Устройство для защиты синхронного генератора от асинхронного хода Советский патент 1984 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах защиты синхронных генераторов и двигателей.

Известны устройства вьщвления асинхронного хода генераторов на основе измерения реактивной мощности, потребляемой генератором (lj , либо внутреннего угла генератора i , которые фиксируют факт увеличения потребления реактивной мощности или соответствующее этому явлению изменение внутреннего угла генератора при потере возбуждения. Для этого они содержат фазочувствительные элементы или стандартные реле реактивной мощности, обеспечивающие измерение реактивной мощности, потребляемой генератором, и воздействующие через элемент выдержки времени на исполнительную часть, фиксирующую наличие потери возбуждения.

Основным недостатком данных устройств является низкая селективность, что обусловлено возможностью попадания в область срабатывания режимов, имекщих место и при отсутствии потери возбуткдения. Для устройств, реагирующих на внутренний угол генератора, это - синхронные режимы в емкостных квадрантах при малой активной нагрузке и достаточном резерве реактивной мощности в системе. Для отстройки от указанных режимов требуются блокировки по напряжению или по току статора, которые не всегда обеспечивают чувствительность защиты.

Устройства, реагирующие на значение реактивной мощности, также имеют значительную область, где возможны излишние срабатывания в ПГ и IV квадрантах плоскости сопротивлений, и-могут неправильно действовать при качениях и асинхронном ходе без потери возбуждения. Отстройка от указанных режимов обеспечивается введением выдержки времени, что не всегда приемлемо ввиду ужесточающихся требований к временам отключения современных мощных генераторов при асинхронном ходе и может привести к повреждениям машин или к снижению устойчивости системы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство на основе фиксации расположения вектора входного сопротивления генератора

при асинхронном ходе, связанном с потерей возбуждения, содержащее измерительное реле сопротивления, реле времени и выходной орган.

Устройство характеризуется большей степенью отстройки от режимов синхронных качаний и асинхронного хода возбужденного генерстгора, которая обеспечивается меньшими областями, охватьшаемыми круговыми характеристиками, и возможностью отстройки от асинхронного хода возбужденного генератора 3.

Недостатком известного устройства

5 является невозможность отстройки без введения замедления от асинхронных режимов без потери возбуждения и режимов глубоких синхронных качаний с электрическим центром, расположенным

0 в генераторе, т.е. устройство-не обладает достаточной селективностью и не позволяет быстро выявить и различить асинхронные режимы с потерей и без потери возбуждения и синхрон5ные качания.

Цель изобретения - повышение селективности и снижение времени срабатывания устройства.

Поставленная цель достигается

0 тем, что в устройство для защиты синхронного генератора от асинхронного хода, содержащее измерительный орган сопротивления, на-выходе которого последовательно включены элемент вы5держки времени и выходной орган, введены блок формирования одиночного импульса, блок контроля скольжения, счетчик импульсов и дополнительный выходной орган с двумя входами, а измерительный орган сопротивления вы0полнен с тремя выходами и комбинированной характеристикой срабатывания в виде непересекающихся замкнутых областей, при этом выходы измеритель5ного органа сопротивления подключены к входам блока формирования одиночного импульса, выход которого подключен к входам блока контроля скольжения и счетчика импульсов, подключен0ного выходом к одному из входов дополнительного вьрсодного органа, к другому входу которого подключен выход блока контроля скольжения.

J5 На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, на фиг.2 - возможные формы комбинированных характеристик срабатывания измерительного органа сопротивления; на фиг.З - ва3 ,1

рианты возможных реализаций измерительного органа сопротивления; на фиг,4 - временные диаграммы сигналов на выходах измерительного органа; на фиг.5 - возможная реализация блока формирования одиночного импульса.

Устройство (фиг,1) содержит измерительный орган 1 сопротивления с тремя выходами, подключенными к входам блока 2 формирования одиночного импульса, подключенного выходом к входам блока 3 контроля скольжения и счетчика 4 импульсов, подключенного выходом к одному входу выходного органа 5, к другому входу которого подключен выход блока 3 контроля скольжения, элемент 6 времени, подключенный входом к одному из выходов измерительного органа 1, а выходом-к входу выходного органа 1,

Блок 3 контроля скольжения может быть выполнен в виде последовательно включенных формирователя 8 импульсо заданной длительности и измерителя длительности между импульсами.

Два возможных варианта комбинированных характеристик (фиг.2 а, б) включают область I в третьем квадранте комплексной плоскости сопротивлений, выбираемую таким образом, чтобы она надежно охватывала траекторию входного сопротивления невозбужденного генератора при различных скольжениях и область It в III квадранте, обьгано симметричную области I относительно мнимой оси, что определяется сравнительной простотой реализации органа. Первый и второй выходы измерительного органа 1 соответствуют нахождению входного сопротивления Z в областях I и И . Третий выход измерительного органа соответствует нахождению Z внутри области, ограниченной результирующей внешней характеристикой в 111 и IV квадрантах.

Вариант измерительного органа с комбинированной характеристикой по фиг,2а приведен на фиг.За и содержит промежуточные трансформаторы напряжения 10 и тока 11, суммирующие операционные усилители 12-15, элементы 16-18 сравнения фаз двух электрических величин, инверторы 19 и 20, логические элементы И 21-23, масштабные усилители 24 и 25.

На выходе усилителей 12 и 15 формируются величины Е1 и 2, линейно зависящие от тока и напряжения гене124734

ратора, которые сравниваются по фазе элементом 16 сравнения, выходной сигнал которого инвертируется, в результате чего сигнал на выходе инвертора 5 19 соответствует нахождению сопротивления Z внутри области, ограниченной наружной окружностью на фиг.2а. Формируемые на выходах усилителей 13 и 14 величины ЕЗ и Е4 сравниваются эле10 ментом 17 сравнения и учитывая, что выходной сигнал не инвертируется, срабатыванию элемента 17 будет соответствовать область, расположенная вне внутренней характеристики на

15 фиг.2а. С учетом этого сигнал, соответствующий срабатыванию на выходе логического элемента И 21, появится в случае, если входное сопротивление окажется внутри кольца, ограниченно20 го окружностями на фиг.2а. К элементу 18 сравнения фаз подводятся сигналы, пропорциональные току и напряжению, в результате чего сигнал на его выходе изменяется в зависимости

5 от того слева или справа от оси j у находится замеряемое входное сопротивление генератора. С учетом изложенного сигнал на срабатывгние на выходе логического элемента И 22,

0 к которому подводятся сигналы с выходов элемента 18 и 21, появится при расположении Z в области II , соответствующей левой половине кольца на фиг.2а,а сигнал на выходе логическо го элемента И 23, к которому подводятся сигналы с выходов элементов 20 и 21 появится при нахождении Z в области, соответствующей правой по-ловине кольца на фиг.2а, расположенной в lit квадранте.

Совокупность элементов сравнения и логических элементов образуют блок 26 формирования комбинированной характеристики .

5 При формировании комбинированной характеристики, ограниченной пересекающимися дугами окружностей (фиг.26), схема, выполненная на промежуточных трансформаторах 27 и 28 и операцион0 ных усилителях 29-32 несколько упрог щается за счет одинаковости величин, подводим гх к элементам сравнения ( , ) блока 33 формирования характеристики. Различие дуг ок5 ружностей внутренней и внешней характеристик на фиг.26 определяется в этом случае неодинаковостью уставок по углу элементов сравнения фаз. В различных релашах генератора имеется следующая последовательность в появлении сигналов на выходах измеритель ного органа 1 сопротивления с комбинированной характеристикой. Потеря возбуждения генератора, предварительно работавшего в синхрон ном режиме, В этом случае при асинхронном ходе генератора траектория входного сопротивления переходит из квадранта I в квадрант IV плоскости сопротивлений. До отключения генератора имеются импульсы на первом и третьем выходах измерительного органа 1 (фиг.4а), так как вектор входного сопротивления находится внутри области I и, следовательно, области 111 , охватьшаемой граничными линиями на фиг.26. Асинхронный ход без потери возбуж дения. Траектории входного сопротивления в этом случае последовательно проходят П1 и ГУ или IV и 111 квадранты плоскости сопротивления. На перво и втором выходах возникают при этом поочередно импульсы, а ни третьем вы ходе более широкий импульс, начинающийся при возникновении первого из импульсов на первом и втором выходах и заканчивающийся при исчезновении последнего из них (фиг.4б,в) . Синхронные качания генератора в lit или LV квадрантах плоскости сопротивлений. В этом случае возникают повторяющиеся импульсы только на одном из выходов, первом или втором, измерительного органа 1 и на третьем выходе (фиг.4г,д). Вариант реализации блока 2 формирования одиночных импульсов при асин хронных проворотах ротора генератора и наличии возбуждения, представленны на фиг.5, содержит инвертирующие эле менты 34-42 с одним и двумя входами. При асинхронном ходе без потери возбуждения (фиг.2б) при вхождении в об ласть I одновременно появляются импульсы на первом и третьем выходах измерительного органа (фиг.4б). Импульс на первчэм выходе инвертируется элементом 34, запоминается с помощью элементов 36 и 37 и подводится к одному из входов элемента 40, выполняющего логическую функцию И. Сигнал на выходе элемента 40 появится в момент вхождения траектории сопротивления в область в IV квадранте плоскости сопротивлений, когда с второго выхода поступает сигнал на второй вход элемента 40. Этот сигнал будет существовать в течение времени нахождения траектории в области П , После выхода траектории из указанной области схема приходит в первоначальное состояние, так как сигналы на всех выходах органа сопротивления исчезают . При этом запоминание сигнала на элементах 36 и 37 также прекращается ввиду поступления запрещающего сигнала с третьего выхода органа сопротивления на второй вход элемента 36. В результате на выходе элемента 42, выполняющего логическую функцию ШШ, возникает импульс, характеризующий один проворот ротора генератора. Аналогично работает схема при изменении знака скольжения,когда вектор входного сопротивления последовательно проходит IV и III квадранты плоскости сопротивлений. В этом случае запоминание сигнала с второго выхода производится элементами 38 и 39 и на вькоде элемента 42 возникает одиночный импульс с длительностью, соответствующей нахождению входного сопротивления в ГП квадранте. В остальных режимах (асинхронный ход с потерей возбуждения, синхронные качания в Щи IV квадрантах плоскости сопротивлений) сигналы на выходе элемента 42 не-возникают, так как элементы 40 и 41, выполняющие функцию Hj формируют выходной сигнал лишь в случае, когда за один цикл входное сопротивление проходит через области Г и и вП1и квадрантах, комплексной плоскости сопротивления, Устройство работает следуюпщм образом. При потере возбуждения генератора на выходе блока 2 возникают одиночные импульсы при каждом провороте ротора генератора, поступающие на вход счетчика 4 импульсов. При превьппении заданного числа проворотов сигнал с выхода счетчика воздействует на выходной элемент 5. При синхронных качаниях в IV квадранте плоскости сопротивлений устройство не запускается, так как не имеется сигналов на первом выходе измерительного органа сопротивления и на выходе блока 2. При синхронных качаниях в ПГквадранте появляется сигна на первом выходе измерительного органа 1, сущест7,11

вующий в течение времени нахождения вектора сопротивлений в области I комбинированной характеристики. Ложное срабатывание защиты предотвращается элементом 6 времени, которьй сбрасывает вьщержку времени каждый раз при выходе входного сопротивления из области. При этом время уставки элемента 6 выбирается значительно меньшим, чем время замедления в аналогичном режиме известного устройства с круговой характеристикой срабатывания. Это обусловлено значительно меньшей областыЬ, охватьшаемой комбинированными характеристиками в III квадранте (фиг.2).

С целью быстрого отключения генер тора с возбуждением при больших значениях скольжения для предотвращения конструктивных разрушений выполнен параллельный канал 3 контроля скольжения, состоящий из последовательно включенных формирователя 8 импульсов заданной длительности и измерителя 9 длительности, воздействующий на выходной элемент 5. На выходе формирователя 8 при каждом провороте ротора генератора формиру4738

ется импульс заданной длительности. В этом случае время между импульсами обратно пропорционально скольжению генератора. При паузе между импульсами меньше заданной, измеритель 9 дйительности срабатывает и независимо от состояния счетчика 4 импульсов отключает генератор.

Таким образом, применение в защите генератора от асинхронного хода для, контроля входного сопротивления измерительного органа с комбинированной характеристикой и введение блока формирования импульсов с описанными функциональными свойствами позволлет повысить селективность защиты за счет более четкого выявления режимов асинхронного хода генератора с потерей и без потери возбуждения и более качественной отстройки от других возможиьпс режимов, а также уменьшить время выявления асинхронного хода.

Основной технико-экономический эф фект заключается в оебспечении надежности работы энергосистемы и предотвращении аварий одних и -наиболее ответственных ее объектов - мощных турбо- и гидрогенераторов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ АСИНХРОННОГО ХОДА, содержащее измерительный орган сопротивления, на выходе которого последовательно включены элемент вьщержки времени и выходной орган, о т личающееся тем, что, с целью повышения селективности и снижения времени срабатывания устройства, в него введены блок формирования одиночного импульса, блок контроля скольжения, счетчик импульсов и дополнительный выходной орган с двумя входами, а измерительный орган сопротивления выполнен с тремя выходами и комбинированной характеристикой срабатывания в виде непересекающихся замкнутых областей, при этом выходы i измерительного органа сопротивления подключены к входам блока формирова(Л ния одиночного импульса, выход кото- рого подключен к входам блока контроля скольжения и счетчика импульсов, подключенного выходом к одному из входов дополнительного выходного органа, к другому входу которого подключен выход блока контроля скольжения. ueJ

О)

Фиг. 2

;

70

7flemi/I/

Г

)

Фиг. 5