Устройство для защиты ротора синхронной машины от перегрева Советский патент 1981 года по МПК H02H7/06 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ РОТОРА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для кoмплёкc ной защиты элементов конструкции ротора синхронной машины от перегрева при возникновении анормальных режимов (перегрузка обмотки ротора током возбуждения, несимметричный режим работы статорной цепи или одновременное воздействие обоих режимов) Известно устройство для защиты ро тора синхронной машины при несимметрии в статорной цепи, имеющее в свое составе два фильтра токов обратной последовательности, четыре токовых реле и четыре реле времени, реализую щее ступенчатую характеристику l. Однако, известное устройство не позволяет полностью использовать перегрузочные возможности генератора и отключает его раньше, чем это допустимо по условиям нагрева, имеет . большие габариты и вес, а также низ кую точность работы. Известнь) также устройство для защиты ротора синхронной машины при несимметрии в статорной цепи с ис- i пользованием магнитных элементов с прямоугольной характеристикой намаг- , ничивания, имеющее зависимую характеристику времени срабатывания от тока обратной последовательности в статорной цепи с учетом тепловой постоянной А синхронной машины, и устройство, защиты ротора синхронной машины от перегрузки током возбуждения, выполненное на дискретных полупроводниковых элементах, имеющее зависимую характеристику времени срабатывания от тока возбуждения ротора 2 и З. Однако эти устройства сложны по выполнению и настройке, имеют в своем составе много элементов, большие габариты и вес, а также не позволяют учесть влияния величины тока, протекающего через обмотку ротора после ликвидации перегрузки, на время возврата устройства в исходное состояние, которое имитирует время остывания обмотки ротора. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, выполненное с использованием операционных усилителей интегрального исполнения и содер жащее преобразователи ток-напряжение совмещенный фильтр, формирователь мо дуля, функциональный преобразователь, интегратор, детектор уровня, выходной блок,.блок отсечки, у которого функциональный преобразователь выполнен с двумя выходами, а интегра тор с двумя входами . Однако известное устройсуво не позволяет учесть одновременное воздействие несимметричного режима в статорной цепи и перегрузки обмотки ротора током возбуждения на нагрев элементов ротора {бочки и обмотки), а также изменение параметра А в функ ции величины тока обратной последовательности, который может изменяться в довольно широких.пределах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем учета одновременного воздействия несимметричного режима в статорной цепи и перегрузки обмотки ротора током возбуждения на нагрев элементов ротора (ббчки и обмотки), а также учета изменения параметра А в функции тока обратной последовательности, протекающего по статорной цепи. Указанная цель достигается тем, что в устройство для защиты ротора синхронной машины от перегрева, содержащее преобразователи ток-напряжение, подключенные к выводам статора синхронной машины, выходы преобразователей подключены через последо вательно соединенные фильтр симметричных составляющих и формирователь модуля ко входу, функционального преобразователя, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствую щим первому и второму входам интегратора , выход которого подключен к одному из входов выходного блока, до полнительно введены преобразователь ток-напряжение, второй формирователь модуля, второй функциональный преобразователь и второй интегратор, дв сигнальных блока с табло, блок формирования параметра А, блок разгрузки и второй выходной блок, причем вход дополнительного преобразователя ток-напряжение подключен к выводам обмотки ротора синхронной машины, а выход через второй формирователь модуля подключен ко второму функциональному преобразователю, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим входам второго интегратора, выход которого через блок разгрузки подключен ко входу второго выходного блока, причем третьи выходы первого и второго функциональных преобразователей подключены к третьим входам соответственно второго и первого интегратора, к четвертым выходам каждого функционального преобразователя подключены сигнальные блоки, выходы которых подключены к табло, а ко второму входу первого выходного блока подключен выход блока формирования параметра А, вход которого подключен к выходу первого формирова- ; теля модуля. Принципиальная схема устройства приведена на чертеже. Устройство содержит преобразователи ток-напряжение Т-3, подключенные к выводам обмотки статора синхронной машины, преобразователь ток-напряжение k, подключенный к выводам обмотки ротора, фильтр симметричных составляющих 5 формирователи 6 и 7.модуля рабочего сигнала, на выходе которых присутствуют отрицательные напряжения , пропорциональные соответственно току обратной последовательности в обмотке статора и току в обмотке ротора, блоки 8 и 9 функциональных преобразователей, сигналы на выходе которых пропорциональны квадратичному значению входного сигнала, интеграторы 10 и t1, выходные блоки 12 и 13, блок 1 разгрузки, сигнальные блоки 15 и 16, сигнальное табло 17, блок 18 формирования параметра А, операционные усилители 19-25, соответст- . венно первые, вторые третьи и четвертые выходы 26-29 функциональных преобразователей, соответственно первые, вторые и третьи входы 30-32 интеграторов. I В нормальном режиме положительное напряжение уставки срабатывания -U., пропорциональное квадрату допустимого тока обратной последовательности статорной цепи, превышает выходной сигнал блока 6, и напряжение на четвертом выходе 29 блока 8 отрицательно, при этом сигнал на первом и третьем выходах 26 и 28 блока 8 равен ну58лю, .а на втором выходе 27 блока 8 присутствует напряжение отрицательно полярности, пропорциональное разност этих сигналов. ивыхБ 8 - ( иу-г) где К и К - коэффициенты пропорциональности;Т„ . ток обратной последовательности статорной цепи в относительных единицах. Аналогично в нормальном режиме по ложительное напряжение уставки сраба тывания , пропорциональное квадрату допустимого тока ротора, превышает выходной сигнал блока 7, напряжение на четвертом выходе 29 блока 9 отрицательно, сигнал на первом и третьем выходах 26 и 28 блока 9 равен нулю, а на втором выходе 27 блока 9 присутствует напряжение отрицательно полярности, пропорциональное , UBb1XFA9 -K(K.J. где Ки и К коэффициент пропорциональности;Xpit - ток обмотки возбуждения в относительных единицах.. Под действием этих отрицательных напряжений емкости интегрирующих бло ков 10 и 11 заряжены до величины напряжение стабилизации стабилитронов в обратной связи интеграторов. ; В этом режиме на выходе выходных блоков 12 и 13 присутствует малое напряжение, определяемое падением на : пряжения на стабилитроне обратной связи в прямом направлении. На выход блока Н разгрузки сигнал соответствует отсутствию развозбуждения (блок разгрузки предназначен для выработки -сигнала на развозбуждение, пропорцио ;Нального полученному обмоткой ротора количеству тепла). ; При возникновении не.симметричного режима в статорной цепи, если несимметрия превышает допустимую, напряжение на.выходе блока 6 превышает уставку 1ри этом напряжение на четвертом выходе 29 блока 8 стано.вится положительным, сигнал на втором выходе 27 блока 8 становится равным нулю, а на первом и третьем выходах 26 и 28 блока 8 появляется положите.льное напряжение, равное ивы(1.кй к (к,-13- и,) 2Л 14 При этом также сраоатывает сигнальный блок Т5, формируя сигнал о перегрузке на табло 17Сигнал с выхода 26 блока 8 поступает на первый вход 30 блока 10, а с выхода 28 блока 8 - на третий вход 32 блока 11. Под действием приложенных напряжений на выходе блока 10 формируется сигнал, пропорциональный теплу, полученному бочкой ротора под действием тока обратной последовательности, а на выходе блока 11 - сигнал, пропорциональный теплу, выделяющемуся в обмотке ротора от действия токо обратной последовательности с учетом рассеивания тепла, которое имитируется с помощью напряжения, поступающего на второй вход 31 блока 11 со второго выхода 27 блока 9. При этом емкости интеграторов 10 и 11 перезаряжаются до . Такое выполнение устройства позволяет избежать влияние утечки емкостей и дрейфа нуля усилителей на работу интеграторов. Напряжение, пропорциональное параметру А, сформированное блоком 18, поступает на вход блока 12, где сравнивается по величине с напряжением, поступающим с выхода 10. При равенстве этих напряжений, которое означает, что величина тепла, полученная бочкой ротора,достигла допустимого значения, блок 12 формирует сигнал на отключение генератора. При этом, а также в случае ликвидации несимметрии до отключения генератора, происходит перезаряд емкостей блоков 10 и 11 до +и с постоянными временами охлаждения элементов конструкции ротора. При увеличении тока ротора выше допустимого, когда напряжение на выходе блока 7 превышает усТавку U, напряжение на четвертом выходе 29 блока 9 становится положительным, сигнал на втором выходе 27 блока 9 становится равным нулю, а на первом и третьем выходах 26 и 28 появляется положительное напряжение, равное -к(к . II -1 v ОТ55 S. ВЬ1УНА9 1абатывает сигПри этом также сраб нальный блок 16, формируя сигнал о перегрузке на табло 17. Напряжение с первого выхода 26 блока 9 поступает на первый вход 30 блока 11, а с выхода 28 блока 9 - на третий вход 32 блока 10. В результате на выхоДе блока 10 под действием напряжения, приложенного к третьему входу 32 блока 10, формируется напряжение, пропорциональное теплу, нагревающему бочку ротора под действием тока, протекающего в обмотке ротора, с учетом охлаждения, которое имитируется с помощью напряжения, по ступающего, на второй вход 31 блока 1 со сторого выхода 27 блока 8. На выходе блока 1J под действием напряжения, приложенного к первому входу 30 блока 11, формируется напря жение, пропорциональное теплу, выделяющемуся в обмотке ротора. Напряжение на выходе операционног усилителя 12 блока разгрузки 1 следует за изменением напряжения на выходе интегратора. Выход блока 14 под ключается к устройству развозбуждения генератора, и при возникновении перегрузки по току (сверхтока) осуществляется развозбуждение генератора (по заранее выбранному закону). Если принятые меры не позволили снять перегрузку (сверхток), то по истечении некоторого времени напряже ние на входе блока 12, пропорциональ ное выходному напряжению блока 11, превысит уставку , пропорциональную допустимому тепловому импульсу обмотки. При этом выходной блок t3 срабатывает и формирует сигнал на отключение генератора. Если же перегрузка будет устранена до того, как обмотка получит теп ловой импульс, превышающий допустимый, то сигнал на четвертом выходе 29 блока 9 становится отрицательным, и следовательно, второй вход 31 блока 11 подключается ко второму выходу 27 блока 9. На первом выходе 26 блока 9 напряжение равно 0. Под действием напряжения, поступающего со второго выхода 27 блока вход 31 блока 11 конденсатор интегратора 11 перезаряжается от до UCT имитируется остывание обмотки ротора При наличии несимметрии в статорной цепи происходит перегрузка по то ку обмотки возбуждения, что вызывает дополнительный нагрев бочки ротора при длительных режимах наложения ано мальных режимов. Для учета;дополнительного нагрева на третий вход 32 блока 10 подается сигнал с третьего выхода 28 блока 9, пропорциональный дополнительному нагреву бочки, ротора, вызываемому перегрузкой по току обмотки возбуждения, а на третий вхо . 8 32 блока 11 с третьего выхода 28 блока 8 подается сигнал, пропорциональный дополнительному .теплу, выделяющемуся в обмотке возбуждения при несимметрии. Предлагаемое устройство позволяет полностью использовать перегрузочные способности синхронных машин в рассмотренных анормальных режимах работы, что особенно.важно для современных генераторов с непосредственным охлаждением, имеющих сниженную перегрузочную способность. Отключение генератора от сети только при достижении максимально возможного времени в анормальном режиме (по условиям нагрева элементов конструкции ротора) позволяет снизить дефицит генерируе- : мой мощности в этих режимах, облегчая тем самым работу системы в целом. Учет влияния наложения анормальных режимов на нагрев элементов конструкции ротора, режима, предшествующего анормальному,а также изменения параметра 7 в функции тока обратной последовательности позволяет более точно контролировать режим работы генератора и обеспечить максимально возможное, по условиям перегрева, время работы его в анормальном режиме. Все это.позволяет повысить надежность работы генератора в рассмотренных анормальных режимах при более эффективнрм использовании его перегрузочных способностей. Формула изобретения Устройство для защиты ротора синхронной машины от перегрева, содержащее преобразователи ток-напряжение, подключенные к выводам статора синхронной машины, выходы преобразователей подключены через последовательно соединенные фильтр симметричных составляющих и фо|эмирователь модуля ко входу функционального преобразователя, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим первому и второму входам интегратора, выход которого подключен к одному из входов выходного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональных возможноетей устройства, дополнительно введены преобразователь ток-напряжение, второй формирователь модуля, второй

5

функциональный преобразователь « второй интегратор, два сигнальных бжжа с табло, блок формирования па| амет| а А, блок -разгрузки и второй выходной блок, причем вход дополнительного преобразователя ток-напряжение лодключей .к выводам обмотки ротора симхронной маши1чы, а выход через второй формирователь модуля подключен ко второму функциональному преобразователю, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим входам второго интегратора, выход которого через блок разгрузки подключен ко входу второго выходного блока, причем третьи выходы первого и второго функционального преобразователей подключены к третьим входам соответственно второго и первого интегратора, к четвертым выходам каждогй фуккционального преобразователя подключены сигнальные блоки, выходы котр31 . 10

рых подключены « табло, а ко второму входу nejJBoro выходного блока подключен выхол €лока формирования па-раметра Л, вход которого подключен к выходу первого формирователя модуля

Источники информации, принятие во внимание при экспертизе

. разработка защиты мощных синхронных генератсфов от перегрузок т к-ами обратной последовательности. Труды ВНИИЭ. М,, Энергия, 1973, вып. «ta, с. 39-55.

. Авторское свидетельство СССР по заявке № Z59a511/2i -07, кл. Н 02 Н 3/08, 1978.