Способ выявления асинхронного режима синхронного генератора электростанции Советский патент 1983 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к области . электротехники и предназначено для автоматического выявления асинхрюнн го режима .син; ронного генератора (СГ Известен способ выявления асинхронного режима СГ путем сравнения контролируемого фазового сдвига меж ду током и напряжением статора генератора с уставкой срабатывания и выработки управляющего сигнала в сл чае превышения контролируемым фазов сдвигом указанной уставки Т . , Недостатком этого способа являет ся его низкая чувствительность и се лективность, обусловленные неучетом изменения параметров генератора в различных режимах работы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ выявления асинх{)онного режима СГ путем сравнения контролируемого фазового сдвига между током и напряжением статора СГ с уставкой сраб тывания, формируемой по измеренным величинам активной мощности, скольжения и напряжения шин статора СГ и известным частотным характеристикам СГ, и выработки управляющего сигнала в случае превышения контролируемым фазовым сдвигом указанной уставки. Согласно этому способу асинхронный режим фиксируется при выполнении условия „ 4t-arctgJt 2| 5i, ,„ r rvs/ , ч где S - скольжение генератора, X(.(s) и 0j.(s) - модуль и фаза частотной ха рактеристики генератора, соответствующие скольжению s. Up - напряжение статора генератора, Рр - активная мощность генератора Zj. К недостаткам способа следует отнести его низкую селективность при частичной потере возбуждения. Целью изобретения является повышение селективности способа выявлени асинхронного режима СГ при частичной потере возбуждения. ,Цель достигается согласно способу выявления асинхронного режима синхронного генератора электростанции путем изменения фазового сдвига между напряжением и током статора генератора, активной мощности и скольжения, формирования уставки срабатывания с учетом модуля и фазы частотной характеристики генератора, сравнения измеренного фазового сдвига с уставкой и выработки управляющего сигнала в случае превышения контролируемым фазовым сдвигом указанной уставки, измеряют напряжение возбуждения СГ и напряжение шин высокого напряжения станции. По измеренным напряжения возбуждения, активной мощности, скольжению СГ, напряжению шин высокого напряжения станции и известным частотным характеристикам генератора (|юрмируют уставку срабатывания, величина которой определяется по выражению . f UU -.. xr(s)tcoser(s)-1 . Ср,ст -arctgj.U, , (3) . .к 2хаг хвн . |7. frjCxr(s).x,,/j где и - напряжение возбуждения генератора. Up - напряжение шин высокого напряжения, синхронное индуктивное сопротивление генератора, Xrtp - взаимоиндуктивное сопротивление генератора, Xg - внешнее индуктивное сопротивление цепи от шин генератора до шин высокого напряжения станции, г - активное сопротивление обмотки возбуждения генератора. Таким образом, выявляя асинхронный режим СГ по факту превышения контролируемым фазовым сдвигом уставки срабатывания, которая формируется согласно соотношению (-2), мы устраняем возможность ложного срабатывания выявителя при частичной потере возбуждения. Уставка срабатывания выявителя асинхронного режима в виде соотношения (2) получается следующим образом. Для сопоставления выявителя асинхронного режима СГ по чувствительности и селективности запишем однотипные условия срабатывания выявителя по фазовому сдвигу при условии срабатывания в виде соотношения (1) и условие возникновения асинхронного режима, как факта наличия проворотов ротора относительно поля статора,, что можно записать а виде соотношения. 6г 180°(3) где 5г внутренний угол генератора. Однотипные условия могут быть записаны в виде соотношения схемно-режимных параметров электрической цепи: генератор - шины высокого напряжения станции, используя для этого аналитические выражения для режимных па31раметров СГ (напряжение и ток статора, ЭДС генератора), полученные из уравнений Горева-Парка при неучете п реходных процессов в статорной цепи и при S const. Для выявителя, реализующего соотношение (1), такое условие выглядит следующим образом . Jj r+X8H)Xr(S)-XBH () Х0н(хг(5) xgH : гдеЕ a соответствующее условие для соотношения (З) записывается в виде ЕЗ (); хг($) д /с (с ,)|Хвц1 - 5) Из выражений (4) и (5) видно, что условие срабатывания выявителя асинг хронного режима по фазовому сдвигу (выражение (1) - прототип) и условие возникновения асинхронного режима не идентичны при частичной потере возбуждения (). Это обстоятельство и определяет наличие зоны ложного срабатывания при частичной потере возбуждени у выявителя по фазовому сдвигу между током и напряжением статора СГ. . Корректируя уставку срабатывания выявительногр органа по фазовому сдв гу таким образом, чтобы условие срабатывания его в виде соотношения (4) было идентично условию (5), получаем уставку срабатывания в виде выражения (2). При такой уставке срабатывания у выя Btj те ль но го органа по фазовому сдв гу исчезает зона ложного срабатывани при частичной потере возбуждения СГ. В предлагаемом способе выявления асинхронного режима уставка срабатывания, определяемая по соотношению (2), представляет, собой функцию arct от суммы двух нелинейных слагаемых и ее можно представить -в виде (cjcT-a-ctgi| u-K,(S) ч+ и K2(S)}, . (6) где Kj(S) и K2(S) - нелинейные коэффициенты в функции скольжения, опре деляемые электромагнитными параметрами и, прежде всего, частотными характеристиками генератора. Для реаль ных параметров синхронных машин эти коэффициенты могут быть аппроксими554рованы кусочно-линейной функцией, причем для совпадения исходной нелинейной зависимости и аппроксимирующей функции достаточно двух, максимум трех, отрезков. Функция arctg в выражении (2) с достаточной точностью аппроксимируется тремя отрезками кусочно-линейной функции. На фиг. 1 приведена укрупненная структурная схема устройства, с помощью которой может быть реализован предложенный способ; на фиг. 2 приведен качественный- вид зависимостей S) примерная аппроксимация их тремя отрезками; на фиг. 3 возможная аппроксимация функции arctg тремя прямыми отрезками; на фиг. Ч подробная структурная схема блокд формирования уставки срабатывания устройства, реализующего предложенный способ (фиг. 1). . Схема (фиг. 1) содержит блок 1 измерения скольжения генератора, блок 2 измерения активной мощности генератора, блок 3 измерения напряжения шин высокого напряжения станции, блок k измерения напряжения возбуждения генератора, блок 5 измерения фазовогосдвига между током и напряжением статора генератора, блок 6 формирования уставки срабатывания выявительного органа, блок 7 сравнения измеренного фазового сдвига с уставкой срабатывания. Схема работает следующим образом, С выходов блоков 1- измерения, соответственно, скольжения,активной мощности, напряжения шин высокого напряжения, фазового сдвига подаются сигналы, пропорциональные соответствующим величинам, на входы блока 6 формирования уставки срабатывания. В блоке 6 фор1 1руется сигнал, про-, порциональный уставке срабатывания выявителя, согласно соотношению (2), который с выхода б.лока б подается на вход блока 7 сравнения. На другой вход блока 7 подается сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу, с выхода блока 5- В блоке 7 эти два сигнала сравниваются и, при сигнале с блока 5 больше либо равном сигналу с блока 6, с выхода блока 7 выдается сигнал на исполнительную схему защиты. На фиг. 2 приведен качественный вид зависимости, который характерен K2{S), как для K.(S), так и для , и показана возможная аппроксимация дан .ных зависимостей. С учетом аппроксимации для К(S) и K2(S) можно записать соотношения Гк +К,2(5, при S6 K,(S)j K +K4/S, при S S S2-fi (7 Kyj+Kg S, при S i $2/, где ( -a ; К .- 1дф„; Кз -Ц; , К tgcp2 ; Kg K,- tg(f ГК К225, при K2(S)«j K52 K42S, при S, LK52- - fe2S.npH , где 27 .2; 2- bj; К42 t94nJ 2- Чг t9%2 Для записи аппроксимирующих выражений используются те же обозначения на фиг. 2. но добавляя индекс : что и :. ,-v ..... .. .- 1 - для K(S) и 2 - для К2(5). Все коэффициенты, входящие в выражении (7) и (8) могут быть заранее определены для каждого типа машин и задаются в виде уставок при реализации способа с помощью устройства. Схема (фиг. k) содержит блоки 8 и 9 сравнения, блоки 10, 11, 12, 13, й и 15 - электронные ключи, блоки 16, 17f 18, 19 и 20 умножения, блоки 21-23 (сумматоры), блсх 24 (делитель), блок 25 (формирователь аппроксимированной функции arctg). Схема реализует соотношение (6) с учетом (7) И (8) и работает следующим образом. С датчика скольжения сигнал, пропорциональный велиМине-скольжения ге i-iepaTopa, подается на вход блока 8 уравнения. На два другие входа блоКа 8 подаются сигналы, пропорциональ ные величинам уставок S и S (фиг. 2). В блоке 1 эти сигналы срав ниваются ив случае (A 5 $2, выдается сигнал на вход блока 10, в случае S i S J& S выдается сигнал на вход блока 11, ив случае S вход блока 12. На два другие вхо да блоков 10-12 подаются сигналы уставок,, пропорциональные величинам, на входы блока 10 - К и , на входы блока 11 - Kj и , на входы блока 12 - K5f и К. Таким образом, в зависимости от величины скольжения выдается сигнал на один из электронных ключей .блоков 10, 11, 12 - и через этот ключ выдается сигнал t пропорциональный соответственно либо К , либо , либо Kff на вход 1 55 блока 16 умножения, а также сигнал, пропорциональный, соответственно, либо К , либо либо К на вход блока 21 (сумматора). На вход блока 16 подается также сигнал с датчика скольжения, пропорциональный величине скольжения генератора, В блоке 16 эти два сигнала перемножаются, и сигнал, равный произведению сигналов, подаваемых на входы блока 16, с выхода блока 16 подается на вход блока 21 (сумматора). В блоке 21 складываются два сигнала, подаваемые на его входы, и на выходе блока 21 имеем сигнал, пропорциональный K,|(S). Т.е. блоки 8-12, 16, 21 реализуют соотношения (7). Аналогичным образом реализуются и соотношения (8) 9. 13-.15, 18, 22. На выходе блока 22 имеем сигнал, пропорциональный K«(S). С выхода блока 21 сигнал, пропорциональный K(S), подается на вход блока 17 умножения, на второй вход которого подается сигнал с датчика напряжения, пропорциональный напряжению шин высокого напряжения станции. В блоке 17 эtи два сигнала net ремножаются и с выхода блока 17 сигнал, пропорциональный K..(S)UQ,. подается на вход блока 23 суммирю0ания. С выхода блока 22 сигнал, npo-j порциональный К.2(), подаемся на вход блока 19 умножения, на второй вход которого подается сигнал с датчика . напряжения, пропорциональный величине напряжения возбуждения генер атора. В блоке 19 эти . два сигнала .перемножаются и с выхода блока 19 сигнал, пропорциональный К(5)и(, подается на второй вход блока 23. В блоке 23 сигналы, подаваемые на : входы, складываются и сигнал, пропорциональный сумме сигналов, подаваемых на входы блока 23 с выхода блока 23 подается на вход блока 20 умножения. На входы блока 2А (делителя) подаются сигналы с датчика напряжения - пропорциональный величине напряжения шин высокого напря1кения станции и с датчика активной мощности - пропорциоанльный величине активной мощности генератора. В блоке 24 сигнал, пропорциональный напряжению шин высокого напряжения станции, делится на сигнал, пропорциональный активной мощности генератора и с выхода блока 2k сигнал. 7 пропорциональный результату деле ния, , подается на второй вход блока 20, В блоке 20 ггеремно жаются сигналы, подаваемые на его входы, и с выхода блока 20 сигнал, пропорциональный веUor-, личине| - ) . и 0 К j(6)и { , подает ,. г. . ся на вход блока 25 формирования an проксимированной функции arctg от величины подаваемого на вход сигнал С выхода блока 25 выдается сигнал, пропорциональный величине уставки срабатывания определяемой по соотношению (6). 558 Использование предлагаемого способа позволяет повысить чувствительность и надежность вцявления асинхронного режима, что повышает надежность работы всей энергосистемы, так как асинхронный режим представляет опасность, как с точки зрения ловреждения самого генератора и зависимого от его режима работы электрооборудования, так и с точки зрения опасности нарушения устойчивости по предельно загруженным связям, ввиду больших колебаний мощности. Повышение надежности и устойчивости Энергосистемы, повышает надежность.снабжения злектропотре& телей.

СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ЭЛЕКТРОСТАНЦИ11 путем измер.зния фазового сдвига между напряжением и током статора генератора, активной мощности и скольжения генератора, форми :ювания уставки срабатывания, с уч1втом модуля и фазы частотной характеристики генератора, сравнения измеренного фазового сдвига с уставкой и выработки управляющего сигнала в случае превышения контролируемым фазовым сдвигом указанной .уставки, о т. ли чающийся тем, что, с целью повышения селективности способа при частичной потере возбуждения, измеряют напряжение возбуждения генератора и напряжение шин высокого напряжения станции и уставку срабатывания формируют в виде , а, -arrfn№(U Xr(S):cos-&y(S)-J. «Руст arctg - (UQ-p - j -yj-f V. 2Хаг Хви U I, (S)+XB| где S - скольжение генератора, Xp(S), e,.(S) - модуль и фаза частотной Характеристики генератора, соответствущйе скольжению, Pf - активная мощность генератора. Up- напряжение шин статора генератора, UQ - напряжение шин высокого напряжения станции, U напряжение возбуждения генератора, X gH - внешнее индуктивное сопротивле- Щ ние цепи от шин генератора до шин вы-fi сокого напряжения электростанции, г л - активное сопротивление обмотки возбуждения генЪратора, XQ(- взаимо индукти вное соп роти вление генера тора. СП СП

ае.

Фиг7

NM/ N На исполнит, схему защиты