Устройство защиты и ресинхронизации группы синхронного двигателя Советский патент 1993 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к управлению синхронным электроприводом и может быть использовано в схеме противоаварий- ной автоматики синронных двигателей (СД) промышленных установок.

Цель изобретения - повышение надежности работы двигателей.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем датчики тока ротора, включенные между точкой присоединения цепи разрядного резистора и зажимом обмотки возбуждения каждого двигателя, логический блок, входы которого подключены к датчикам тока, а выходы - к цепям управления возбудителей и выключателей напряжения статора двигателей, датчики тока включены через фильтры частоты, ко входам логического блока подключены датчики напряжений питающих секций, выхода логического блока подключены к цепям управления секционными и вводными выключателями, а также к цепям форсиров- ки, запрета возбуждения и перевода в ин- верторный режим возбудителя.

В качестве логического блока использована микроЭВМ.

Новым в устройстве является то, что датчики тока включены через фильтры частоты, ко входам логического блока подключены датчики напряжений питающих секций, выходы логического блока подключены к цепям управления секционными выключателями, а также к цепям форсировки, запрета возбуждения и перевода в инвер- торный режим возбудителей.

Совместное использование указанных признаков непосредственно связано с достижением положительного эффекта, заключающегося в повышении селективности действия устройства и обеспечении возможности групповой ресинхронизации СД при условии защиты цепей 0В и возбудителя от перенапряжений.

Устройство работает в соответствии с программой, заложенной в микроЭВМ, являющуюся его логическим блоком (ЛБ).

Принимают, что питающую секцию, на которой произошло исчезновение или посадка напряжения, будут называть аварийной, а секцию, соединенную с ней секционным выключателем - резервной. При посадке питающего напряжения, которую устройство регистрирует с помощью датчика напряжения рабочей секции, ЛБ формирует сигнал на включение форсировки двигателей с целью увеличения их синхронизирующего момента и поддержания напряжения Если выпадания СД из синхронизма не произошло, форсировка после восстанооления напряжения снимается. Если все или некоторые из контролируемых СД выпадают из синхронизма. ЛБ переводит их в режим асинхронного пуска (0В) замкнута на разрядный резистор) путем

подачи команды на снятие (запрет) возбуждения. Выпадание каждого СД из синхронизма устройство регистрирует по достижению его током 0В сначала первой, а спустя заданное время (3-4 с) - второй

заданных величин (соответственно 50% и 10-20% номинального тока 0В). Далее Л Б, если это предусмотрено программой, формирует сигналы на отключение малоответст- венных потребителей, в числе которых

могут быть и некоторые из контролируемых СД. Двигатели доразворачиваются до под- синхронной частоты вращения или близкой к ней (контролируется по частоте тока 0В), причем те из них, которые продолжают терять обороты (такое возможно, если за время посадки напряжения их скольжение превысит критическое) также отключаются. После отключения опрокинувшихся в результате посадки напряжения двигателей

и достижения установившихся значений скольжения остальными, что контролируется по входам ЛБ, подключенным к датчикам тока через фильтры, пропускающие частоту не более 5-7 Гц, формирует сигналы на форсировку возбудителей и поочередную подачу возбуждения. Возбуждение подается при заданной фазе тока 0В, то есть при заданном угловом положении ротора относительно поля статора (0 60°-75 или

0 290°-330°). Причем ЛБ формирует команду на подачу возбуждения следующего двигателя при условии, что контролируемый ток 0В предыдущего в течение заданного времени (4-7 с) не достигнет второй заданной

величины. В противном случае ЛБ формирует команду на отключение предыдущего двигателя и подает возбуждение следующего. Спустя заданное время (5-10 с) после вхождения в синхронизм последнего СД ЛБ

формирует команду на снятие форсировки возбудителей.

Тот факт, что датчики тока подключены через фильтры, пропускающие сигнал частоты не более 30-40 Гц предотвращает ложные срабатывания устройства при электромагнитных переходных процессах в цепях СД

При потере питания рабочей секции напряжение на ней наводится выбегающими

СД (возбудителипереводят Л Б в режим форсировки). Л Б контролирует изменение фазового сдоига между напряжениями рабочей и резервной секций, которые поступают на входы указанного блока с датчиков напряжения. При превышении этим сдоигом заданного значения (90°) Л Б формирует ко- .манды на отключение вводного выключателя рабочей секции и перевод возбудителей в инверторный режим. Далее ЛБ контролирует снижение напряжения рабочей секции и при достижении им заданной величины дает команду на включение секционного выключателя. Перевод позбудите- лей в инверторный режим обеспечивает ускоренное гашение поля СД (напряжения рабочей секции), что позволяет повысить быстродействие АВР, и благодаря закорачиванию цепей 0В вентилями возбудителей (через вторичные обмотки их фапсформато- ров), предохранлетуказанные цепи от опасных перенапряжений с момеш включения секционного выключателя. После включения последнего ЛБ снимает сигнал на инвертирование возбудителей и подает сигнал на запрет возбуждения. Двигатели - переводятся в режим асинхронного пуска, т.е. их 0В замыкаются па разрядные резисторы. Далее СД доразоорачиваются до подсинхронной скорости (опрокинувшие- ся отключаются) и в соответствии с описанным циклом вводятся в синхронизм.

Выпадение двигателя из синхронизма возможно при возмущениях как со стороны питающей сети так и со стороны сала (на- брос нагрузки, технологический перегруз). Факт выпадения СД из синхронизма в последнем случае также фиксируется по снижению гока ротора спачача до первого, а затем - второго заданных значений, после чего ресинхронизация осуществляется как было описано выше.

Устройство может управли i ь двигателями, вводными и секционными выключателями двух, трех и более секций a coo i ве гствии с описанным алгоритмом. Сели аварийная секция имеет два секционных BI 1ключателя, программа Л Б должна содержать операции выбора в качестве контролируемого одною из них. Приоритет при этом отдается сооб- разно с технологическими условиями, схемой электроснабжения, видом и ьеличиной нагрузки смежных секций.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства защиты и ресинхрониза- ции группы синхронных двигателей, питающихся от подстанции, содержащей N секций; на фиг.2-6 - алгоритм работы устройства.

Схема содержит вводные рыключатели Q.1.1, Q 1, ..QN.1, секционные выключатели Q 1.2. Q2.2,.. QN.2, выключатели нагрузки Q1.3, Q1,4,,..QN.rrH3, СД М1.1. M1.2,...MN.m, трансформаторы собственных нужд секций TV1. TV2,. TVN, возбудители G1.1,G1.2,...GN.m. К цепям синхронных двигателей подключены датчики тока 1. Датчики напряжения 2 подключены ко вторичным обмоткам трансформаторов собственных- нужд (или измерительных трансформаторов напряжения). К их оыхо- дам подключены входы блоков выделения огибающей 3 и фазочувствительних блоков 4. Выходы датчиков тока 1 подключены ко входам фильтров 5 и 6, пропускающих частоту соответственно не более 30-40 Гц и не более 5-7 Гц. Выходы блоков выделения огибающей 3, а также фильтров 5 и Б подключены через элементы сравнения 7 к входам ЛБ 9. На вторые входы элементов 7 подается сигнал с выхода цифроанплогового преобразователя (ЦАП) 0. 3ыходы ЛБ 9 подключены к входам блока исполнительных органов 10 В качестве чувствительного элемента датчика гока 0В 1 может использоваться шунт либо пояс Роговскою, а в качестве вторичного преобразователя - усилитель. Сигнал, снимаемый с датчика 1. подается на фильтры 5 и 6, подключенные через элемен- т LI сравнения 7 ко входам Л Б, контролирующие соответственно выпадение СД из синхронизма и доразворот до подсинхронной скорости. В качестве датчика напряжения 2 используется понижающий трансформатор. Ею выходной сигнал подается на блок выделения ошбающей 3 и на фазочувстоительный блок 4. Напряжение огибающей поступает на элемент 7, где сравнивается с напряжением уставки и используется таким образом для контроля напряжения па секции, Фазочувствителышй блок 4 осуществляет контроль сдвига фаз напряжений секций. Сигнал появляется на выходе того фазочувстоителыюго блока, который зарегистрирует отставание по Фазе напряжения контролируемой секции от напряжения смежной па угол, превышающий заданный. Кроме- сравнения двух аналоговых сигналов элемент сравнения 7 осуществляет согласование уровней напряжения аналоговой и цифровой частей устройства. В зависимости от того, какая операция выполняется (контроль выпадения СД из синхронизма, контроль доразворота до подсинхронной скорости или контроль уровня напряжения питающих секций). ЛБ устанавливает на входах ЦАП 0 коды, соответствующие уставке для данного случая. После этого анализируя логический уровень на выходе элемента сравнения 7 ЛБ определяет соответствие контролируемого параметра своей уставке.

ЛБ идентифицируют как аварийную ту секцию от которой на его входы поступит сигнал фазочувствительного блока 4 или

сигналы от элементов сравнения 7, подключенных к блоку оыделения огибающей 3 или датчику тока 0В 1 (в комбинации, отвечающей описанному алгоритму выявления выпавшего из синхронизма двигателя) подключенных СД.

Обработав входную информацию в соответствии с описанным алгоритмом, ЛБ вырабатывает управляющие сигналы, которые поступают в блок исполнительных орга- нов 10, воздействующий на цепи управления соответствующих устройств.

Опытный образец предложенного устройства был реализован на микроЭВМ, построенной на базе комплекта микросхем серии КР580. В качестве датчика тока использовался пояс Роговского с усилителем на микросхеме КР553УД2. В элементах сравнения использовались компараторы КР554САЗБ. Гальваническая развязка Л Б от остальной части схемы обеспечивалась микросхемами КР293ЛП1А. Для преобразования цифровых кодов в аналоговый сигнал применялся ЦАП К572ПА1А. Блок исполнительных органов был изготовлен на базе транзисторных усилителей и электромагнитных реле.

Устройство было применено для защиты и ресинхронизации группы синхронных двигателей кислородной станции металлургического завода (три двигателя типа СТД 10000-23УЧ мощностью по 10000 кВт, один двигатель типа СТД 3500 - 2 мощностью 3500 кВт, два двигателя СД 3200 - 2 мощностью по 3200 кВт, снабженные тиристорны- ми возбудителями типа ТЕ 8-320: питание дригателей осуществляется от двух секций).

Питание устройства осуществляется от источника, снабженного аккумуляторной батареей в комплекте с зарядным устройством, предусматривающего резервирование.

Применение предложенного устройства позволит повысить бесперебойность технологического цикла, в котором используются защищаемые СД (уменьшить вероятность аварийных остановок) за счет предотвращения ложных отключений при возмущениях в питающей сети и перенапряжениях в цепях 0В. Увеличивается также срок службы двигателей поскольку при уменьшении удельного числа их пусков и остановов существенно замедляется темп

старения изоляции. Каскадная ресинхронизация уменьшает колебания токов в питающей сети, а сохранение мощных СД в работе позволяет поддерживать напряжение в узлах нагрузки энергосистем при авариях. Формула изобретения Устройство для защиты и ресинхронизации группы синхронного двигателя (группы двигателей), содержащее датчик тока ротора, логический блок, выключатель напряжения статора, первый и второй блоки сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности ресинхронизации двигателя, дополнительно введены

три датчика напряжения, третий, четвертый и пятый блоки сравнения, первый, второй и третий блоки выделения огибающей, первый и второй фазочувствительные блоки, первый и второй фильтры низкой частоты.

цифроаналоговый преобразователь и блок сигнализации, входами подключенный к выходам логического блока, а дополнительный выход логического блока - к входу цифроа- налогового преобразователя, выход последнего соединен с первыми входами блоков сравнения, выходы которых соединены с соответствующими входами логического блока, вторые входы первого, второго и третьего блоков сравнения соединены соответственно с выхбдами первого, второго и третьего блоков выделения огибающей, выходы первого и второго фазочувствитель- ных блоков соединены соответственно со своими входами логического блока, выходы

первого и второго фильтров низкой частоты подключены к вторым входам четвертого и пятого блоков сравнения, входы первого и второго фильтров низкой частоты объединены и соединены с выходом датчика тока,

второй вход первого фазосдвигающего блока и вход первого блока выявления огибающей объединены и соединены с выходом первого датчика напряжения, первые входы первого и второго фазочувствительных блоков и вход второго блока выявления огибающей объединены и соединены с выходом второго датчика напряжения, второй вход второго фазочувствительного блока и вход третьего блока выявления огибающей объединены и подключены к выходу третьего датчика напряжения, а логический блок работает по алгоритму, представленному на фиг.2-6.

А uxkwiio.. аос-по- яш.е& тещ , ипю ес.ть iS. , moc. D&df) которого Ъо -г&рЬой зоЬаи HOU ё ЈЛ1ЩЦн&

Ј«/

Ч/

Устройство предназна ено для работы в схемах противоаварийной автоматики синхронных двигателей промышленных установок для повышения надежности ресинхронизации синхронного двигателя. Сущность изобретения: устройство содержит узлы контроля тока возбуждения (датG i -ш-cjg кя-Ы- JsfT cчик тока 1, частотные фильтры 5 и 6, элементы сравнения 7, цифроаналоговый преобразователь 8) и напряжения питающих секций (датчики напряжения 2, блоки выделения огибающей 3, фазочувствигельные блоки 4, элементы сравнения 7, цифроаналоговый преобразователь 8), блок индикации 10 и логический блок 9. Последний, контролируя указанные ток и напряжения, формирует команды на коммутацию вводных и секционных ныключателей, а также команды на отключение питания двигателей и перевод возбудителей с режимы форсирооки, запрета возбуждения и инвертирования. Алго,- ритм, исполняемый логическим блоком, позволяет сохранить о работе максимально возможное количество двигателей с учетом степени их важности в технологическом процессе. 6 ил. 10 00 ю со о о ел

Фиг 1

2 ЧУ

3a.pttucmpupefon b СД, Вля kOtnopb ttttffi кесто toEeimae. A, но которые Щё ъарегистрирб(&чы и 6ptt4 регистрации

Фаг. 3

В- cc$bimuet cecmoimtt. 6 том,что есть хоти fa 1 СД t тон 0В колю/мад Снизился do tmopou ладаннйй («личины (Lty -

ресинJtpCHLLbUp-J&niQbO .

a

ае/пь%

ечдв. CA но Bcafync

демие/ц.

Jb

шеъ

сггыьсиение qxvcu-DcSnu

RtapuMHue c.6f.- ujiLu опседелить fcG. pci3ci/i/e

«а.4

bUCD .H JitQч&ний i/ реамнхрохч Ц u tЈ0r- bemcsribyrtmu.. ил J4CMQ4LUJL Ъреи& и

0t

C9uoa Јс.-55ьгъден1х

C. OrpiU Ci CCJ Wu

c SPec cu ii -и рёгистсация бргп/е- y ncdduu

«

Стм&ь игг ь fe& D -fciii ttif-lto-jurmnj ClNcЈi/ nw&ix u&a- . гещии

tvPllifL CCWOwtfa/

Q ii pSea b Dc5Q - е Јi . Ј2хсч л - LW r CJ a -ox )с

С - ccSrfm e t ctcrp- )aiee 5 rnc/u. , vmO jveemc, ст бы одна селцил ( ФСг-JG. А/сглр- ее - HUH ни. ffmcfxyJ отстает от н&й Ъолее. мэ/и

wa эойол уч) Ылиии- ч

, де ние. i С| C&G,- puJricu аек-ции.

iriJmue. к.о.1С.чды 4Q и«ЈеРггаос- Ьание