Устройство для выявления повреждений ротора синхронной машины Советский патент 1993 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для контроля состояния электрических цепей ротора, а также для релейной защиты и автоматически синхронных машин.

Целью изобретения является повышение быстродействия и достоверности выявления повреждений ротора, сопровождающихся колебаниями контролируемого сопротивления относительно уставок.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит преобразователь 1 тока, состоящий из трансформаторов 2 тока и преобразователя 3 ток - напряжение, первичный преобразователь 4 напряжения, состоящий из трансформатора 5 напряжения и преобразователя 6 напряжение - напряжение,, датчик 7 мощности, датчик 8 сопротивления с основной и. дополнительной характеристиками срабатывания, выполненный, например, в виде дистанционного измерительного органа, функциональный преобразователь 9, состоящий из блока 10 задания уставок и дифференциального усилителя 11, первый 12, второй 13 и третий 14 двоичные счетчики, первый 15, второй 16 и третий 17 RS-тригге- ры, генератор 18 импульсов стабильной частоты, преобразователь 19 кода в частоту, дешифратор 20, аналого-цифровой преобразователь 21, цифровой компаратор 22. первый 23 и второй 24 логические элементы НЕ, первый 25, второй 26 и третий 27 логические элементы И, элемент ИЛИ 28, исполнительный блок 29.

На фиг.2 представлены основная 30 и дополнительная 31 характеристики срабатывания, годографы сопротивления при потере возбуждения 32, асинхронном коде возбужденного генератора 33 и при внешнем несимметричном коротком замыкании 34, точки, соответствующие моментам пересечения годографа 32 дополнительной 31 и основной 30 характеристик срабатывания соответственно, t35 и t36-t40.

Устройство работает следующим образом.

С вторичной обмотки измерительного трансформатора 2, подсоединенного к выводам обмотки статора генератора, ток поступает в преобразователь 3 и на вход датчика 7 мощности. Напряжение вторичной обмотки измерительного трансформатора 5, подсоединенного к выводам статора, подается в преобразователь 6 и на вход датчика 7 мощности. Напряжения входов блоков 1 и 4, пропорциональные соответственно току и напряжению статора, подаются на входы датчика 8 сопротивления. В режимах работы синхронной машины, когда конец вектора сопротивления находится

вне характеристик срабатывания, на основном и дополнительном выходах датчика 8 сопротивления поддерживается потенциал, соответствующий логическому О. При повреждениях ротора, сопровождающихся

потерей возбуждения, сопротивление на выводах синхронной машины изменяется таким образом, что конец вектора сопротивления перемещается в IV квадрант к характеристикам срабатывания (кривая 32). В

момент времени tas пересечения годографом 32 характеристики 31 на дополнительном выходе датчика 8 появляется логическая 1. В результате этого на выходе элемента НЕ 24 формируется О, который снимает обнуляющий сигнал с R-входов всех блоков устройства. При пересечении в момент taeхарактеристики 30 срабатывает датчик 8 по основному выходу, и сигнал логической 1 поступает на С-вход счетчика

14. На выходах счетчика 14 формирует комбинация нулей и единиц, зависящая от числа входов в область основных уставок (характеристика 30). Частота импульсов на входе преобразователя 19 по отношению к

частоте на его С-входе зависит от кода на его тактовых входах. В результате этого с каждым последующим попаданием годографа сопротивления в область основных уставок растет скорость счета счетчика 12. В

момент времени т,з на основном выходе датчика 8 сигнал возвращается в состояние логического О, останавливая подсчет импульсов счетчиком 12. При последующем вхождении годографа сопротивления в об

ласть основных уставок счет импульсов счетчиком 12 возобновляется,

Алгоритм интегральной оценки времени нахождения в основной характеристике определяется зависимостью

п-1

0(Sb E fl(Si)ki + 0ncp(Sn)kn, 1 1

где $(Si} tiBbix(Siebix)(StBx) - время между моментом выхода tiusix из основной области срабатывания и моментом входа tjBx в основную область срабатывания; $icp(Sn) пср(5псрНпвх(5пвх) - время между моментом формирования сигнала сравнения компаратором 22 bcp(Sncp) и моментом п-го вхождения в область основных уставок tnex(Srmx);: Si, Siebix, S(BX и Sncp - скольжения соответственно среднее при i-м попадании в область основных уставок, е момент выхода и входа в указанную область и в момент формирования сигнала срабатывания компаратором; ki и kn - коэффициенты, определяемые преобразователем кода в частоту, соответственно при 1-м и n-м попадании в область основных уставок.

На выходе датчика 7 мощности постоянно существует сигнал, пропорциональный активной мощности синхронной машины. Учитывая, что максимальной активной мощности синхронной машины должна соответствовать минимальная уставка времени на срабатывании, а минимальной мощности - максимальная уставка, сигнал с выхода датчика 7 подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя 11, который выполняет преобразование , где U - положительное напряжение, формируемое блоком 10 задания уставки и поступающее на инвертирующий вход дифференциального усилителя 11; Up - напряжение на выходе датчика 7. Затем сигнал 1Дд поступает на аналого-цифровой преобразователь 21, где преобразуется в код, с которым в компараторе 22 сравнивается комбинация нулей и единиц на выходе двоичного счетчика 12. На выходе компаратора 22 появляется логическая 1 при выполнении условия , где Ya - число импульсов в двоичном коде, про- шедших на С-вход двоичного счетчика 12с выхода преобразователя 19 кода в частоту; В2 - двоичный код на выходе аналого-циф- рового преобразователя 21, по величине обратно пропорциональный активной нагрузке синхронной машины и прямо пропорциональный уставке времени на срабатывание.

Сигнал логической 1 на выходе компаратора 22 двоичных чисел переводит триггер 15 в состояние логической 1, которая поступает на вход второго элемента И 26. Сигнал о повреждении через элемент ИЛИ 28 поступает в том случае, если на первом и втором входах элемента И 26 также присутствуют сигналы логических 1.

Кроме того, с одного из выходов двоичного счетчика 14 при выполнении условия , где п - количество вхождений годографа 32 сопротивления в основную характеристику 30 срабатывания; Ny - уставка на количество вхождений, сигнал логической 1 поступает на S-вход триггера 16 и при ставке счетчика 14, соответствующей выходу, к которому подключен триггер 16, на выходе последнего формируется сигнал логической 1, который непосредственно.через элемент ИЛИ 28 поступает на. исполнительный блок 29. Этим предотвращается затягивание в выявлении повреждений при больших скольжениях.

При асинхронном коде с возбуждением в режиме малых активных нагрузок возможно пересечение концом вектора сопротивления основной и дополнительной 5 характеристик срабатывания (кривая 33). Однако в этом случае значение В2 увеличено (обратно пропорционально сигналу датчика 7 мощности и условие не выполняется ни в один из моментов времени, пока конец

0 вектора сопротивления находится внутри основной характеристики срабатывания. В случае, если условие выполняется в момент времени, когда конец вектора сопротивления выходит за пределы основной

5 характеристики и в последствии за пределы дополнительной характеристики, срабатывание устройства не происходит, поскольку при выходе конца вектора сопротивления из дополнительной характеристики на допол0 нительном выходе датчика 8 сопротивления появляется сигнал логического О, который на выходе элемента НЕ 24 преобразуется в сигнал логической 1, обнуляя счетчики 12 и 14.

5 Канал блокировки работает следующим образом.

При попадании вектора сопротивления в область дополнительной характеристики 31 (кривая 32) сигналом с выхода элемента

0 НЕ 24 снимается обнуление со счетчика 13, который осуществляет подсчет импульсов до тех пор, пока вектор сопротивления не попадает в область основной характеристики 30. При этом сигнал логической 1, по5 ступающий на вход элемента НЕ 23, преобразуется в логической О, в результате чего с элемента И 27 прекращают поступать импульсы на С-вход двоичного счетчика 13.

0 При повреждениях, когда сопротивление изменяется медленно, выполняется условие , где Ki - число импульсов генератора 18, пришедших на С-вход счётчика 13; f - частота импульсов; ts - время

5 блокировки. В результате этого на выходе дешифратора 20 формируется сигнал логической 1, который переводит сигнал на выходе триггера 17 алогическую 1, Таким образом, на первом и втором входах логиче0 ского элемента И 26 появляется логическая 1, которая разрешает прохождение сигнала о неисправности цепей ротора от триггера 15.

При коротких замыканиях вектор сопро5 тивления движется с большей скоростью, чем при асинхронном коде (кривая 34), и в момент, когда годограф 34 сопротивления пересекает основную характеристику срабатывания, из-за появления сигнала логического О на втором входе элемента И 27

поекоащается счет импульсов счетчиком 13. причем Ki/f IB. На первом входе элемента И 26 сохраняется сигнал логического О, блокируя ложное прохождение сигнала о неисправности.

Таким образом, при значительных скольжениях сигнал о неисправности электрических цепей ротора формируется либо по основному каналу интегральной оценки времени, т.е. с выхода триггера 15, либо по каналу подсчета количества входов в основную характеристику срабатывания, т.е. с выхода триггера 16, что позволяет существенно повысить быстродействие в срабатывании устройства, а следовательно, уменьшить ущерб от недоотпуска электроэнергии и снизить обьем разрушений генератора.

Формула изобретения Устройство для выявления повреждений ротора синхронной машины, содержащее датчик сопротивления с основным и дополнительным выходами, входами подсоединенный к выходам преобразователей тока и напряжения обмотки статора синхронной машины, генератор импульсов стабильной частоты, подсоединенный к первому входу первого логического элемен- . та И, цифровой компаратор, первыми входами подсоединенный к выходам первого счетчика, вторыми входами - к выходам ана- лого-цифрового преобразователя, а S-выхо- дом - к входу первого RS-триггера, выход которого подсоединен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подсоединен к дополнительному выходу датчика сопротивления, второй RS-триггер, канал управления временными уставками, включающий датчик мощности и функциональный преобразователь, причем входы датчика мощности подсоединены к преобразователям тока и напряжения, а выходы к входу функционального преобразователя, выход которого подсоединен к входу анало- го-цифрового преобразователя, канал блокировки устройства при внешних коротких

замыканиях включающий первый логический элемент НЕ, третий логический элемент И, второй счетчик, дешифратор, третий RS-триггер, причем дешифратор выходом подсоединен к S-входу третьего RS-триггера, выход которого подключен к третьему входу второго элемента И, а входами - к выходам второго счетчика, С-входом подсоединенного к выходу третьего элемента И, первый вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов стабильной частоты, а второй вход через первый элемент НЕ - к основному выходу датчика сопротивления, исполнительный блок, выход которого является выходом устройства, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и достоверности, в него дополнительно введены преобразователь кода в частоту, третий двоичный счетчик, второй логический элемент НЕ, элемент

ИЛИ, причем элемент ИЛИ выходом по дсо- единен к исполнительному блоку, первым входом - к выходу второго элемента И, вторым входом - к выходу второго RS-триггера, S-входом подсоединенного к выходам

третьего двоичного счетчика, преобразователь кода в частоту своим выходом подсоединен к С-входу первого счетчика, тактовым входом - к выходу первого элемента И, управляющим входами - к выходам третьего

двоичного счетчика, С-вход которого подсоединен к основному выходу датчика сопротивления, подключенного к второму входу первого логического элемента И, дополнительный выход датчика сопротивления через второй.логический элемент НЕ подсоединен к R-входам триггеров, счетчиков и преобразователя кода в частоту.

Фиг: 2.

Использование: для контроля состояния электрических цепей ротора, а также для релейной защиты и автоматически синхронных машин при повышении быстродействия и достоверности выявления повреждений при больших скольжениях. Сущность изобретения: в устройство введены преобразователь 19 кода в частоту, третий двоичный счетчик 14, второй логический элемент НЕ 24 и элемент ИЛИ 28. Время выявления уменьшается за счет подсчета числа вхождений в область основных уставок на контролируемые электрические величины, а также в результате адаптивного управления скоростью интегральной оценки времени нахождения в районе частотных характеристик генератора. 2 ил.