчика замыкания обмотки возбуждения на землю.
На Фиг.8 показана временная диаграмма, соответствующая функционированию настоящего изобретения в режиме проверки.
На Фиг.9 показаны формы сигналов, поясняющие функционирование датчика замыкания обмотки возбуждения на землю в режиме проверки.
На Фиг.10 показан вариант осуществления датчика замыкания обмотки возбуждения на землю с резервированием согласно настоящему изобретению.
На Фиг.11 показан датчик замыкания обмотки возбуждения на землю с резервированием.
На Фиг.12 показана принципиальная схема системы статического регулирования возбуждения, содержащей датчик замыкания обмотки возбуждения на землю из настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено описание способа осуществления и устройства датчика замыкания обмотки возбуждения на землю из настоящего изобретения, который используют в системах регулирования возбуждения, служащих для управления работой генераторов электроэнергии, применяемых, например, для выработки электроэнергии посредством паровых, газовых и гидрогенераторов. Ниже приведено описание примера системы централизованного управления, представленной на схеме из чертежа Фиг.12. Система может быть полностью или частично цифровой и может быть выполнена имеющей любую из нескольких конфигураций. Система может быть выполнена таким образом, чтобы связь с нею для обеспечения доступа и управления можно было осуществлять через любую из нескольких известных сетей, например через сеть стандарта Ethernet, сеть Интернет, локальную сеть, глобальную сеть и т.д. как по проводам, так и беспроводным способом. Описанные здесь конкретные конфигурации и способы приведены лишь в качестве примеров, при этом понятно, что датчик замыкания обмотки возбуждения на землю из настоящего изобретения, предназначенный для использования во множестве областей применения и имеющий большое разнообразие вариантов исполнения, может быть реализован несколькими различными способами. Кроме того, понятно, что поскольку техника продолжает непрерывно развиваться, то целесообразные области применения настоящего изобретения могут меняться вместе с развитием этой техники.
Как было изложено в кратком обзоре и во введении, посредством описанного здесь технического решения, предложенного в настоящем изобретении, может быть осуществлено вычисление реального сопротивления короткого замыкания на землю и, кроме того, вычисление того местоположения, где произошло короткое замыкание на землю. В частности, датчик замыкания обмотки возбуждения на землю может обеспечивать обнаружение короткого замыкания в любом месте цепи возбуждения и в активных элементах, связанных с системой возбуждения. Например, короткие замыкания на землю, возникающие с той стороны преобразовательного моста на тиристорах, которая соответствует переменному току, расценивают как короткие замыкания на землю по переменному току в тех случаях, когда значения сопротивления короткого замыкания являются меньшими, чем 1500 Ом. Значения сопротивления короткого замыкания, превышающие эту величину, будут определены правильно, но в одном из вариантов осуществления, который приведен в качестве примера, устройство не расценивает их как короткое замыкание, произошедшее с той стороны моста, которая соответствует переменному току. Предложенное в изобретении техническое решение также может обеспечивать функционирование при наличии высокого синфазного напряжения, быстрой коммутации и конденсаторов большой емкости, подключенных между каждым из выводов обмотки возбуждения и землей.
В одном из способов, предложенных в настоящем изобретении, для обеспечения вышеуказанных отличительных признаков используют генератор колебаний в виде низкочастотных прямоугольных импульсов. Использование генератора колебаний в виде низкочастотных прямоугольных импульсов позволяет осуществлять измерение сопротивления короткого замыкания на землю при отсутствии приложенного напряжения возбуждения. Это гарантирует отсутствие каких-либо "мертвых зон" при подаче напряжения в обмотку возбуждения. Датчик замыкания на землю также содержит средство измерения напряжения генератора низкочастотных колебаний, посредством которого обеспечивают увеличение точности расчета сопротивления короткого замыкания на землю. Кроме того, измерение напряжения генератора низкочастотных колебаний осуществляют при каждом переключении уровня напряжения. В результате обеспечивают усовершенствованную процедуру диагностики за счет того, что в каждом полупериоде производят проверку, по существу, большей части датчика замыкания на землю. Помимо этого, использование генератора низкочастотных колебаний предотвращает смещение напряжения одного из выводов обмотки возбуждения, приводящее к тому, что оно становится более высоким или более низким, чем потенциал земли, и предотвращает изменение чувствительности датчика замыкания обмотки возбуждения на землю в зависимости от напряжения возбуждения.
Согласно другому отличительному признаку, для систем статического возбуждения обычно необходим дополнительный фильтр, общеизвестный как ограничитель напряжения на валу, посредством которого предотвращают воздействие быстро изменяющегося напряжения переменного тока на вал. Эти фильтры традиционно реализуют в виде резистивно-емкостных цепей (RC-цепей), связывающих каждый из выводов обмотки возбуждения с землей, а датчик замыкания обмотки возбуждения на землю должен функционировать правильно при наличии этих устройств, установленных в надлежащих местах. В описанном здесь техническом решении для определения того, что короткое замыкание произошло с той стороны моста, которая соответствует переменному току, используют отклик ограничителя напряжения на валу на значения сопротивления короткого замыкания с той стороны мостовой схемы, которая соответствует переменному току.
Кроме того, датчик замыкания на землю содержит средства реализации стратегии резервирования, обеспечивающие повышение надежности этого устройства. Он также снабжен функцией "проверки", которая обеспечивает принудительное переключение генератора низкочастотных колебаний в режим работы с намного более высокой частотой во время операции проверки и измерения характеристик результирующего сигнала. Посредством этого обеспечивают проведение более полной функциональной проверки датчика замыкания на землю и его надлежащее функционирование даже при наличии короткого замыкания на землю, произошедшего ранее.
Для начала, на Фиг.1 показан вариант осуществления датчика замыкания обмотки возбуждения на землю без резервирования согласно настоящему изобретению, который как единое целое обозначен номером позиции 100. К выводам 116 обмотки возбуждения генератора электроэнергии через датчик 106, выполненный в виде резистора, подключен генератор 104 колебаний в виде низкочастотных прямоугольных импульсов и схема 108, 110 ослабителя. Схема 108, 110 ослабителя соединена с обоими выводами обмотки возбуждения, в результате чего получают сигнал, смещающий среднюю точку поля возбуждения на величину напряжения генератора колебаний в положительную и в отрицательную сторону относительно земли. То есть, смещение напряжения какого-либо одного из выводов обмотки возбуждения относительно земли по отдельности не производят, за счет чего обеспечивают устранение одного из недостатков, присущих более ранним вариантам осуществления (например, устраняют проблему, обусловленную повышением напряжения одного из выводов до величины, равной сумме напряжения возбуждения и напряжения смещения, более высокого, чем потенциал земли).
Устройство управления возбудителем (обозначенное, в общем случае, как интерфейс 114) обеспечивает взаимодействие с датчиком замыкания на землю путем подачи команд установки напряжения генератора колебаний через волоконно-оптический кабель 118 и считывания напряжения с датчика через второй волоконно-оптический кабель 120. Электропитание из устройства управления возбудителем используют для питания отдельного источника питания (не показан) в датчике замыкания обмотки возбуждения на землю, обеспечивающего полную развязку датчика замыкания обмотки возбуждения на землю от схемы управления возбудителем.
Вычислительные функциональные возможности устройства управления возбудителем используют для преобразования сигналов и алгоритмического управления сигналами, измеренными посредством датчика замыкания обмотки возбуждения на землю. Эти функциональные возможности используют для получения из измеренных данных оценочного значения сопротивления замыкания на землю и данных о местоположении, где произошло короткое замыкание на землю. Для предотвращения реакции на зарядные токи конденсатора ограничителя напряжения на валу, которые существуют в большинстве, если не во всех, системах статического возбуждения, используют генератор 104 колебаний в виде очень низкочастотных прямоугольных импульсов. Одно из преимуществ использования процессора для вычисления оценочного значения сопротивления короткого замыкания на землю состоит в том, что процессор может быть запрограммирован таким образом, что осуществляет анализ тока замыкания на землю по окончании переходного процесса зарядки, обеспечивая тем самым устранение ошибки, обусловленной зарядным током.
Функциональные возможности устройства обеспечивают вычисление оценочного значения сопротивление короткого замыкания на землю путем выполнения измерений в двух последовательных полупериодах напряжения генератора низкочастотных колебаний. На Фиг.2 показана принципиальная электрическая схема цепи 200 обнаружения короткого замыкания обмотки возбуждения на землю для сигналов в установившем режиме по постоянному току, содержащей стабилизирующие нагрузочные резисторы (Rb) (206, 208), подключенные параллельно конденсаторам (202, 204) ограничителя напряжения на валу. В течение положительного полупериода напряжения генератора колебаний напряжение на концах датчика 214, выполненного в виде резистора (Rs), определяется приведенным ниже Уравнением 1.0:
Vs1=(Rd*Voscp+ReVfgp+Rf*x*Vfgp)/ (R^2Rb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RRb^2Rs+4RRbRsRx).
В этом уравнении, Voscp - напряжение генератора колебаний в положительном полупериоде, Rx - сопротивление короткого замыкания на землю, а x*Vfgp - напряжение между отрицательным выводом обмотки возбуждения и точкой короткого замыкания на землю в течение положительного полупериода. Путем аналогичных рассуждений получают, что напряжение, считанное с датчика в течение отрицательного полупериода, задано Уравнением 2.0:
Vs2=(Rd*Voscn+ReVfgn+Rf*x*Vfgn)/ (R^2Rb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RRb^2Rs+4RRbRsRx).
В этом уравнении, Voscn - напряжение генератора колебаний в отрицательном полупериоде, Rx (218) - сопротивление короткого замыкания на землю, а x*Vfgn - между отрицательным выводом обмотки возбуждения и точкой короткого замыкания на землю в течение отрицательного полупериода. Следует отметить, что отсутствует какое-либо предположение о том, что напряжение возбуждения остается постоянным, поскольку регулятор напряжения осуществляет регулировку напряжения возбуждения в ответ на напряжение на зажимах и нагрузку.
Уравнение 1.0 может быть выражено в виде функции от Vfgn (напряжения возбуждения в течение отрицательного полупериода генератора колебаний) путем умножения Уравнения 1.0 на Vfgn/Vfgp. В результате этого получают приведенное ниже Уравнение 3.0:
(Vfgn/Vfgp)*Vs1= (Vfgn/Vfgp)(Rd*Voscp)+ReVfgn+Rf*xVfgn)/(знаменатель из Уравнения 1.0 или из Уравнения 2.0).
Путем вычитания Уравнения 2.0 из Уравнения 3.0 получают следующее Уравнение 4.0:
(Vfgn/Vfgp)*Vs1-Vs2=Rd*(Voscp*(Vfgrn/Vfgp)-Voscn)/ (знаменатель из Уравнения 1.0, 2.0 или 3.0).
Уравнение 4.0 больше не определяет местоположение (x) короткого замыкания на землю и зависит только от измеренных количественных величин и номиналов постоянных резисторов. Резисторы Rd, Re и Rf представляют собой эквивалентные резисторы, заданные следующими уравнениями:
Rd=2RRb^2Rs+4RRbRsRx,
Re=-RRb^2Rs и
Rf=2RRb^2Rs.
В этом случае расчет сопротивления короткого замыкания на землю может быть выполнен с использованием приведенного ниже Уравнения 5.0:
Rx{(2RbR^2+4RRbRs+2RRb^2)((Vfgn/Vfgp)Vs1-Vs2)+(-4RRbRs) ((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)}=(-R^2Rb^2-2RRb^2Rs)((Vfgn/Vfgp)Vs1-Vs2)+2RRsRb^2((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn).
Это уравнение устраняет необходимость решения квадратного сравнения и приводит к Уравнению 6.0 для расчета сопротивления замыкания на землю:
Rx={(2RRsRb^2+R^2Rb^2)((Vfgn/Vfgp)Vs1-Vs2)-2RRsRb^2((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)}/{(2RbR^2+4RRbRs+2RRb^2)(Vs2-(Vfgn/Vfgp)Vs1)+4RRbRs((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)}.
В том случае, когда напряжение возбуждения равно нулю, Vfgn/Vfgp равно единице, а уравнение для вычисления сопротивления короткого замыкания на землю имеет вид Уравнения 7.0:
Rx={(2RRsRb^2 +R^2Rb^2)(Vs1-Vs2)-2RRsRb^2(Voscp-Voscn)}/{(2RbR^2+4RRbRs+2RRb^2)(Vs2-Vs1)+4RRbRs(Voscp-Voscn)}.
Вычислив сопротивление короткого замыкания на землю согласно Уравнению 6.0, можно возвратиться к Уравнению 1.0 или к Уравнению 2.0 и решить его для местоположения "x" короткого замыкания на землю. В этом случае конечным уравнением для вычисления местоположения короткого замыкания на землю является следующее Уравнение 8.0:
x=(Vs1*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscp+(RRsRb^2)*Vfgp)/(2RRsRb^2*Vfgp).
В этом уравнении "x" представляет собой расстояние от точки вывода отрицательного напряжения возбуждения до местоположения короткого замыкания на землю, разделенное на общее расстояние от точки вывода отрицательного напряжения возбуждения до точки вывода положительного напряжения возбуждения. Значение "x", равное "нулю", соответствует короткому замыканию на землю в точке вывода отрицательного напряжения возбуждения, а значение "x", равное "единице", соответствует короткому замыканию на землю в точке вывода положительного напряжения возбуждения.
Второе уравнение для расчета местоположения, где произошло короткое замыкание на землю, может быть найдено способом, аналогичным тому способу, которым было получено Уравнение 7.0, путем замены Vfgn на Vfgp и замены Voscn на Voscp. В результате такого преобразования получают следующее уравнение 9.0:
x=(Vs2*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscn+(RRsRb^2)*Vfgn)/(2RRsRb^2*Vfgn).
Уравнения 8.0 и 9.0 не обеспечивают оптимальное решение при напряжениях возбуждения, равных нулю (вследствие наличия проблем, вызванных необходимостью операции деления на ноль). Следовательно, в предпочтительном варианте эти уравнения следует использовать в том случае, когда устройство находится под напряжением. Вычисление оценочного значения сопротивления Rx короткого замыкания на землю может быть выполнено как в том случае, когда устройство находится под напряжением, так и в том случае, когда оно обесточено. Вычисление оценочного значения местоположения, где произошло короткое замыкание на землю, в предпочтительном варианте следует выполнять тогда, когда устройство находится во включенном состоянии и работает под напряжением возбуждения.
Замыкания на землю, возникающие с той стороны преобразовательного моста на тиристорах, которая соответствует переменному току, приводят к тому, что средние значения тока замыкания на землю аналогичны тем, которые возникают в центре обмотки возбуждения генератора электроэнергии. Отличительным признаком таких замыканий на землю является протекание значительного электрического тока основной частоты при наличии замыкания на землю по переменному току. Это обстоятельство используют для определения факта возникновения короткого замыкания на землю с той стороны преобразовательного моста на тиристорах, которая соответствует переменному току.
В частности, ослабитель, емкостной фильтр и датчик, выполненный в виде резистора, реализованы таким образом, чтобы обеспечить получение такого действующего значения напряжения основной частоты на концах датчика, выполненного в виде резистора, которое составляет, по меньшей мере, 0,75 В для значений сопротивления короткого замыкания на землю менее 1500 Ом. Описанное здесь техническое решение обеспечивает правильное распознавание короткого замыкания как короткого замыкания по переменному току в том случае, если сопротивление короткого замыкания на землю не превышает 1500 Ом. В любом случае сопротивление короткого замыкания на землю вне зависимости от того, произошло ли оно с той стороны преобразовательного моста на тиристорах, которая соответствует переменному току, или с той его стороны, которая соответствует постоянному току, будет правильно распознано для величин сопротивления короткого замыкания на землю, не превышающих 40000 Ом. Короткие замыкания на землю, возникающие с той стороны преобразовательного моста на тиристорах, которая соответствует переменному току, могут только быть распознаны только тогда, когда мост обесточен за счет резисторов, подключенных параллельно тиристорам. Резисторы также необходимы для принудительного равного деления низкочастотного напряжения асинхронного хода по тиристорам моста. Эти резисторы асинхронного хода уменьшают точность расчета короткого замыкания на землю при обесточивании моста в случае короткого замыкания на землю с той стороны преобразовательного моста на тиристорах, которая соответствует переменному току. При подаче напряжения точность вычисления короткого замыкания на землю для короткого замыкания на землю по переменному току и для короткого замыкания на землю по постоянному току является одинаковой.
На Фиг.3 показан модуль ослабителя, используемый для напряжений, подаваемых на вход преобразователя возбудителя, например, для действующих значений напряжения в диапазоне от 750 В до 1125 В. Для ограничения тока, протекающего через датчик в виде резисторов, образованный резистором, имеющим сопротивление 2 кОм, параллельно которому подключены два резистора сопротивлением по 900 Ом, последовательно с которыми подключен резистор сопротивлением 200 Ом, использованы резисторы ослабителя сопротивлением 16,2 кОм и 2 кОм. Два конденсатора емкостью по 1-й микрофараде, подключенные параллельно между цепочкой ослабителей и землей, ограничивают составляющую напряжения основной частоты, приложенного к датчику, выполненному в виде резистора. Варисторы на основе окисла металла, подключенные между цепочкой ослабителей и землей, ограничивают максимальное напряжение относительно земли, приложенное к датчику, выполненному в виде резистора. Управление реле, показанным на чертеже, посредством которого задают тот колебаний генератор (М1 или M2), сигнал которого подают на датчик, выполненный в виде резистора, и на цепочку ослабителей, осуществляют посредством контроллера С.
Согласно Уравнению 6.0, для повышения точности вычисления короткого замыкания на землю измерение напряжения возбуждения и напряжения генератора колебаний целесообразно осуществлять в каждом полупериоде напряжения генератора колебаний. В описанном здесь техническом решении используют то обстоятельство, что для возбудителя уже измерены точные значения напряжения возбуждения, что обусловлено другими причинами, и, следовательно, осуществляют точное измерение напряжения генератора колебаний.
На Фиг.4 продемонстрирован используемый в техническом решении, предложенном в настоящем изобретении, способ измерения напряжения, считанного с датчика, и напряжения генератора колебаний. На чертеже не показан источник питания, в который поступает входное напряжение либо из главного контролера (M1/M2), либо из контролера (С или С3) защиты, и который обеспечивает развязку от устройства управления, а затем создает надлежащие напряжения для платы датчика замыкания на землю. Источники P24 и N24 питания каждого контролера (M1, M2, C3) соединены с соответствующей платой датчика замыкания на землю (которой в одном из вариантов осуществления является плата модуля датчика замыкания на землю для возбудителя, МДЗЗВ (EGDM)), и их используют для питания преобразователей, которые осуществляют генерацию требуемого электропитания P50 и N50, имеющего трансформаторную развязку от P24 и N24.
На Фиг.5 показан пример логического устройства, используемого для принудительного обеспечения надлежащего измерения сигнала с выхода датчика, выполненного в виде резистора, или с выхода генератора колебаний. Логическое устройство 500 содержит приемник 502 волоконно-оптической линии связи (ПРМВОЛС) (FORX), фильтр 504, блоки 506 и 518 детектора положительного/отрицательного фронта импульса, блоки 508 и 520 однократного отключения на 250 мс с повторным запуском, блоки 510 и 514 выбора, генератор 512 колебаний частотой 1 МГц, счетчик 516 и другие элементы, например, показанные на Фиг.5. При работе напряжение на датчике тока замыкания на землю, выполненного в виде резистора, временно изменяют таким образом, что он функционирует в качестве средства измерения замыкания выходного сигнала генератора колебаний на землю в течение первых 200 мс после выдачи команды изменения уровня сигнала генератора колебаний. Логическое устройство, показанное на Фиг.5, обеспечивает выполнение этой функции с использованием программируемой пользователем логической матрицы 500 (ППЛМ) (FPGA). В частности, для запуска устройства 508 однократного отключения на 250 мс с повторным запуском либо по положительной, либо по отрицательной команде используют детектор 506 положительного/отрицательного фронта импульса. Наличие входа 510 устройства выбора функций позволяет использовать одну и ту же плату как для главного контролера (M1/M2), так и для контролера защиты (C3) в конфигурации с резервированием. В том случае, если плата установлена в гнездо для M1 или для M2, она автоматически осуществляет выбор выходного сигнала устройства однократного отключения на 250 мс с повторным запуском. И, наоборот, если плата установлена в гнездо для C3, то устройство 510 выбора осуществляет выбор отфильтрованного сигнала из приемника 502 волоконно-оптической линии связи и фильтра 504. Если плата служит в качестве M1 или в качестве M2, то посредством выходного сигнала устройства 510 выбора инициализируют команду проверки, которую используют в совокупности с детектором 518 положительного фронта импульса и устройством 520 однократного отключения на 250 мс, для создания сигнала, подаваемого в переключатель режима проверки.
В качестве конечного результата, устройство 508 однократного отключения на 250 мс при каждом переключении напряжений генератора колебаний под воздействием команд осуществляет генерацию одиночного положительного импульса длительностью 250 мс, который приводит в действие переключатель, который преобразует датчик, выполненный в виде резистора и функционирующий в обычном режиме работы, в эталонное средство измерения замыкания на землю. На Фиг.6 и Фиг.7 показаны параметры сигналов, посредством которых обеспечивают эти функциональные возможности, при этом на Фиг.7 показано функционирование датчика замыкания обмотки возбуждения на землю в обычном режиме работы. Кроме того, устройство 508 однократного отключения осуществляет генерацию одиночного импульса длительностью 250 мс в течение режима проверки, а затем удерживает поданную в переключатель команду, обеспечивающую выполнение принудительного измерения относительно земли до тех пор, пока не истечет промежуток времени проверки продолжительностью 10 секунд. На Фиг.8 и на Фиг.9 показаны параметры сигналов, посредством которых обеспечивают эти функциональные возможности.
В частности, на Фиг.6 показана временная диаграмма в обычном режиме работы, на Фиг.8 показана временная диаграмма функционирования в режиме проверки, а на Фиг.9 показаны условия работы датчика замыкания обмотки возбуждения на землю в режиме проверки. После переключения уровня сигнала генератора колебаний в результате поступления соответствующей команды устройство управления переходит в режим ожидания в течение 200 мс перед тем, как осуществить считывание сигнала из передатчика волоконно-оптической линии связи, содержащегося в датчике 500 замыкания обмотки возбуждения на землю (ДЗОВЗ) (FGD), который показан на Фиг.5. Операцию фильтрации выбирают таким образом, чтобы отклик на ступенчатый входной сигнал не превышал 0,2% от установившегося значения по истечении 200 мс. Это позволяет осуществлять очень точное измерение напряжения генератора колебаний с низким уровнем помех, которое используют при диагностике генератора колебаний и ГУН. Это техническое решение также обеспечивает повышение точности алгоритмов, используемых в датчике замыкания на землю.
На Фиг.10 показана функциональная блок-схема варианта осуществления, в котором используют способы с резервированием для повышения надежности варианта осуществления с использованием резервных контроллеров. Датчик 1002 замыкания обмотки возбуждения на землю содержит резервные генераторы колебаний, управление которыми осуществляют, соответственно, посредством главного контроллера М1 и главного контроллера М2. Электропитание этих генераторов колебаний осуществляют посредством развязанных блоков питания, электропитание в которые поступает из главного контроллера М1 и из главного контроллера М2. Главный контроллер М1 и главный контроллер М2 выдают в эти генераторы колебаний команды на их переключение либо в положительное, либо в отрицательное состояние. Контроллер защиты принимает решение о том, какой из главных контроллеров будет осуществлять управление, и производит выбор соответствующего генератора колебаний посредством релейного переключателя. Все три контроллера измеряют напряжение генератора колебаний в течение первых 200 мс после переключения, а затем течение оставшегося от полупериода времени измеряют напряжение на концах датчика, выполненного в виде резистора. Это позволяет реализовать опрос/мажоритарную выборку измеренных сигналов таким образом, чтобы обеспечить обнаружение неполадок вследствие отказа одного элемента и их удаление из выходного сигнала.
В контроллере защиты сигналы опроса/мажоритарной выборки используют для принятия решения о том, когда следует передать управление генератору колебаний другого главного контроллера. Логическое устройство, имеющееся в каждом главном канале датчика замыкания обмотки возбуждения на землю, определяет тот момент, когда следует использовать однотактный способ измерения вместо дифференциального способа измерения. Эту информацию затем передают в другой главный контроллер и в контроллер защиты таким образом, чтобы эти устройства могли осуществлять измерения приблизительно в то же самое время, что и ведущий главный контроллер. Следовательно, все эти три контроллера не являются жестко синхронизированными с ведущим главным контроллером. Выбор ведущего главного контроллера осуществляют посредством контроллера C3 защиты. Этот выбор может быть выполнен вручную с использованием интерфейса оператора. В альтернативном варианте этот выбор может быть выполнен автоматически после обнаружения неисправного генератора колебаний.
На Фиг.11 показаны сигналы, используемые каждым резервным модулем датчика замыкания обмотки возбуждения на землю, а также схема соединений между модулем датчика замыкания обмотки возбуждения на землю и модулем ослабителя, а также между каждым из модулей датчика замыкания обмотки возбуждения на землю.
Датчики замыкания обмотки возбуждения на землю и ранее имели функцию проверки, посредством которой определяли, является ли это устройство действующим. В прошлом это выполняли путем блокировки функции отключения и установки проверочного резистора между выходом генератора колебаний и землей. Описанное здесь техническое решение, предложенное в настоящем изобретении, обеспечивает автоматическое измерение напряжения генератора колебаний в каждом полупериоде колебаний сигнала, получаемого из генератора колебаний. Это обеспечивает получение диагностических показателей степени исправности генератора колебаний, блоков питания и волоконно-оптических линий связи. Для подтверждения того, что датчик замыкания на землю может обеспечивать правильное измерение разности напряжений на концах датчика, выполненного в виде резистора, производят диагностическую проверку. После того, как выбран режим проверки, во все три модуля датчика замыкания обмотки возбуждения на землю (в том случае, когда он выполнен в варианте с резервированием) дают команду, чтобы они находились в режиме проверки. Частоту генератора колебаний выбирают таким образом, чтобы она не являлась рабочей частотой и была равна, например, 2,5 Гц. Логическое устройство, показанное на Фиг.5, используют для обнаружения отклонения заданной частоты генератора колебаний от нормальной и для обеспечения принудительного измерения посредством ГУН разности напряжений на концах датчика, выполненного в виде резистора, в течение операции проверки. Цепь переменного тока, образованная ослабителем и соответствующими конденсаторами фильтра, и ограничитель напряжения на валу обеспечивают возможность протекания значительного по величине тока частотой 2,5 Гц, на которой производят измерения, в результате чего происходит проверка характеристик датчика замыкания обмотки возбуждения на землю, что показано на Фиг.9. В случае использования датчика замыкания обмотки возбуждения на землю с резервированием сначала осуществляют проверку канала, соответствующего М1, а затем осуществляют проверку канала, соответствующего М2. Предполагают, что датчик замыкания обмотки возбуждения на землю успешно прошел проверку в том случае, если проверены оба канала и определено, что они имеют приемлемые параметры. В вариантах применения без наличия резервирования существует только один канал связи с датчиком замыкания обмотки возбуждения на землю, и проверку этого канала осуществляют с использованием частоты, на которой производят измерения и анализ характеристик, отличной от нормальной.
Один из примеров программы/кода, которые могут быть использованы для реализации функциональных возможностей датчика замыкания обмотки возбуждения на землю, приведен в Приложении. В областях применения для газовой турбины с запуском в неразогретом состоянии по достижении скорости, составляющей 50% от номинальной, осуществляют импульсное включение обмотки возбуждения, и поддерживают возбуждение на таком уровне, чтобы сохранить постоянное отношение напряжения к частоте (вольт/герц) на выводах генератора электроэнергии. Поэтому предпочтительным вариантом алгоритма обнаружения короткого замыкания на землю по переменному току является тот, который способен работать в диапазоне от 50%-ной скорости до номинальной скорости. Алгоритм обеспечивает обнаружение короткого замыкания на землю по переменному току путем измерения значений напряжения основной частоты на датчике, выполненном в виде резистора. Сигналы генераторов синусоидальных и косинусоидальных колебаний, синхронизированные по частоте с генератором электроэнергии, подвергают дискретному преобразованию Фурье (ДПФ) таким образом, чтобы посредством дискретного преобразования Фурье обеспечить отслеживание частоты генератора электроэнергии во время запуска с 50%-ной скорости. Наличие короткого замыкания на землю по переменному току регистрируют только в том случае, если действующее значение составляющей напряжения основной частоты, считанного с датчика, которая обнаружена посредством дискретного преобразования Фурье, превышает 0,75 В. Для каждого канала (M1, M2 и C3) необходимы следующие входные сигналы: напряжение на концах датчика, выполненного в виде резистора, время переключения генератора колебаний на следующий уровень сигнала, среднее значение напряжения возбуждения генератора электроэнергии, напряжение генератора колебаний, команда режима проверки и команда возврата в исходное состояние. Помимо вышеуказанных сигналов для контроллера C3 необходима команда переключения на генератор колебаний другого главного контроллера.
Сигнал ГУН из каждого модуля датчика замыкания обмотки возбуждения на землю пропускают через трехкаскадный цифровой фильтр нижних частот. В одном конкретном варианте устройства для удаления составляющей короткого замыкания на землю по переменному току основной частоты из среднего значения напряжения на концах датчика, выполненного в виде резистора, при одновременном обеспечении надлежащего быстродействия необходимы три каскада фильтрации нижних частот с граничной частотой 31,4 радиан в секунду. Выходной сигнал первого каскада фильтрации используют для измерения напряжения генератора колебаний через 200 мс после поступления команды переключения генератора колебаний на следующий уровень. Выходной сигнал одиночного фильтра с граничной частотой 31,4 радиан в секунду, не выходит за пределы 0,2% от его установившегося значения через 200 мс после пошагового изменения напряжения генератора колебаний. Команду переключения генератора колебаний на следующий уровень передают из главного контроллера, осуществляющего управление (или из единственного устройства управления в варианте компоновки без резервирования), в модуль датчика замыкания обмотки возбуждения на землю по волоконно-оптической линии связи. Логическое устройство, имеющееся в модуле датчика замыкания обмотки возбуждения на землю, обеспечивает принудительное измерение сопротивления датчика, выполненного в виде резистора, относительно земли через 250 мс после подачи команды на переключение. Алгоритм датчика замыкания обмотки возбуждения на землю обеспечивает ожидание в течение 200 мс после поступления команды переключения генератора колебаний на следующий уровень, а затем осуществляет дискретизацию сигнала обратной связи ГУН из модуля датчика замыкания обмотки возбуждения на землю. Этот сигнал представляет собой ослабленный сигнал, пропорциональный измеренному напряжению генератора колебаний, и его используют в алгоритме датчика замыкания обмотки возбуждения на землю в качестве средства диагностики генератора колебаний и измерительных схем ГУН и для повышения точности алгоритма датчика замыкания на землю.
При наличии датчиков замыкания на землю с резервированием ослабленные сигналы генератора колебаний подвергают операции мажоритарной выборки, а в алгоритме используют значение, полученное в результате мажоритарной выборки. Через 250 мс после выдачи команды на переключение генератора колебаний из одного состояния в другое модуль датчика замыкания обмотки возбуждения на землю автоматически переключается в режим дифференциального измерения напряжения на концах датчика, выполненного в виде резистора, и остается в режиме дифференциального измерения в течение остальной части полупериода длительностью 2,5 секунды. После выдачи команды на переключение уровней алгоритм датчика замыкания обмотки возбуждения на землю переходит в режим ожидания в течение 2,4 секунд, после чего производит дискретизацию выходного отфильтрованного напряжения на концах датчика, выполненного в виде резистора. Также осуществляют дискретизацию отфильтрованного напряжения возбуждения генератора электроэнергии и результата дискретного преобразования Фурье неотфильтрованного напряжения, считанного с датчика. В случае наличия резервных контроллеров в качестве всех сигналов датчика замыкания обмотки возбуждения на землю используют сигналы, подвергнутые операции мажоритарной выборки. Вычисление сопротивления короткого замыкания на землю осуществляют согласно Уравнению 7.0, которое переписано в виде следующего уравнения:
Rx={A*(Vsp*Vfgn/Vfgp-Vsn)-B*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}/{C*(Vsn-Vsp*Vfgn/Vfgp)+D*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}.
В этом уравнении:
A=2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2,
B=2*R*RsRb^2,
C=2*RbR^2+4RRbRs+2RRb^2, и
D=4RRbRs.
Здесь Vsp - ослабленное напряжение, считанное с датчика при положительном сигнале генератора колебаний. Vsn - ослабленное напряжение, считанное с датчика при отрицательном напряжении генератора колебаний. Vfgp - ослабленное напряжение возбуждения при положительном сигнале генератора колебаний. Vfgn - ослабленное напряжение возбуждения при отрицательном сигнале генератора колебаний. Voscp - ослабленное положительное напряжение генератора колебаний, а Voscn - ослабленное отрицательное напряжение генератора колебаний. Следует отметить, что все значения Vsp, Vsn, Vfgp, Vfgn, Voscp и Voscn являются измеренными количественными величинами, а значения A, B, C, и D вычислены, исходя из параметров резисторов, образующих ослабитель, датчика, выполненного в виде резистора, и из параметров стабилизирующих нагрузочных резисторов в ограничителе напряжения на валу, которые в данном варианте осуществления изобретения являются постоянными. Когда устройство не находится под напряжение, то есть, когда напряжение возбуждения равно нулю, отношение Vfgn/Vfgp равно единице, и уравнение для сопротивления замыкания на землю принимает следующий вид:
Rx'=(A*(Vsp-Vsn)-B*(Voscp-Voscn)}/{C*(Vsn-Vsp)+D*(Voscp-Voscn)}.
Величина реального сопротивления замыкания на землю может быть вычислена как в том случае, когда устройство находится под напряжением, так и при отсутствии напряжения. После того, как выполнено вычисление сопротивления замыкания на землю, то (если устройство находится под напряжением) производят вычисление оценочного значения местоположения короткого замыкания на землю с использованием Уравнения 8 или Уравнения 9.
Другой функцией алгоритма является выполнение проверки характеристик, посредством которой подтверждают, что детектор способен надлежащим образом обеспечивать измерение разности напряжений на концах датчика, выполненного в виде резистора. Эту проверку выполняют путем изменения частоты генератора колебаний таким образом, чтобы она не являлась рабочей частотой и была равна 2,5 Гц. Через конденсаторы фильтра, относящиеся к схеме ослабителя датчика замыкания обмотки возбуждения на землю, и через конденсаторы, относящиеся к ограничителю напряжения на валу, протекает значительный ток замыкания на землю. В алгоритме это обстоятельство используют для выполнения проверки характеристик датчика замыкания обмотки возбуждения на землю.
Сигнал из датчика, выполненного в виде резистора, пропускают через 3 каскада фильтрации нижних частот, используемых в обычном режиме работы детектора. Затем сигнал с выхода каскадного фильтра нижних частот с граничной частотой 31,4 радиана в секунду пропускают через совокупность фильтров верхних частот с граничной частотой 12,563 радиана в секунду для удаления постоянной составляющей. Сигнал с выхода фильтра верхних частот пропускают через схему получения абсолютного значения, которая обеспечивает полное двухполупериодное выпрямление сигнала, который затем подвергают фильтрации посредством двухполюсного фильтра нижних частот с пропусками на частоте 1 радиан в секунду. Этот усредненный сигнал пропорционален величине сигнала частотой 2,5 Гц, пригодного для измерения параметров датчика, выполненного в виде резистора.
Изменения этого сигнала не должны превышать 25% от номинальной величины даже в том случае, когда проверку выполняют при наличии возникшего ранее короткого замыкания на землю. Измеренные сигналы от датчика, выполненного в виде резистора, которые отличаются более чем на ±25% от ожидаемого значения, расценивают как неисправность, в результате чего датчик замыкания обмотки возбуждения на землю считают неисправным. Следует отметить, что эта операция проверки содержит функции ослабителя и ограничителя напряжения на валу, и, следовательно, обеспечивает проверку не только тех устройств, которые связаны с датчиком замыкания обмотки возбуждения на землю. Для вариантов применения с наличием резервирования алгоритм сначала обеспечивает проверку канала, соответствующего главному контроллеру М1, а затем осуществляет проверку канала, соответствующего главному контроллеру М2. Для вариантов применения с наличием резервирования проверку считают успешно законченной только после выполнения успешной проверки обоих каналов.
Теперь будет приведено описание со ссылкой на принципиальную схему из Фиг.12, на которой показана система статического регулирования возбуждения, в состав которой входит датчик замыкания обмотки возбуждения на землю из настоящего изобретения. Следует понимать, что здесь в качестве примера приведено описание всего лишь одной из областей применения, в которых можно использовать датчик замыкания обмотки возбуждения на землю из настоящего изобретения. Например, другим примером полезного применения является регулятор, описанный в родственных заявках на изобретение.
Изображенный на Фиг.12 датчик замыкания обмотки возбуждения на землю согласно настоящему изобретению, описание которого приведено ниже, предназначен для использования в системе регулирования возбуждения работающих генераторов электроэнергии, например, используемых для выработки электроэнергии посредством паровых, газовых и гидрогенераторов. Пример системы 1200 централизованного управления приведен на схеме, изображенной на чертеже Фиг.12. Система может быть полностью или частично цифровой и может быть выполнена имеющей любую из нескольких конфигураций. Система может быть выполнена таким образом, чтобы связь с нею для обеспечения доступа и управления можно было осуществлять через любую из нескольких известных сетей, например через сеть стандарта Ethernet, сеть Интернет, локальную сеть, глобальную сеть и т.д. как по проводам, так и беспроводным способом.
Система 1200 управления изображена здесь в виде цифровой системы возбуждения, а ее конфигурация может быть настроена таким образом, чтобы обеспечить гибкость для систем полностью статического возбуждения. Системы, основанные на полностью статическом возбуждении, могут обеспечивать поддержку как источников потенциала (только напряжения), так и источников смешанного возбуждения (напряжения и тока). Для систем полностью статического возбуждения система 1200 управления может быть выполнена в конфигурации с симплексным управлением (один канал) и силовым мостом или в конфигурации с управлением с "горячим" резервированием и силовым мостом, которая содержит модуль защиты.
В состав системы в симплексной конфигурации входят, например, одна стойка управления (состоящая из одного главного контроллера (M1)), подсистема интерфейса потребителя, устройство, представляющее собой интерфейс оператора, модуль ввода электропитания для устройств управления и один силовой модуль, состоящий из подсистемы интерфейса моста, силового моста, цепей фильтров по переменному току и по постоянному току, и устройств развязки по переменному току и/или по постоянному току. Система 1200 управления может обеспечивать поддержку интерфейса связи с локальной сетью стандарта Ethernet для доступа, например: 1) к функциональным возможностям инструментальных средств системы для настройки конфигурации, 2) к системе управления турбиной, например, к системе типа "Марк VI" (Mark VI), которую выпускает фирма "Дженерал Электрик Компани", г. Скенектади, штат Нью-Йорк (The General Electric Company of Schenectady, New York (GE)) (далее именуемая "Дженерал Электрик"), и к интерфейсу HM1 фирмы "Дженерал Электрик" с использованием протокола передачи глобальных данных в сети стандарта Ethernet (EGD), 3) к статической пусковой системе фирмы "Дженерал Электрик" и 4) к центральному сетевому узлу ресурсного обеспечения фирмы "Дженерал Электрик" для дистанционной диагностики системы. Система 1200 управления может также обеспечивать взаимодействие с распределенной системой управления (РСУ) (DCS), имеющейся у потребителя, за счет поддержки шины ModBus, реализованной посредством стандартного интерфейса последовательной передачи данных RS-232.
Система 1200 управления может содержать мощную диагностическую систему и средство моделирования управления, обеспечивающее быструю инсталляцию, настройку констант управления и обучение.
Теперь будет рассмотрен цифровой контроллер (с тиристорным управлением) системы 1200 управления, в котором модуль M1 управления содержит процессорные платы с соответствующими платами ввода-вывода, посредством которых осуществляют обработку прикладных программ. Система 1200 управления содержит стойку для плат, имеющую пространство для размещения, например, одного (M1) или трех (M1, M2 и C) модулей управления. M1 и M2 могут представлять собой одинаковые контроллеры, в состав которых входит одна или большее количество процессорных плат и соответствующих плат ввода-вывода. В состав контроллера C также входит процессорная плата с соответствующими платами ввода-вывода.
В одной из конфигураций комплект модуля контроллера содержит до шести плат: плату главного процессора - плату уровня управления приложениями (ПУУП) (ACLA), плату цифровой обработки сигналов (ПЦОС) (DSPX), плату связи по шине промышленного стандарта ISBus (плата связи по шине промышленного стандарта ISBus для возбудителя, ПСШПСВ) (EISB), и три платы ввода-вывода (плату EEIO, плату ВВГКВ (плату ввода-вывода главного контроллера возбудителя) (EMIO) и плату ПВВ (плату выбора возбудителя) (ESEL)). Эти платы связаны между собой посредством объединительной платы типа VME и соединены кабелями с соответствующими оконечными платами ввода-вывода.
Модуль уровня управления приложениями (ПУУП) (ACLA) представляет собой микропроцессорный контроллер с наращиваемой архитектурой, используемый для связи и управления возбудителем в системе 1200 управления. ПУУП установлена в стойке типа VME и занимает два половинных гнезда. ПУУП представляет собой цифровой контроллер на основе ПК с наращиваемой архитектурой и является одной из двух программируемых плат, которыми заполняют стойку для плат системы 1200 управления. Другой платой является ПЦОС. В качестве примера, не являющегося ограничивающим признаком, ПУУП может быть выполнена на основе процессора типа 486, работающего на частоте 100 МГц и поддерживающего 8 мегабайт памяти динамического ОЗУ (оперативного запоминающего устройства) и 4 мегабайта флэш-памяти базовой системы ввода-вывода (BIOS). ПУУП может быть использована в качестве шлюзового компьютера для связи с внешними устройствами и в качестве контроллера/регулятора внешнего контура.
Функциями платы в качестве шлюзового компьютера для обеспечения связи могут являться следующие: порт сети стандарта Ethernet, обеспечивающий поддержку одного или большего количества интерфейсов; канал передачи глобальных данных по сети стандарта Ethernet в устройство управления турбиной, интерфейсы взаимодействия пользователя с компьютером, статическая пусковая система и т.д.; реализация шины ModBus через сеть стандарта Ethernet с использованием протокола управления передачей/протокола сети Интернет (TCP/IP); программное обеспечение инструментальных средств системы управления; поддержка последовательного порта (стандарта RS-232); программирование флэш-памяти инструментальных средств системы управления; реализация шины ModBus через канал последовательной передачи данных стандарта RS-232; и интерфейсы с двухпортовым запоминающим устройством (ДПЗУ), обеспечивающие сопряжение с программируемой платой ПЦОС. Функциями платы в качестве контроллера/регулятора внешнего контура могут являться следующие: контроллер заданных значений регулируемых величин для автоматических и ручных регуляторов; устройство управления реактивной мощностью (в реактивных вольт-амперах, вар) или коэффициентом мощности; функции ограничителя; стабилизатор энергосистемы; температурный расчет обмотки возбуждения и устройство измерения баланса.
Плата цифрового процессора сигналов (ПЦОС) представляет собой основной контроллер, служащий в качестве устройства управления/регуляторов внутреннего контура и в качестве устройства управления локальным интерфейсом оператора, обеспечивающего поддержку операций проверки и начальной установки. Например, плата может быть выполнена на основе быстродействующей микросхемы цифрового процессора сигналов с рабочей частотой 60 МГц, которая поддерживает 248 килобайт памяти быстродействующего статического оперативного запоминающего устройства и 512 килобайт флэш-памяти базовой системы ввода-вывода (BIOS). Функциями платы как устройства управления/регуляторов внутреннего контура могут являться следующие: регулятор напряжения возбуждения, ограничитель тока возбуждения, задание последовательности пуска-остановки, импульсное включение обмотки возбуждения, аварийная сигнализация и отключение, обработка данных контрольно-измерительной аппаратуры генератора электроэнергии и имитатор генератора электроэнергии.
Для обеспечения функций платы как устройства управления локальным интерфейсом оператора используют последовательный интерфейс для взаимодействия с кнопочной панелью и с устройством отображения, закрепленном на дверце корпуса, в котором находятся устройства управления системы 1200 управления, и может быть обеспечена поддержка, например, следующих функций: отображение и изменение внутренних управляющих данных, а также информации аварийной сигнализации и информации о состоянии, поступающей из ПЦОС (DSPX) или из спаренного с ней контроллера ПУУП (ACLA), и отображение и изменение активных данных для обеспечения поддержки процессов ввода в эксплуатацию, настройки, а также поиска и устранения неисправностей.
Плата связи по шине промышленного стандарта ISBus для возбудителя, ПСШПСВ (EISB) представляет собой плату интерфейса связи для модулей М1, M2 и C управления. Плата обеспечивает, например, связь по кольцевой шине со скоростью передачи данных 5 мегабит в секунду между контроллерами M1, M2 и C через объединительную плату системы 1200 управления, реализованную на основе стандарта RS-422 с индуктивной связью. Она обеспечивает прием и передачу (через волоконно-оптический кабель) сигналов обратной связи, полученных, исходя из сигналов напряжения и тока возбуждения генератора электроэнергии, сигналов напряжения и тока возбудителя и из модулей создания напряжения на датчике замыкания на землю. Затем она обеспечивает их взаимодействие с контроллером ПЦОС (DSPX) через основную плату. Также обеспечена поддержка связи между ПЦОС (DSPX), средством настройки конфигурации и портами кнопочной панели с использованием стандартного последовательного интерфейса RS-232.
Плата ВВГКВ (EMIO) ввода-вывода главного контроллера управляет операциями ввода-вывода данных из оконечных плат ТНТВ (платы трансформатора напряжения/трансформатора тока возбудителя (EPCT)), СПКВ (соединительной платы контактов возбудителя (ECTB)), и СПВБ (соединительной платы возбудителя (EXTB)). Эта плата обеспечивает ввод-вывод сигналов ТН (трансформатора напряжения (PT)) и ТТ (трансформатора тока (CT)), входных сигналов, подаваемых на контакты, выходных сигналов управляющих цепей реле, и сигналов управляющих цепей контрольных отключающих реле, применяемых для обеспечения импульсного включения, функции 41 прекращения работы, и снятия возбуждения. Эта плата также обеспечивает передачу импульсных стробирующих сигналов логического уровня через объединительную плату в плату ПВВ (ESEL).
В одном из вариантов конфигурации управление платой выбора возбудителя (ПВВ) (ESEL) осуществляют посредством шести импульсных стробирующих сигналов логического уровня, поступающих из платы ВВГКВ (EMIO), по одному для каждого управляемого кремниевого вентиля моста. Плата ПВВ (ESEL) осуществляет генерацию шести импульсных стробирующих сигналов, передаваемых по кабелю в плату УСИВ (усилителя стробирующего импульса возбудителя) (EGPA), которая осуществляет непосредственное управление шестью управляемыми кремниевыми вентилями этого моста. В многомостовом возбудителе плата ПВВ (ESEL) может обеспечивать управление несколькими мостами, количество которых не превышает шести. При наличии резервных устройств управления используют две платы ПВВ (ESEL), управление одной из которых осуществляют посредством M1, а управление другой - посредством M2. Выбор активной платы ПВВ (ESEL), которая обеспечивает передачу выбранных управляющих сигналов в плату УСИВ (EGPA), осуществляют посредством модуля C.
Оконечная плата ТН (трансформатора напряжения(PT))/ТТ (трансформатора тока (CT)) возбудителя (плата ТНТВ (EPCT)) содержит трансформаторы для измерения критической эдс и тока генератора электроэнергии. Входы для напряжения трехфазного генератора электроэнергии обеспечивают поддержку двух каналов передачи данных обратной связи генератора электроэнергии по напряжению из генератора электроэнергии или одного канала из генератора электроэнергии и одного канала со стороны линии связи синхронизирующего прерывателя. Две входные клеммы для тока генератора электроэнергии с уровнями тока 1 А или 5 A соединены с двумя трансформаторами тока, что обеспечивает поддержку одного канала передачи данных обратной связи генератора электроэнергии по току. Все сигналы с выхода трансформатора передают по кабелю в плату ВВГКВ (EMIO), расположенную в стойке управления. Кроме того, на плату ТНТВ (EPCT) подают один аналоговый входной сигнал, который может представлять собой либо сигнал с постоянным напряжением ±10 В, либо с током 4-20 мА. Плата ВВГКВ (EMIO) выполняет аналого-цифровое преобразование всех сигналов с ТН (PT), ТТ (CT) и аналоговых входных сигналов с частотой дискретизации 2000 выборок в секунду. Полученные в результате такого измерения значения тока и напряжения генератора электроэнергии не выходят за пределы 0,25% от реальных значений. Все сигналы, подаваемые на вход платы ТНТВ (EPCT), подвергают операции подавления высокочастотных шумов, которую выполняют поблизости от точки ввода сигнала.
Напряжение генератора электроэнергии из трансформаторов напряжения передают по проводу в плату TB1. Длина кабелей является учитываемым фактором, и в одном из примеров они могут иметь максимальную длиной 1000 футов при использовании провода № 12 согласно стандарту Американской системы оценки проводов (AWG). Выходы вторичной обмотки ТН (трансформатора напряжения) генератора электроэнергии защищены плавкими предохранителями, а номинальные действующие значения напряжения на них равны 115 В на частоте 50/60 Гц. Входы для напряжения генератора электроэнергии имеют магнитную развязку, обеспечивающую потенциальный барьер 1500 В по действующему значению напряжения.
Два входа для тока генератора электроэнергии, поступающего из трансформаторов тока, соединены проводами с клеммными колодками, на которых закреплены глухие полюсные наконечники. Максимальная длина кабеля от трансформатора до платы ТНТВ (EPCT) может, например, составлять 1000 футов при использовании сортамента проводов с номерами до № 10 согласно стандарту Американской системы оценки проводов (AWG). Входы для тока имеют магнитную развязку, обеспечивающую потенциальный барьер 1500 В по действующему значению напряжения. Плата ТНТВ (EPCT) обеспечивает поддержку аналогового входа без развязки в диапазоне значений постоянного напряжения ±10 В или в диапазоне значений тока 4-20 мА. Например, кабель может иметь длину до 300 м, при этом максимальное двустороннее сопротивление кабеля составляет 15 Ом.
Соединительная плата контактов возбудителя (СПКВ (ECTB)) обеспечивает поддержку выходных сигналов реле и входных сигналов, подаваемых на контакты. Существует два варианта этой платы: вариант для режима с резервированием и вариант для симплексного режима. Каждая плата содержит, например, два выхода, соответствующих номинальным реле отключения, посредством которых может быть реализовано функционирование реле блокировки потребителя, управление которым осуществляют посредством платы ВВГКВ (EMIO). Также в ней имеется четыре универсальных выхода реле форм-фактора "C" (Form-C), управление которыми также осуществляют посредством платы ВВГКВ (EMIO). Эти четыре универсальные выхода реле с сухими контактами обеспечивают, например, следующие параметры: расчетное номинальное постоянного напряжение 125 В (максимальное постоянное напряжение 250 В, минимальное постоянное напряжение 24 В) для активной нагрузки 2 А при постоянном напряжении 28 В или 0,5 А при постоянном напряжении 120 В, либо для индуктивной нагрузки 1 А при постоянном напряжении 28 В, либо 0,1 А при постоянном напряжении 120 В для нагрузки с постоянной времени (L/R), равной 0,007 с.
Текущий контроль восьми вспомогательных входов для сигналов, поступающих на контакты, осуществляют посредством оптронных схем, электропитание в которые поступает из СПКВ (ECTB). Два из восьми входов для сигналов, поступающих на контакты, представляют собой специализированные входы для сигналов, поступающих на контакты, посредством которых осуществляют текущий контроль состояния выключателя (контакт 52G) генератора электроэнергии и контакта (86G) отключения генератора электроэнергии от потребителя. Оптрон для контакта 86G расположен на плате ВВГКВ (EMIO), в не на плате СПКВ (ECTB). Электропитание контактов постоянным напряжением 70 В обеспечивают посредством источника питания контроллера М1, а в системах с резервированием - также посредством источника питания контроллера M2.
Соединительная плата возбудителя (СПВБ) (EXTB) обеспечивает поддержку выходных сигналов контрольных реле, входных сигналов, подаваемых на контакты, и схем формирования сигналов, используемых внутри системы возбуждения. Существует два варианта этой платы: вариант, обеспечивающий поддержку систем с резервированием и вариант, обеспечивающий поддержку симплексных систем. Оба варианта соединяют посредством кабеля с платами ВВГКВ (EMIO), где расположены управляющие цепи реле.
На плате расположены контрольные реле, используемые для обеспечения получения на выходе постоянного тока, и контакторы импульсного включения обмотки возбуждения, а также отключающие реле, применяемые в качестве внешнего автомата гашения поля, и контрольное реле снятия возбуждения. В плате СПВБ (EXTB) осуществляют преобразование сигналов состояния закорачивающей перемычки и сигналов состояния снятия возбуждения, поступающих из платы EXDE, и передают их в плату ВВГКВ (EMIO). Питание для трех поступающих на входные контакты сигналов состояния, которые используют для текущего контроля контактора/автомата гашения поля и импульсного включения обмотки возбуждения, постоянным напряжением 70 В осуществляют посредством платы СПВБ (EXTB). Текущий контроль этих контактов осуществляют посредством схем на базе оптронов. В системах с резервированием, электропитание контактов постоянным напряжением 70 В обеспечивают посредством источников питания контролеров M1 и M2. Результирующие сигналы передают в плату ВВГКВ (EMIO).
Модуль источника питания возбудителя (МИПВ) (EPSM) осуществляет преобразование постоянного напряжения 125 В, поступающего из модуля распределения электропитания возбудителя (МРЭВ) (EPDM) в напряжения, необходимые для стойки для плат системы управления возбудителем. Например, модуль МИПВ (EPSM) имеет две основные части: импульсный понижающий стабилизатор, на вход которого поступает постоянное напряжение 125 В, и который подает электропитание на вход многоотводного переключаемого развязывающего трансформатора переключения; и часть, представляющая собой преобразователь, который осуществляет генерацию выходных постоянных напряжений +5 В, +15 В, -15 В, 24 В и 70 В. Объединительная плата источника питания возбудителя (ОПИПВ) (EPBP) представляет собой объединительную плату источника питания, используемую для установки и размещения устройств ввода и вывода для платы МИПВ (EPSM), а также в качестве места размещения модулей датчика замыкания обмотки возбуждения на землю.
Каждый из блоков управления M1, M2 и C может быть снабжен независимым модулем источника питания. В одной из конфигураций стойка, содержащая объединительную плату стойки (объединительная плата стойки для плат системы управления возбудителем, ОПУВ) (EBKP), обеспечивает закрепление плат управления, и в нее посредством МИПВ (EPSM) подают постоянные напряжения питания +5 В, ±15 В и +24 В. К модулям, которые являются внешними по отношению к ОПУВ (EBKP), электропитание может быть подано следующим образом: постоянное напряжение питания ±24 В для модуля снятия возбуждения, для модуля закорачивающей перемычки, для датчика замыкания на землю и для модуля напряжения/тока возбуждения платы обратной связи возбудителя по постоянному току, ОСВПТ (EDCF); и развязанное постоянное напряжение +70 В - на платы СПВБ (EXTB) и СПКВ (ECTB) для обеспечения "смачивания контактов".
МИПВ (EPSM) выполнен в виде платы, имеющей форм-фактор 6U VME. Подачу электропитания от платы источника питания в стойку для плат осуществляют через разъемы объединительной платы, что обеспечивает возможность подключения кабелей, необходимых для подачи электропитания в объединительную плату стойки для плат системы управления возбуждением (ОПУВ) (EBKP).
Теперь, со ссылкой на модуль распределения электропитания возбудителя (МРЭВ) (EPDM), электропитание для устройств управления может быть получено из источников постоянного напряжения 125 В и из одного или двух источников постоянного напряжения 115 В. Питание от источника переменного тока пропускают через внешний модуль преобразователя переменного тока в постоянный. Результирующее постоянное напряжение 125 В, получаемое на шине постоянного тока на плате МРЭВ (EPDM), связано через диоды с другими источниками постоянного тока. МРЭВ (EPDM) служит источником питания для модулей управления и для плат усилителей стробирующего импульса. Выходы МРЭВ (EPDM) защищены плавкими предохранителями, проходят через переключатели и снабжены индикаторами состояния, выполненными в виде светодиодов. Электропитание переменного тока для системы охлаждения моста поступает из автоматов гашения, содержащихся в возбудителе.
Плата усилителя стробирующего импульса (плата УСИВ (EGPA)) служит в качестве интерфейса для управления силовым мостом. Команды стробирования поступают в плату УСИВ (EGPA) из ПВВ (ESEL), и она осуществляет управление стробируемым отпиранием вплоть до шести кремниевых управляемых вентилей в силовом мосту. Она также служит в качестве интерфейса для обратной связи по проводимости тока и обеспечивает текущий контроль обдува моста воздухом и его температуры. Подачу питания в расположенный на плате преобразователь постоянного тока, который обеспечивает развязку по электропитанию для стробирования кремниевого управляемого вентиля во всем диапазоне входного напряжения питания, осуществляют из источника питания с номинальным постоянным напряжением 130 В. Светодиоды обеспечивают визуальную индикацию состояния отпирания на выходе, токов в мосту, источника питания, сетевого фильтра, скорости вращения охлаждающего вентилятора, температуры моста и наличия короткого замыкания или неисправности.
Плата обратной связи возбудителя по постоянному току (платы ОСВПТ (EDCF)) обеспечивает измерение тока возбуждения и напряжения возбуждения в мосту на кремниевых управляемых вентилях и служит в качестве интерфейса связи с платой ПСШПСВ (EISB), расположенной в пульте управления, по высокоскоростной волоконно-оптической линии связи. Плата ОСВПТ (EDCF) обеспечивает преобразование тока и напряжения возбуждения в две частоты, которые передают по волоконно-оптической линии связи со скоростью передачи данных 10 Мбод (мегабод). Волоконная оптика обеспечивает развязку по напряжению между этими двумя платами, а также высокую помехоустойчивость. Трансформаторная связь обеспечивает развязку источника питания, подающего постоянное напряжение питания 24 В для этой платы, вплоть до действующего значения напряжения, равного 1500 В. Схема обратной связи обмотки возбуждения по напряжению обеспечивает наличие семи установочных параметров устройства выбора для уменьшения напряжения на мосту в зависимости от рабочего напряжения моста.
Оконечная плата обратной связи возбудителя по переменному току (ОСВПРТ) (EACF) содержит, например, трансформаторы для однократного измерения трехфазного напряжения, и клеммы для двух индукционных соленоидов с воздушным сердечником. Выходные сигналы цепей напряжения и токовых цепей разветвляют на три разъема для кабелей, идущих к модулям M1, M2 и С. Сигналы, подаваемые на вход индукционных соленоидов с воздушным сердечником, подвергают операции подавления высокочастотным шумов вблизи точки ввода сигнала. Винты концевой заделки экрана кабеля, присоединенные к заземлению на массу, расположены в надлежащих местах на расстоянии не более трех дюймов от каждой совокупности винтов крепления входных жил кабелей.
В одной из конфигураций модуль снятия возбуждения с возбудителя (МСВВ) (EDEX) выполнен на основе свободно пропускающего диода и обеспечивает поддержку системы без инвертирования. В другой конфигурации модуль МСВВ (EDEX) имеет более высокие рабочие характеристики за счет наличия кремниевого управляемого вентиля и обеспечивает поддержку системы с инвертированием. Модуль МСВВ (EDEX), используемый в системах возбуждения высокой мощности, обычно обладает следующими отличительными признаками и возможностями. При отключении генератора электроэнергии происходит рассеяние энергии поля возбуждения генератора электроэнергии. В возбудителе системы 1200 управления эту функцию выполняет модуль снятия возбуждения и резистор гашения поля или катушка индуктивности (при ее наличии). Модуль снятия возбуждения состоит из тиристора (с размером шайбы 53 мм или 77 мм), закрепленного на большом блоке радиатора, с присоединенной к нему схемой демпфирующего устройства. Плата закреплена на радиаторе и выполняет функции датчика проводимости и функции управления запуском. Для обеспечения функции датчика проводимости плата содержит датчики на эффекте Холла. Эти датчики закреплены в воздушном зазоре круглого стального сердечника, прикрепленного к плате. Они регистрируют магнитное поле, созданное током гашения поля, протекающим через тиристор. Используют два независимых контура датчиков.
Плата МСВВ (EDEX) также имеет функцию управления запуском. Эта плата предназначена для запуска кремниевого управляемого вентиля в том случае, когда один из двух входных управляющих сигналов (М1 или M2) имеет логическое значение "истинный" или когда напряжение между анодом и катодом кремниевого управляемого вентиля превышает выбираемое значение. Питание двух расположенных на плате схем управления запуском осуществляют от различных блоков питания и в них используют различные датчики проводимости, что делает их взаимно независимыми. Посредством обратной связи от каждого датчика проводимости обеспечивают проверку того, что цепь гашения поля функционирует надлежащим образом. В том случае, если обе независимые схемы управления запуском вышли из строя и не могут обеспечить запуск, включение кремниевого управляемого вентиля осуществляют посредством схемы анодного запуска в случае превышения выбранного уровня напряжения между анодом и катодном.
Модуль снятия возбуждения, используемый при нормативной мощности возбуждения, аналогичен варианту для высокой мощности. Вместо кремниевого управляемого вентиля используют диод, подключенный между двумя выводами обмотки возбуждения. Диод проводит ток при каждом возникновении отрицательного напряжения на концах обмотки возбуждения. В обычном режиме работы силового моста в том случае, когда мост пытается инвертировать напряжение возбуждения, ток возбуждения свободно проходит через диод. При отключении или при обычной остановке, когда напряжение возбуждения инвертировано, ток возбуждения свободно проходит через диод. Функция датчика проводимости обеспечивает уведомление устройств управления о состоянии проводимости диода.
Теперь будет рассмотрен модуль регулирования мощности (на тиристорных кремниевых управляемых вентилях), который в одной из конфигураций содержит трехтактный двухполупериодный, инвертирующий мост на тиристорах (на кремниевых управляемых вентилях), используемый в качестве стандартного модуля силового преобразователя для цифровых возбудителей системы 1200 управления. Инвертирующий мост может создавать как положительное, так и отрицательное форсирование напряжения для обеспечения оптимального функционирования. Отрицательное форсирование обеспечивает высокое быстродействие для сброса нагрузки и снятия возбуждения. Если отрицательное форсирование не требуется в конкретном варианте применения системы, то могут быть реализованы программные изменения схем запуска для обеспечения его подавления. Отрицательное форсирование не может быть обеспечено в том случае, когда снятие возбуждения с обмотки возбуждения генератора электроэнергии осуществляют посредством модулей со свободно пропускающим диодом. Каждый выпрямительный мост содержит схемы защиты тиристоров, например, демпфирующие устройства, фильтры и плавкие предохранители.
Охлаждение узла преобразовательного моста на тиристорах обычно осуществляют за счет принудительной продувки воздухом, а в вариантах применения для более низких токов возможно использование способа охлаждения за счет конвекции. Для большинства областей применения используют резервные устройства охлаждения, при этом во время работы все они обычно находятся под напряжением. Текущий контроль температуры модуля силового преобразователя осуществляют посредством термореле. Посредством совокупности контактов аварийной сигнализации и отключения может быть обеспечено включение аварийной сигнализации при наличии высокой температуры, и отключение при еще более высокой температуре. В плечах переменного тока, питающих кремниевые управляемые вентили, расположены дроссели. Демпфирующие устройства представляют собой резистивно-емкостные цепи, расположенные между анодом и катодом каждого кремниевого управляемого вентиля. Демпфирующие устройства в каждом элементе моста, междуфазные фильтры и дроссели фазы в совокупности выполняют следующие функции, обеспечивающие надлежащее функционирование кремниевых управляемых вентилей: ограничение скорости изменения тока через кремниевые управляемые вентили и обеспечение "сброса" тока в качестве вспомогательного средства для обеспечения проводимости при пуске, а также ограничение скорости изменения напряжения на концах каждого элемента моста и ограничение обратного напряжения, возникающего на концах элемента моста при коммутации элементов моста. Схема датчика проводимости, реализованная программным способом, осуществляет текущий контроль каждого моста на кремниевых управляемых вентилях для обнаружения перегоревших плавких предохранителей, пропусков стробирующих импульсов или разомкнутых/короткозамкнутых кремниевых управляемых вентилей.
В большинстве вариантов применения подключение возбудителя к выводам обмотки возбуждения генератора электроэнергии осуществляют посредством контактора постоянного тока, размыкающего обмотку возбуждения, который расположен на положительном выводе постоянного тока выпрямительного моста тока возбуждения. Контактор постоянного тока и модуль МСВВ (EDEX) (на кремниевом управляемом вентиле или на диоде) в совокупности выполняют функцию внутреннего автомата гашения поля, имеющуюся в предшествующих системах возбуждения, используемых для удаления энергии, накопленной в обмотке возбуждения генератора электроэнергии, при остановке или отключении. Часто предусматривают наличие двух контакторов постоянного тока, размыкающих как положительный, так и отрицательный выводы обмотки возбуждения.
В некоторых вариантах применения используют внешний автомат гашения поля возбудителя. Автоматы гашения поля постоянного тока обеспечивают размыкание выхода возбудителя и используют закорачивающий контакт для снятия возбуждения с генератора электроэнергии через разрядное сопротивление, удаляя энергию, запасенную в обмотке возбуждения генератора электроэнергии при его остановке. В некоторых автоматах гашения поля постоянного тока вместо закорачивающего контактора может быть использовано статическое устройство снятия возбуждения, которое функционирует аналогично совокупности контактора постоянного тока и модуля статического снятия возбуждения.
Что касается развязки по переменному току, то системы от малой до средней мощности могут быть снабжены внутренним или внешним ручным коммутатором, обеспечивающим размыкание по переменному току. Этот коммутатор служит в качестве устройства, обеспечивающего отключение вторичной обмотки силового трансформатора напряжения от силового моста в статическом возбудителе. В большинстве случаев он выполнен в виде смонтированного на щите неавтоматического трехфазного коммутатора в литом корпусе, управление которым осуществляют вручную. Этот коммутатор позволяет потребителю включать и выключать подачу питания переменного тока. Для систем большей мощности может оказаться предпочтительным вариант исполнения с внешним автоматом отключения переменного тока. Этот коммутатор служит в качестве устройства, обеспечивающего отключение вторичной обмотки силового трансформатора напряжения от статического возбудителя. Он может быть выполнен в виде коммутатора в литом корпусе или в виде вакуумного выключателя с дистанционным управлением. Этот коммутатор позволяет потребителю включать и выключать подачу питания переменного тока.
Для ограничения напряжения на валу относительно земли (возникающего, например, вследствие коммутации тиристоров) до величины, меньшей чем 5-7 В от нуля до максимума, может быть использован ограничитель напряжения на валу. Если не обеспечено эффективное управление напряжением на валу, то оно может привести к повреждению шеек вала и подшипников. Системы возбуждения, в которых постоянное напряжение получают из переменного напряжения посредством процесса выпрямления с использованием полупроводников, создают пульсации и выбросы напряжения в выходном сигнале возбудителя. Вследствие малого времени нарастания и спада, эти напряжения приводят к возникновению емкостной связи обмотки возбуждения с корпусом ротора. В результате этого на валу возникает напряжение относительно земли. Ограничитель напряжения на валу представляет собой фильтр, который пропускает высокочастотные составляющие напряжения на землю. В большинстве вариантов исполнения, предназначенных для использования в системах большой мощности, его поставляют в незакрепленном виде (для того чтобы его можно было закрепить на коллекторе генератора электроэнергии). В вариантах исполнения, предназначенных для использования в системах меньшей мощности, ограничитель напряжения на валу выполнен в виде части цепи главного возбудителя.
Применение модуля закорачивающей перемычки особенно целесообразно в вариантах исполнения, предназначенных для гидрогенераторов (для генераторов электроэнергии с явно выраженными полюсами), и в некоторых вариантах исполнения, предназначенных для паровых или газовых генераторов электроэнергии (для генераторов электроэнергии с фазным ротором). При наличии проскальзывания полюсов (то есть, когда генератор электроэнергии выходит из синхронизма с энергосистемой), статор генератора электроэнергии может наводить высокое напряжение в обмотке возбуждения генератора электроэнергии за счет обратной индукции. Это высокое напряжение может вызвать повреждения в системе возбуждения и/или в обмотке возбуждения генератора электроэнергии в том случае, если наведенное напряжение превышает тот уровень, при котором оно вызывает разрушения. Закорачивающая перемычка надежно ограничивает наведенное напряжение таким образом, чтобы его величина была ниже того уровня, при котором оно вызывает разрушения в системе возбуждения и в обмотке возбуждения генератора электроэнергии.
В одном из вариантов компоновки аппаратными средствами, используемыми для реализации функции закорачивающей перемычки, являются модуль МСВВ (EDEX) с измененным направлением включения тиристоров. Нагрузкой для закорачивающей перемычки должен служить резистор, но может быть осуществлено совместное использование этого резистора и для функции снятия возбуждения. Функциональное назначение закорачивающей перемычки, тиристора с демпфирующим устройством и датчика проводимости является тем же самым, что и в модуле снятия возбуждения. Тиристор закорачивающей перемычки включают тогда, когда напряжение между анодом и катодом кремниевого управляемого вентиля превышает определенное значение. Когда закорачивающая перемычка является проводящей, возникает канал для протекания обратного тока, наведенного вследствие проскальзывания полюсов, посредством чего обеспечивают ограничение обратного напряжения на обмотке возбуждения генератора электроэнергии и на выходе возбудителя.
Во время цикла запуска модуль импульсного включения обмотки возбуждения обеспечивает подачу, приблизительно, от 15% до 20% от величины тока возбуждения без нагрузки ("ТВБН") ("AFNL") на обмотку возбуждения генератора электроэнергии. Стандартным способом импульсного включения является импульсное включение обмотки возбуждения от источника постоянного тока, однако, также возможно использование модуля импульсного включения обмотки возбуждения от источника переменного тока. Питание модуля импульсного включения обмотки возбуждения от источника постоянного тока может быть обеспечено от аккумуляторной батареи электростанции с постоянным напряжением либо 125 В, либо 250 В, а максимальный номинальный ток составляет 350 А в течение 15 с. Устройство управление импульсным включением обмотки возбуждения от источника переменного тока почти идентично устройству импульсного включения обмотки возбуждения от источника постоянного тока. Однако в устройстве управление импульсным включением обмотки возбуждения от источника переменного тока осуществляют выпрямление переменного напряжения посредством диодного моста и его фильтрацию. Диодный мост также служит в качестве схемы со свободно пропускающими диодами. На вход этого щита панели поступает однофазное переменное напряжение 460 В, которое затем посредством трансформатора понижают до переменного напряжения 27 В. Щит рассчитан на протекание через него максимального постоянного тока величиной 350 А в течение 15 с.
Более подробное описание датчика замыкания обмотки возбуждения на землю (платы МДЗЗВ (EGDM)) было приведено выше. В примере варианта осуществления, приведенном на Фиг.12, система возбудителя снабжена платой МДЗЗВ (EGDM), посредством которой обеспечивают регистрацию сопротивления утечки поля возбуждения в любой точке цепи возбуждения, начиная от вторичных обмоток переменного тока входного трансформатора через систему возбуждения и заканчивая обмоткой возбуждения генератора электроэнергии, на которую подают постоянный ток. Активная система обнаружения обеспечивает приложение низкого напряжения относительно земли и осуществляет текущий контроль тока, протекающего через заземляющий резистор с высоким полным сопротивлением. При наличии резисторов, ограничивающих максимальное обратное напряжение, обнаружение замыкания на землю может быть осуществлено в любом месте системы даже тогда, когда возбудитель не работает (при стробировании кремниевых управляемых вентилей). Без резисторов, ограничивающих максимальное обратное напряжение, обнаружение замыкания на землю с той стороны, силовых мостов, которая соответствует переменному току, может быть осуществлено только при работе системы.
Как описано выше, датчик замыкания обмотки возбуждения на землю из настоящего изобретения обеспечивает, помимо прочего, следующие преимущества: наличие постоянной чувствительности к замыканию на землю вне зависимости от значений рабочего напряжения на обмотке возбуждения генератора электроэнергии; наличие постоянной чувствительности к замыканию на землю вне зависимости от места возникновения замыкания на землю в цепи возбуждения генератора электроэнергии; и возможность определения местоположения замыкания на землю в цепи возбуждения. Значение напряжения на датчике замыкания на землю может быть передано по волоконно-оптической линии связи в плату ПСШПСВ (EISB) для обеспечения текущего контроля.
Теперь будет рассмотрен вопрос резервирования (силовой мост - "горячее" резервирование). Статические возбудители малой и средней мощности часто желательно выполнять таким образом, чтобы было обеспечено резервирование силовых мостов, а полная мощность, потребляемая обмоткой возбуждения генератора электроэнергии, может быть обеспечена посредством одного модуля силового преобразователя, при этом система 1200 управления фирмы "Дженерал Электрик" обеспечивает возможность "горячего резервирования". Для реализации этой возможности "горячего резервирования" используют резервные устройства управления (контроллеры М1, и M2 в совокупности с контроллером C) с двумя двухполупериодными выпрямительными мостами на кремниевых управляемых вентилях, которые совместно используют общие входные цепи переменного тока и выходные цепи постоянного тока.
В активный силовой мост поступают команды стробирования из активного устройства управления (M1 или M2), и он обеспечивает выработку напряжения и тока полного возбуждения, которые необходимы для обмотки возбуждения генератора электроэнергии, при этом работа схемы стробирования резервного силового моста запрещена. Оператор может осуществлять полное управление выбором того, какой из резервных силовых мостов является активным или неактивным. Обеспечена возможность реверсивного плавного переключения между активным и неактивным мостами. Сложные схемы текущего контроля и защиты обеспечивают обнаружение неисправностей активного силового моста или его неправильной работы, задержку переключения (при необходимости обесточивания и замены плавких предохранителей в плечах моста на кремниевых управляемых вентилях) и включение неактивного силового моста без вмешательства оператора. Конфигурация с "горячим резервированием" представляет собой рентабельный способ получения (N+1)-го резервного моста при N=1.
Теперь будет рассмотрено резервирование только устройств управления. При необходимости обеспечения резервирования только устройств управление система 1200 управления может быть снабжена двумя контроллерами (M1 и M2) и контроллером C с симплексным выпрямительным мостом. Для обеспечения резервирования устройств управления контроллер M1 используют в качестве основного устройства управления, а контроллер M2 используют в качестве резервного по отношению к основному контроллеру, при этом контроллер C обеспечивает выполнение функций защиты и переключения между основным и резервным контроллерами. Для подключения функции аппаратной отказоустойчивости (SIFT) и программных функций и их распределения между независимыми главными контроллерами и контроллером C эти три контроллера используют высокоскоростную шину промышленного стандарта ISbus. Конфигурация с резервированием контроллеров представляет собой рентабельный способ истинного резервирования устройств управления, поскольку она обеспечивает наличие совокупности резервных устройств управления, в том числе, как автоматических, так и ручных регуляторов напряжения, резервных источников питания для устройств управления и резервного программного обеспечения системы.
Теперь будет рассмотрена предоставленная возможность осуществления дистанционного ввода-вывода данных. Может быть обеспечена связь системы 1200 управления или ее подключение к другим устройствам сбора данных и к другой контрольно-измерительной аппаратуре (к системе диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), к системе высокочастотной связи по линиям электропередачи (PLC) и т.д.), например, к подсистеме ввода-вывода данных "ВерсаМакс" (VersaMax™) фирмы "Дженерал Электрик", которая может быть сопряжена с системой 1200 управления, например, через главные контроллеры (М1 и M2) с использованием высокоскоростного интерфейса сети стандарта Ethernet.
Теперь будут рассмотрены возможности использования пульта оператора (удаленного/локального). Интерфейс оператора, в состав которого входят, например, клавиатура, пульт, система распознавания речи и т.д., может представлять собой, например, встроенную систему на основе персонального компьютера с жидкокристаллическим дисплеем, которая обеспечивает поддержку устройств отображение графической и алфавитно-цифровой информации посредством интерфейса сенсорного экрана. Система управления обеспечивает поддержку такой конфигурации. Для обеспечения сопряжения с аппаратными и программными средствами устройства управления возбудителем обеспечением может быть использована программа "ТулБокс" ("ToolBox"). Может быть обеспечена поддержка множества устройств отображения, посредством которых осуществляют динамическое отображение данных, аварийных сигналов, состояния, результатов диагностики и т.д. Может быть обеспечена поддержка как варианта с удаленным доступом (например, посредством пульта управления оператора), так и варианта с локальным доступом (например, посредством устройств, расположенных на двери возбудителя).
Теперь будет рассмотрен диагностический интерфейс (например, клавиатура). В качестве локального интерфейса оператора может служить кнопочная панель, которая может быть закреплена на дверце корпуса системы управления возбудителем. Посредством кнопочной панели могут быть выданы команды запуска/остановки, команды переключения регулятора и команды выбора регулятора. Кнопочная панель также содержит устройства индикации, показывающие режим работы системы, например, мощность генератора электроэнергии в мегаваттах (МВт) и в мегавольт-амперах (MVARS), ток и напряжение возбуждения и баланс регулятора. Отображение системной информации для обслуживающего персонала осуществляют посредством диагностических устройств отображения, например, посредством устройств отображения предыстории аварийных сигналов, устройств отображения установочных параметров, устройств отображения прикладных данных и устройств отображения, а также посредством устройств отображения, которыми снабжены интерфейсы ввода-вывода данных.
Функциональные возможности, обеспечиваемые системой 1200 управления и периферийным оборудованием, могут быть реализованы посредством совокупности аппаратных и программных средств. Оборудование возбудителя, например, датчики, реле, приводы, контроллеры и т.д., может быть объединено в рамках общей системы и может обеспечивать подачу данных в систему в аналоговом или в цифровом виде, либо может быть реализовано управление им, например, посредством аналоговых или цифровых выходных сигналов, поступающих из системы управления или из вспомогательного оборудования.
Одной из важных функций системы возбуждения является система преобразования, которую часто реализуют, в основном, программным способом. Источниками управляющих сигналов, необходимых для автоматического регулятора (напряжения на зажимах генератора электроэнергии), для большинства ограничителей и для обеспечения функции защиты являются трансформатор напряжения ТН (PT) и трансформатор тока ТТ (CT) генератора электроэнергии. В одном из способов преобразователь может быть выполнен таким образом, что, в отличие от более традиционных преобразователей генератора электроэнергии, одновременно осуществляет дискретизацию формы сигнала переменного тока с высокой скоростью и генерацию необходимых переменных в цифровом виде посредством математических алгоритмов, используемых в программном обеспечении. Например, данными, которые получают на выходе системы преобразователя, реализованного программным способом, могут являться следующие: напряжение генератора электроэнергии - среднее выходное напряжение генератора электроэнергии; активная составляющая тока генератора электроэнергии - средний ток на выходе генератора электроэнергии, совпадающий по фазе с активной мощностью в ваттах; реактивная составляющая тока генератора электроэнергии - средний ток на выходе генератора электроэнергии, совпадающий по фазе с реактивной (мнимой) мощностью (в реактивных вольт-амперах, вар); частота генератора электроэнергии - текущая рабочая частота генератора электроэнергии; проскальзывание - сигнал, отображающий изменение скорости вращения ротора. В системе преобразователя, реализованного программным способом, вышеуказанные параметры могут быть использованы для вычисления следующих характеристик: мощности генератора электроэнергии и реактивной мощности в реактивных вольт-амперах, величину электрической индукции генератора электроэнергии (В/Гц), угол сдвига фаз и коэффициент мощности.
Блок опорного сигнала автоматического регулятора (ОПОРН АВТО) (AUTO REF) обеспечивает генерацию автоматически регулируемого (АР) (AC) изменяемого установочного параметра для автоматического регулятора напряжения (АРН) (AVR). Поступление команд оператора (подаваемых на вход сигналов повышения и понижения уровня) обеспечивают путем непосредственного ввода команд, либо по каналу передачи данных из операторской станции типа HM1, либо из распределенной системы управления (РСУ) (DCS) электростанцией или из удаленной системы распределения нагрузки в энергосистеме. Этот блок может быть выполнен таким образом, что имеет верхние и нижние предельные значения, заранее заданные настройки, и заданные значения времени линейного нарастания/спада сигнала.
Блок опорного сигнала ручного регулятора (ОПОРН РУЧН) (MANUAL REF) обеспечивает генерацию регулируемого вручную изменяемого установочного параметра для ручного регулятора напряжения (РРН) (MVR). Поступление команд оператора (подаваемых на вход сигналов повышения и понижения уровня) обеспечивают путем непосредственного ввода команд, либо по каналу передачи данных из операторской станции типа HM1, либо из распределенной системы управления (РСУ) (DCS) электростанцией или из удаленной системы распределения нагрузки в энергосистеме. Этот блок может быть выполнен таким образом, что имеет верхние и нижние предельные значения, заранее заданные настройки, и заданные значения времени линейного нарастания/спада сигнала.
Кроме того, может быть обеспечена функция отслеживания (слежения) автоматического и ручного опорного сигнала. Функции, реализованные программным способом, обеспечивают настройку выходного сигнала неактивного регулятора таким образом, чтобы посредством него можно было автоматически отслеживать работу активного регулятора. То есть, в том случае, когда управление генератором электроэнергии осуществляют посредством автоматического регулятора, отслеживание выполняет ручной регулятор, а в том случае, когда управление генератором электроэнергии осуществляют посредством ручного регулятора, отслеживание выполняет автоматический регулятор. Это обеспечивает плавный переход при переключении с одного регулятора на другой.
Блок установочных параметров АРН возбудителя (УАРНВ) (EXASP) объединяет в себе несколько функций, обеспечивающих создание опорного сигнала, подаваемого на вход автоматического регулятора напряжения, и переменной, обеспечивающей отслеживание работы регулятора. Опорный сигнал, получаемый на выходе этого блока, представляет собой, например, совокупность следующих сигналов: стабилизирующего сигнала, поступающего из блока стабилизатора энергосистемы (СЭС) (PSS); выходной сигнал из блока опорного сигнала автоматического регулятора напряжения АРН ОПОРН (AVR REF); сигнал ограничителя из блока ограничителя недовозбуждения ОНВ (UEL); выходной сигнал из блока компенсации реактивной составляющей тока/активной компенсации реактивной составляющей тока КРТ/АКРТ (RCC/ARCC); совокупность частоты и напряжения генератора электроэнергии для генерации сигнала ограничителя отношения "вольты на герц" (В/Гц); внешний испытательный сигнал для обеспечения введения белого шума и сигналов пошаговой проверки.
Ограничитель недовозбуждения ОНВ (UEL) представляет собой вспомогательное устройство управления, ограничивающий потребление недовозбужденной реактивной составляющей тока или мощности автоматическим регулятором напряжения. ОНВ (UEL) предотвращает снижение возбуждения поля генератора электроэнергии до уровня, при котором превышен предел устойчивости при малом уровне сигнала (в стационарном режиме) или предел разогрева торцевой области сердечника статора. Рабочие параметры задают путем указания области срабатывания ограничителя на кривой производительности генератора электроэнергии.
Функция компенсации реактивной составляющей тока (КРТ/АКРТ) (RCC/ARCC) обеспечивает возможность разделения реактивной составляющей тока между параллельно соединенными электрическими машинами в режиме компенсации реактивной составляющей тока (КРТ - спад). В режиме активной компенсации реактивной составляющей тока (АКРТ - падение напряжения в линии) эта функция позволяет реализовать "падение напряжения в линии" для обеспечения регулировки в некоторой точке, удаленной от выводов генератора электроэнергии.
Функция ограничителя отношения "вольты на герц" (В/Гц Огр) действует таким образом, что обеспечивает уменьшение недопустимого отношения "вольты на герц" до максимально допустимой мощности при непрерывной работе генератора электроэнергии. Для обеспечения этой функции используют два входа от программного преобразователя, среднее значение напряжения генератора электроэнергии и частоту генератора электроэнергии, и осуществляют настройку конфигурации его отношения В/Гц. Полагают, что генератор электроэнергии работает удовлетворительно в пределах ±5% от номинального напряжения на его зажимах на номинальной частоте.
Функция автоматической регулировки напряжения (АРН (AVR)), АРН (AVR) состоит в поддержании постоянного напряжения на зажимах генератора электроэнергии при изменениях нагрузки и режима работы. Значение ошибки (среднее значение напряжения генератора электроэнергии за вычетом составного опорного сигнала с выхода блока УАРНВ (EXASP)) подают на вход изодромного (пропорционально-интегрального, ПИ) регулятора с намоточной защитой интегратора. В большинстве вариантов применения управление генератором команд запуска, который обеспечивает управление стробированием кремниевых управляемых вентилей силового моста при включенном АРН, осуществляют напрямую посредством управляющего сигнала, полученного с выхода АРН. В некоторых вариантах применения, в которых необходим регулятор внутреннего контура, например, в возбудителях со смешанным возбуждением (с источниками напряжения и тока) и в некоторых возбудителях с высоким предельным возбуждением, управляющий сигнал, полученный с выхода АРН (AVR), используют в качестве установочного параметра, который подают на вход ручного регулятора.
Стабилизатор энергосистемы, СЭС (PSS), создает дополнительный сигнал, который подают на вход автоматического регулятора для улучшения динамических характеристик энергосистемы. В СЭС может быть использовано множество различных количественных параметров, например скорость вала, частота, электрическая мощность синхронной машины, ускоряющая мощность или какая-либо совокупность этих сигналов. СЭС, предложенный в системе 1200 управления, представляет собой систему со многими входами, в которой для получения сигнала, пропорционального скорости вращения ротора, используют совокупность значений электрической мощности синхронной машины и внутренней частоты (которая приблизительно характеризует ротор). Это следует из интеграла ускоряющей мощности, но при очень сильном ослаблении сигналов, характеризующих кручение вала.
Функцию ограничения тока статора, ОТС (SCL), используют в тех случаях, когда ток статора генератора электроэнергии превышает номинальное значение. При возникновении такой ситуации режим управления возбудителем изменяют и вместо управления посредством АРН (AVR) осуществляют управление реактивной мощностью в реактивных вольт-амперах, РВА (VAR), с заранее установленными параметрами, обеспечивающими минимальное значение тока статора. После того, как ток статора станет меньшим, чем его номинальное значение, управление возбудителем возвращают в режим управления посредством АРН.
Функция ручного регулятора (регулятора напряжения возбуждения, РНВ (FVR), или регулятора тока возбуждения, РТВ (FCR)), которую выполняет ручной регулятор, состоит в регулировке напряжения или тока возбуждения генератора электроэнергии, обеспечивая тем самым возможность изменения выходного напряжения генератора электроэнергии в зависимости от интенсивности потока в обмотке возбуждения, скорости генератора электроэнергии и нагрузки на нем. В ручном регуляторе, как и в АРН (AVR), используют пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор с намоточной защитой интегратора, а посредством полученного на его выходе управляющего сигнала осуществляют непосредственное управление генератором команд запуска, который обеспечивает управление стробированием кремниевых управляемых вентилей силового моста, когда это разрешено. Он имеет два входа: вход для установочного параметра или опорного сигнала, подаваемого в ручной регулятор, и вход для сигнала обратной связи из обмотки возбуждения генератора электроэнергии.
В большинстве вариантов применения подачу установочного параметра или опорного сигнала, поступающего на вход ручного регулятора, осуществляют только из блока ОПОРН РУЧН (MANUAL REF), и посредством них осуществляют управление силовым мостом только в случае их выбора оператором или после переключения управления. В вариантах применения, в которых необходимо использование регулятора внутреннего контура совместно с АРН (AVR), в тех случаях, когда управление генератором электроэнергии осуществляют посредством АРН, подачу установочного параметра на вход регулятора производят с управляющего выхода АРН.
Сигнал обратной связи из генератора электроэнергии указывает тип ручного регулятора. Регулятор напряжения возбуждения, РНВ (FVR), представляет собой обычный ручной регулятор, которым снабжено большинство вариантов исполнения для различных областей применения, и в нем в качестве входного сигнала обратной связи используют напряжение возбуждения генератора электроэнергии. РНВ обеспечивает возможность изменения величины тока в зависимости от сопротивления обмотки возбуждения. Регулятор тока возбуждения, РТВ (FCR) представляет собой особый вариант применения ручного регулятора, и в нем в качестве входного сигнала обратной связи используют ток возбуждения генератора электроэнергии. Несмотря на то, что он действительно обеспечивает регулировку постоянного тока возбуждения при изменении температуры обмотки возбуждения, фирма "Дженерал Электрик" не выбрала РТВ в качестве своего стандартного ручного регулятора потому, что он не обеспечивает независимость сигнала от ограничителя перевозбуждения.
Функция ограничителя перевозбуждения, ОПВ (OEL), является защита обмотки возбуждения генератора электроэнергии от повреждения в результате возникновения ситуаций, требующих недопустимо больших токов возбуждения. Эти большие токи, протекающие в течение длительного времени, могут вызвать перегрев обмотки возбуждения, что приводит к ее повреждению. Обмотки возбуждения генератора электроэнергии могут быть выполнены в соответствии со стандартом C50.13 Американского национального института стандартизации (ANSI), который определяет перенапряжение как функцию времени его воздействия, на которое рассчитана обмотка возбуждения. В этом стандарте для описания перегрева обмотки возбуждения в зависимости от времени и тока используют соответствующие графики. ОПВ может быть выполнен таким образом, что приблизительно соответствует графику зависимости напряжения возбуждения от времени.
ОПВ (OEL) взаимодействует непосредственно с генератором команд запуска силового моста, поэтому он может предохранять обмотку возбуждения генератора электроэнергии от повреждений как в автоматическом, так и в ручном режиме регулятора. Эту функцию не активируют в обычном режиме работы. Это обеспечивает возможность для возбудителя реагировать на любой случай возникновения короткого замыкания генератора электроэнергии без ограничения тока в течение промежутка времени, составляющего, приблизительно одну секунду. После этого включают двухкаскадный ограничитель тока. Первый каскад обычно обеспечивает ограничение тока по его наибольшему значению. Производят интегрирование тепловой нагрузки на обмотке возбуждения с использованием известной постоянной времени разогрева обмотки возбуждения до тех пор, пока не будет достигнуто предельное значение для обмотки возбуждения. В этот момент времени ограничитель тока переводят на нижнее предельное значение. По окончании этого события интегратор снимает нагрузку, исходя из постоянной времени охлаждения обмотки возбуждения, которая является более медленной, чем постоянная времени нагрева.
Выбор предельных значений тока осуществляют исходя из режима работы генератора электроэнергии. В том случае, когда генератор электроэнергии работает в автономном режиме, используют предельные значения для автономного режима, а когда генератор электроэнергии подключен к сети, используют предельные значения для режима подключения к сети.
Функция компенсации ограничителя за счет давления водорода/температуры обеспечивает компенсацию параметров конфигурации основных ограничителей генератора электроэнергии и функций защиты за счет охлаждения генератора электроэнергии. Назначение этой функции состоит в обеспечении соответствия воздействия ограничителя надлежащим кривым производительности генератора электроэнергии. Для генераторов электроэнергии с водородным охлаждением корректируемым параметром является внутреннее давление водорода, а для генераторов электроэнергии с воздушным охлаждением этим параметром является температура воздуха. В любом их этих случаев в возбудителе для фиксации этого параметра используют входной ток 4-20 мА. Тремя ограничителями, на которые воздействует функция компенсации ограничителя за счет давления водорода/температуры, являются следующие: ограничитель недовозбуждения (ОНВ (UEL)), ограничитель перевозбуждения (ОПВ (OEL)) и ограничитель тока статора.
Настройку конфигурации компенсации осуществляют путем ввода параметров трех кривых производительности генератора электроэнергии. Программное обеспечение системы управления возбудителем экстраполирует эти данные на бесконечное количество кривых, необходимых для преобразования текущего режима работы генератора электроэнергии в надлежащие параметры конфигурации ограничителя.
Функция ручного сдерживающего ограничителя обеспечивает ограничение работы возбудителя в недовозбужденном режиме в том случае, когда произведен выбор ручного регулятора (РНВ (FVR) или РТВ (FCR)). Она также обеспечивает запрет процедуры отслеживания автоматического регулятора посредством ручного регулятора в том случае, когда устройство работает при более низком напряжении возбуждения, чем то, которое затребовано ручным сдерживающим ограничителем, но все еще находится в режиме АРН (AVR).
Функцию управления управление реактивной мощностью в реактивных вольт-амперах/коэффициентом мощности, РВА/КМ (VAR/PF), обеспечивают посредством медленного линейного изменения установочного параметра опорного сигнала АРН (AVR). Выбор функции РВА/КМ осуществляют посредством команды оператора, а управление значением рва/км (var/pf) осуществляют с использованием, например, нажимных кнопок повышения/понижения.
В состав программного обеспечения системы возбуждения может входить имитатор генератора электроэнергии, ИМИТ ГЕН (GEN SIM), предназначенный для генерации подробной его модели. Конфигурация этого модуля может быть настроена таким образом, чтобы обеспечить близкое соответствие режиму работы реального генератора электроэнергии, этот модуль может быть использован для обучения оператора и может обеспечивать проверку регуляторов, ограничителей и функций защиты, не будучи подключенным к генератору электроэнергии.
Интерфейс магистральной шины передачи данных из устройства (МШДУ) (UDH) обеспечивает соединение возбудителя с системой управления генератором электроэнергии, например с системой управления турбиной, которая представляет собой, например, совокупность следующих устройств: системы "Спидтроник" (Speedtronic™) фирмы "Дженерал Электрик", интерфейс взаимодействия пользователя с машиной (ИПМ) (HMI) или сервер просмотра данных (Viewer!Data Server) типа HM1, и устройства управления типа "Фанук" (Fanuc) фирмы "Дженерал Электрик" на основе программируемого логического контроллера ПЛК (PLC). МШДУ (UDH) функционирует на основе протокола передачи глобальных данных в сети стандарта Ethernet (EGD). МШДУ (UDH) обеспечивает создание "цифрового окна" в возбудитель, посредством которого может быть реализован текущий контроль и управление всеми надлежащими переменными. Этот канал также обеспечивает поддержку интерфейса связи с инструментальными средствами настройки конфигурации и технического обслуживания возбудителя в виде программы "ТулБокс" (ToolBox) фирмы "Дженерал Электрик", входящей в состав системы управления.
Кроме того, возбудитель может обеспечивать поддержку вспомогательного канала передачи данных в удаленный терминал (RTU) по шине типа ModBus, обеспечивающего взаимодействие с распределенными системами управления (РСУ) потребителей. Этот канал связи может быть реализован на основе стандартного интерфейса последовательной передачи данных типа RS-232 или же в нем может быть использована поддержка передачи данных по протоколу управления передачей/протоколу сети Интернет (TCP/IP) через аппаратные средства сети стандарта Ethernet в варианте 10baseT. Может быть обеспечена поддержка передачи как команд, так и данных.
Функция защиты (24G) ограничителя отношения "вольты на герц" служит в качестве средства резервирования ограничителя отношения "вольты на герц" и может быть реализована как при наличии контроллера (защиты) C, так и без него. Схема защиты состоит из двух уровней защиты отношения "вольты на герц": один уровень устанавливают равным 1,10 на киловатт-час для отношения "вольты на герц" на период действия обратного напряжения, а другой уровень устанавливают равным 1,18 на киловатт-час в течение промежутка времени, равного 2-м секундам. Как установочные параметры отключения, так и установочные параметры времени могут быть регулируемыми.
Функция защиты от перевозбуждения (ЗПВ) (OET) служит в качестве средства резервирования ограничителя возбуждения и может быть приобретена отдельно от модуля защиты. При возникновении такого перевозбуждения, которое не может быть скорректировано посредством ограничителя, создают сигнал отключения. Эта функция обеспечивает приблизительное соответствие графику зависимости напряжения возбуждения от времени, приведенному в стандарте C50.13 Американского национального института стандартизации (ANSI).
Функция отключения (59G) генератора электроэнергии при перенапряжении обеспечивает текущий контроль напряжения на якоре генератора электроэнергии и подает сигнал отключения после обнаружения недопустимо высокого напряжение.
Функция обнаружения неисправности плавких предохранителей трансформатора напряжения, ОНПТН (PTFD), обеспечивает обнаружение отсутствия напряжения обратной связи трансформатора напряжения, ТН (PT), поступающего на регулятор напряжения. В случае отсутствия измеряемого напряжения или в том случае, если оно является однофазным, управление передают на ручной регулятор и обеспечивают вывод аварийного сигнала. Если питание силового трансформатора напряжения, СТН (PPT), осуществляют от вспомогательной шины, а не от выводов генератора электроэнергии, то в этом случае для обеспечения независимого контроля напряжения на выводах генератора электроэнергии должна быть подана вторая совокупность сигналов из ТН (PT).
Функция переключения на ручной регулятор при отсутствии напряжения на ТН (PT) обеспечивает обнаружение отсутствия напряжения обратной связи ТН (PT), поступающего на регулятор напряжения переменного тока. В случае отсутствия измеряемого напряжения регулятор принудительно увеличивает свой выходной сигнал до максимального значения и удерживает его в течение 0,5 с, а затем переключается в режим ручного управления. Эта функция заметно отличается от функции ОНПТН (PTFD), при которой не происходит принудительное увеличение выходного сигнала регулятора до максимального значения перед переключением.
Функция защиты от отключения возбуждения (40) обеспечивает обнаружение отсутствия возбуждения в синхронных электрических машинах. Эту функция представляет собой реле полного сопротивления и реализована программным способом. Эта функция может быть использована для обеспечения соответствия рекомендованным установочным параметрам и может содержать реле с различными характеристиками. Функция реализована в виде программного кода и может содержать уставку смещения и две уставки диаметра. Уставка смещения может быть равна, например, половине переходного реактивного сопротивления (X'd/2) электрической машины; меньшая уставка диаметра равна 1,0 на киловатт-час, выработанной электрической машиной, а большая уставка диаметра равна синхронному реактивному сопротивлению электрической машины (Xd). Меньшее заданное значение диаметра не имеет задержки, а большая уставка диаметра имеет регулируемую задержку.
Каждая из двух характеристик реле имеет независимую Регулировку (смещение - диаметр - временная задержка) и может быть использована для включения сигнала отключения, ОТКЛ (TRIP). За счет использования двух характеристик реле может быть отражена заинтересованность в надлежащем функционировании регулятора напряжения при его работе "ниже предельного значения недовозбуждения". В регуляторе при попытке сохранения предельного значения может произойти недорегулирование, что приводит к мгновенному воздействию кажущегося полного сопротивления на характеристику реле. При использовании только одной характеристики реле (малый диаметр) в результате любого недорегулирования регулятора может произойти нежелательное его срабатывание. Использование большей уставки диаметра с временной задержкой помогает избежать этой проблемы, возникающей при недорегулировании.
Функция разбаланса фазы возбудителя, РФВ (EUT), обеспечивает текущий контроль напряжения вторичной обмотки входного трехфазного силового трансформатора напряжения. При наличии состояния разбаланса фазы напряжения осуществляют генерацию аварийного сигнала и после временной задержки выводят сигнал отключения.
Функция защиты от перевозбуждения в автономном режиме, ЗПВА (OLOT), служит для резервирования ограничителя перевозбуждения при работе генератора электроэнергии в автономном режиме. Если ток возбуждения генератора электроэнергии превышает 120% от тока возбуждения без нагрузки при его работе в автономном режиме как в режиме автоматического регулирования, так и в режиме ручного регулирования, а ограничитель не может исправить состояние перевозбуждения, эта функция обеспечивает генерацию сигнала отключения после временной задержки.
Функция вычисления температуры обмотки возбуждения генератора электроэнергии обеспечивает измерение сопротивления путем деления напряжения возбуждения на ток возбуждения. Исходя из известного сопротивления обмотки возбуждения при температуре 25°C и линейной зависимости изменения сопротивления меди от температуры, алгоритм обеспечивает вычисление рабочей температуры. В состав устройства также входит контакт вывода аварийного сигнала перегрева с регулируемой температурой его срабатывания.
Несмотря на то, что вариант осуществления изобретения, изображенный на Фиг.12, предназначен для применения датчика замыкания обмотки возбуждения на землю в статических возбудителях, идея этого изобретения может быть использована для обнаружения замыканий на землю в любой из нескольких других областей применения, в том числе, в обмотке возбуждения генератора в регуляторах. Например, в регуляторе, осуществляющем возбуждение обмотки возбуждения вращающегося возбудителя или обмотки управления насыщающегося трансформатора, представляющего собой часть статического возбудителя со смешанным возбуждением. Важной особенностью является обеспечение доступа к обмотке возбуждения генератора электроэнергии, гарантирующее эффективность функционирования системы. В случае статического возбудителя для обеспечения взаимодействия между модулем датчика замыкания на землю и обмоткой возбуждения используют плату EXAM. Для обеспечения взаимодействия между платами возбудителя, расположенными в стойке управления, и платой EXAM используют платы МДЗЗВ (EGDM). В вариантах применения для регуляторов для обеспечения взаимодействия с обмоткой возбуждения может быть использована та же самая плата EXAM, но для реализации большинства функций датчика замыкания на землю используют плату EROC (в отличие от платы МДЗЗВ (EGDM) в модуле датчика замыкания на землю). При применении регулятора резервные датчики замыкания на землю обычно не используют.
Могут быть выполнены и другие видоизменения вышеописанных вариантов осуществления, не выходя за пределы существа и объема изобретения, которые, как предполагают, подпадают под объем приведенной ниже формулы изобретения и ее законных эквивалентов.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Программное обеспечение
Для каждого канала (M1, M2 и C3) необходимы следующие входные сигналы:
Напряжение на концах датчика, выполненного в виде резистора
Время переключения генератора колебаний на следующий уровень по команде от главного контроллера, под управлением которого он находится
Среднее значение напряжения возбуждения генератора электроэнергии
Напряжение генератора колебаний
Команда переключения в режим проверки
Команда возврата в исходное состояние
C3 используют для принятия решения о том, какой из генераторов колебаний следует использовать для управления схемой устройства определения. C3 в ответ на команды передает управление генератору колебаний из М1 или из M2 и обеспечивает автоматическое переключение на другой генератор колебаний при обнаружении неисправности ГУН. В том случае, когда обнаружена неисправность генератора колебаний и имеется резервный канал, C3 реагирует на неисправность путем переключения датчика замыкания на землю на генератор колебаний другого главного контроллера и уведомления о неисправности генератора колебаний. Помимо вышеуказанных сигналов, для C3 необходим следующий входной сигнал:
Команда переключения на генератор колебаний другого главного контроллера
В приведенном ниже описании приведена схема работы алгоритма, используемого в датчике замыкания обмотки возбуждения на землю:
Инициализация переменных, задание Vsp, Vsn, Vfgp, Vfgn, Vop и Von равными нулю, здесь нижний индекс p относится к считыванию при положительном напряжении генератора колебаний, а нижний индекс n относится к считыванию при отрицательном напряжении генератора колебаний
Сбор и формирование данных (эту операцию выполняют непрерывно)
Получение Vsense (напряжение, считанное с датчика)
Фильтрация посредством 1-го фильтра нижних частот с граничной частотой 31,4 радиана в секунду
Запоминание результата, полученного на выходе фильтра, как Vsensef-1 (напряжение, считанное с датчика и отфильтрованное посредством 1-го фильтра)
Фильтрация посредством 2-х фильтров нижних частот с граничной частотой 31,4 радиан в секунду
Запоминание результата, полученного на выходе фильтра, как Vsensef-2 (напряжение, считанное с датчика и отфильтрованное посредством 2-х фильтров)
Фильтрация Vsense-2 посредством фильтра удаления постоянной составляющей (s/12,563/((s/12,563)+1)
Запоминание результата, полученного на выходе фильтра, как Vsensef-3
Получение абсолютного значения Vsense-3
Фильтрация абсолютного значения Vsense-3 посредством двухполюсного фильтра нижних частот с пропусками на частоте 1 радиан в секунду
Запоминание результата как Vsense-4
[Примечание: для выполнения этой фильтрации можно было использовать дискретное преобразование Фурье или быстрое преобразование Фурье, но вследствие низкой частоты необходимо большое временное окно.]
Получение Vfg
Фильтрация посредством 3-х фильтров нижних частот с граничной частотой 31,4 радиан в секунду (аналогично фильтрации напряжения, считанного с датчика)
Запоминание результата как Vfg-filt
Начало алгоритма управления ДЗОВЗ (датчиком замыкания обмотки возбуждения на землю)
Если "ДЗОВЗ=ВЫКЛ", то
Блокировка отключения и аварийного сигнала
Возврат к началу цикла и проверка ДЗОВЗ=ВКЛ
Конец цикла "если"
Если "режим проверки"=ИСТИНА, то
Передача команды на переключение в режим проверки в другой главный контроллер и в C3, если это необходимо
Размыкание в ДЗОВЗ программного контакта отключения
Подача в генератор колебаний команды переключения его на нерабочую частоту (2,5 Гц)
Начало режима проверки
Установка значения переменной "1-ый промежуток времени истек"=истина
Установка значения Таймера_проверки
Таймер_проверки=10 секунд
Запуск Таймера_проверки
1-я проверка
по таймеру Если Таймер_проверки<9,8 секунд, то
Если посредством данного генератора колебаний осуществляют управление, то
Команда переключения в состояние (+)
Включение таймера на 0,2 секунды
Если таймер на 0,2 секунды<0,2 секунды, то
Возврат и проверка таймера на 0,2 секунды.
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Переход ко 2-й проверке Таймера
В противном случае
Если Таймер_проверки>=10 секунд, то
Если имеется резервирование, то
Выборка Vsense-4
Передача Vsense-4 в другие контроллеры
Ожидание в течение 0,05 секунды
Получение Vsense-4 из остальных 2-х контроллеров
Vsense-4=среднее значение по трем отсчетам
Если Vsense-4>Напряжение_проверки, то
Если 1-й проход = истина, то
ДЗОВЗ1=ПРОЙДЕНО
Установка переменной 1-ый проход=ложно
Обнуление Таймера_проверки
Переход к процедуре установки значения Таймера_проверки
В противном случае
ДЗОВЗ2=ПРОЙДЕНО
Конец цикла "если"
В противном случае
Если 1-й проход=истина, то
ДЗОВЗ1=НЕУДАЧА
Установка значения переменной "1-ый проход"=ложно
Обнуление Таймера_проверки
Переход к процедуре установки Таймера_проверки
В противном случае
ДЗОВЗ2=НЕУДАЧА
Конец цикла "если"
Если ДЗОВЗ1 и ДЗОВЗ2=ПРОЙДЕНО, то
Объявление, что ДЗОВЗ проверку прошел успешно
В противном случае
Объявление, что ДЗОВЗ проверку не прошел
Прекращение проверки и обнуление Таймера_проверки
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Выборка Vsense-4
Если Vsense-4>Напряжение_проверки, то
ДЗОВЗ2=ПРОЙДЕНО
Объявление, что ДЗОВЗ проверку прошел успешно
В противном случае
ДЗОВЗ=НЕУДАЧА
Объявление, что ДЗОВЗ проверку не прошел
Прекращение проверки и обнуление Таймера_проверки
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Возврат и проверка того, что Таймер_проверки>=10 секунд
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
2-я проверка
по таймеру Если Таймер_проверки<9,8 секунд, то
Если посредством данного генератора колебаний осуществляют управление, то
Команда переключения в состояние (-)
Включение таймера на 0,2 секунды
Если таймер на 0,2 секунды<0,2 секунды, то
Возврат и проверка таймера на 0,2 секунды.
Конец цикла "если"
Переход к 1-й проверке Таймера
Конец цикла "если"
В противном случае
Если посредством данного генератора колебаний осуществляют управление, то
Команда переключения генератора колебаний в состояние (-)
Конец цикла "если"
Если Таймер_проверки>=10 секунд, то
Выборка Vsense-4
Если имеется резервирование, то
Передача Vsense-4 в другие контроллеры
Ожидание в течение 0,05 секунды
Получение Vsense-4 из остальных 2-х контроллеров
Vsense-4 = среднее значение по трем отсчетам
Если Vsense-4>Напряжение_проверки, то
Если 1-й проход=истина, то
ДЗОВЗ1=ПРОЙДЕНО
Установка 1-ый проход=ложный
Обнуление Таймера_проверки
Переход к процедуре установки Таймера_проверки
В противном случае
ДЗОВЗ2=ПРОЙДЕНО
Конец цикла "если"
В противном случае
Если 1-й проход=истина, то
ДЗОВЗ1 = НЕУДАЧА
Установка 1-ый проход=ложный
Обнуление Таймера_проверки
Переход к процедуре установки Таймера_проверки
В противном случае
ДЗОВЗ2=НЕУДАЧА
Конец цикла "если"
Если ДЗОВЗ1 и ДЗОВЗ2=ПРОЙДЕНО, то
Объявление, что ДЗОВЗ проверку прошел успешно
В противном случае
Объявление, что ДЗОВЗ проверку не прошел
Прекращение проверки и обнуление Таймера_проверки
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Выборка Vsense-4
Если Vsense-4>Напряжение_проверки то
Объявление, что ДЗОВЗ проверку прошел успешно
В противном случае
Объявление, что ДЗОВЗ проверку не прошел
Прекращение проверки и обнуление Таймера_проверки
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Возврат и проверка того, что Таймер_проверки>=10 секунд
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Установка переменной "режим проверки"=Ложно
Обычный режим работы
Состояние (+) генератора колебаний
Если посредством данного генератора колебаний осуществляют управление, то
Передача команды на переключение генератора колебаний в состояние "+"
Передача команды в другие контроллеры при наличии резервирования
Включение таймера на 2,5 секунды
Включение таймера на 0,2 секунды
В противном случае (при наличии другого главного контроллера или C3)
Ожидание поступления "команды на переключение генератора колебаний в состояние (+)" из другого главного контроллера
Включение таймера на 0,2 секунды
Конец цикла "если"
Если таймер на 0,2 секунды>=0,2 секунды, то
Если имеется резервирование, то
Считывание напряжения генератора колебаний
Передача считанного напряжения генератора колебаний в два другие контроллера
Ожидание в течение 0,05 секунды
Считывание напряжения из двух других контроллеров
Установка Vosp=среднее значение по трем считанным значениям
Если Vosp<40 вольт, то
Объявление генератора колебаний неисправным
Возврат в состояние (+) генератора колебаний
Конец цикла "если"
В противном случае (при отсутствии резервирования)
Считывание напряжения генератора колебаний
Установка Vosp=напряжение генератора колебаний
Если Vosp<40 вольт, то
Объявление генератора колебаний неисправным
Размыкание контактов аварийного сигнала и отключения
Объявление ДЗОВЗ неисправным
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Ожидание до тех пор, пока таймер на 0,2 секунды>=0,2 секунды
Конец цикла "если"
Если таймер на 2,5 секунды>=2,4 секунды, то
Выполнение дискретного преобразования Фурье (ДПФ) неотфильтрованного сигнала Vsense для определения составляющей основной частоты. См. работу WRP при выполнении аналогичной функции в устройстве текущего контроля короткого замыкания на диоде для бесщеточной электрической машины. Частота синусного и косинусного генераторов электроэнергии синхронизована с частотой силового трансформатора напряжения, СТН (PPT), поэтому посредством дискретного преобразования Фурье можно обеспечить отслеживание частоты при запуске с 50%-ной скорости. Полагают, что для этого варианта применения пригодны те же самые выборки, зарегистрированные в течение 200 миллисекунд, которые используют для устройства текущего контроля короткого замыкания на диоде для бесщеточной электрической машины, и авторы также полагают, что необходимо введение весовых коэффициентов Хеннинга.
Выборка Vsensef-2 и Vfg-filt
Запоминание Vsensef-2 как Vsp, Vfg-filt как Vfgp и амплитуды составляющей основной частоты сигнала Vsense как Vsfund
Если имеется резервирование, то
Передача Vsp, Vfgp и Vsfund в другие контроллеры
Ожидание в течение 0,05 секунды
Установка Vsp=среднее значение величин Vsp, полученных из каждого контроллера
Установка Vfgp=среднее значение величин Vfgp, полученных из каждого контроллера
Установка Vsfund=среднее значение величин Vsfund, полученных из каждого контроллера
Конец цикла "если"
Переход к процедуре расчета короткого замыкания
Конец цикла "если"
Если таймер на 2,5 секунды>=2,5 секунды, то
Переключение генератора колебаний в состояние (-)
В противном случае
Ожидание до тех пор, пока не истечет время, заданное таймером
Конец цикла "если"
Состояние (-) Генератора колебаний
Если посредством данного генератора колебаний осуществляют управление, то
Команда переключения генератора колебаний в состояние (-)
Передача команды в другие контроллеры при наличии резервирования
Включение таймера на 2,5 секунды
Включение таймера на 0,2 секунды
В противном случае (при наличии другого главного контроллера или C3)
Ожидание поступления "команды на переключение генератора колебаний в состояние (-)" из другого главного контроллера
Включение таймера на 0,2 секунды
Конец цикла "если"
Если таймер на 0,2 секунды>=0,2 секунды, то
Если имеется резервирование, то
Считывание напряжения генератора колебаний
Передача считанного напряжения генератора колебаний в два другие контроллера
Ожидание в течение 0,05 секунды
Считывание напряжения из двух других контроллеров
Установка Vosn=среднее значение по трем считанным значениям
Если Vosn>-40 вольт, то
Объявление генератора колебаний неисправным
Возврат в состояние (-) генератора колебаний
Конец цикла "если"
В противном случае (при отсутствии резервирования)
Считывание напряжения генератора колебаний
Установка Vosn=напряжение генератора колебаний
Если Vosn>-40 вольт, то
Объявление генератора колебаний неисправным
Размыкание контакта аварийного сигнала и отключения
Объявление ДЗОВЗ неисправным
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Ожидание до тех пор, пока таймер на 0,2 секунды>=0,2 секунды
Конец цикла "если"
Если таймер на 2,5 секунды>=2,4 секунды, то
Выполнение дискретного преобразования Фурье (ДПФ) неотфильтрованного сигнала Vsense для определения составляющей основной частоты. См. работу WRP при выполнении аналогичной функции в устройстве текущего контроля короткого замыкания на диоде для бесщеточной электрической машины. Частота синусного и косинусного генераторов электроэнергии синхронизована с частотой силового трансформатора напряжения, СТН (PPT), поэтому посредством дискретного преобразования Фурье можно обеспечить отслеживание частоты при запуске с 50%-ной скорости. Полагают, что для этого варианта применения пригодны те же самые выборки, зарегистрированные в течение 200 миллисекунд, которые используют для устройства текущего контроля короткого замыкания на диоде для бесщеточной электрической машины, и авторы также полагают, что необходимо введение весовых коэффициентов Хеннинга.
Выборка Vsensef-2 и Vfg-filt
Запоминание Vsensef-2 как Vsn, Vfg-filt как Vfgn и амплитуды составляющей основной частоты сигнала Vsense как Vsfund
Если имеется резервирование, то
Передача Vsn, Vfgn and Vsfund в другие контроллеры
Ожидание в течение 0,05 секунды
Установка Vsn=среднее значение величин Vsn, полученных из каждого контроллера
Установка Vfgn=среднее значение величин Vfgn, полученных из каждого контроллера
Установка Vsfund=среднее значение величин Vsfund, полученных из каждого контроллера
Конец цикла "если"
Переход к процедуре расчета короткого замыкания
Конец цикла "если"
Если таймер на 2,5 секунды>=2,5 секунды, то
Переключение генератора колебаний в состояние (+)
В противном случае
Ожидание до тех пор, пока не истечет время, заданное таймером
Конец цикла "если"
Процедура расчета короткого замыкания
Считывание составляющей основной частоты (Vsfund)
Если имеется резервирование, то
Передача Vsfund в другие контроллеры
Ожидание в течение 0,05 секунды
Установка Vsfund=среднее значение по трем контроллерам
Конец цикла "если"
Если действующее значение Vsfund>1 В, то
Установка флага короткого замыкания по переменному току
Конец цикла "если"
Если система работает, то
Rx={A*(Vsp*Vfgn/Vfgp-Vsn)-B*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}/ {C*(Vsn-Vsp*Vfgn/Vfgp)+D*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}
[A=2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2
B=2*R*Rb^2*Rs
C=2*R^2*Rb+4*R*Rb*Rs+2*R*Rb^2
D=4*R*Rb*Rs]
Если Rx<Rx_аварийной_сигнализации
Увеличение показания счетчика аварийной сигнализации на единицу
Если показание счетчика аварийной сигнализации>=2, то
Если имеется флаг короткого замыкания по переменному току, то
Объявление аварии вследствие замыкания на землю по переменному току
В противном случае
Объявление аварии вследствие замыкания на землю по постоянному току
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Обнуление счетчика аварийной сигнализации
Конец цикла "если"
Если Rx<Rx_отключения, то
Увеличение показания счетчика отключений на единицу
Если показание счетчика отключений>=3, то
Если имеется флаг короткого замыкания по переменному току, то
Объявление отключения вследствие замыкания на землю по переменному току
Отображение Rx
Переход в режим ожидания команды возврата в исходное состояние перед возобновлением работы
В противном случае
Объявление отключения вследствие замыкания на землю по постоянному току
Отображение Rx
Переход в режим ожидания команды возврата в исходное состояние перед возобновлением работы
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Обнуление счетчика отключений
Конец цикла "если"
Если выбран вариант с определением местоположения короткого замыкания, то
Если возникла ситуация АВАРИЙНОГО СИГНАЛА "или" ОТКЛЮЧЕНИЯ, то
Местоположение=(E*Vsp-F*Voscp+G*Vfgp)/(H*Vfgp)
Если Местоположение>0,95, то
Объявление короткого замыкания на положительной шине
В противном случае
Если Местоположение<0,05, то
Объявление короткого замыкания на отрицательной шине
В противном случае
Объявление, что короткое замыкание произошло в месте, находящемся на расстоянии Местоположение*100% от отрицательной шины
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
{Местоположение=1 в том случае, когда короткое замыкание произошло на шине "+"; Местоположение=0 том случае, когда короткое замыкание произошло на отрицательной шине поля возбуждения}
[E=R^2Rb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RrB^2Rs+4RRbRsRx
F=4*R*Rb*Rs*Rx+2*R*Rb^2*Rs
G=Rs*R*Rb^2
H=2*Rs*R*Rb^2]
Если переменная Отключение="истина", то
Установить значение переменной Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние="истина"
Конец цикла "если"
В противном случае
Rx={A*(Vsp-Vsn)-B*(Voscp-Voscn)}/
{C*(Vsn-Vsp)+D*(Voscp-Voscn)}
[A=2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2
B=2*R*Rb^2*Rs
C=2*R^2*Rb+4*R*Rb*Rs+2*R*Rb^2
D=4*R*Rb*Rs]
Если Rx<Rx_аварийной_сигнализации
Увеличение показания счетчика аварийной сигнализации на единицу
Если показание счетчика аварийной сигнализации>=2, то
Если имеется флаг короткого замыкания по переменному току, то
Объявление аварии вследствие замыкания на землю по переменному току
В противном случае
Объявление аварии вследствие замыкания на землю по постоянному току
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Обнуление счетчика аварийной сигнализации
Конец цикла "если"
Если Rx<Rx_отключения
Увеличение показания счетчика отключений на единицу
Если показание счетчика отключений>=3, то
Если имеется флаг короткого замыкания по переменному току, то
Объявление отключения вследствие замыкания на землю по переменному току
Отображение Rx
Переход в режим ожидания команды возврата в исходное состояние перед возобновлением работы
В противном случае
Объявление отключения вследствие замыкания на землю по постоянному току
Отображение Rx
Переход в режим ожидания команды возврата в исходное состояние перед возобновлением работы
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Обнуление счетчика отключений
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Ожидание команды возврата в исходное состояние
Если Ожидание команды в исходное состояние="истина", то
Если команда возврата в исходное состояние="истина", то
Сброс счетчиков ДЗОВЗ, счетчиков отключения, счетчиков аварийной сигнализации и запомненных данных о местоположении и переход в начало алгоритма управления ДЗОВЗ
В противном случае
Возврат и проверка того, что команда возврата в исходное состояние="истина"
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Если поступила команда на переключение генератора колебаний в состояние (+), то
Возврат генератора колебаний в состояние (-)
В противном случае
Возврат генератора колебаний в состояние (+)
Конец цикла "если"
Алгоритм управления C3 [ПРИМЕЧАНИЕ: Его используют только в варианте с резервированием]
Инициализация переменных, задание Vsp, Vsn, Vfgp, Vfgn, Vop и Von равными нулю, здесь нижний индекс p относится к считыванию при положительном напряжении генератора колебаний, а нижний индекс n относится к считыванию при отрицательном напряжении генератора колебаний
Сбор и формирование данных (эту операцию выполняют непрерывно)
Получение Vsense (напряжение, считанное с датчика)
Фильтрация посредством 1-го фильтра нижних частот с граничной частотой 31,4 радиана в секунду
Запоминание результата, полученного на выходе фильтра, как Vsensef-1
Фильтрация посредством 2-х фильтров нижних частот с граничной частотой 31,4 радиан в секунду
Запоминание результата, полученного на выходе фильтра, как Vsensef-2
Фильтрация Vsense-2 посредством фильтра удаления постоянной составляющей (s/12,563/((s/12,563)+1)
Запоминание результата, полученного на выходе фильтра, как Vsensef-3
Получение абсолютного значения Vsense-3
Фильтрация абсолютного значения Vsense-3 посредством двухполюсного фильтра нижних частот с пропусками на частоте 1 радиан в секунду
Запоминание результата как Vsense-4
[Примечание: для выполнения этой фильтрации можно было использовать дискретное преобразование Фурье или быстрое преобразование Фурье, но вследствие низкой частоты необходимо большое временное окно. Авторы полагают, что для получения разрешающей способности по частоте, равной 0,5 Гц, необходимо, как минимум, 2 секунды]
Получение Vfg
Фильтрация посредством 1-го фильтра нижних частот с граничной частотой 10 радиан в секунду
Запоминание результата как Vfg-filt
Начало алгоритма управления ДЗОВЗ (датчиком замыкания обмотки возбуждения на землю)
Если "ДЗОВЗ=ВЫКЛ", то
Блокировка отключения и аварийного сигнала
Возврат к началу цикла и проверка ДЗОВЗ=ВКЛ
Конец цикла "если"
Если "режим проверки"=ИСТИНА, то
Размыкание в ДЗОВЗ программных контактов аварийной сигнализации и отключения
Начало режима проверки
Установка значения переменной "1-ый промежуток времени истек" = истина
Запоминание состояния переключателя выбора главного контроллера
Установка значения
Таймера_проверки Таймер_проверки=10 секунд
Запуск Таймера_проверки
1-я проверка
по таймеру Если 1-ый промежуток времени истек, то
Переключение на генератор колебаний контроллера M1
В противном случае
Переключение на генератор колебаний контроллера M2
Конец цикла "если"
Если Таймер_проверки>=10 секунд, то
Выборка Vsense-4
Передача Vsense-4 в другие контроллеры
Ожидание в течение 0,05 секунды
Получение Vsense-4 из остальных 2-х контроллеров
Vsense-4=среднее значение по трем отсчетам
Если Vsense-4>Напряжение_проверки, то
Если 1-й проход=истина, то
ДЗОВЗ1=ПРОЙДЕНО
Установка переменной 1-ый проход=ложно
Переключение генераторов колебаний на контроллер M2
Обнуление Таймера_проверки
Переход к процедуре установки значения Таймера_проверки
В противном случае
ДЗОВЗ2=ПРОЙДЕНО
Конец цикла "если"
В противном случае
Если 1-й проход=истина, то
ДЗОВЗ1=НЕУДАЧА
Установка значения переменной "1-ый проход"=ложно
Переключение генераторов колебаний на контроллер M2
Обнуление Таймера_проверки
Переход к процедуре установки Таймера_проверки
В противном случае
ДЗОВЗ2=НЕУДАЧА
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Если ДЗОВЗ1 и ДЗОВЗ2=ПРОЙДЕНО, то
Объявление, что ДЗОВЗ проверку прошел успешно
Установка значения переменной "режим проверки"=ложно
Восстановление состояния переключателя выбора главного контроллера
Переход в обычный режим работы
В противном случае
Объявление, что ДЗОВЗ проверку не прошел
Прекращение проверки и обнуление Таймера_проверки
Установка значения переменной "режим проверки"=ложно
Восстановление состояния переключателя выбора главного контроллера
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
В противном случае
Возврат и проверка того, что Таймер__проверки>=10 секунд
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Обычный режим работы
Состояние (+) генератора колебаний
Включение таймера на 0,5 секунды
Если таймер на 0,5 секунды>=0,5 секунды, то
Если управление осуществляют посредством генератора колебаний 1-го главного контроллера, то
Объявление генератора колебаний 1-го главного контроллера неисправным
Переключение на генератор колебаний 2-го главного контроллера
Включение таймера на 0,5 секунды
Если таймер на 0,5 секунды>=0,5 секунды, то
Объявление генератора колебаний 2-го главного контроллера неисправным
Размыкание контактов аварийного сигнала и отключения
Объявление ДЗОВЗ неисправным
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Объявление генератора колебаний 2-го главного контроллера неисправным
Переключение на генератор колебаний 1-го главного контроллера
Включение таймера на 0,5 секунды
Если таймер на 0,5 секунды>=0,5 секунды, то
Объявление генератора колебаний 1-го главного контроллера неисправным
Размыкание контактов аварийного сигнала и отключения
Объявление ДЗОВЗ неисправным
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Ожидание поступления из главного контроллера "команды на переключение генератора колебаний в состояние (+)"
Включение таймера на 0,2 секунды
Включение таймера на 2,5 секунды
Если таймер на 0,2 секунды>=0,2 секунды, то
Сброс таймера на 0,5 секунды
Считывание напряжения генератора колебаний
Передача считанного напряжения генератора колебаний в два другие контроллера
Ожидание в течение 0,05 секунды
Считывание напряжения генераторов колебаний из двух других контроллеров
Установка Vosp=среднее значение по трем считанным значениям
Если Vosp<40 вольт, то
Если другой генератор колебаний исправен, то
Объявление вышедшего из строя генератора колебаний (главного контроллера М1 или М2) неисправным
Переключение на другой генератор колебаний
Возврат в состояние (+) генератора колебаний
В противном случае
Объявление генераторов колебаний 1-го и 2-го главных контроллеров неисправными
Размыкание контактов аварийного сигнала и отключения
Объявление ДЗОВЗ неисправным
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Если таймер на 2,5 секунды>=2,4 секунды, то
Выполнение дискретного преобразования Фурье (ДПФ) неотфильтрованного сигнала Vsense для определения составляющей основной частоты. См. работу WRP при выполнении аналогичной функции в устройстве текущего контроля короткого замыкания на диоде для бесщеточной электрической машины. Частота синусного и косинусного генераторов электроэнергии синхронизована с частотой силового трансформатора напряжения, СТН (PPT), поэтому посредством дискретного преобразования Фурье можно обеспечить отслеживание частоты при запуске с 50%-ной скорости. Полагают, что для этого варианта применения пригодны те же самые выборки, зарегистрированные в течение 200 миллисекунд, которые используют для устройства текущего контроля короткого замыкания на диоде для бесщеточной электрической машины, и авторы также полагают, что необходимо введение весовых коэффициентов Хеннинга.
Выборка Vsensef-2 и Vfg-filt
Запоминание Vsensef-2 как Vsp, Vfg-filt как Vfgp и амплитуды составляющей основной частоты сигнала Vsense как Vsfund
Передача Vsp, Vfgp и Vsfund в другие контроллеры
Ожидание в течение 0,05 секунды
Установка Vsp=среднее значение величин Vsp, полученных из каждого контроллера
Установка Vfgp=среднее значение величин Vfgp, полученных из каждого контроллера
Установка Vsfund=среднее значение величин Vsfund, полученных из каждого контроллера
В противном случае
Ожидание до тех пор, пока таймер на 2,5 секунды>=2,4 секунды
Конец цикла "если"
Переход к процедуре расчета короткого замыкания
Конец цикла "если"
Если таймер на 2,5 секунды>=2,5 секунды, то
Переключение генератора колебаний в состояние (-)
В противном случае
Ожидание до тех пор, пока не истечет время, заданное таймером
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Состояние (-) генератора колебаний
Включение таймера на 0,5 секунды
Если управление осуществляют посредством генератора колебаний 1-го главного контроллера, то
Объявление генератора колебаний 1-го главного контроллера неисправным
Переключение на генератор колебаний 2-го главного контроллера
Включение таймера на 0,5 секунды
Если таймер на 0,5 секунды>=0,5 секунды, то
Объявление генератора колебаний 2-го главного контроллера неисправным
Размыкание контактов аварийного сигнала и отключения
Объявление ДЗОВЗ неисправным
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Объявление генератора колебаний 2-го главного контроллера неисправным
Переключение на генератор колебаний 1-го главного контроллера
Включение таймера на 0,5 секунды
Если таймер на 0,5 секунды>=0,5 секунды, то
Объявление генератора колебаний 1-го главного контроллера неисправным
Размыкание контактов аварийного сигнала и отключения
Объявление ДЗОВЗ неисправным
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Ожидание поступления из главного контроллера команды на переключение генератора колебаний в состояние (-)
Включение таймера на 2,5 секунды
Включение таймера на 0,2 секунды
Если таймер на 0,2 секунды>=0,2 секунды, то
Сброс таймера на 0,5 секунды
Считывание напряжения генератора колебаний
Передача считанного напряжения генератора колебаний в два другие контроллера
Ожидание в течение 0,05 секунды
Считывание напряжения генераторов колебаний из двух других контроллеров
Установка Vosn=среднее значение по трем считанным значениям
Если Vosn>-40 вольт, то
Если другой генератор колебаний исправен, то
Объявление вышедшего из строя генератора колебаний (главного контроллера М1 или М2) неисправным
Переключение на другой генератор колебаний
Возврат в состояние (-) генератора колебаний
В противном случае
Размыкание контактов аварийного сигнала и отключения
Объявление генераторов колебаний 1-го и 2-го главных контроллеров неисправными
Объявление ДЗОВЗ неисправным
Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Если таймер на 2,5 секунды>=2,4 секунды, то
Выполнение дискретного преобразования Фурье (ДПФ) неотфильтрованного сигнала Vsense для определения составляющей основной частоты. См. работу WRP при выполнении аналогичной функции в устройстве текущего контроля короткого замыкания на диоде для бесщеточной электрической машины. Частота синусного и косинусного генераторов электроэнергии синхронизована с частотой силового трансформатора напряжения, СТН (PPT), поэтому посредством дискретного преобразования Фурье можно обеспечить отслеживание частоты при запуске с 50%-ной скорости. Полагают, что для этого варианта применения пригодны те же самые выборки, зарегистрированные в течение 200 миллисекунд, которые используют для устройства текущего контроля короткого замыкания на диоде для бесщеточной электрической машины, и авторы также полагают, что необходимо введение весовых коэффициентов Хеннинга.
Выборка Vsensef-2 и Vfg-filt
Запоминание Vsensef-2 как Vsn, Vfg-filt как Vfgn и амплитуды составляющей основной частоты сигнала Vsense как Vsfund
Передача Vsn, Vfgn и Vsfund в другие контроллеры
Ожидание в течение 0,05 секунды
Установка Vsn=среднее значение величин Vsn, полученных из каждого контроллера
Установка Vfgn=среднее значение величин Vfgn, полученных из каждого контроллера
Установка Vsfund=среднее значение величин Vsfund, полученных из каждого контроллера
В противном случае
Ожидание до тех пор, пока таймер на 2,5 секунды>=2,4 секунды
Конец цикла "если"
Переход к процедуре расчета короткого замыкания
Если таймер на 2,5 секунды>=2,5 секунды, то
Переключение генератора колебаний в состояние (+)
В противном случае
Ожидание до тех пор, пока не истечет время, заданное таймером
Конец цикла "если"
Процедура расчета короткого замыкания
Считывание составляющей основной частоты (Vsfund)
Если имеется резервирование, то
Передача Vsfund в другие контроллеры
Ожидание в течение 0,05 секунды
Установка Vsfund=среднее значение по трем контроллерам
Конец цикла "если"
Если действующее значение Vsfund>1 В, то
Установка флага короткого замыкания по переменному току
Конец цикла "если"
Если система работает, то
Rx={A*(Vsp*Vfgn/Vfgp-Vsn)-B*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}/
{C*(Vsn-Vsp*Vfgn/Vfgp)+D*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}
[A=2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2
B=2*R*Rb^2*Rs
C=2*R^2*Rb+4*R*Rb*Rs+2*R*Rb^2
D=4*R*Rb*Rs]
Если Rx<Rx_аварийной_сигнализации
Увеличение показания счетчика аварийной сигнализации на единицу
Если показание счетчика аварийной сигнализации>=2, то
Если имеется флаг короткого замыкания по переменному току, то
Объявление аварии вследствие замыкания на землю по переменному току
В противном случае
Объявление аварии вследствие замыкания на землю по постоянному току
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Обнуление счетчика аварийной сигнализации
Конец цикла "если"
Если Rx<Rx_отключения, то
Увеличение показания счетчика отключений на единицу
Если показание счетчика отключений>=3, то
Если имеется флаг короткого замыкания по переменному току, то
Объявление отключения вследствие замыкания на землю по переменному току
Отображение Rx
Переход в режим ожидания команды возврата в исходное состояние перед возобновлением работы
В противном случае
Объявление отключения вследствие замыкания на землю по постоянному току
Отображение Rx
Переход в режим ожидания команды возврата в исходное состояние перед возобновлением работы
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Обнуление счетчика отключений
Конец цикла "если"
Если выбран вариант с определением местоположения короткого замыкания, то
Если возникла ситуация АВАРИЙНОГО СИГНАЛА "или" ОТКЛЮЧЕНИЯ, то
Местоположение=(E*Vsp-F*Voscp+G*Vfgp)/(H*Vfgp)
Если Местоположение>0,95, то
Объявление короткого замыкания на положительной шине
В противном случае
Если Местоположение<0,05, то
Объявление короткого замыкания на отрицательной шине
В противном случае
Объявление, что короткое замыкание произошло в месте, находящемся на расстоянии Местоположение*100% от отрицательной шины
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
{Местоположение=1 в том случае, когда короткое замыкание произошло на шине "+"; Местоположение=0 том случае, когда короткое замыкание произошло на отрицательной шине поля возбуждения}
[E=R^2Rb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RrB^2Rs+4RRbRsRx
F=4*R*Rb*Rs*Rx+2*R*Rb^2*Rs
G=Rs*R*Rb^2
H=2*Rs*R*Rb^2]
Если переменная Отключение="истина", то
Установить значение переменной Ожидание поступления команды возврата в исходное состояние="истина"
Конец цикла "если"
В противном случае
Rx={A*(Vsp-Vsn)-B*(Voscp-Voscn)}/
{C*(Vsn-Vsp)+D*(Voscp-Voscn)}
[A=2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2
B=2*R*Rb^2*Rs
C=2*R^2*Rb+4*R*Rb*Rs+2*R*Rb^2
D=4*R*Rb*Rs]
Если Rx<Rx_аварийной_сигнализации
Увеличение показания счетчика аварийной сигнализации на единицу
Если показание счетчика аварийной сигнализации>=2, то
Если имеется флаг короткого замыкания по переменному току, то
Объявление аварии вследствие замыкания на землю по переменному току
В противном случае
Объявление аварии вследствие замыкания на землю по постоянному току
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Обнуление счетчика аварийной сигнализации
Конец цикла "если"
Если Rx<Rx_отключения
Увеличение показания счетчика отключений на единицу
Если показание счетчика отключений>=3, то
Если имеется флаг короткого замыкания по переменному току, то
Объявление отключения вследствие замыкания на землю по переменному току
Отображение Rx
Переход в режим ожидания команды возврата в исходное состояние перед возобновлением работы
В противном случае
Объявление отключения вследствие замыкания на землю по постоянному току
Отображение Rx
Переход в режим ожидания команды возврата в исходное состояние перед возобновлением работы
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
В противном случае
Обнуление счетчика отключений
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
Если поступила команда на переключение генератора колебаний в состояние (+), то
Возврат генератора колебаний в состояние (-)
В противном случае
Возврат генератора колебаний в состояние (+)
Конец цикла "если"
Если переменная "переключение главных контроллеров"=истина, то
Если генераторы колебаний других главных контроллеров исправны, то
Переключение на генератор колебаний другого главного контроллера
В противном случае
Объявление о том, что "переключение невозможно, другой генератор колебаний неисправен"
Конец цикла "если"
Конец цикла "если"
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СИСТЕМА СТАТИЧЕСКОГО ВОЗБУДИТЕЛЯ ДЛЯ ГЕНЕРАТОРА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ | 2005 |
|
RU2375812C2 |
| УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАРЯДКОЙ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2008 |
|
RU2441776C1 |
| СХЕМА ВОЗБУДИТЕЛЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ, ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ | 2016 |
|
RU2711235C2 |
| Многодвигательный электропривод | 1990 |
|
SU1812610A1 |
| АВТОПИЛОТ | 2013 |
|
RU2619675C2 |
| ДВИЖИТЕЛЬ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, СПОСОБ РАБОТЫ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ДВИЖИТЕЛЯ И ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ | 2018 |
|
RU2749525C2 |
| УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ АСИНХРОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ | 2019 |
|
RU2722689C1 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2014 |
|
RU2660735C2 |
| Статический возбудитель электрических машин | 1991 |
|
SU1786618A1 |
| ЭЛЕКТРОННАЯ ЧАСТЬ ПОЛЕВОГО УСТРОЙСТВА, ЗАПИТЫВАЕМАЯ ВНЕШНИМ ИСТОЧНИКОМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ | 2007 |
|
RU2414739C2 |
Использование: для обнаружения короткого замыкания на землю, вычисления его сопротивления и определения местоположения короткого замыкания. Технический результат заключается в обеспечении правильного функционирования устройства при любых коротких замыканиях с хорошей чувствительностью, независящей от приложенного напряжения возбуждения. Устройство обнаружения короткого замыкания обмотки возбуждения на землю содержит датчик, выполненный в виде резистора, схему ослабителя, источник, подающий опорный сигнал на датчик, и схему ослабителя, которая соединена с выводами обмотки возбуждения, генератор колебаний, управляемый напряжением, который обеспечивает измерение разности напряжений на концах датчика, и логическое устройство управления, выполненное с возможностью координации процесса сбора данных измерений и вычисления на их основе оценочного значения сопротивления короткого замыкания на землю и данных о местоположении короткого замыкания. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 12 ил.
Rx={(2RRsRb^2+R^2Rb^2)((Vfgn/Vfgp)Vs1-Vs2)-2RRsRb^2((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)}/{(2RbR^2+4RRbRs+2RRb^2)(Vs2-(Vfgn/Vfgp)Vs1)+4RRbRs((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)},
где параметр R представляет собой сопротивление промежуточного соединения между схемой ослабителя и выводами обмотки возбуждения генератора электроэнергии по опорному сигналу, параметр Rb представляет собой сопротивление стабилизирующих нагрузочных резисторов, параметры Vs1 и Vs2 представляют собой напряжение на концах датчика, выполненного в виде резистора Rs, в течение соответственно положительного и отрицательного полупериодов опорного сигнала, параметры Voscp и Voscn представляют собой напряжение опорного сигнала соответственно в положительном и в отрицательном полупериодах, а параметры Vfgn и Vfgp представляют собой напряжение возбуждения в течение соответственно отрицательного и положительного полупериодов опорного сигнала.
x=(Vs1*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscp+(RRsRb^2)*Vfgp)/(2RRsRb^2*Vfgp) и
x=(Vs2*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscn+(RRsRb^2)*Vfgn)/(2RRsRb^2*Vfgn),
где параметр R представляет собой сопротивление промежуточного соединения между схемой ослабителя и выводами обмотки возбуждения генератора электроэнергии по опорному сигналу, параметр Rb представляет собой сопротивление стабилизирующих нагрузочных резисторов, параметры Vs1 и Vs2 представляют собой напряжение на концах датчика, выполненного в виде резистора Rs, в течение соответственно положительного и отрицательного полупериодов опорного сигнала, параметры Voscp и Voscn представляют собой напряжение опорного сигнала соответственно в положительном и в отрицательном полупериодах, а параметры Vfgn и Vfgp представляют собой напряжение возбуждения в течение соответственно отрицательного и положительного полупериодов опорного сигнала.
Rx={(2RRsRb^2+R^2Rb^2)((Vfgn/Vfgp)Vs1-Vs2)-2RRsRb^2((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)}/{(2RbR^2+4RRbRs+2RRb^2)(Vs2-(Vfgn/Vfgp)Vs1)+4RRbRs((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)},
где параметр R представляет собой сопротивление промежуточного соединения между схемой ослабителя и выводами обмотки возбуждения генератора электроэнергии по опорному сигналу, параметр Rb представляет собой сопротивление стабилизирующих нагрузочных резисторов, параметры Vs1 и Vs2 представляют собой напряжение на концах датчика, выполненного в виде резистора Rs, в течение соответственно положительного и отрицательного полупериодов опорного сигнала, параметры Voscp и Voscn представляют собой напряжение опорного сигнала соответственно в положительном и в отрицательном полупериодах, а параметры Vfgn и Vfgp представляют собой напряжение возбуждения в течение соответственно отрицательного и положительного полупериодов опорного сигнала.
x=Vs1*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RRB^2Rs+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscp+(RRsRb^2)*Vfgp/(2RRsRb^2*Vfgp);
x=Vs2*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RRB^2Rs+4RRbRsRx)-
(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscn+(RRsRb^2)*Vfgn/(2RRsRb^2*Vfgn),
где параметр R представляет собой сопротивление промежуточного соединения между схемой ослабителя и выводами обмотки возбуждения генератора электроэнергии по опорному сигналу, параметр Rb представляет собой сопротивление стабилизирующих нагрузочных резисторов, параметры Vs1 и Vs2 представляют собой напряжение на концах датчика, выполненного в виде резистора Rs, в течение соответственно положительного и отрицательного полупериодов опорного сигнала, параметры Voscp и Voscn представляют собой напряжение опорного сигнала соответственно в положительном и в отрицательном полупериодах, а параметры Vfgn и Vfgp представляют собой напряжение возбуждения в течение соответственно отрицательного и положительного полупериодов опорного сигнала.
| US 4206398 A, 03.06.1980 | |||
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА | 1995 |
|
RU2101826C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ 6 - 35 КВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (ВАРИАНТЫ) | 1994 |
|
RU2096795C1 |
| Устройство для определения места замыкания на землю в силовой цепи постоянного тока | 1980 |
|
SU868651A1 |
| US 5363047 A, 08.11.1994. | |||
