Устройство для защиты синхронного генератора от асинхронного хода Советский патент 1992 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите синхронного генератора от асинхронного хода.

Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия защиты генератора от асинхронного хода.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 -характеристики измерительного органа сопротивления.

Устройство содержит следующие элементы: 1 - измерительный орган сопротивления (ОС) с двумя выходами (т.е. с двумя элементами сравнения) и комбинированной характеристикой срабатывания; 2, 3, 17 - первый, второй и третий блоки запрета; 4 - элемент ИЛИ; 5, 6 - первый и второй триггеры; 7, 10, 11 - первый, второй и третий элементы И; 8 - счетчик импульсов; 9,13,14, 19 - первый, второй, третий и четвертый блоки выявления первоочередности срабатывания (БВП); 12, 18 - первый и второй элементы выдержки времени; 15, 16-.ne.p- вый и второй переключатели сигнала; U, I сигналы, пропорциональные напряжению и току генератора; I, II, III-выходы элементов, рабочие сигналы на которых появляются при попадании годографа сопротивления в области, соответственно, I, II, III на фиг.2; Ст - выходной сигнал счетчика импульсов, действующий на отключение генератора по количеству циклов скольжения; +Sg. -Sg - выходные сигналы, действующие на автоматическую нормализацию режима генератора (убавить, прибавить) при скольжении выше допустимого; ± 5кр - выходной сигнал, действующий на отключение генератора пр- асинхронном ходе и скольжении выше крип ского.

Вх .ы первого 2 и второго 3 блоков запета и элемента ИЛИ 4 подключены к выходам ОС 1, входы установки триггеров 5 и 6 подключены к выходам первого второго блоков запрета 2 и 3, входы сброса триггеров 5 и 6 подключены к выходу элемента ИЛИ 4, входы первого элемента И 7 и первого блока БВП 9 подключены к выходам первого и

ч|

41 00 00

СП

второго триггеров 5 и 6, вход счетчика импульсов 8 подключен к выходу первого элемента И 7, входы второго элемента И 10 подключены к первому выходу первого ВВП 9 и к второму выходу ОС1, входы третьего элемента И 11 подключены к второму выходу первого ВВП 9 и к первому выходу ОС 1, первые входы второго 13 и третьего 14 ВВП подключены соответственно к выходам второго 10 и третьего 11 элементов И, вторые входы второго 13 и третьего 14 ВВП объединены и через первый элемент выдержки времени 12 подключены к выходу элемента ИЛИ 4, а выходы второго 13 и третьего 14 БВП предназначены для контроля величины и знака допустимого скольжения генератора, входы первого переключателя сигнала 15 подключены к первому входу третьего блока запрета 17 и входу второго элемента выдержки времени 18, входы второго переключателя сигнала 16 подключены к первому и второму выходам ОС 1, а выход его подключен к второму входу третьего блока запрета 17, входы четвертого БВП 19 подключены к выходам третьего блока запрета 17 и второго элемента выдержки времени 18, а выход его предназначен для контроля величины и знака критического скольжения генератора.

Характеристика срабатывания ОС 1 выбирается таким образом, что сопротивление нижней особой точки окружности на фиг,2 равно сопротивлению генератора Zr, а сопротивление верхней особой точки окружности сопротивлению системы Zc (включая сопротивление силового трансформатора). ОС 1 содержит два элемента сравнения. Сигнал на первом выходе ОС (т.е. на выходе первого элемента сравнения) появляется при попадании годографа сопротивления в область, ограниченную характеристикой 1 на фиг.2, а сигнал на втором выходе ОС (т.е. на выходе второго элемента сравнения) - при попадании в область, ограниченную характеристикой 2.

Сигнал на выходе блока запрета 2 появляется при наличии сигнала на первом выходе ОС и отсутствии сигнала на втором выходе ОС, а сигнал на выходе блока запрета 3 - при наличии сигнала на втором выходе ОС и отсутствии сигнала на первом выходе ОС.

Таким образом, блоки 2 и 3 формируют раздельные области срабатывания I и II на фиг.2, а блок 4 формирует объединенную область срабатывания III. В нормальном режиме генератора угол между напряжением генератора и системы (в дальнейшем угол генератора) не превышает 90°, соответствующий ему вектор сопротивления на зажимах генератора лежит в области IV на фиг.2, а сигналы Ст,+ Sg, - Sg , ± Sup на выходах, соответственно,блоков8,13,14, отсутствуют.

В случае возникновения синхронных качаний угол генератора может превышать 90°, не превышая при этом угла 180°, соответствующего потере устойчивости генератора. При этом годограф сопротивления

0 сравнительно медленно движется по кривой 3 на фиг.2, проходя через точки А1, В1, С1, D1, а сигналы на выходе устройства от- сутствуют.

. В случае возникновения возможности

5 асинхронного хода годограф сопротивления сравнительно быстро движется по кривой 4 на фиг.2. В момент времени А, соответствующий углу генератора 90°, появляются сигналы I и III на выходах блоков 2 и

0 4. Причем сигнал HI подготавливает триггеры 5 и 6 к установке в рабочее состояние и запускает элемент выдержки времени 12, а сигнал I устанавливает триггер 5 в рабочее состояние. Пи этом БВП 9 фиксирует поло5 жительный знак скольжения генератора, когда рабочий сигнал появляется на его первом выходе и поступает на первый вход эле- мента И 10. В момент времени В, соответствующий углу генератора 135°, ОС

0 1 срабатывает по выходу 2. с выхода которого сигнал поступает на второй вход элемента И 10. При этом сигнал с выхода блока 10 приходит раньше, чем сигнал с выхода элемента времени 12 и устанавливает БВП 13 в

5 такое состояние, что на его выходе появляется рабочий сигнал, фиксирующий превышение генератором допустимого скольжения с положительным знаком +Sg. Этот сигнал действует на уменьшение ско0 рости генератора. Если уменьшение скорости генератора происходит успешно, то движение годографа сопротивления от момента В до момента D происходит сравнительно медленно (или вовсе прекращается),

5 сигнал на выходе блока 19 не появляется, а генератор успешно втягивается в синхронизм.

В случае, если уменьшение скорости генератора не приносит успеха, то угол про0 ворота быстро возрастает и, если скольжение больше критического, обеспечивается сравнительно быстрое движение годографа сопротивления на отрезке BCD кривой 4. В момент времени В (если пере5 ключатели 15 и 1бустановлены в положения а-Ь, когда контролируется величина положительного критического скольжения генератора, расположенного за спиной относительно места установки защиты) сигнал, поступающий с выхода блока 13 через

блок 15 на входы блоков 17 и 18, запускает элемент выдержки времени 18 и подготавливает работу блока 17. При этом работа блока 17 не обеспечивается, так как не его другой вход через блок 16с первого выхода блока 1 поступает запрещающий сигнал. В момент времени D, соответствующий углу генератора 225° (т.е. после потери устойчивости генератора в момент времени С, соответствующий углу генератора 180°) появляется сигнал II на выходе блока 3. Этот сигнал устанавливает триггер 6 в рабочее состояние. При этом через блок 7 на вход блока 8 поступает первый счетный импульс, свидетельствующий о первом провороте ротора генератора, а состояние ВВП 9 не изменяется. Так как в момент времени D сигнал на первом выходе ОС 1 исчезает, то разрешается работа блока запрета 17. Если величина скольжения генератора больше критического, то сигнал с выхода блока 17 приходит раньше, чем сигнал с выхода элемента времени 18, м устанавливает БВП 19 в такое состояние, что на его выходе появляется рабочий сигнал, свидетельствующий о превышении генератором критического скольжения, когда синхронизация генератора маловероятна и обеспечивается его от- ключение. Если скольжение меньше критического, то возможна последующая успешная ресинхронизация генератора в течение заданного количества циклов скольжения. Если же в течение заданного количества циклов скольжения ресинхронизации не происходит, то отключение генератора обеспечивается с помощью счетчика циклов скольжения 8 выходным сигналом Ст.

Таким образом, уставка по допустимому скольжению +Sg или -Sg для уменьшения или увеличения скорости генератора задается выдержкой времени элемента 12, а уставка по критическому скольжению для отключения генератора - выдержкой времени элемента 18.

Особенность работы устройства заключается в том, что оно выявляет асинхронный ход генератора в течение первого цикла скольжения, что повышает его быстродействие.

Принятие дополнительных мер для автоматического регулирования скорости генератора (уменьшением или увеличением ее) еще до момента потери устойчивости может предупреждать возникновение асинхронного хода, а отключение генератора в течение первого цикла скольжения после потери его устойчивости при скольжении, большем критического, существенно повышает надежность защиты.

Устройство обеспечивает надежную и быстродействующую защиту генератора от асинхронного хода, что предотвращает возникновение и развитие в нем повреждений 5 и тем самым позволяет сократить затраты на длительный простой генераторов в аварийном ремонте и на дополнительный аварийный резерв в энергосистемах. Кроме того, предотвращается развитие крупных

0 аварий в энергосистемах.

Формула изобретения Устройство для защиты синхронного генератора от асинхронного хода, содержащее измерительный орган сопротивления с

5 двумя выходами и комбинированной характеристикой срабатывания, первый и второй блоки запрета и элемент ИЛИ, входы которых подключены к выходам измерительного органа сопротивления, два триггера, входы

0 установки которых подключены к выходам первого и второго блоков запрета, а входы сброса - к выходу элемента ИЛИ, первый элемент И и первый блок выявления первоочередности срабатывания с двумя входа5 ми, первые входы которых подключены к выходу первого триггера, а вторые - к выходу второго триггера, счетчик импульсов, вход которого подключен к выходу первого элемента И. а выход предназначен для от0 ключения генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности v, быстродействия, дополнительно введены второй и третий элементы И, второй, третий и четвертый блоки выявления первоочеред5 ности срабатывания с двумя входами, первый и второй элементы выдержки времени, первый и второй переключатели сигналов, причем первый вход второго элемента И подключен к первому выходу первого блока

0 выявления первоочередности срабатывания, а второй вход к второму выходу измерительного органа сопротивления, первый вход третьего элемента И подключен к второму выходу первого блока выявления пер5 воочередности срабатывания, а второй вход к первому выходу измерительного органа сопротивления, первые входы второго и третьего блоков выявления первоочередности срабатывания подключены соответст0 венно к выходам второго и третьего элементов И, вторые входы второго и третьего блоков выявления первоочередности срабатывания объединены и через первый элемент выдержки времени подключены к

5 выходу элемента ИЛИ, причем входы первого переключателя сигналов подключены соответственно к выходам второго и третьего блоков выявления первоочередности срабатывания, а выход первого переключателя сигналов подключен к пероому входу

третьего блока запрета и входу второго элемента выдержки времени, входы второго переключателя сигнала подключены соответственно к первому и второму выходам измерительного органа сопротивления, а выход второго переключателя сигналов подключен к второму входу третьего блока

запрета, первый вход четвертого блока выявления первоочередности срабатывания подключен к выходу третьего блока запрета, а второй вход к выходу второго элемента выдержки времени, а сигнал на его выходе соответствует знаку критического скольжения генератора.

Назначение: защита синхронного генератора при переходе его в асинхронный режим. Сущность: заключается в выявлении величины и знака скольжения путем измерения скорости прохождения годографа сопротивления через заданные области сопротивления, соответствующие состоянию до и после потери устойчивости генератора, что позволяет повысить надежность и быстродействие защиты при переходе генератора в асинхронный режим. 2 ил.

Ае/

Ж

Фиг, 2