Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного режима Советский патент 1985 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического выявления асинхронного режима (АР) и защиты от него синхронных машин (СМ). Целью изобретения является повышение селективности и надежности устройства. На фиг. 1 приведена ртруктурная схема зашиты СМ от АР; на фиг. 2 - векторная диаграмма токов и напряжений СМ при отсутствии возбуждения и неучете несимметрии. Схема заш,иты (фиг. 1) содержит преобразователи тока 1 и напряжения 2, измерительные блоки фазы между током и напряжением статора 3 и активной мошности 4, задатчики установок по активной мошности 5 и фазе 6, блоки сравнения измеренной фазы с установкой срабатывания по фазе 7 и измеренной активной мощности с установкой срабатывания по активной мощности 8, элемент И 9, исполнительный орган 10. Измерительный блок 3 фазы м-ежду током и напряжением статора СМ содержит усилители, формирователи тока и напряжения статора генератора, измерительный триггер и преобразователь длительность - напряжение. Блок 4 измерения активной мощности может быть выполнен, например, в виде преобразователя Холла типа ПО 30. Задатчики установок по активной мошности 5 и фазе б выполнены в виде потенциометров. Блоки сравнения по фазе 7 и по активной мощности 8 - компараторы. Исполнительный орган 10 может быть выполнен в виде транзисторного ключа с включением реле в коллекторную цепь. Все используемые в предлагаемом устройстве элементы серийно выпускаются нашей промышленностью. Устройство работает следующим образом. На входы преобразователей тока I и напряжения 2 подаются ток и напряжение статора СМ. С выхода преобразователей 1 и 2 сигналы поступают на входы блоков 3 и 4, где формируются сигналы, пропорциональные величинам фазы между током и напряжением статора СМ (в блоке 3) и активной мощности (в блоке 4). Сигнал с выхода блока 3 подается на вход блока 7, куда также поступает сигнал с блока 6, пропорциональный величине уставки по фазе. В блоке 7 эти сигналы сравниваются, и при сигнале с блока 3, превыщающем сигнал с блока 6, выдается сигнал на вход элемента И 9. Сигнал с выхода блока 4 выдается на вход блока 8, на второй вход которого выдаётся сигнал с блока 5, пропорци ональный величине установки срабатывания по активной мощности. В блоке 8 происходит сравнение сигналов, и при сигнале с блока 4, превышающем сигнал с блока 5, выдается сигнал На второй вход элемента И 9. При одновременном присутствии сигналов на двух входах элемента И, т. е. при Ч фуст и ,rm с выхода элемента И 9 выдается сигнал на исполнительный орган 10. Приведенная на фиг. 2 векторная диаграмма токов и напряжений СМ соответствует аналитическому выражению, полученному для тока статора СМ, работающей на шине бесконечной мощности, при заданном законе движения ротора с S const, из упрощенных уравнений Горева-Парка при отсутствии возбуждения и неучете несимметрии СМ, которое записывается в виде bU/Y(js)),0) где U - напряжение статора СМ; частотная проводимость СМ; S - скольжение СМ, e drcitf f:g(2) Из фиг. 2 видно, что в асинхронных режимах ток имеет емкостной характер и векор / опережает U на угол If -f0, определяемый электромагнитными параметрами машины. В нормальных же режимах работы при активно-индуктивном характере нагрузки вектор J отстает от вектора i на угол ifpafi. Минимально возможный угол, на который опережает вектор jf вектор U определяется при Вцзус-ЛГС1о 3nyfUKc(ts)(3) омлкс. агч§ (te укажсМс) где YMsxcQs)-значение частотной характеристики СМ, соответствующей скольжению S, при котором отношение мнимой части частотной характеристики и действительной является минимальным. Необходимо отметить, что приведенная на фиг. 2 векторная диаграмма получена при неучете несимметрии генератора и при отсутствии возбуждения. Учет несимметрии или остаточного возбуждения приводит к тому, что минимальный угол if меньше, а максимальный больше, чем при неучете этих факторов, поэтому для оценки работоспособности устройства достаточно оценить его работоспособность для случая симметричной машины и отсутствия возбуждения. Для современных крупных СМ фаза между током и напряжением статора, определяемая по соотношению tf-f-9Kaxc(4) и принимаемая в предлагаемом устройстве. в виде уставки срабатывания по фазе, лежит в пределах 55-65°. В это время при недовозбуждении в режимах с малыми значениями активной мощности угол может достигать значений, близких к 90° емкостных, поэтому необходима отстройка от таких режимов по минимуму активной мощности, которая при максимально возможном в режиме недовозбуждения уровне потребления реактивной мощности, равном Qnorp u,,(5)

где X - синхронное индуктивное сопротивление СМ, должна быть такой, чтобы выполнялось условие

X, ar- Hg-fe(6)

где If - уставка срабатывания по фазе; ТРогр- ограничение по минимуму активной мощности. Следовательно

. ., u

t9 V)er - xl

vvcr

Для современных мощных синхронных генераторов, например,V,CT 55°, ах 1,9о.е с учетом того, что напряжение на зажимах СМ при асинхронном режиме, как правило, понижено до 0,85-О.эйнои, имеет Ротр 0,3о.е

Если же учесть, что на генераторах имеются устройства ограничения минимального возбуждения, которые ограничивают допустимый уровень недовозбуждения по величине потребления реактивной мощности Qanp 0,3-0,4рн„„ , или при учете, что QHOM 0.7 о. е., Qta,f 0,2-0,3 о. е. Тогда в соответствии с (7) имеет Рвгр (0,15-0,2) о.е., которое и принимается в виде уставки срабатывания по активной мощности в устройстве защиты СМ и АР.

Таким образом ограничения по минимуму активной мощности незначительны и при таких величинах активной мощности АР СМ не представляет опасности ни для самой СМ, ни для системы в целом, что позволяет говорить о достаточной надежности данного устройства защиты СМ от АР.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить селективность и надежность работы защиты СМ от АР, что повышает надежность работы всей энергосистемы в целом, так как АР представляет опасность как с точки зрения повреждения.самого генератора и зависимого от его режима работы электрооборудования, так и с точки зрения опасности нарущения устойчивости по предельно загруженным связям ввиду

больших колебаний мощности.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХ1ЮНИОЙ МАШИНЫ ОТ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА, солержашее преобразователь тока и преобразователь напряжения, входами подключенные к обмотке статора синхронной машины, а выходами - --га,| К блоку измерения фазы между током и напряжением, соединенному с блоком сравнения измеренной фазы с уставкой срабатывания, другой вход которого соединен с блоком задатчика уставки срябатыва 1ия по фазе, и исполнительный орган, отличающееся тем, что. с целью повьипения селективности и надежности, оно дополнительно снабже1ю элементом И, блоком измерения активной мощности Н блоком задатчика уставки, по активной мощности, соединенным с введенным блоком сравнения измеренной активной мощности с уставкой, вход которого соединен с блоком измерения актинией мощности, входы которого подключены к преобразователям тока и напряжения, ;i выходы б,токов сравнения измеренной фазы с уставкой и измеренной активной мощности с уставкой через элемент И соединены с исполни(Л тельным органом. 4 а ел ел

J/77

5-0/5 1

I

У

&

Yfj5)

V