Устройство защиты от внутренних повреждений синхронной машины Советский патент 1992 года по МПК H02H7/06 

болГу.хдения

t

-У/а

сигнал

П,

тлючень машины

ы

|Ю

м

со о

Использование: релейная защита синхронных хомпенсаторов независимо от окружающей среды. Сущность изобретения: устройство содержит три канала сравнения сигналов: дифференциальный канал, состоящий из измерительного органа 6 и органа временной задержки 8; канал выявлений симметрии, состоящий из органа сравнения и преобразования сигнаггч 12 и органа задержки на срабатывание 13. канал токовой отсечки, состоящий из блока сравнения 5. Появление напряжения на выходе любого из кана.юв вызывает срабатывание логического элемента ИЛИ 10. воздействующего на исполнительный 11. Исполнительный орган через внешнюю релейную схему воздействует на отключение синхронной машины. 2 ил. со С

Фиг. Г

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты бесщеточных синхронных машин (в частности синхронных компенсаторов, независимо от охлаждающей среды) от внутренних повреждений во вращающейся части возбудителей.

Известен способ защиты синхронной машины, основанный на сравнении моделируемой ЭДС главной машины с током воз- буждения вспомогательного генератора, и в случае нарушения установленной зависимости между указанными величинами подают сигнал на выходной орган защиты.

Недостатками построенного на этом принципе устройства защиты является сложность формирования сигнала, пропор- цмонального току возбуждения машины, получаемого как векторная сумма тока и напряжения статора синхронной машины, а также недостаточная точность определения аварийного состояния цепей возбуждения и низкое быстродействие.

Известен также способ защиты синхронней машины, по которому для уп- решения схемы выделяют сигнал, пропорциональный току обмотки возбуждения, и сигнал, пропорциональный току обмотки якоря, сравнивают эти сигналы и в случае отличия разности сигналов от нуля фиксируют короткое замыкание.

Известно устройство защиты, использованное о бесщеточном возбудителе синхронной машины, где с целью повышения надежности его работы в пространстве между основными полюсами в поперечной оси обращенного генератора размещена дополнительная обмотка, которая подключена к одной из обмоток дифференциального реле, друггя обмотка этого реле подключена к датчику тока (напряжения) возбуждения обращенною генератора, а выход дифференциального реле через реле времени соединен о исполнительным органом, отключающим питание в цепи возбуж- дения.

При экспериментальной проверке работы основанного на этом способе устройства защиты установлено, что коэффициент пропорциональности между током возбуж- дения возбудителя, т.е. сигналом U0c. и напряжением на зажимах дополнительной обмотки возбудителя, именуемой датчиком тока якоря, т.е. сигналом UK. резко изменяется, вызывая срабатывание защиты не только при возникновении какого-либо внутреннего повреждения в возбудителе, но и при переводе синхронной машины в режим форсировки с током возбуждения

возбудителя, находящимся в интервале

в.НОМ IB S2le.HOM.

Известно устройство для защиты бесщеточной синхронной машины, содержащее датчики тока якоря и тока возбуждения возбудителя, подключенные на входы измерительного органа, органа временной задержки и исполнительного органа, дополнительно снабженное преобразователями сигналов тока якоря и тока возбудителя и корректирующим органом.

Достоинством данного устройства защиты является использование в нем корректирующего органа, ступенчато увеличивающего зону нечувствительности измерительного органа при IB « IB.HOM и далее.

Недостатком устройства защиты является наличие в его измерительном органе большой пороговой зоны нечувствительности, которая не изменяется пропорционально изменению iB.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является основанное на указанном способе устройство. дополнительно снабженное двумя формирователями сигналов тока якоря и тока (напряжения) возбуждения возбудителя, блоком сравнения абсолютной величины сигнала по току якоря с заданным значением, регулировочным элементом и элементом ИЛИ, измерительный орган которого выполнен в виде выявителя модуля разности сигналов и реагирующего органа. На один его вход подключен регулировочный элемент уровня срабатывания защиты, вход которого соединен с формирователем сигнала по току возбуждения возбудителя. На другой вход реагирующего органа подключен выход выявителя модуля разности сигналов, причем формирователи сигналов включены на выходах соответствующих датчиков. Сход блока сравнения абсолютной величины и один из входов измерительного органа подключены к выходу формирователя сигналов тока якоря. Другой вход измерительного оргагна подключен к выходу формирователя сигнала по току (напряжению) возбуждения возбудителя. Выходы блока сравнения абсолютной величины и измерительного органа с включенным на его выходе органом временной задержки через элемент ИЛИ подключены к исполнительному органу, выходной релейный элемент которого снабжен самоблокировкой.

Достоинством этого устройства защиты является наличие в нем быстродействующего канала, реагирующего только на несимметричные короткие замыкания.

Недостаток известного устройства защиты - наличие значяительной пороговой

зоны нечувствительности измерительного органа.

В процессе экспериментальных исследований переходных процессов в бесщеточ- ных возбудителях и обобщения опыта работы построенных по известному принципу устройств защиты определено, что их ложные срабатывания вызываются появлением статического или динамического небалансов измеряемых сигналов UK и Uoc. Небаланс возникает вследствие различия постоянных времени сравниваемых сигналов, а также при нарушении их коэффициента пропорциональности в результате изменения в режиме форсировки величи- ны сопротивления обмотки возбуждения главной синхронной машины и генератора возбудителя, которое зависит от температурного режима. На появление небаланса входных сигналов в измерительном органе защиты влияет изменение сигнала UK, представляющего собой наведенную высшими гармониками н.с. обмотки якоря возбудителя в контуре полюсов возбуждения (т.е. в измерительной катушке) суммарную ЭДС. состоящую из гармоник с частотой, кратной шести по отношению к основной частоте, - для возбудителей, имеющих трехфазную мостовую схему включения диодов во вращающемся выпрямителе, или суммарную ЭДС, состоящуют из гармоник с частотой, кратной трем, по отношению к основной частоте, - для возбудителей, имеющих трехфазную нулевую схему включения диодов оо вращающемся выпрямителе. Установле- но. что во всем диапазоне изменения тока возбуждения возбудителя шестая (третья) гармоника сохраняет свое процентное соотношение в измеряемом сигнале UK. з действующее значение ее линейно зависит от величины в. т.е. от величины Uoc. К ложному срабатыванию устройства г т щиты приводит также прохождение сигнала-помехи от измерительной катушки датчика тока якоря обращенного генератора в измерительный орган устройства, не имеющий по этому входу гальванической развязки.

Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение функциональных возможностей устройства защиты.

Указанная цель достигается тем. что устройство защиты от внутренних повреждений синхронной машины, содержащее датчика тока якоря возбудителя, выход которого соединен с входом первого форми- роватзля сигнала, первый выход которого соединен с первым входом блока сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, выход блока сравнения соединен с первым входом

логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом исполнительного органа, датчик тока возбуждения возбудителя, второй формирователь импульсов, выход которого через измерительный орган и орган временной задержки соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ, второй выход первого формирователя сигналов подключен к второму входу измерительного органа, дополнительно снабжено блоком выявления несимметрии, блоком изменения уставки охлаждающего газа синхронной машины, вход которого подключен к датчику тока возбуждения возбудителя, а выход - к входу второго формирователя импульсов, первый вход блока выявления не- симмстрии соединен с первым выходом первого формирователя сигналов и второй выход этого формирователя подключен к второму входу блока выявления несимметрии, который состоит из последовательного соединения органа сравнения и преобразования сигнала и органа задержки на срабатывание, выходом которого является выход блока выявления несимметрии, подключенным к третьему входу логического элемента ИЛИ, а входами входы органа сравнения и преобразования сигнала.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 график зависимости измеряемых сигналов и границы ;к ; нечувствительности устройства защшы.

Устройство (фиг.1) состоит из датчика 1 тока якоря возбудителя, датчика 2 тока возбуждения возбудителя, первого формирователя 3 сигнала, второго формирователя 4 импульсов, блока 5 сравнения, измеритель ного органа 6, блока 7 выявления несимметрии, органа 8 временной задержки. источника 9 опорного напряжения, логического элемента ИЛИ 10, исполнительного органа 11, органа 14 изменения уставки охлаждающего газа синхронной машину. Блок 7 выявления несимметрии состоит из органа 12 сравнения и преобразования сигнала и органа 13 задержки на срабатывание.

С датчика 1 тока якоря и датчика 2 тока возбуждения возбудителя снимаются пропорциональные этим величинам сигналы U и Uoc. которые поступают в соответствующие формирователи 3 и 4. где реализуется их преобразование. На первом выходе формирователя 3 получают сигнал и к . а на втг, выходе этого же формирователя - сигнал . На выходе формирователи 4 получают сигналы U oc. Источником 9 опорного напряжения создают необходимые для питания электронной схемы устройства защиты напряжения, а также сигнал U0n. В

измерительном органе 6 сравнивают поступающие сигналы и U oc Срабатывание измерительного органа происходит при нарушении следующих соотношений: U К U oc или U oc 2: К UK , где К - коэффициент запаса. Для отстройки от ложных срабатываний при переходных процессах использован орган 8 временной задержки. На входы блока 7 выявления несимметрии, т.е. на входы органа 12 сравнения и преобразования сигнала поступают сигналы UK и UK .Принцип действия органа сравнения и преобразования сигнала основан на выделении импульсов тока в ветвях схемы вращающегося выпрямителя и отслеживания времени между двумя соседними импульсами. Выделение импульсов тока выполнено путем сравнения сигнала UK (выпрямленного напряжения) с сигналом UK (его средним значением).

При нормальной работе вращающегося выпрямителя импульсы тока следуют с определенной периодичностью. Повреждение во вращающемся выпрямителе вызывает исчезновение одного или нескольких импульсов тока, что приводит к появлению напряжения на выходе органа сравнения и преобразования сигнала, и далее через орган 13 задержки на срабатывание приводит к срабатыванию блока 7 выявления несимметрии. На входы блока 5 сравнения поступают сигналы UK и Uon. Превышение сигнала UK над сигналом Uon приводит к срабатыванию без выдержки времени органа 5 сравнения.

Таким образом, схема устройства защиты имеет три различных канала сравнения сигналов: дифференциальный канал (первый канал), состоящий из измерительного органа 6 и органа 8 временной задержки; канала выявления несимметрии (второй канал), состоящий из органа 12 сравнения и преобразования сигнала и органа 13 задержки на срабатывание; канал токовой отсечки (третий канал), состоящий из блока 5 сравнения. Появление напряжения на выходе любого из каналов вызывает срабатывание логического элемента ИЛИ 10. воздействующего на исполнительный орган 11. Исполнительный орган через внешнюю релейную воздействует на отключение синхронной машины или на отключение возбуждения, или на сигнализацию.

Для предотвращения ложного срабатывания устройства защиты при прохождении сигнал-помехи от датчика 1 тока якоря возбудителя в измерительный орган 6 первый формирователь 3 сигнала снабжен трансформатором гальванической развязки.

Между датчиком 2 тока возбуждения возбудителя и вторым формирователем 4 импульсов включен орган 14 изменения уставки охлаждающего газа синхронной машины. В синхронных машинах в качестве охлаждающего газа может быть использован воздух или водород, что предъявляет различные требования к используемой мощности машины. С этой целью релейные

защиты синхронной машины имеют по два однотипных элемента, предназначенных по одному для этих вариантов (например, имеется два токовых реле перегрузки по току статора и другие, которые вводятся в работу

накладками с положениями Воздух и Водород). Обычно перевод синхронной машины на другой охлаждающий газ выполняют на неработающей в сети машине. После заполнения корпуса машины новым охлаждающим газом осуществляют переключение релейной аппаратуры, а также перенастройку устройства защиты и только затем - включение машины в работу. Следовательно, орган изменения уставки охлаждающего газа синхронной машины выполняет функцию ступенчатого изменения величины сигнала Uoc при изменении охлаждающего газа синхронной машины, т.е. для одного и того же значения тока возбуждения возбудителя на

входе формирователя 4 сигнал U0c принимает только одно из двух возможных значений. Для определения, по какому каналу произошло срабатывание устройства защиты, логический элемент ИЛИ 10 может быть

снабжен канальными органами индикации. При необходимости выполнения в процессе эксплуатации проверки работоспособного состояния каналов в схему устройства могут быть дополнительно введены органы проверки каналов.

Использование выполненного указанным образом дифференциального канала позволяет повысить чувствительность защиты, а наличие в канале изменяющейся

пропорционально изменению сигналов U и Uoc границы зоны нечувствительности надежно защищает возбудитель бесщеточной синхронной машины во всем диапазоне изменения тока возбуждения возбудителя от

нуля до двукратного значения (фиг.2). исключая ложные срабатывания устройства. Применение канала выявления несимметрии в указанном устройстве защиты позволяет выявить несимметрию не только в

напряжении вращающегося выпрямителя и сохранить неповрежденные роторные диоды, но также косвенным способом выявить несимметрию з выпрямленном напряжении тиристорного преобразователя питания с бмотки возбуждения обращенного генератора возбудителя.

Применение блока изменения утсавки охлаждающего газа исключает затраты на переналадку устройства защиты при переводе синхронной машины с одного охлаждающего газа на другой и защищает вход второго формирователя импульсов. Таким образом, технико-экономический эффект использования предлагаемого устройства защиты заключается в сокращении вынужденных простоев основного оборудования вследствие ложной работы защиты типа УЗ- 2. снижении ущерба при повреждениях во вращающемся выпрямителе возбудителя и в исключении затрат на переналадку устройства защиты при переходе охлаждения синхронной машины с одного газа на другой.

Устройство защиты может быть использовано в бесщеточных синхронных генераторах, компенсаторах и двигателях.

Формула изобретения Устройство защиты от внутренних повреждений синхронной машины, содержащее датчик тока якоря возбудителя, выход которого соединен с пходом первого формирователя сигнала, первый выход которого соединен с первым входом 5лока сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, выход блока сравнения соединен с первым входом логического элемента ИЛИ. выход которого соединен с входом исполнительного органа, датчик тока возбуждения возбудителя, вто- рой формирователь импульсов, выход которого через измерительный орган и орган временной задержки соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ, второй выход первого формирователя сигналов

подключен к второму входу измерительного органа, отличающееся тем. что. с целью повышения чувствительности и расширения функциональных возможностей, оно дополнительно снабжено блоком выявления несимметрии, блоком изменения уставки охлаждающего газа синхронной машины, вход которого подключен к датчику тока возбуждения возбудителя, а выход - к входу второго формирователя импульсов, первый

вход блока выявления несимметрии соединен с первым выходом первого формирователя сигналов и второй выход этого формирователя подключен к второму входу блока выявления несимметрии, который состоит из последовательно соединенных органа срявнрниа и преобразования сигнала и органа задержки на срабатывание, выходом которого является выход блока выявления несимметрии, подключенный к третьему

входу логического элемента ИЛИ, а входами - входы органа сравнения и преобразования сигнала.

Пробой роторного диода I if к

Несимметричное к.з.(Мх)

V

/ Граница зоны I ие убствительности / третьего канала

Uoc(2l. ном)

UK IS-HO }

и dig. ном) - У ос (is. нон)

/

/

/

/

/

//

/;

г

/

/

/

Расширение границь/ зоны не /г/Всл7би/77ельнос/77{/ первого канала

Граница занщ нечубс/лбительности ггербого канала

/

/

Симме/гтрмное Х.Э. ft/xl

I

О

IB. ном

(Риг. г

Симме/гтрмное Х.Э. ft/xl

CL&HOM