Устройство для защиты генератора от перегрева обмотки ротора Советский патент 1992 года по МПК H02H7/06 H02H7/08 H02H5/04 

Изобретение относится к релейной защите и автоматике энергосистем и предназначено для защиты синхронной машины от перегрева обмотки ротора.

Известное устройство защиты от перегрева ротора, основанное на принципе интегральной зависимости характеристики выдержки времени, входным сигналом которому является ток возбуждения, и содержащее входное преобразовательное устройство, сигнальный, пусковой и интегральный органы, блок питания и трансформатор постоянного тока (ТПТ), через который устройство подключается в цепь возбуждения генератора.Однако низкая точнЬсть ТПТ приводит к загрублению уставок, неполному использованию перегрузочной способности генератора и его ложному (преждевременному) отключению при допустимых перегрузках. Кроме того, сложность конструкции и подключение ТПТ последовательно в цепь возбуждения снижает надежность цепей возбуждения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство защиты генератора от перегрузки обмотки ротора, содержащее блок входных преобразователей, подключенный к выходу измерительного ТПТ в цепи обмотки ротора, блок моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке, выполненного в виде последовательно соединенных перемножителем (квадратора) и блока усреднения (ФНЧ) и своим входом подключенный к выходу входных преобразователей, блока моделирования температуры в обмотке, подключенного к выходу блока моделирования сигнала, пропорционального тепловыделению в обмотке и содержащего сумматор, своим выходом подключенный к входу первого интегратора, выход которого через

ч|

СО

VJ о

О 00

блок обратной связи соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого является входом блока моделирования температуры в обмотке, блок экстраполяции температуры нагрева, своим первым вхо- дом подключенный к входу сумматора, а вторым входом - к входу первого интегратора, блок коррекции уставок на срабатывание, своим входом подключенный к выходу блока моделирования температуры в обмот- ке, и блок формирования выходных сигналов, первым входом подключенный к блоку коррекции уставок, вторым входом - к выходу первого интегратора, а третьим - к выходу экстраполятора температуры в обмотке. Первый интегратор выполнен на принципе аналого-цифрового интегрирования.

Однако это устройство также характеризуется недоиспользованием перегрузочной способности и ложным отключением генератора вследствие низкой точности измерительного ТПТ и снижением надежности в результате его применения.

Цель изобретения - повышение точности работы защиты и повышение надежно- сти путем упрощения конструкции входного преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты генератора от перегрева обмотки ротора, содержащее блок моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке, вы- полненного в виде последовательно соединенных перемножителя (квадратора) и блока усреднения сигнала (ФНЧ), блока моделирования температуры в обмотке, подключенного к выходу блока моделирования сигнала, пропорционального тепловыделению в обмотке и содержащего сумматор , своим выходом подключенный к входу первого интегратора, выход которого через блок обратной связи соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого является входом блока моделирования температуры в обмотке, блок экстраполя- ции температуры нагрева своим первым входом подключенный к выходу сумматора, а вторым входом - к выходу первого интегратора, блок коррекции уставок на срабатывание, своим входом подключенный к выходу блока моделирования тепловыделения в обмотке, и блок формирования выход- ных сигналов, первым входом подключенный к блоку коррекции уставок, вторым входом - к выходу первого интегра- тора, а третьим - к входу экспраполятора температуры в обмотке, которые объединены в блок моделирования теплового процесса в обмотке ротора, дополнительно введены блок масштабирования напряжения возбуждения и блок формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (второй интегратор), причем блок масштабирования напряжения подключен параллельно обмотке возбуждения генератора, а его выход соединен с входом блока формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (представляющего собой второй интегратор), вход которого в свою очередь подключен к входу блока моделирования теплового процесса в обмотке ротора.

На чертеже представлена схема устройства, возможный вариант.

На чертеже приняты следующие обозначения: генератор 1; обмотка 2 возбуждения генератора; блок 3 масштабирования напряжения; блок 4 формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (второй интегратор); блок 5 моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения, содержащего блок 6 перемножителей и блок 7 усреднения сигнала (ФНЧ); блок 8 моделирования температуры в обмотке, содержащий сумматор 9; первый интегратор (цифро- аналоговый) 10 и блок 11 обратной связи; блок 12 экстраполяции температуры нагрева; блок 13 коррекции уставок на срабатывание; выходной блок 14 Блоки 5, 8, 12, 13, 14 объединены в блок моделирования теплового процесса в обмотке ротора.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение в обмотке ротора 2 генератора 1 масштабируется преобразователем Напряжение-напряжение 3, в качестве которого например, может быть использован резисторный делитель, поступает на схему 4 формирования сигнала, пропорционального току возбуждения, представляющего собой интегратор с цепью обратной связи. Известно, что напряжение и ток возбуждения однозначно связаны выражением

If-fffMafd+ Lffrnf.(D

где If - напряжение на обмотке возбуждения;

if - ток обмотки возбуждения;

Lf - индуктивность обмотки возбуждения;

rf - активное сопротивление обмотки возбуждения;

id - ток статора в координатах;

Mafd взаимоиндуктивность обмоток ротора и статора, что позволяет выполнить моделирование.

Для построения защиты от перегрузок током ротора первым слагаемым в напряжении (1) можно пренебречь, так как в режимах, близких к стационарным, did/dt стремится к нулю.

С учетом этого исходное выражение записывается следующим образом:

Tf

dif- Vf- if -LfVf u f

(2)

Решая уравнение (2), на выходе второго интегратора 4 имеем напряжение, пропорциональное току возбуждения, которое подается на вход блока моделирования тепловых процессов.

В основу работы блока моделирования теплового процесса в обмотке ротора положено следующее уравнение теплового состояния

dA0

AP KTFA0+cG

dt

(3)

где АР- мощность выделяемая в обмотке возбуждения (ВТ);

Кт - коэффициент теплоотдачи обмотки в охлаждающую среду, ВТ/см град;

F - поверхность охлаждения обмотки, см2;

АО-превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды, град;

с - удельная теплоемкость обмотки Вт/кг град;

G - масс обмотки, кг;

t- время, с.

Сигнал с выхода блока формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (второй интегратор), поступает на блок формирования сигнала, пропорционального тепловыделению в обмотке ротора, состоящего из перемножителя (квадратора) б и блока 7 усреднения сигнала. Затем сигнал, пропорциональный мощности тепловыделения, поступает на вход блока 8 моделирования температуры в обмотке, где осуществляется решение уравне ния (3) с помощью сумматора 9, первого интегратора 10, выполненного на принципе цифроаналогового интегрирования, и блока 11 обратной связи.

Далее сигнал поступает на вход экстра- полятора 12 температуры и выходной блок 14. На второй вход экстрополятора температуры поступает сигнал, пропорциональный приращению температуры в выходе сумматора 9 блока 8 моделирования температуры. Выходом экстрополятора температуры является второй вход выходного блока 14. На третий вход выходного блока поступает сигнал с выхода блока 13 коррекции уставок, выходным сигналом которого является сигнал, пропорциональный мощности тепловыделения в обмотке ротора.

На выходе выходного блока 14 формируют сигналы на возбуждение генератора и

.

на отключение его от сети и гашение поля в зависимости от величины перегрузки.

Предлагаемое устройство позволяет увеличить перегрузочную способность гене5 ратора, повысить точность измерения, упростить схему подключения защиты в цепь возбуждения генератора и сохранить все достоинства прототипа.

Потребность в подобных устройствах

10 имеется при защите обмотки ротора синхронного генератора и других мощных синхронных машин. Предлагаемое устройство было промакетировано на интегральных микросхемах и испытано в лабораторных

15 условиях. В установке использованы микросхемы серии К140, 561, 525, 572, 590. Проведенные испытания подтвердили ожидаемый эффект от работы защиты. В рамках выполнения НИР предполагается использовать

20 предлагаемое устройство в комплексной системе защиты генератора.

Формула изобретения Устройство для защиты генератора от перегрева обмотки ротора, содержащее

25 блок моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке, выполненной в виде последовательно соединенных перемножителя и блока усреднения сигнала, блок мо30 делирования температуры в обмотке, подключенный к выходу блока моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке, и содержащий сумматор, выходом подключенный к входу

35 первого интегратора, выход которого через блок обратной связи соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого является входом блока моделирования температуры в обмотке, блок экстраполя- 40 ции температуры нагрева, первым входом подключенный к выходу сумматора, а вторым входом - к выходу первого интегратора, блок коррекции уставки на срабатывание, входом подключенный к выходу блока моде45 лирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения, блок формирования выходных сигналов, первым входом подключенный к блоку коррекции уставок на срабатывание, вторым входом - к выходу

50 первого интегратора, а третьим - к выходу блока экстраполяции температуры нагрева, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем наиболее полного использования перегрузочной спо55 собности генератора и повышения точности, дополнительно введены блок масштабирования напряжения возбуждения и блок формирования сигнала, пропорционального току возбуждения, при этом вход блока масштабирования напряжения

имеет клеммы для подключения параллельно обмотке возбуждения генератором, его выход соединен с входом блока формирования сигнала, пропорционального току возбуждения, выход которого подключен к входу блока моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке.

Использование: область релейной защиты и автоматики энергосистем, для защиты синхронной машины от перегрева обмотки ротора. Сущность изобретения: более полное использование перегрузочной способности синхронных генераторов, упрощение конструкции входного преобразователя Входной трансформатор постоянного тока, подключенный последовательно в цепи возбуждения, заменен на блок масштабирования напряжения и блок формирования сигнала пропорционального току возбуждения. Они соединены последовательно и подключены параллельно в цепи возбуждения. 1 ил.

.РазвозЈ