Устройство для защиты синхронных машин от асинхронного режима Советский патент 1993 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области релейной защиты синхронных машин.

Для выявления аварийно возникающих асинхронных режимов (АР) синхронных машин используют устройства релейной защиты, основанные на различных принципах действия. Защита, реагирующая на значение тока статора - одна из наиболее простых и предусматривается ПУЭ в основном только для защиты явнополюсных синхронных двигателей (СД). Однако эта защита не всегда удовлетворяет требованиям чувствительности, особенно при использовании ее для мощных турбодвигателей и турбогенераторов.

Целью изобретения является повышение быстродействия защиты.

Введение новых блоков и организация связей между ними и известными блоками позволяет достичь повышения быстродействия в выявлении асинхронного режима

синхронной машины за счет определения мгновенного значения угла сдвига фаз между током и напряжением статора.

На чертеже представлена блок-схема заявляемого устройства.

Устройство содержит преобразователь тока (ПТ) 1 и преобразователь напряжения (ПН)2, своими входами подключенные к выходам первичных трансформаторов тока (ТТ)и напряжения (ТН)соответственно, блок вычисления модуля обобщенного вектора тока статора (БЕШТ) 3,тремя своими входами подлюченный к трем выходам ПТ1, блок вычисления модуля обобщенного вектора напряжения статора (БВМН) 4, своими входами подключенный к выходам ПН2, блок вычисления угла сдвига фаз между обобщенным вектором тока статора и осью контрольной фазы обмотки статора (БВУТ) 5, первый вход которого подключен к выходу БВМТЗ, а второй вход - к выходу контрольной фазы ПТ1. блок вычисления угла сдвига

СП

а

к с

г

Ч-У

ОС

W

фаз между обобщенным вектором напряжения статора и осью контрольной фазы обмотки статора (БВУН) 6, первый вход которого подключен к выходу БВМН4, а второй вход - к выходу контрольной фазы ПН2, блок вычисления угла между током и напряжением статора (БВУТН) 7, первый вход которого подключен к выходу БВУТ5, а второй вход - к выходу БВУН6, первой схемы сравнения (СС)8, своим входом подключенной к выходу БВУТН7, второй схемы сравнения (СС)9, своим входом подключенной к выходу БВУТН7, первого органа выдержки времени (ОВВ)10, своим входом подключенного к выходу СС8, второго органа выдержки времени (ОВВ)11, своим входом подключенного к выходу СС9, схемы совпадения (И)12, своим первым входом подключенной к выходу СС8, а вторым входом - к выходу ОВВ11, а также выходной орган (В0)13, своими входами подключенный к выходу ОВВ10 и И12.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Преобразователи ПТ1 и ПН2 можно выполнить в виде трансформаторных датчиков. БВМТЗ, БВМН4, БВУТ5,БВУН6 можно выполнить в виде гибридных функциональных преобразователей трух и двух переменных.

БВУТН7 выполняет функцию обычного сумматора - вычитание из одной входной величины другой входной величины, это можно сделать на суммирующем операционном усилителе. Схемы сравнения СС8 и СС9 могут быть выполнены на компараторах, органы выдержки времени ОВВ10 и ОВВ11 - на цифровых счетчиках (при условии наличия генератора импульсов эталонной частоты), на выходах которых стоят дешифраторы. Для построения СС8, СС9.0ВВ10 и ОВВ11 можно использовать ИС серии К155, К531. В качестве схемы совпадения И12-ИС К155ЛАЗ. Выходной орган В013 можно выполнить так же, как выполнен исполнительный орган в устройстве - прототипе.

Устройство работает следующим образом. На входы ПТ1 и ПН2 поступают величины, пропорциональные фазным токам и напряжениям трехфазной системы статора, от первичных преобразователей тока и напряжения ТТ и ТН соответственно, с выходов ПТ1 величины, пропорциональные входным токам, поступают на вход БВМТЗ, на выходе которого получаем величину, пропорциональную корню квадратному из суммы квадратов входных величин согласно формуле (1)

III V2

(iA2-HB2+ic2)

0)

где II -модуль обобщенного вектора тока статора трехфазной системы;

iA,iB,ic - мгновенные значения фазных токов статора трехфазной системы.

С выходов ПН2 величины, пропорциональные входным напряжениям, поступают на вход БВМН4, на выходе которого получаем величину, пропорциональную корню квадратному из суммы квадратов входных величин согласно формуле (2)

IUI

(2)

V(UA:

+ UB2 + Uc2)

где I U I - модуль обобщенного вектора напряжения статора трехфазной системы;

UA.UB.UC - мгновенные значения фазных напряжений трехфазной системы статора.

С выхода БВМТЗ сигнал поступает на первый вход БВУТ5, на второй вход этого

блока поступает сигнал с одного из выходов ПТ1, пропорциональный току контрольной фазы статора. На выходе БВУТ5 получаем величину, пропорциональную углу сдвига фаз между обобщенным вектором тока статора трехфазной системы и осью контрольной фазы обмотки статора. ВБУТ5 реализует функцию, приведенную в форму- ле (3):

35|д

р arccos --т-тп

(3)

где р - угол сдвига фаз между обобщенным вектором тока статора трехфазной системы

и осью контрольной фазы обмотки статора (в данном случае фазы А).

С выхода БВМН4 сигнал поступает на первый вход БВУН6, на второй вход БВУН6 поступает сигнал с одного из выходов ПН2,

на выходе БВУН6 - сигнал, пропорциональный углу сдвига фаз между обобщенным вектором напряжения статора трехфазной системы с осью контрольной фазы обмотки статора. БВУТ6 реализует функцию, приведенную в формуле (4)

UA

U ЗГССОЗ Е I I I

(4)

где ри - угол сдвига фаз между обобщенным вектором напряжения статора трехфазной системы и осью контрольной фазы обмотки статора (в данном случае фазы А).

Сигналы с выходов БВУТ5 и БВУН6 поступают на входы БВУТН7, осуществляющего суммирование согласно формуле (5): р - р,(5)

где р - угол сдвига фаз между током и напряжением статора трехфазной системы.

Сигнал с выхода БВУТН7, пропорциональный углу сдвига фаз между током и напряжением статора трехфазной системы, поступает на вход СС8. В СС8 этот сигнал сравнивается с величиной, пропорциональной первой уставке по углу. Первая уставка по углу соответствует нижнему пределу зоны асинхронного режима (например, 30° индуктивных). В момент превышения сигналом на выходе СС8 этой уставки начинается в ОВВ10 отсчет времени нахождения угла (р сдвига фаз между током и напряжением статора трехфазной системы в зоне асинх- ронного режима. Если время, отсчитанное ОВВ10, превышает первую уставку по времени, срабатывает ОВВ10 и выходной орган устройства В013. Иначе отсчет времени в

08810прекращается в момент выхода р в процессе уменьшения за нижнюю границу зоны асинхронного режима.

Новый отсчет начинается от нуля при первом же последующем входе f в зону асинхронного режима. Сигнал, пропорций- нальный углу (р, с выхода БВУТН7 поступает также на вход СС9, в этой схеме сравнения он сравнивается со второй уставкой по углу. Величина этой уставки зависит от конструкции двигателя, уровня остаточ- ного возбуждения, нагрузки двигателя и других факторов и вычисляется для каждого конкретного случая специально. Она не превышает величины, пропорциональной верхнему пределу зоны асинхронного режи- ма (90° индуктивных). В момент превышения величиной, пропорциональной углу р, значения, соответствующего второй уставке по углу, начинается в ОВВ11 отсчет времени для выявления асинхронного режима возбужденной машины. Отсчет времени в

08811прекращается в момент равенства этого времени второй уставке по времени, которая соответствует определенному скольжению. На выходе ОВВ11 появляется сигнал, если отсчет времени еще не прекращен, а угол (р снова стал больше второй уставки по углу. Совпадение этих двух условий соответствует асинхронному режиму возбужденного синхронного двигателя. Сигнал с выхода ОВВ11 при условии наличия на выходе СС8 сигнала вызывает срабатывание выходного органа В013.

Введение новых блоков и организация связей между ними и известными блоками позволяет получить сигнал, пропорциональный мгновенным значениям угла р сдвига фаз между током и напряжением статора трехфазной системы, что позволяет снять такое присущее прототипу ограничение, как невозможность измерять значение угла рчаще, чем один раз за период напряжения промышленной частоты. Поэтому асинхронный режим выявляется значительно быстрее.

Формула изобретения Устройство для защиты синхронных машин от асинхронного режима, содержащее преобразователи тока и напряжения с зажимами для подключения к выходам трансформаторов тока и напряжения соответственно, блок вычисления угла сдвига фаз между током и напряжением статора, первую и вторую схемы сравнения, входы которых объединены и подключены к выходу блока вычисления угла сдвига фаз между током и напряжением статора, выход первой схемы сравнения через первый орган выдержки времени соединен с первым входом выходного органа, второй вход которого подключен к выходу блока совпадения, выход второй схемы сравнения через второй орган выдержки времени соединен с вторым входом блока совпадения, первый вход которого подключен к выходу первой схемы сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, дополнительно введены блок вычисления модуля обобщенного вектора тока статора, блок вычисления модуля обобщенного вектора напряжения статора, блок вычисления угла сдвига фаз между обобщенным вектором тока статора и осью контрольной фазы обмотки статора, блок вычисления угла сдвига фаз между обобщенным вектором напряжения статора и осью контрольной фазы обмотки статора, причем три входа блока вычисления модуля обобщенного вектора тока статора соединены с тремя выходами преобразователя тока, три входа блока вычисления модуля обобщенного вектора напряжения статора - с тремя выходами преобразователя напряжения, выход блока вычисления модуля обобщенного вектора тока статора подключен к первому входу блока вычисления угла сдвига фаз между обобщенным вектором тока статора и осью контрольной фазы обмотки статора, второй вход которого подключен к выходу контрольной фазы преобразователя тока, выход блока вычисления модуля обобщенного вектора напряжения статора подключен к первому входу блока вычисления угла сдвига фаз между обобщенным вектором напряжения статора и осью контрольной фазы обмотки статора, второй вход которого соединен с выходом контрольной фазы преобразователя напряжения, а выходы блока вычисления угла сдвига фаз между обобщенным вектором тока статора и осью

контрольной фазы обмотки и блока вычисления угла сдвига фаз между обобщенным вектором напряжения статора и осью контрольной фазы обмотки статора подключены к первому и второму входам соответственно блока вычисления угла сдвига фаз между током и напряжением статора, а преобразователи тока и напряжения выполнены в трехфазном исполнении.

Использование: для быстрого выявления асинхронного хода синхронных машин, что позволяет принять меры для его ликвидации или отключить синхронную машину от сети. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют ток и напряжение статор- ной цепи, вычисляют обобщенные векторы этих значений, вычисляют угол сдвига фаз между обобщенными векторами статора и осью контрольной фазы обмотки статора между обобщенным вектором напряжения статора и осью контрольной фазы обмотки статора. Вычисляют угол между мгновенными значениями тока и напряжения статора, не чаще чем один раз за период напряжения промышленной частоты, что повышает быстродействие. 1 ил.