Устройство для защиты синхронной машины от несимметричного короткого замыкания Советский патент 1984 года по МПК H02H7/08 

подсоединена к входу первого выпрямительного моста, связь выхода которого с рабочей обмоткой исполнительного реле осуществлена через динистор, причем прямой вход операционного усилителя с последовательно соединенньм резистором зашунтирован тиристором, управляющий переход которого с параллельно присоединенньгм резистором подключен через диод и динистор цепи отрицательной обратной связи к RC-контуру временной задержки.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ ОТ НЕСИММЕТРИЧНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащее две последовательные емкос-гно-резисторные цепочки, подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фазам, средние точки цепочек соединены с входом мостового выпрямителя, выход которого функционально связан с рабочей обмоткой исполнительного элемента-реле, о т л и ч a ю щ с я тем, что, с целью повышения селективности защиты при изменении П11т ющего напряжения, оно дополнительно снабжено двумя потенциометрами, резисторами, двумя конденсаторами, вторым выпрямительным мостом, герконовым реле, резистивньм делителем, RC-цепочкой временной задержки, оперативным усилителем с двумя цепочками отрицательной обратной связи, с резисторами, дияистором и диодом, диодно-резистивной цепочкой положительной обратной связи, пиктрансформатором, двумя тиристорами, a исполнительное реле выполнено с . двумя рабочими и одной тормозной обмотками, при этом потенциометры через дополнительные диоды подключены к резистору и конденсатору одной из цепочек, выходы потенциометров присоединены к конденсаторам, соединенным последовательно и подключенным к входу второго выпрямительного моста, выход которого через геркон присое-динен к тормозной обмотке исполнительного реле, при этом средняя точка резисторного делителя, подключенного к первой и третьей фазам, a также вторая фаза подсоединены через резисторto ный делитель напряжения к прямому входу операционного усилителя, снабжено ного двумя цепочками отрицательной об00 ратной связи: резисторной и образован ной последовательно включенными динигг; стором, диодом и резистором, подсоединенными через RC-цепочку временной задержки, a также диодно-резисторной цепочкой положительной обратной связи, выход операционного усилителя соединен с катушкой управления герконом, зашунтированной конденсатором и включенной послецо а епьно с тиристо ром, управляю1дий переход которого под-ключен через диод к шунтированной резнетором вторичной обмотке пик трансформатора, первичная обмотка которого

1

Изобретение относится к эл ктротехнике, а именно к устройствам Защиты трехфазных синхронных машин в режиме частотного разгона от несим1 етричных коротких замыканий, связанных появлением напряжения обратной последовательности.

Известно устройство для защиты с трансформаторным фильтром напряжения обратной последовательности, содержащим повышающий автотрансформатор, подключаемый к первой и второй фазам, выход автотрансформатора подсоединен к цепи, средняя точка которой,а также третья фаза образуют вькодные клеммы для присоединения исполнительного элемента;. Если на входе такой схемы действует лишь напояжение прямой последовательности, то напряжение на исполнительном элементе равно нулю. В этом случае, когде на входе схемы появляется сигнал обратной последовательности (при несимметрических коротких замыканиях, вызывающих несимметрию контролируемых напряжений), на исполнительном элементе также возникает разность потенциалов, при определенной величине которой защита срабатывает l 3Недостатком данного устройства является зависимость выходного сигнала не только от величины напряжения обратной последовательности, но и частоты входного сигнала. Так, если контролируемое напряжение содержит лишь прямую последовательность, но имеет частоту, меньшую номинальной (например, цри пуске синхронной машины от преобразователя частоты), сопротивление конденсатора Х возрастает, равенство Х. Y3R ( R - сопротивление резистора фильтра), обеспечивающее нулевую разность потенциалов на выходе фильтра при

питании его напряжением прямой последовательности, нарушается. В результате появления сигнала на выходе фильтра срабатывает исполнительный элемент, отключая защищаемую машину.4 Так как отключение, не связано с несимметричньм коротким замыканием, то его следует классифицировать как неселективное.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для защиты цепи от несимметричного короткого замыкания, содержащее две последовательные емкостно-резисторные цепочки, подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фазам. Средние точки цепочек соединены с входом двухполупериодного выпрямителя, выход которого присоединен к обмотке исполнительного элемента - ,

Напряжение прямой последовательности обусловливает появление опережающих токов в рС-ветвях схемы. Подбором параметров схемы достигается равенство фаз и величин напряжений на резисторе первой цепочки и конденсаторе второй. В результате выходной сигнал фильтра, подаваемый на реле, равен нулю. При появлении в сети напряжения обратной последовательности равенство потенциалов первого резистора и второго конденстора нарушается, выходное, выпрямленное мостом напряжение фильтра вызывает срабатывание защиты.

Недостатком этого устройства является завискшость напряжения на выходе фильтра от частоты питающего напряжения.

Цель изобретения - повьш1ение селективности защиты при изменении частоты питающего напряжения. Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты синхронной машины от несимметричного короткого замыкания, содержащее две последовательные емкостно-резисторные цепочки, подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фазам, средние точки цепочек соединены с входом мостового выпрямителя, выход которого функционально связан с рабочей обмоткой исполнительного элемента - реле, снабжено двумя потен циометрами, резисторами, конденсаторами, вторым вьтрямительным мостом, герконовым реле, резйсторным делителем, RC-цепочкой временной задержки, операционным усилителем с двумя цепочками отрицательной обратной связи, с резисторами, динистором и диодом. диодно-резисторной цепочкой положительной обратной связи, пик-трансфор матором и двумя тиристорами, -а испол нительное реле выполнено с двумя рабочими и одной тормозной обмотками, при этом потенциометры подключены через дополнительный диод к резйстору и конденсатору одной из цепочек, 9ЫХОДЫ потенциометров присоединены к конденсаторам, соединенным последовательно и подключенным к входу второго выпрямительного моста, выход которого через геркон присоединен к Тормозной обмотке исполнительного реле, средняя точка резистивного делителя, подключенного к первой и третьей фазам, а также,вторая, фаза подсоединены через резистррный делитель (шпряжения к прямому входу опер ционного, усилителя, снабженного двум цепочками отрицательной обратной свя зи: резисторной и образованной, после довательно включенными дйниctopoм, диодом, и ре.зйстором, подсоединенными через RC-цепсчку временной задержки, а

,-также диодно-резисторной цепочной поло- 5 ой связи. Первая образована резисжительной обратной связи, выход лпераци- тором 24, вторая последовательно онного усилителя соединен с катущкой управления герконом. зашунтированной конденсатором и включенной последова- тельно с тиристором, управляющий ход которого подключен через диод к шунтированной резистором вторичной / обмотке пик- трансформатр ра, пёрвичная обмотка которого подсоединена к входу первого выпрямительного моста, связь-5 выхрда которого с рабочей обмоткой исполнительного реле осуществлена через динистор, причем прямой вход 1

включеннь1ми динисторами 25, диодом 26 и резистором 27, подсоединенными через RC-цепочку 28 и 29 временной 37 . 4 операционного, усилителя с последовательно соедийенньм резистором згипунтирован тиристором, управляющий переход которого с параллельно присоединенным резистором подключен через диод и динистор цепи отрицательной обратной связи к RC-контуру временной задержки. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты синхронной машины; на фиг. 2 - потенциальная диаграмма контролируемых напряжений, диаграмма изменения выходного напряжения фильтра обратной последовательности при изменении частоты, образование вектора базового напряжения; на фиг. 3 - зависгмость времени запаздывания выходного напряжения фильтра обратной последовательности относительно базового напряжения в функции частоты питающего напряжения. Устройство содержи.т подключенные к фазам 1-3 последовательные емкостно-резисторные цепочки 4-5 и 6-7, средние точки которых соединены с входом мостового выпрямителя 8. Выход последнего функционально связан с рабочей обмоткой исполнительного реле 9. К конденсатору 6 и резистору 7 через диоды 10 и 11 присоединены потенциометры 12 и 13. к выходам которых подключены конденсаторы 14 и 15. соединенные в свою очередь, с входом второго выпрямительного моста 16. Его выход через геркон 17 присоединен к тормозной обмотке исполнительного реле 9. Средняя точка резисторноГо делителя 18-19, подключенного к фазам 1 и 3, а также фаза 2 подсоединены через резисторный делитель напряжения 20-22 к прямому входу операционного усилителя 23, снабженного двумя цепочками отрицательной обратзадержки, а также диодно-резисторной цепочкой положительной .обратной связи 30 и 31. Выход операционного усиЛИтеЛя 23 соединен с катушкой управления 32 герконом, 34шунтированным конденсатором 33 и включённым последовательно с тиристором 34, управляющий переход которого подключен через диод 35. к шунтированной рези сторон 36 вторичной обмотке пик-тран сформатора 37. Первичная обмотка пик-трансформатора 37 подсоединена к входу выпрямительного моста 8, связь выхода которого с рабочей обмоткой исполнительного реле 9 осущестйдена через динистор 38. Прямой вход операционного усилителя 23 с последовательно соединенным резистором 21 зашунтирован тиристором 39, управляющий переход которого с параллельно присоединенным резистором 40 подключен через диод 26 и динистор 25 к RC-контуру 28-29 временной задержки. Устройство работает следующим образом. При номинальной частоте питающего напряжения и отсутствии в его состав составляющей обратной последовательности выходное напряжение фильтра обратной последовательнрсти имеет нулевую величину, следовательно, рабочая обмотка исполнительного реле 9 - - - , обесточена. Обмотки пик-трансформато ра 37 также обесточены, что обусловливает закрытое состояние тиристора 34, отсутствие напряжения на управляющей 1:атушке 32 геркона 17, разомкнутое состояние последнего и отсут- 30 ствие тока то| 1озной обмотки исполнительного реле 9. Через резистор 20 на входной резисто|)ный делитель 21-22 операционного усилителя 23 и тиристор 39 подается базовое напряжение U, 35 дейсРвующее между фазой 2 и средней точкой реэнсторного делителя 18-19. Базовое напряжение (0) при переходе через нулевое значение в свой полояжтельный полупериод переводит опера-до ционный усилитель 23 в состояние положительного выходного напряжения. Этим наяряжением заряжается конденсатор 29, В момент времени, когда его разность потенциалов достигает порога включе- 45 ния динистора 25 (через 2,6 мс появления положительного сигиапа на вы- ходе операционного усилителя 23), на .инвертирующий вход усилителя 23 через последовательно соединенные динистор 50 25, диод 26, резистор 27 подается положительный потенциал. Возвращающий операционный усилитель 23 в исходное состояние. Одновременно положительный импульс подается и на управляющий 55 электрод тиристора 39, который шунтирует входное напряжение .до конца положительного полупериода. Отрица37тельное выходное напряжение операционного усилителя 23 через цепочку положительной обратной связи 30 и 31 обеспечивает сохранение состояния усилителя при отсутствии входного сигнала. Таким образом, на последовательно соединенные катушку управления 32 и тиристор ЗА подаются положительные ИМПУЛЬСЫ фиксированной длительности. Однако тиоистоо 34 ввиду ОТСУТСТВИЯ сигнала управления остается пои номинальной частоте питающего напряжения в закрытом состоянии. В том случае, когда частота f входного напряжения меньше номинальной (этот режим при частотном пуске синхронной машины является нормальным и не требует отключения), на входе выпрямительного моста 8 действует выходное напряжение фильтра обратной последовательности U., которое вызывает ежепериопный пробой динистора 38, а соответственно и ток . , в рабочей обмотке исполнительного реле 9. При этом выходное напряжение Ug фильтра обратной последовательности приложено к первичной обмотке пик-трансформатора 37. Магнитопровод пик-трансформатора-работает в режиме глубокого насыщения, поэтому на вторичной обмотке появляются лишь короткие импульсы в начале каждого полупериода выходного напряжения фильтра обратной последовательности. Импульсы, . соответствующие началу положительного полупериода выходного напряжения Ug фильтра обратной последовательности, подаются через диод 35 на управляющ Ш переход тиристора 34. На аноде последнего действуют положительные импульсы, появляющиеся в момент перехода базового напряжения (Jo из области отрицательных значений в область положительных. С помощью резисторного делителя 18-19 смещают потенциал начала вектора базового напряжения UQ так, чтобы он совпадал по.фазе с вектором выходного напряжения Оц фильтра обратной последовательности, соответствующим частоте f 0,1. Так как диапазон частот , треб1адщий защиты синхронной машины при частотном пуске, лежит в пределах 0,1 1,0 (на начальных стадиях разгона 0,1 - уровни токов короткого замыкания невелики и не требуют отключения), то будет рассматриваться выходное напряжение фильтра обратной последовательности Ug, соответствующее только этим частотам € Расчетами установлено, что диапазон углов лЧ от вектора yg(0,1) до 6g (0,96) составляет 22,09°. Расчет времени запаздывания л± моментов перехода этих векторов через нулевое значение относительно того же момента времени базового напряжения JeHr ZTiffHOM где f g - номинальная частота, Гц (Л 3,14), показывает, что диапа зон всех возможных временных сдвигов не превьшает 2,31 мс (зависимость времени запаздывания л4 в функций частоты показана на фиг. 3). Учитьшая это обстоятельство, длительность положительного импульса, формируемого при переходе сигнала базового напряжения О в области положительных значений, выбрана равной 2,6 мс (введение десятипроцентного запаса повьшает устойчивость функционирования устройства). Если одновре менно с этим импульсом появляется импульс управления тиристора 34, он отпирается, катушка управления геркона 17 обтекается током. Такой режи соответствует наличию выходного напряжения фильтра обратной последовательности Ug, отстающему на время ,6 мс, т.е. напряжения, возникающего при отклонении частоты f питающего напряжения от номинальной В этом режиме замыкается цепь торможения исполнительного реле 9 (геркон 17). Так как при уменьшении частоты емкостное сопротивление конденсатора 6 увеличивается, то его напряжение по сравнению с разностью потенциалов резистора 7 возрастает. Потенциометрами 12 и 13 выставляются такие уровни выходных сигналов номинальном режиме, которые обеспечивают нулевую разность потенциалов на последовательно вктаоченных конденсаторах 14 и 15 (их напряжения . направлены встречно друг другу). В режиме малых частот напряжение конденсатора 14 превьшает напряжение конденсатора 15,на входе выпрямительного моста 16 действует их разность, и тормозная обмотка исполнительного 1 78 реле 9 обтекается током. Ее намагничивающая сила вычитается из создаваемой рабочей обмоткой и предотвращает срабатывание устройства защиты. При несимметрическом коротком замыкании в сети возникает несимметрия напряжения на зажимах 1-3 устройства, появляется выходное напряжение йЬильтра обратной последовательности Ug. Если ее фаза не попадает в диапазон i отставания относительно базового напряжения U 2,6мс, цепь торможения исполнительного реле (9 разомкнута и ток рабочей обмотки ,вызывает срабатьтание.исполнительного реле 9. В том случае, если выходное напряжение фильтра обратной последовательности Ug попадает в угловой диапазон разрешения торможения исполнительного реле 9, геркон 17 замыкается, но при номинальной частоте напряжение на входе выпрямительного моста 16 отсутствует и чувствительность устройства не снижается. Если же в этом случае наряду с Несимметрией имеет место и отклонение частоты f от номинальной, цепь тооможения замкнута и осуществляется частичное торможение, не компенсирующее сигнал, пропорциональный напряжению обратной последовательности. Поэтому в случае превышения последним уровня уставки устройство для защиты срабатывает и обеспечивает отключение защищаемой установки. Таким образом, использование предлагаемого изобретения повышает селективность устройства. Так, при откло-, нениях частоты питающего напряжения от номинального значения благодаря органу определения временного сдвига выходного напряжения фильтра, обратной последовательности относительно сформированного базового напряжения 0 выявляется составляющая, обусловленная уменьшением частоты контролируемого напряжения, по признаку появлеНия которой замыкается цепь торможения исполнительного реле и предотвращается его неселективное срабатывание. Кроме того, в результате включения динистора обеспечивается более точная работа фильтра напряжения обратной последовательности в области малых значений его выходного напряжения. Динистор заперт и сопротивление рабочей обмотки исполнительного ока зывается отключенным от фильтра-соцро™ тивление нагрузки фильтра повьгаается.

Фиг Л

Фиг. 2

&9 0.8 Q7 О.П 0.5 ОЛ О.Ъ 0.2 0.1 О.е. Фиг.З