Устройство для гашения магнитного поля синхронной машины Советский патент 1980 года по МПК H02P9/12 

1

Изобретение относится к электро-. технике, а именно к устройствам .для гашения магнитного поля электрических машин, которые могут быть также использованы для эвакуации энергии, запасенной в обмотках крупных сверхпроводящих магнитов.и индуктивных накопителей.

Известно устройство для гашения магнитного поля синхронных электрических машин, содержащее включенные в оба полюса цепи возбуждения выключатели гашения поля с кольцевой дугогасительной решеткой и подвижными контактами 1.

Указанное устройство выполняется путем установки однополюсных выключателей гашения поля в каждый полюс (по одному) цепи возбуждения.

Однако последовательное включение в цепь нескольких выключателей гашения поля для повышения энергоемкости устройства недопустимо,так как в случае их одновременного отключения (которое может иметь место в случае неправильной работы системы управления) напряжение на обмотке возбуждения повышается выше, допустимого при гашении поля уровня (определяемого классом изоляции обмотки возбуждения, преобразователя и другой аппаратуры, потенциально связанной с обмоткой возбуждения). Таким образом устройство, содер5 жащее несколько последовательно

включенных выключателей гашения поля, не обладает достаточной надежностью, а следовательно в таком устройстве нельзя увеличивать энерго1(1 емкость энергопоглотителя путем включения в цепь нескольких выключателей гашения пол-я.

Известно устройство для гашения магнитного поля синхронного генера 5 тора, в котором в цепь обмотки возбуждения последовательно включены два выключателя ггинения поля, один из которых расшунтирует разрядное сопротивление, а другой работает

20 на принципе разряда обмотки возбуждения на электрическую .цугу, горящую в его кольцевой дугогасительной решетке 2.

В нормальных режимах работы гашения поля осуществляется с помощью выключателя с разрядным сопротивлением. ; В аварийных режимах (.длительное короткое замыкание на выводах синхронного генератора) магнитное

30 поле синхронного генератора гасится

с большей скоростью (более энергоемким) автоматом гаииения поля с кольцевой дугогасительной решеткой.

Известно также устройство для эвакуации энергии из обмоток магнитных систем, содержащее в цепи магнитной системы быстродействующий выключааель с подсоединенной параллельно ему дисковой дугогасительной решеткой, шунтированной проходящими сквозь диски решетки плавкими элементами 3.

Однако в этом устройстве энергоемкость определяется энергоемкостью кольцевой (дисковой) дугогасительно решетки, которая в силу изложенных выше причин (нецелесообразность увеличения толщины и диаметра пластин кольцевой дугогасительной решетки) ограничена. Кроме того, быстродействующий выключатель сложен по конструкции и не может поглотить при гашнии поля часть запасенной энергии, так как он не энергоемок, т.е. является пассивным элементом с точки зрения поглощения энергии.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для гашения магнитного поля мощных индуктивных катушек (например, крупных сверхпроводящих соленоидов), а также .крупных синхронных машин, содержащее группу последовательно соединенных автоматических выключателей с дугогасительными решетками, шунтированными резисторами, и nporpaiviMHO-временный блок для поочередного отключения и последующего обратного включения каждого из указанных автоматических выключателей по мере поглощения ими предельно допустимого количества энергии 4.

Однако в этом устройстве все вы.ключатели (автоматы) гашения поля включены в цепь обмотки возбуждения последовательно, поэтому повреждение одного из них приводит к выходу из строя всзго устройства гашения поля. Кроме того, в случае нарушения работы программно-временного блока управления одновременно могут отключиться несколько автоматов гашения поля, что приводит к чрезмерному повышению напряжения на обмотке возбуждения - пробою ее изоляции и серьезному повреждению ротора электрической машины.

Выход из строя одного из шунтирующих резисторов в период гашения поля приводит к выходу из строя всего устройства гашения поля. В связи с этим требуется разработка специальных энергоемких резисторов, рассчитанных на протекапие больших токов (имеющих место при гашении поля крупных синхронных электрических машин в случае коротких за.ыкапий в их статорных обмотках). ШунтируюшиС резисторы должны иметь изоляцию, соответствующую испытательному напряжению 4 кв (значение переменного тока частоты 50 гц). Контактные соединения и все элементы шунтирующих резисторов должны быть надежны при длительной эксплуатации .

Таким образом, перечисленные выше недостатки снижают надежность устройства, что не позволяет использовать его для гашения поЛя крупных синхронных эле.ктрических машин.

Для повышения надежности устройства в предлагаемом устройстве для гашения магнитного поля синхронной машины, содержащем включенный в цепь обмотки возбуждения выключатель (выключатели) гашения поля с дугогасительной решеткой, шунтированной энергопоглотителем, энергопоглотитель выполнен управляемым, например в виде выключателя гашения поля с кольцевой дугогасительной решеткой и подвижными контактами.

На фиг. 1 дана принципиальная электрическая.схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства с использованием в качестве управляемого выключателя гашения поля с кольцевой дугогасительной решеткой и подвижными контактами; на фиг. 3 - принципиальная схема устройства с использованием в качестве управляемого энергопоглотителя дугового коммутатора с кольцевой дугогасительной решеткой; на фиг. 4 - принципиальная схема устройства с использованием в качестве управляемого энергопоглотителя кольцевой дугогасительной рещетки с проходящими сквозь ее диски плавкими элементами, каждый из которых соединен через ко1 1мутатор (тиристор) с крайними дисками и изолирован от остальных.

Последовательно с обмоткой 1 возбуждения (см. фиг. 1) и возбудителем 2 включены выключатели 3 и 4 гашения поля с дугогасительными решетками 3 и 4. Параллельно выключателям 3 и 4 подключены управляемые выключатели 5 и 6 гашения поля.Штриховыми линиями показаны энергопоглотители, подключаемые к ним параллельно в случае, если энергоемкость выключателей 3, 4 и энергопоглотителей 5, б недостаточна.

Число выключателей гашения поля, включаемых в цепь обмотки возбуждения, определяется количеством промежутков в дугогасительных роиетках этих выключателей и может быть равно одному или двум (в схеме на фиг, 2 показано для примера два выключателя).

Работа устройства осуществляется следующим образом.

flpH ионилении повреждения в ста7Оре электрической машины срабатывает соответствующая релейная защита и дает сигнал на отключение выключателей 3 и 4. Выключгтели отключаются, электрическая дуга, возникшая на их контактах, входит в дугогасительные решетки выключателей 3 и 4. При достижении допустимого количества поглощенной решетками (выключателей) энергии (контроль может быть выполнен по температуре пластин решетки или по времени спадания тока в цепи обмотки возбуждения) от системы управления (на фиг. 1 не показана) подается сигнал на срабатывание управляемых энергопоглотителей 5 и б. При срабатывании управляемые энергопоглотители 5 и 6 шунтируют электрическую дугу, горящую в дугогасительных решетках выключателей 3 и 4 которая по этой причине гаснет. В решетках же управляемых энергопоглотителей она возбуждается, входя в решетку по рогам или возникая при перегорании плавкого элемента, проходящего сквозь диски ранетки. После возбуждения электрической дуги в решетках управляемых энергопоглотителей обмотка возбуждения разряжается на эти решетки. При необходимости (в случае большой запасенной энергии в обмотке возбуждения) количество управляемых энергопоглотителей увеличивается путем подключения их параллельно управляемым энергопоглотителям 5 и б (или, что равноценно параллельно выключателя;- 3 и 4), как показано на фиг.1.

Изображенное на фиг. 2 устройство работает следующим образом.

При гашении поля от сигнала релейной защиты отключаются выключатели 3 и 4, включенные в цепь обмотки I возбуждения и возбудителя 2. В заданный момент времени от системы управления подается сигнал на включение выключателей 5 и б гашения поля, которые, включаясь, шунтируют электрическую дугу в выключателях 3 и 4. Затем система управления подает сигнал на отключение выключателей 5 и 6 и тем самым осуществляется возбуждение электрической дуги в их решетках и дальнейший разряд на эти решетки обмотки возбуждения 1.

Изображенное на фиг. 3 устройство работает следующим образом.

При гашении поля от сигнала релейной защиты отключаются выключатели 3 и 4, включенные в цепь обмотки 1 возбуждения и возбудителя 2. В требуемый момент времени (определяемый уровнем нагрева электрической дугой пластин решеток выключателей 3 и 4) от системы управления подается сигнал на поджи гактллк устройства 7 и 8 выключатели 5 и 6

При подаче сигнала на поджигающие: устройства 7 и 8 они возбуждают электрическую дугу между рогами выключателей 5 и 6. Падение напряжения на электрической дуге, в первоначальный момент, после ее появления, составляет 50-80 В, поэтому она шунтирует дугогасительные решетки выключателей 3 и 4 в которых

0 электрические дуги, горящие между пластинами, гаснут.

Продвигаясь по рогам дуговых выключателей 5 и б, дуга входит в их дугогасительные решетки и тем

5 самым дальнейший разряд обмотки возбуждения происходит -(как и в предыдущем случае) на эти решетки.

Изображенное на фиг. 4 устройство работает следующим образом.

0

При гашении псшя от сигнала релейной защиты срабатывает выключатель 3 гашения поля, установленный в цепи обмотки 1 возбуждения и возбудителя 2. В данном примере в це5пи обмотки возбуждения установлен один.выключатель гашения поля. В нужный момент времени подается сигнал на срабатывание тиристорного ключа (коммутатора), установленного в цепи одного из плавких элемен0тов, проходящего сквозь диски кольцевой- дугогасительной решетки выключателя 4. При открытии тиристора электрическая дуга в ранетке выключателя 3 ггинения поля гаснет, так

5 как она оказывается шунтированной плавким элементом с последовательно включенным открытым тиристором. При погасании электрической дуги в решетке выключателя 3 гашения поля

0 весь ток переходит в цепь плавкого элемента, который, перегорая, возбуждает электрическую дугу во всех промежутках кольцевой дугогасительной решетки выключателя 4; Дальней5ший разряд обмотки возбуждения происходит на эту решетку.

Предлагаемое устройство может быть использовано рри гашении поля крупных синхронных машин мощностью 500-640 МВт, а также для эвакуации

0 энергии из магнитных систем сверхпроводящих устройств.

По сравнению с устройством, содержащим включенную в цепь обмотки .возбуждения и возбудителя последо5вательную цепочку выключателей гашения поля с параллельно включенными резисторами, предлагаемое устройство обладает повышенной надежностью (в связи с сокращением числа после0довательно включенных выключателей), Предлагаемое устройство обеспечивает после окончания процесса raiueния поля разрыв цепи обмотки возбуждения и возбудителя, чего яет

5 в прототипе.

Предлагаемое устройство.исключает возможность повремкдения изоляции ротора и другой аппаратуры цепи возбуждения, так как при отключении выключателей гашения поля напряжения на обмотке возбуждения не может превысить допустимую расчетную величину, как это может иметь место при ложном отключении нескольких выключателей в прототипе.

В случае применения в качестве управляемого энергопоглотителя устройств с поджигом дуги на рогах (дуговой коммутатор), или в самой решетке (с плавкими элементами) сокращается пауза от момента шунтирования горящей в решетках выключателей (отключаемых первыми) дуги до момента возбуждения ее в решетках управляемых энергопоглотителей. Выключатели, используемые в качестве управляемых энергопоглотителей, могут быть выполнены облегченной конструкции,, так как через их контактную систему ток проходит кратковременно..

В устройстве, где все выключатели включены последовательно, все выключатели должны быть рассчитаны на длительное протекание номинального тока. Предлагаемое устройство сокращает потери энергии, выделяюцейся в выключателях, так как их количество уменьшается.

Формула изобретения

Устройство для гашения магнитного поля синхронной машины, содержа Q щее выключатель с дугогасительной ра зеткой, шунтированной энергопоглотителем, включенный в цепь обмотки возбуждения синхронной машины, о тли чающееся тем, что, с целью повышения надежности, энерго15 поглотитель выполнен в виде выключателя гашения поля с кольцевой дугогасительной раиеткой и подвижными контактами.

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе

1.Брон О.Б. Автоматы гашения магнитного поля. ГЭИ, 1961. с, 86 рис. 33.

2.Авторское свидетельство СССР 25 № 447805, кл. Н 02 Р 9/12, 1973.

3.Авторское свидетельство СССР № 523477, кл. Н 02 Н 3/02, 1975,

4.Авторское свидетельство СССР 423221, кл. Н 02 Н 7/00, 1973.

I I I I I I I и I 1 I I M L

i1

Ml I II I

1

yMiiiij

/

L-l

t.l

LJ7

Nil

L-л;--j

ч

ГшмГп

I И I i I U

HUM CP Tf I I I I T