Устройство для дифференциальной токовой защиты синхронного генератора переменного тока с частотным пуском Советский патент 1988 года по МПК H02H3/28 H02H7/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите генераторов от коротких замыканий в цепи статора.

Цель изобретения повьЕпение чувствительности защиты при изменении частоты вращения генератора в диапазоне изменения частот в режимах пус- ка и торможения.,

. На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема замещеьшя промежуточного трансформатора тока; на фиг.З - временные диаграммы сигналов на выходах соответст- вующих блоков, поясняющие принцип действия устройства; на фиг.4 - пример выполнения устройства.

Устройство (фиг.1) содержит промежуточный трансформатор 1 тока, дифференциальные входы которого предназначены для подключения к трансформатору тока в нейтрали и на выводах генератора, К выходу блока 1 подключен блок 2 отрицательного сопротивления. В качестве блока отрицательного cort- ротивления можно использовать операционный усилитель, охваченный положительной и отрицательной обратной связью. Устройство содержит выпрямжг- тель 3. Блок А торможения, вход которого предназначен для подключения к трансформатору тока на вьюодах генератора, может быть выполнен в виде трех последовательно соединенных элементов: промежуточного трансформатора тока, выпрямителя и сглаживающего фильтра. Блок 5 задания уставки представляет собой регулируе1 1й делитель постоянного напряжения. Входы сумматора 6 соединены с выходами блока 5 задания уставки и блока 4 торможения а выход - с первым входом порогового блока 7, второй вход которого соединен с выходом выпрямителя 3. Таким образом, чем вьше напряжение на выходе блока 4, тем больше порог срабатывания блока 7 или больше уставка за- шкты. Вход элемента 8 задержки на срабатывание соединен с выходом порогового блока 7, а выход - с входом элемента 9 задержки на возврат, выход элемента задержки на возврат соединен с входом исполнительного органа 10, выход которого является выходом всего устройства. При этом блок 1 1 представляет собой пусковую трдряс торную установку.

5

0

5

0

5

Устройство работает следующ; м образом.

р

В режиме частотного пуска выключатель связи генератора с системой отключен. От пусковой тиристорной установки 1 в цепь статора генератора подается переменный ток линейно нарастающей частоты от практически нулевого значения до номинальной. Специальный регулятор, устанавливаемый на блоке 11, поддерживает значение пускового тока на заданном уровне, составляющем примерно 0,1-0,2 от но- .минального тока генератора. Пусковой переменный ток проходит через трансформаторы тока и нейтрали генератора и поступает на первый вход блока 1. Поскольку выключатель отзслючен, на втором входе блока 1 ток отсутствует. Напряжение на выходе блока , нагруженного на резистор R (фиг,2а), пропорционально вторичному току Ij. Погрешность промежуточного трансформатора тока определяется током намагничивания I г. Поскольку пусковой ТОК ОСтается практически неизменным, индукция в pro магнитопроводе, а следовательно, и ток I,Y тем больше, чем I-IH же частота. Поэтому при низких частотах коэффициент передачи промежуточного трансформатора тока может снизиться в несколько раз и напряжение Ug,i( не пропорционально току 1 . Для обеспечения постоянства коэффициента передачи блока 1 при низких ча.стотах: в его вторичную цепь вводится элемент с отрицательным сопротивлением

R

Ком

тивление (R

При этом результирующее сопроовм +

RKO,,) (фиг. 26)

0

5

сншкается почти до нуля, что резко уменьшает индукцию в кагнитопроводе промежуточного трансформатора тока, ток намагничивания 1, а следователь- 5 но, и его погрешность во всем рабочем диапазоне частот. При этоми,,., аг

Iwp. S

практически не зависит от частоты, В пусковом режиме указанное напряжение, пропорциональное первичному току и выпрямленное с помощью блока 3, поступает на второй вход порогового блока 7. Оно остается неизменным во всем рабочем диапазоне частот пз скового режима. На первом входе порогового блока 7 присутствует постоянное напряжение с выхода блока 5 задания уставки, поскольку на выходе 1блока 4 торможения напряжение равно нулю« Блок 5 задания ус3 1436174

тавки заранее настраивается так, что-ки на возврат на форму импульса выра- бы напряжение уставки (поступающеежается удлинением его на время tjg, на первьй вход порогового блока 7 свыбираемое по величине порядка 0,2- определениым запасом превышало амгош-0,3 с исходя из условия надежного туду напряжения, пропорциональногодействия выключателя. При таком под- пусковому току. Тогда при отсутствииходе к выбору параметра элемента за- повреящений в цепи обмотки статорадержки на возврат напряжение на его на выходе порогового блока 7 не появ-выходе будет непрерывным при часто- ляются импульсы даже небольшой дли- Q тах 2,5 Гц и выше. При частотах ниже тельности, а поэтому отсутствуют сиг-2,5 Гц, хотя сигнал и будет прерывис- напы на выходе элемента 8 задержкитым, длительности импульсов достаточна срабатывание и элемента 9 задерж-но для надежного действия выключате- ки на возврат. Защита отстроена отля. Существенным моментом для указан- пускового тока, исполнительный блок15 ных частот является то, что выходной 10 не действует. Помехи, которые мо-сигнал защиты формируется в моменты гут возникнуть во входных цепях защи-времени, когда мгновенное значение ты, также не приведут к срабатываниютока приближается к амплитуде, т.е. исполнительного блока 10 защиты, таккогда тепловое воздействие тока мак- как действие помех имеет прерывистый20 симально. В то же время в известном кратковременный характер, защита сустройстве аналогичный сигнал возни- помощью элемента 8 задержки на сраба-кает по времени вблизи перехода тока тывание надежно от них отстроена почерез нулевое значение, что объясня- врёмени.ется влиянием дифференцируюи(его звеЕсли в процессе частотного пуска25 на-трансреактора.

происходит короткое 3aNa iKaHHe в це-После установки номинальной часто- пях обмотки статора в зоне действияты генератора блок 11 отключается, дифращиты, возрастает ток, проходящийа генератор включается на параллель- черёз трансформаторы тока со стороныкую работу с сетью. В нагрузочном ре- нейтрали, что приводит к возрастаниюзо жиме благодаря дифференциальному напряжения на втором входе пороговоговключению первичных обмоток блока 1 блока 7, а на первом входе этого бло-напряжение на его выходе близко к ну- ка напряжение остается таким же, каклю, пороговый блок 7 не срабатывает при отсутствии повремдения. Диаграм-да)хе кратковременно, выходной сигнал ,кя)1 напряжений на выходе элементов«с отсутствует.

для рассматриваемого случая приведе-При внешнем коротком замыкании в :ны на фиг.5. Для наглядности прямая,сети генераторного напряжения прохо- характеризующая напряжение уставкидящие через трансформаторы тока со UycT , нанесена на пульсирукщее напря-стороны нейтрали и выводов тока рав- жение, возникакщее на выходе блока 340 ь между собой,- однако на выходе ПТТ. (фиг.1). На выходе блока 7 появляютсяи выпрямителя 3 может появиться дос- импульсы, ширина которых определяет-таточно большое напряжение небалан- ся временем превышения мгновеннымса, определяемое неидентичностью значением напряжения на выходе выпря-двух групп трансформаторов тока. Диф- мителя 3 уровня постоянного напряже-45 защита при этом не работает благо- ния на выходе сумматора 6. Импульсдаря действию блока 4 торможения, кона выходе элемента 8 задержки на ера-торый загрубляет защиту при больших батывание появляется через время t, ,токах внешнего повреждения, когда выбираемое по величине порядка 1 мс,резко увеличиваются токи небаланса, исходя из условия обеспечения необхо-gQ При повреждении в зоне действия ДИМОЙ помехоустойчивости защиты. Призащиты при работе генератора на сеть этом имеется в виду, что даже при са-напряжение на выходе блока 1, а сле- мой высокой рабочей частоте (50 Гц)довательно, на выходе выпрямителя 3, защита реагирует на амплитудное зна- в этом случае пропорционально сумме чение тока, а отклонение тока сраба-gg токов, проходящих через трансформа- тывания защиты от уставки будет не-торы тока в нейтрали генератора и на значительным. Это тем более справед-выводах или току в месте повреждения. ливо для более низких частот пусковр-На вькоде блока 4 торможения пояйля- го режима. Влияние элемента 9 задерж-. ется постоянное напряжение, пропор514

циональное току, проходящему со стороны системы. Это напряжение прибавляется к напряжению уставки реле, что и обеспечивает реализацию принципа процентного торможения. Коэффициент торможения выбирается таким образом, чтобы шри повреждении в зоне рабочий сигнал был больше тормозного сигнала, а при внешних повреждениях - м|вньше. Формтэ импульсов на выходе блоков н 9 будут акалогичнь Ф11Г.4. На вькод е элемента 9 задержки н|а возврат возникает сигнал, приводящий к срабатыванию исполнительного б яока SOj действующего на с тключение в)ыключателя.

I Таким образомр устройство вМх, имеет деизменный ток срабатывания при всех частотах пускового режи- MS, а во-вторых, не требует вывода .Цз действия при включении генератора Ца параллельную работу с сетью, т.е ащита правильно функционирует и имеет стабильную чувствительность во |сех режимах работы генератора,

Формула изобретения

: Устройство да4 ера ащальной роковой защиты сншсрог ного генерато- ра переменного тока с частоткУ 5 iryc- koM, содержан4ее трансформаторы тока, предназначен -шзе для подключения в яайтрали и на выводах, к выходам ко™

746

торых подключены дифференциальные входы промежуточного трансформатора тока, блок торЧ южения,. вход которого, подключен к трансформаторам тока на выводах генератора, выход которого подключен к первому входу сумматора, к второму входу которого подключен выход блока задания уставки, выход сумматора подключен к первому входу порогового блока5 к второму входу которого подключен выход выпрямителя, элемент задержки яа возврат, элемент задержки на срабатывание, исполнительный блок, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьяпе- ния чувствительности защиты при изменении частоты вращения генератора во всем диапазоне изменения частот в ре- я лмах пуска и торможения, дополни- тельио введен блок отрицательного сопротивления , выполненный на операционном усилителе, охваченном отрица- т«.%л.ьной и положительной обратной связью, вход которого соединен с вы- ходом промежуточного трансформатора тока,., а выход через выпрямитель - с входом порогового блока, выход которого соединен с входом элемента задержки на срабатыванке, выход которого через элемент задержки на возврат соединен с входом исполнительного блока.

Изобретение относится к электротехнике релейной защиты генераторов от коротких замыканий в цепи статора. Целью изобретения является обеспечение правильного функ1дионирования и стабильной чувствительности защиты в режимах частотного пуска и торможения. В режимах частотного пуска и торможения пороговый блок 7 отстроен от пускового тока, поэтому в нормальном режиме защита не действует. При возникновении КЗ в зоне действия защиты на выходе порогового блока 7 возникают импульсы в моменты, когда мгновенное значение тока превышает пороговое значение. Если ширина этих импульсов превьшает заданное время, срабатывает элемент 9 задержки на срабатывание, что вызывает срабатывание элемента 8 задержки на возврат, на выходе которого появится импульс напряжения длительностью 0,2-0,3 с, что достаточно для срабатывания исполнительного органа 10 и отключения выключателя. Точность входного промежуточного трансформатора тока 1 во всем диапазоне частот достигается введением блока 2 отрицательного сопротивления. Блок торможения 4 предназначен для отстройки защиты от внешних КЗ в режимах параллельной работы генератора с сетью. 4 ил. (Л а vi 4 SbfHff, 9иг.1

«ш кнеаягахм

r isT} .- j-f9 Г f-czH

Lfetz

L..

IIE b.rf f-H

lO

.J r-.

Si.

% % ..

Фаг. 3

-r-ii-ffg

-f

uг.