Устройство для защиты электрической машины от перегрева Советский патент 1983 года по МПК H02H7/06 H02H5/04 

связи, вход которого соединен с выходом первого интегратора-сумматора, а выход соединен с пятым входом первого интегратора-сумматора, второй блок обратной связи вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора, а выход соединен с пятым входом второго интегратора-сумматора, третий блок обратной связи, вход которого подключен к выходу третьего интегратора-сумматора, а выход соединен с пятым входом третьего интегратора-сумматора и, кроме того, выход первого функционального преобразователя соединен с первыми входами второго и третьего интеграторов-сумматоров, выход второго функционального преобразователя соединен с вторыми входами второго и третьего интеграторов-сумматоров, выход третьего функционального преобразователя соединен с четвертыми входами первого и третьего интеграторов-сумматоров, выход пятого функционального преобразователя соединен с третьими входами первого и второго интеграторов-сумматоров.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА, содержащее преобразователи «Токнапряжение, входы которых подсоединены к выходам трансформаторов тока, установленным в нулевых выводах генератора, первый фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напряжение, первый формирователь модуля, вход которого подключен к выходу первого фильтра симметричных составляющих, первый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого формирователя модуля, первый интегратор-сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, первый выходной блок, состоящий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу первого интегратора-сумматора, преобразователи «Напряжениенапряжение, входы которых подключены к трансформаторам напряжения, установлен ным на линейных выводах генератора, второй фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Напряжение-напряжение, второй формирователь модуля, вход которого подключен к выходу фильтра симметричных составляющих, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формирователя модуля, а выход подсоединен к второму входу первого интегратора-сумматора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем осуществления одновременной защиты обмоток статора и ротора, а также элементов конструкции ротора от перегревов при учете их теплового взаимодействия и отвода тепла, в него дополнительно введены третий фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напряжение, третий формирователь модуля, вход которого подключен к выходу третьего фильтра симметричных составляющих, третий функциональный преобразова тель, вход которого подключен к выходу (Л третьего формирователя модуля, второй интегратор-сумматор, четвертый вход которого подключен к выходу третьего функционального преобразователя, второй выходной блок, состоящий из двух комггараторов, второй вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора, четвертый функциональный преобразователь to вход которого подключен к выходу третьего формирователя модуля, а выход к первому со оо о со входу второго выходного блока, преобразователь «Ток-напряжение, вход которого подключен к выходу трансформатора постоянного тока, установленного в цепи обмотки ротора, четвертый формирователь модуля, вход которого подключен к выходу преобразователя «Ток-напряжение«, пятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого формирователя модуля, третий интеграторсумматор, третий вход которого подключен к выходу пятого функционального преобразователя, третий выходной блок, состоящий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу третьего интегратора-сумматора, первый блок обратной

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты электрического оборудования от тепловых повреждений активных частей обмоток статора и ротора элементов конструкции (бочки) ротора, вызванных анормальными электрическими режимами работы, токовыми перегрузками, несимметрией токов фаз статора, повышением напряжения.

Известны устройства защиты, выполняющие аналогичные функции, реализованные На базе как электромеханических, так и полупроводниковых элементов, а также элементов аналоговой и цифровой вычислительной техники 1.

Эти устройства имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение.

Так, применяемое в настоящее время для защиты обмотки ротора от перегрузки током возбуждения блок-реле, имеющее в своем составе входное преобразовательное устройство, сигнальный орган, пусковой и интегральный органы, не позволяет регулировать характеристику срабатывания интегрального органа, при работе не учитывает влияние отвода тепла на допустимую длительность перегрузки.

Известен измерительный орган защиты генератора от перегрузки, содержащий датчик тока, функциональный преобразователь, интегрирующий усилитель и исполнительный элемент, позволяющий учесть отвод тепла в окружающую среду при малых перегрузках 2.

Однако это устройство имеет низкую точность работы в области малых перегрузок, не позволяет учесть влияние предществующего перегрузке режима на допустимое время работы при работе мащин до перегрузки с током, меньщим номинального. К недостаткам этого устройства можно также отнести отсутствие простой регулировки характеристики срабатывания.

Известно устройство для защиты от сверхтоков и перегрузок, содержащее преобразователи ток-напряжение, совмещенный фильтр, формирователь модуля, функциональный преобразователь, интегратор, блок отсечки и выходной орган 3.

Однако известное устройство не позволяет учесть влияние отвода тепла, а также взаимное тепловое влияние активных частей

генератора на допустимую длительность перегрузки.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее преобразователи «Ток-напряжение, входы которых подсоединены к выходам трансформаторов тока, установленным в нулевых выводах генератора, первый фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напряжение,

первый формирователь модуля, вход которого подключен к выходу первого фильтра симметричных составляющих, первый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого формирователя

модуля, первый интегратор-.сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, первый выходной блок, состоящий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу первого интегратора-сумматора, преобразователи «Напряжениенапряжение, входы которых подключены к трансформаторам напряжения, установленным на линейных выводах генератора, второй фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Напряжение-напряжение, второй формирователь модуля, вход которого подключен к выходу второго фильтра симметричных составляющих, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формирователя модуля, а выход подсоединен к второму входу первого интегратора-сумматора. Это устройство позволяет учесть отвод тепла в окружающую среду, а также влияние потерь в стали статора на тепловое состояние обмотки статора. Устройство обладает достаточной точностью работы, позволяет регулировать характеристику срабатывания, имеет малый вес и габариты 4. Однако это устройство не позволяет реализовать полностью его достоинства при защите генераторов, получение информации о температуре охлаждающего агента у которых затруднено. Кроме того, указанное устройство не позволяет учесть влияние потерь, выделяющихся в элементах конструкции ротора, на тепловое состояние обмотки статора. Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей устройства путем осуществления одновременно защиты от перегревов обмоток статора и ротора, а также элементов конструкции ротора, при анормальных электрических режимах. Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее преобразователи ток-напряжение, входы которых подсоединены к выходам трансформаторов тока, установленным в нулевых выводах генератора, первый фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напряжение, пе|5вый формирователь модуля, вход которого подключен к выходу первого фильтра симметричных составляющих, первый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого формирователя модуля, первый интеграторсумматор, первый вход фторого подключен к выходу первого функ1|ионального преобразователя, первый выходной блок, состоящий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу первого интегратора-сумматора, преобразователи «Напряжение-напряжение, входы которых подключены к трансформаторам напряжения, установленным на линейных выводах генератора, второй фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Напряжениенапряжение, второй формирователь модуля, вход которого подключен к выходу второго фильтра симметричных составляющих, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формирователя модуля, а выход подсоединен к второму входу первого интегратора-сумматора, дополнительно вводятся третий фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напряжение, третий формирователь модуля, вход которого подключен к выходу третьего фильтра симметричных составляющих, третий функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего формирователя модуля, второй интегратор-сумматор, четвертый вход которого подключен к выходу третьего функционального преобразователя, второй выходной блок, состоящий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора, четвертый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего формирователя модуля, а выход - к первому входу второго выходного блока, преобразователь «Ток-напряжение, вход которого подключен к выходу трансформатора постоянного тока, установленного в цепи обмотки ротора, четвертый формирователь модуля, вход которого подключен к выходу преобразователя «Ток-напряжение, пятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого формирователя модуля, третий интеграторсумматор, третий вход которого подключен к выходу пятого функционального преобразователя, третий выходной блок, состоящий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу третьего интеграторасумматора, первый блок обратной связи, вход которого соединен с выходом первого интегратора-сумматора, а выход подключен к пятому входу первого интегратора-сумматора, второй блок обратной связи, вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора, а выход соединен с пятым входом второго интегратора-сумматора, третий блок обратной связи, вход которого подключен к выходу третьего интегратора-сумматора, а выход соединен с пятым входом третьего интегратора-сумматора, при этом выход первого функционального преобразователя соединен с первыми входами второго и третьего интеграторов-сумматоров, выход второго функционального преобразователя соединен с вторыми входами второго и третьего интеграторов-сум-, маторов, выход третьего функционального преобразователя, соединен с четвертыми входами первого и третьего интеграторовсумматоров, выход пятого функционального преобразователя соединен с третьими входами первого и второго интеграторов-сумматоров. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для защиты активных частей генератора от перегревов. В канал защиты от перегрева обмотки статора входят - фильтр симметричных составляющих 1, формирователь модуля 2, функциональный преобразователь 3, интегратор-сумматор 4 с блоком обратной связи 5 и выходной блок, состоящий из двух компараторов 6 и 7. Канал защиты от перегрева элементов конструкции ротора содержит фильтр симметричных составляющих 8, формирователь модуля 9, функциональные преобразователи 10 и 11, интегратор- сумматор 12 с блоком обратной связи 13, выходной блок, состоящий из компараторов 14 и 15. Преобразователи «Ток-напряжение 16 и 17 являются обш.ими для рассмотренных каналов.

Канал защиты от перегрева обмотки ротора содержит преобразователь «Токнапряжение 18, формирователь модуля 19, функциональный преобразователь 20, интегратор-сумматор 21 с блоком обратной связи 22 и выходной блок, состоящий из двух компараторов 23 и 24.

Общей для всех трех каналов является схема формирования квадрата напряжения прямой последовательности, в состав которой входят преобразователи «Напряжениенапряжение 25, 26 и 27, фильтр симметричных составляющих 28, формирователь модуля 29, функциональный преобразователь 30. Преобразователь «Ток-напряжение 31 аналогичен преобразователям 16 и 17.

Сигналы информации, поступающие от датчиков информации 16, 2, 17, 18, 25, 26 и 27, проходят последовательно через фильт ры симметричных составляюи их 8, 1 и 28, и формирователи модуля 9, 2, 19 и 29 для канала защиты от перегрева обмотки ротора - только через формирователь модуля. При этом сигналы на выходе формирователей модуля равны среднеквадратичному значению соответствующих сигналов информации. Далее эти преобразованные сигналы поступают на входы функциональных пре образователей блоков 10, 11, 3, 20 и 2, на выходах которых сигналы пропорциональны величине критерия термической устойчивости А в зависимости от кратности тока обратной последовательности (А - )} - блока 10; величине тока обратной последовательности статоров в квадрате (if) - для блока 11; величине тока прямой последовательности статора в квадрате (if) - для блока 3; величине тока возбуждения в квадрате (1р) - для блока 20; величине напряжения прямой последовательности статора в квадрате (U) - для блока 30.

Сигналы с выходов блока 11, 3, 20 и 30 поступают на соответствующие входы интеграторов-сумматоров 12, 4 и 21 устройства, каждый со своим коэффициентом передачи. Коэффициент передачи рассчитывается, исходя из следующих условий: коэффициент передачи должен устанавливать связь между выходным сигналом функционального преобразователя 11, 3, 20 и 30 и соответствующим видом мощности потерь, которым этот сигнал пропорционален; коэффициент передачи должен учитывать долю участия мощности потерь данного вида в нагреве рассматриваемого элемента генератора.

Таким образом, на входы интеграторовсумматоров поступают сигналы, пропорциональные мощностям потерь, участвующим в изменении превыщения температуры рассматриваемого элемента над температурой охлаждающей среды.

Напряжения с выхода каждого интегратора-сумматора с обратным знаком через блоки обратной связи 13, 5 и 22 поступают на пятый вход того же интегратора-сумматора. При этом выходное напряжение любого интегратора-сумматора изменяется по следующему законуt

UBbix KoU(), где Ко - коэффициент, зависящий от конструкции мащины и системы охлаждения.

Выходные напряжения интеграторовсумматоров в этом случае пропорциональны текущему превышению температуры защищаемого элемента с учетом отвода тепла в окружающую среду и теплового взаимодействия между собой активных частей генератора.

Выходные напряжения интеграторовсумматоров поступают на соответствующие выходные блоки, где сравниваются с уставками, одна из которых (вход 3 выходных блоков на 15, 7 и 24) пропорциональна длительно допустимому превышению температуры определенной активной части генератора, а другая (вход 1 выходных блоков, на 14, 6 и 23) - максимально допустимому превь1щению температуры той же активной части. При этом, если уставки, пропорциональные максимально допустимым превышениям температуры, для канлов защиты шениям температуры, для каналов защиты от перегрева обмоток статора и ротора являются величинами постоянными, то для канала защиты от перегрева бочки ротора эта величина меняется в зависимости от кратности тока обратной последовательности, чем осуществляется учет влияния на процесс нагрева элементов бочки ротора нелинейного изменения сопротивлений контактов и неравномерного распределения потерь по радиусу и длине бочки ротора в зависимости от кратности тока обратной последовательности.

Рассмотрим работу устройства на примере канала защиты обмотки статора. При отсутствии анормального режима на выходе интегратора-сумматора 4 устанавливается напряжение, пропорциональное превыщению температуры обмотки статора над охлаждающей средой. Сумма сигналов, поступающих с функциональных преобразователей 11, 3, 20 и 30, уравновешивается сигналом противоположной полярности с блока обратной связи 56, что соответствует равенству мощности, выделяющейся в обмотке, и мощности, отводимой от обмотки охлаждающих агентом. При изменении режима работы (уменьшении или увеличении суммарной мощности «греющих потерь) меняется (уменьшается или увеличивается) превыщение температуры обмотки и одновременно изменяется (соответственно уменьшаться или увеличиваться) напряжение на выходе интеграторасумматора 4 вследствие нарушения равенства суммы сигналов, поступающих с выходов функциональных преобразователей на входы интегратора-сумматора, и сигнала, поступающего с выхода блока обратной связи. Таким образом, осуществляется непрерывное слежение за текущей температурой обмотки статора при учете теплового взаимодействия между собой активных частей генератора и отвода тепла от обмотки в окружающую среду. Если Напряжение на выходе интегратора-сумматора 4 превысит уставку компаратора 7, то последний с выдержкой времени формирует сигнал о том, что температура обмотки статора превысила длительно допустимую. Если напряжение на выходе интегратора-сумматора превысит уставку компаратора 6, то последний формирует сигнал на отключение генератора, так как в этом случае температура обмотки статора превышает предельно допустимое значение.

Аналогичным образом работают и остальные два канала.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства определяется его преимуществами по -сравнению с аналогичными известными устройствами. Устройство позволяет выполнять комплексную защиту генератора от анормальных электрических режимов, вызывающих тепловое повреждение активных частей генератора.

Выполнение учета влияния режима, предшествующего анормальному, теплового взаимодействия активных частей генератора между собой, влияния отвода тепла в окружающую среду на изменение превышения температуры активных частей дает возможность более полно использовать перегрузочные характеристики генератора при повышении надежности его защиты от пере-, грева, вызванного анормальными электрическими режимами. Наиболее актуальным это является для крупных генераторов, имеющих низкие коэффициенты запаса по тепловой устойчивости.

Предлагаемое устройство для защиты электрической машины от перегрева может быть использовано для защиты генераторов с различными системами охлаждения.