Способ защиты от витковых замыканий в обмотках трехфазных электрических машин Советский патент 1992 года по МПК H02H7/08 G01R31/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических машин от межвитковых замыканий в обмотке статора и определения ухудшения изоляции.

Известен способ защиты электрических. машин от витковых замыканий в обмотках, при котором в контролируемые обмотки подают оперативное напряжение повышенной частоты и напряжение рабочей частоты, измеряют токи оперативного сигнала и отключают электрическую машину в случае превышения им допустимых значений.

Недостатком способа является невозможность его использования одновременно для группы машин, находящихся в работе, поскольку не обеспечивается селективность выделения дефектной машины, а также трудность обеспечения развязки между источниками оперативного сигнала и рабочего напряжения.

Известен также способ защиты электрических машин от витковых замыканий, при котором в каждой машине измеряют сумму магнитных потоков, созданных наложенными токами, протекающими в лобовых частях обмотки статора, и отключают эту машину, если указанная сумма больше эталонной величины. При этом способе эталонная величина (уставка), характеризующая чувствительность защиты, определяется суммой потоков Ф, создаваемых наложенными токами, протекающими в лобовых частях обмотки статора в безаварийных режимах. При одной и той же мощности наложенного сигнала Физменяется по величине в зависимости от числа работающих машин и от того, какие из них работаю1.

Недостатком способа является низкая чувствительность, так как для правильной работы защиты по этому способу необходимо отстраиваться от наибольшего значения Фмакс, которое при пуске может быть значительным.

Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты от межвитковых замыканий в обмотках электрических машин, основанный на положении напряжения повышенной частоты на все фазы электрической сети, фиксации числа включенных

е

ч|

4V

сх J ел

00

машин, изменении уставок защит и мощности источника напряжения повышенной частоты в зависимости от этого ,числа, сравнении с уставкой симметрии токов повышенной частоты каждой из защищаемых машин и формировании сигнала защиты в случае превышения уставки при нарушении симметрии токов повышенной частоты поврежденной машины.

Недостатком известного способа является недостаточная чувствительность защиты, обусловленная необходимостью отстраиваться от режимов пуска и самозапуска электродвигателей, когда сопротивление обмоток электрических машин уменьшается ввиду увеличения скольжения. Величина наложенного тока и создаваемого им суммарного магнитного потока Ф при этом становится значительной, и чтобы защита не работала ложно, приходится выбирать в качестве порога срабатывания Ф

К0-гс , где Коте 1,,5.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу защиты от витковых замыканий в обмотках трехфазных электрических машин, основанному на наложении напряжения повышенной частоты на все фазы электрической сети, фиксации числа включенных машин, изменении уставок защит и мощности источника напряжения повышенной частоты в зависимости от этого числа, сравнении о уставкой симметрии токов повышенной частоты каждой из защищаемых машин и формировании сигнала защиты в случае превышения уставки при нарушении симметрии токов повышенной частоты повреженной машины, дополнительно измеряют частоту вращения ротора для каждой электрической машины, сравнивают скольжение с рядом допустимых величин и в случае превышения соответствующего допустимого уровня формируют сигнал для изменения уставки защиты и мощности упомянутого источника.

Повышение чувствительности основывается на том, что при изменении скольжения электрической машины изменяются уставки защиты.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - схема блока задания уставок.

Устройство содержит генератор 1 напряжения переменного тока, фильтр 2, предназначенный для заграждения генератора 1 от рабочей частоты электрической машины, преобразователь 3 напряжения,

например трансформатор напряжения, вторичные обмотки которого соединены в открытый треугольник, блок 4 задания уставок для каждой машины 5 с выключателем 6

(схема показана в однолинейном исполнении для одной машины, остальные машины подключены так же), датчик 7, измеряющий сумму магнитных потоков, созданных токами в лобовых частях всех фаз обмоток ста0 тора, внутри машины (например, датчик) измерительный орган 8, определяющий величину скольжения S (например, тахогене- ратор), орган 9 сравнения с фильтром, исполнительный орган 10, блок 4 имеет вхо5 ды 11-14 и выходы 15-18.

Выходы генератора 1 подключены к входам фильтра 2, выходы которого подключены к преобразователю 4, а последний - к трем фазам электрической сети.

0 Входы датчика 7 электромагнитно связаны с токами, протекающими в каждой фазе электрической машины 5, а выход датчика 7 подключен к фильтру, настроенному на частоту генератора, выход фильтра 5 к одному из входов органа 9 сравнения.

Выход измерительного органа 8 подключен к входу 11 блока 4, а входы 12-14 блока 4 подключены к выходам (например, через вспомогательные контакты) включате0 лей 6 машин 1, i, n (где i принимает значения

2, 3(п-1); выходы 15-17-к входу органа

9 сравнения для соответствующей машины, выход 18 - к входу генератора 1.

Блок 4 задания уставок может быть вы5 полней на основе ЭВМ, с помощью дешифратора, в виде диодной сетки.

Блок 4 на диодной сетке для 3 машин (фиг. 2) содержит промежуточные реле 19- 26, контакты 27-29 реле положения Отклю0 чено (разомкнуты при включенном положении выключателей первой, второй и третьей машин), контакты 30-32 реле положения Включено этих выключателей, контакты 33 - реле положения Включено

5 первой машины; контакты 34-37 - реле 19,20, 22,23; источник 38 напряжения; контакты 54-56 измерительных органов 8 первой, второй и третьей машин (замкнуты, когда S 5кр); резисторы 39-53. Резисторы

0 39-42 и 51-53 имеют разное сопротивление. Реле 19 выдает сигнал о том, что все машины включены, реле 20 - что отключена третья машина, реле 21 - первая, реле 22 - вторая, реле 23 - первая и вторая, реле 24 5 вторая и третья, реле 25 - первая и третья, реле 26 - все машины,

Устройство работает следующим образом.

Если в работе находятся все три машины, то генератор 1 вырабатывает налагавмый ток заданной частоты, например 100 Гц, мощностью Pi. При этом на выходе датчиков 7 машин имеются соответственно ЭДС Ei К Фь Е2 К фг. Ез - К Фз, где ФгФз - суммарные магнитные потоки, созданные наложенным током в соответствующих машинах, а на выходах соответствующих органов 9 сравнения - эталонные величины напряжения LH-Ua, выданные блоком 4 задания уставок. Ui-Ua являются расчетными(U1 Коте Ei; U2 K0TcX хЕ2)или замеряются опытным путем(напри- мер, для АД -41-4, когда в качестве датчика используется известный датчик, EI 0,1 В, Ui 0,15B),

При отсутствии пуска и самозапуска, короткого замыкания исправной изоляции в обмотках машин Ui Ei, (Jz Еа, Кз Ез и органы 9 сравнения сигналов не выдают. Величины Ф1-Фз обусловлены в этих режимах собственной несимметрией машины и тем больше, чем больше мощность генератора 1.

При ухудшении изоляции или коротком замыкании, например, в обмотке статора первой машины уменьшается ее сопротивление, ток в ней увеличивается, что вызывает значительную несимметрию и увеличение потока Ф1 без изменения эталона Ui. Поэтому Ei Ui и исполнительный орган 9 отключает выключатель б первой машины. На входе блока 4 появляется сигнал об ее отключении (например, от вспомогательных контактов выключателя). Блок 4 задания уставок выдает соответствующие сигналы на входы органов 9 сравнения и генератора 1 в виде новых значений напряжений Da, ub и мощности Р2, при этом U 2 Е12 U13 Е1з, где Е12 и Е1з - новые значения ЭДС на входе датчиков 7 второй и третьей машин, оставшихся в работе.

При пуске и самозапуске, например, первой машины сопротивление ее обмотки уменьшается, ток в ней увеличивается, увеличивая величину магнитного потока Ф|.

Измерительный орган 8 при скольжении Si, превышающем заданную величину, например Зкр, подает на вход блока 4 сиг- рассчитывается по известной формуле) и для двигателя АД 41-4 SKp 0,1, а S 0,12), в соответствии с которым блок 4 перестраивает уставки и выдает на входы органов 9 сравнения и генератора 1 новые значения напряжений , U™2. U .3 и мощности Ре, при этом 1г4 1 Ei; u 4 2 Ј2; 1Р з Ез. Далее устройство работает аналогично.

Переключение уставок в блоке 4 осуществляется в соответствии со следующими

алгоритмами. Если имеются сигналы Ai-Аз о том, что включены выключатели первой, второй и третьей машин, генератор 1 вырабатывает мощность Pi, а на входы соответствующих органов сравнения подаются эталонные напряжения Ui-Lto.

Если имеются сигналы А2 и Аз о том, что включены выключатели второй и третьей машин, и сигнал At о том, что первая машина

0 отключена, то генератор 1 выдает мощность Р2. а на входы органов сравнения соответственно для второй и третьей машин подаются напряжения 1Г1 2 и .

При наличии сигналов Ai-A4 о том, что

5 включены выключатели 1-3-й машин и происходит пуск (самозапуск) первой машины, причем скольжение превышает заданную величину, генератор 1 вырабатывает мощность Ре. а на входы органов 9 сравнения

0 подаются соответственно значения напряжения UW1 Л и А.

Аналогичным образом формулируются остальные словесные алгоритмы управления, которые могут быть записаны в виде

5 функций алгебры логики.

Тогда под Ai-Аб (при включенных выключателях) порнимаются логические пере- менные, принимающие при наличии сигнала 1, а при отсутствии .

0 Ai Аз характеризуют отклоненное положение выключателей, первой, второй и третьей машин, а Ад As Ae - то, что скольжение этих машин меньше заданной величины, a A/I As Ae - больше заданной величины.

5 Таким образом, фиксируют число и порядковые номера включенных машин, а также их скольжение.

В таблице показаны значения мощностей, вырабатываемых генератором 1, и на0 пряжения, выдаваемые на входы органов 9 сравнения для трех машин. Нижние индексы у напряжений U указывают номера машин, для которых устанавливается данная величина,

5 Изменение уставок по напряжению на входе органа 9 сравнения, например первой машины, осуществляется следующим образом.

Когда включены все три машины, реле

0 20-28 не обтекаются током, так как они за- шунтированы замкнутыми контактами 30- 32, резисторы 40-42 закорочены, контакты измерительных органов 8 замкнуты и на орган 9 сравнения первой машины подается

5 напряжение Ui через резистор 39 (контакты 34 разомкнуты, так как сработало реле 19). При отключении второй машины контакт 31 размыкается и реле 22 срабатывает, размыкая контакт 36 и изменяя напряжение Ui на U®1 (см. таблицу).

При пуске (самозапуске) первой машины, когда ее S SKp, а вторая и третья машины тоже находятся в работе, контакты 30, 31, 32, 56 и 55 замкнуты, а 54 разомкнуты, резисторы 41, 42, 52 и 53 закорочены и на орган 9 сравнения первой машины подается напряжение и 4ч через резисторы 51,40,39. Аналогично изменяются уставки по напряжению и мощности для других машин.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает высокую чувствительность и селективность защиты.

Формула изобретения

Способ защиты от витковых замыканий в обмотках трехфазных электрических машин, основанный на наложении напряжения повышенной частоты на все фазы электрической сети, фиксации числа включенных машин, изменении уставок симметрии токов их защит и мощности источника напряжения повышенной частоты в зависимости от этого числа, сравнении с уставкой

симметрии токов повышенной частоты каждой из защищаемых машин и формировании сигнала защиты в случае превышения уставки при нарушении симметрии токов повышенной частоты поврежденной машины, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, дополнительно измеряют частоту вращения ротора для каждой электрической машины, сравнивают скольжение с рядом допустимых величин, и в случае превышения соответствующего допустимого уровня формируют сигнал для изменения уставок защиты и мощности упомянутого источника,

ю

т

Использование: защита электрических машин от витковых замыканий и определение ухудшения изоляции с повышенной чувствительностью. Сущность изобретения: при измерении суммы магнитных потоков, созданных токами, протекающими в лобовых частях обмотки статора, фиксируют чис-л ло, порядковые номера и скольжение включенных машин Л в зависимости от этих чисел изменяют эталонную величину (уставку) для каждой машины и мощность источника наложенных токов. 2 ил. чэ

12

flf&

15

4

f8

jtf j/7

u

fe/

43

5

# J5 # 36 56 37

фиг. г

19

ft

Ј

О