Устройство для защиты бесщеточного возбудителя синхронной машины Советский патент 1982 года по МПК H02H7/06 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты вращающихся цепей возбуждения синхронной машины, в частности бесщеточного возбудителя.

Известно устройство для защиты цепей возбуждения синхронной машины, содержащей возбудитель переменного тока, представляющий собой обращенный синхроннь б генератор и вращающийся выпрямитель, соединенный с обмоткой возбуждения синхронной машины. Принцип действия этого устройства основан на сравнении сигнала, пропорционального току возбуждения генератора возбудителя, и сигнала, пропорционального векторной сумме тока и напряжения статора синхронной машины, представляющей собой в некотором .масштабе значение тока возбуждения (внутренней ЗДС синхронной машины). Появляющийся в случае возникновения повреждения разностный сигнал используется для отключения маиины 1 .

Недостатками указанного устройства являются сложностьформирования сигнала, пропорционального току возбуждения (внутренней ЗДС) машины, недостаточная точность определения аварийного состояния цепей возбуждения и низкое быстродействие.

Известно также устройство защиты, работающее на принципе измерения амплитуды переменной составляющей то10ка возбуждения возбудителя и сравнения ее с заданным по условиям нормального режима работы возбудителя предельным значением этой переменной составляющей Г2. .

ts

Однако устройство не реагирует на симметричные короткие замыкания во вращающейся части возбудителя и содержит блок временной задержки, снижающий быстродействие.

м

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для защиты бесщеточного возбудителя синхронной машины,содержащее датчики тока (напряжения) возбуждения возбудителя и тока якооя возбудителя. При этом датчик тока якоря представляет собой дополнительную обмотку, размещенную между полюсами в поперечной оси обращенного синхронного генератора возбудителя, а датчик тока (напряжения) возбуждения возбудителя выполнен любым кзвестным способом. . Датчики подключены к двум обмоткам дифференциального реле, представляющего собой измерительный орга защиты, выход которого {контакт дифференциального реле) соединен с испо нительным органом, отключающим питание в цепи возбуждения. Устройство снабжено также органом временной задержки для предотвращения ложного действия защиты в переходных режимах работы, например при форсировке возбуждения ГЗ Недостатком известного устройства помимо низкой механической устойчиво ти и плохой регулировочной способности применяемого в качестве измерительного органа дифференциального реле, является возможность ложных срабатываний в зоне больших токов из-за роста сопротивления обмртки возбуждения синхронной машины, дости гающего 1 ,5-кратных значений по срав нению с холодным состоянием машины,и связанного с этим изменения соотношения между сигналом по току возбужд ния и току якоря возбудителя. Причиной нарушения пропорциональности между указанными сигналами может быть также работа возбудителя в насы щенной области характеристик. Существенным недостатком устройства явля ется также малое быстродействие, необходимое, например, при таких повреждениях в возбудителе как пробой одного из вентилей вращающегося выпрямителя. Если своевременно не произвести отключение тока возбуждения, то при работе в зоне больших токов возможен лавинообразный процесс выхода из строя также других вентилей вращающегося выпрямителя. Этот процесс усугубляется тем, что при пробое даже одного вентиля ток возбуждения синхронной машины резк-Г уменьшается и регулятор реагирует на.это введением фо.рсироБки. Цель изобретения - повышение надежности, быстродействия и расши90рение регулировочных возможностей устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство для защиты бесщеточного возбудителя синхронной машины, содержащее датчики тока якоря и тока (напряжения) возбуждения возбудителя, подключенные к измерительному органу, и орган временной задержки, соединенный с исполнительным органом, дополнительно снабжено двумя формирователями сигналов тока якоря и тока (напряжения) возбуждения возбудителя, блоком сравнения абсолютной величины сигнала по току якоря с заданным значением, регулировочным элементом и элементом ИЛИ, причем формирователи сигналов включены на выходах соответствующих датчиков, вход блока сравнения абсолютной величины и один из входов измерительного органа подключены к выходу формирователя сигналов тока якоря, другой вход измерительного органа подсоединен к выходу формирователя сигнала по току (напряжению) возбуждения возбудителя, на третий вход этого органа включен регулировочный элемент, выходы блока сравнения абсолютной величины и измерительного органа с включенным на его выходе органом временной задержки через элемент ИЛИ подключены к исполнительному органу, выходной релейный элемент которого снабжен самоблокировкой. При этом блок сравнения абсолютной величины выполнен в виде компаратора, на один из входов которого подключен источник питания (опорного напряжения), а другой вход соединен с выходом формирователя сигнала тока якоря, через пороговый элемент, и измерительный орган выполнен в виде выявителя модуля разности сигналов по току якоря и току (напряжению) возбуждения возбудителя и реагирующего органа, на один из входов которого подключен регулировочный элемент уровня срабатывания защиты, вход которого соединен с-формирователем сигнала по току возбуждения возбудителя, а на другой вход реагирующего органа подключен выход, выявителя модуля разности сигналов, В качестве источника опорного напряжения иожет быть также использован формирователь сигнала тока (напряжения) возбуждения возбудителя, выход которого подсоединен ко

входу регулировочного элемента, а выход последнего к одному из входов измерительного органа.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства;на фиг.2 характеристики защиты, построенной по указанной схеме.

Устройство содержит датчики 1 тока якоря и 2 тока (напряжения) возбуждения возбудителя, формирователи 3 и сигналов указанных датчиков, блок 5 сравнения абсолютной величины сигнала по току якоря с заданным значением, измерительный орган 6, регулировочный элемент 7, орган 8 временной задержки, источник 9 питания (опорных напряжений), элемент ИЛИ 10 и исполнительный орган 11. Измерительный орган 6 содержит выявитель 12 модуля разности сигналов по току якоря и току (напряжению) возбуждения возбудителя и реагирующий орган 13.

Датчик 1 тока якоря представляет собой обмотку, размещенную либо в межполюсном пространстве магнитной системы возбудителя, либо в двух соседних полюсах по поперечной оси. Датчик 2 тока возбуждения возбудителя может быть выполнен в виде шунта, трансреактора или трансформаторов тока в цепи переменного тока источника питания обмотки возбуждениявозбудителя. Последний вариант наиболее приемлем в случае больших токов возбуждения , а также позволяет уменьшить уровень пульсации при использовании трехфазной схемы соединения трансформаторов. Формирователи 3 и сигналов представляют собой в общем виде выпрямители со сглаживающими фильтрами на выходе, а также могут содержать элементы согласования выходных сигналов формирователей по уровню (резистивные .делители, ограничители на стабилитронах и т.п.). Орган 5 сравнения абсолютной величины сигнала датчика тока якоря с заданным значением наиболее просто выполняется в виде компаратора с пороговым элементом на входе. Пороговый элемент обеспечивает ограничение минимального уровня сигнала, поступающего на вход компаратора, и при необходимости и максимального уровня для предотвращения перегрузки компаратора по входу. Заданное значение напряжения сравнения устанавливается по максимально возможному уровню

напряжения на зажимах датчика тока якоря, определяемому, например, для синхронный; компенсаторов при 2-кратной форсировке возбуждения (фиг.2, зависимость Ujp) с учетом принимаемого для максимально токовых защит коэффициента чувствительности 1,5. Компаратор может быть выполнен на основе операционного усилителя, охваченного положительной обратной

связью, на другой вход которого (или на тот же вход) подключено напряжение от источника опорного напряжения.

Регулировочный элемент 7 Р простейшем виде представляет потенциометр регулирования уставки срабатывания измерительного органа 6. Выявитель 12 модуля разности сигналов по

току якоря и току возбуждения возбудителя содержит сумматор сглаженных сигналов, поступающих с выходовформирователей 3 и i, и логическую схему выпрямления полученной разности,

так как в зависимости от вида поврейдения она может иметь разный знак (фиг. 2 -и j и Д Mli2 ) Преобразование модуля полученной разности сигналов в релейный (дискретный) сигнал выполняет реагирующий орган 13, который также может быть выполнен по схеме компаратора с положительной обратной связью (триггера Шмидта) .. Для изменения чувствительности схемы за4диты регулировочный элемент 7 подключается либо к одному из входов выявителя 12 модуля разности сигналов, либо к реагирующему органу 13. В первом случае и при выполнении выпрямителя разности сигналов на операционных усилителях функция регулирования проще всего . реализуется путем изменения уставки резистора отрицательной обратной связи усилителя. При подключении элемента 7 к реагирующему органу 13, выполненному в аиде компаратора, этот элемент изменяет порог срабатывания компаратора, используя для этой цели источник опорных напряжений 9 и при

необходимости пассивные пороговые элементы - стабилитроны. При недостаточности чувствительности схемы защиты по инерционному входу (измерительный орган 6) в качестве опорного напряжения используется напряжение с выхода формирователя k сигнала по току возбуждения возбудителя. Орган 8 воеменной задержки выполняется любым известным образом, например на принципе заряда конденсатора RC-контура, так как схема защиты не требуе высокой точности и стабильности выдержки времени. Он предназначен для предотвращения ложного действия защи ты по инерционному входу при переходных процессах внутри системы возбуждения и внешних возмущениях (сброс- наброс нагрузки, короткие замыкания со стороны статора синхрон ной машины и т.п.). Логический элемент ИЛИ 10 выполняется обычным образом и служит для развязки выходов быстродействующего и инерционного каналов защиты. Исполнительный орган 11 состоит из усилителя и выходного релейного -элемента, осуществляющего выдачу и размножение сигнала о наличии повреждения в цепи отключения и сигнализации системы возбуждения и синхронной машиньк Таким образом, схема защиты имеет два канала: быстродействующий, реаги рующий только на несимметричные короткие замыкания (пробой вентиля вращающегося выпрямителя, одно- и двухфазные короткие замыкания в якор возбудителя), и инерционный, реагирующий с задержкой по времени на все виды повреждений в возбудителе.Быстродействующая часть защиты обеспечивает защиту оставшихся в работе вентилей и предохранителей от сверхтоков, медленно действующая часть предотвращает повреждение элементов возбудителя при симметричных коротких замыканиях, а также в тех случая других видов повреждений, когда не работает быстродействующая часть (зона малых токов возбуждения). Устройство работает следующим образом. Сигналы, пропорциональные токам якоря и току (напряжению) возбуждения возбудителя, поступающие с датчиков 1 и 2, в формирователях 3 и i выпрямляются и выравниваются по величине. Преобразованные сигналы поступают в блоки 5 и 6. При отсутствии разбаланса между входными сигналами или их небольшой величине на выходе измерительного органа 6 напря жение также-равно нулю. Во время работы возбудителя в зоне больших токов или при переходных процессах воз никающий разбаланс сигналов преобразуется в выявителе 12 модуля в однополярный сигнал и поступает на вхо реагирующего органа 13- Порог срабать1вания этого органа выбран таким образом, что он не реагирует на возмущения, возникающие, например, при длительной форсировке возбуждения. Внешние возмущения и возмущения, вызванные быстро протекающими переходными процессами в системе возбуждения, по величине могут оказаться меньше этой величины. Тогда на выходе измерительного органа 6 логический сигнал при ОТСУ7СТВИИ повреждений всегда будет равен нулю. Однако в этом случае снижается чувствительность защиты к аварийным ситуациям. Для повышения чувствительности схемы защиты в таких случаях в качестве опорного напряжения реагирующего органа 13 может быть выб,рано напряжение, пропорциональное сигналу по току (напряжению) возбуждения возбудителя. Требуемое начальное и конечное значение опорного напряжения устанавливается с помощью регулировочного элемента 7. Таким образом в зоне малых токов сохраняется требуемая чувствительность от больших разбалансов между сигналами датчиков, вызванных переходными процессами в системе возбуждения и внешними возмущениями, схема отстраивается с помощью органа Б временной задержки, выдержка времени которого выбирается в зависимости от длительности переходного процесса, имеющего максимальную величину. В случае возникновения повреждения типа несимметричного короткого замыкания, например пробоя вентиля вращающегося выпрямителя, практически мгновенно срабатывает блок 5 выявления абсолютной величины сигнала датчика тока якоря, а следовательно, происходит быстрое отклонение возбуждения и предотвращается развитие аварии во вращающемся выпрямителе. Если порог срабатывания блока 5 оказывается выше уровня поступившего сигнала, то возможно два случая: либо регулятор начинает выдавать сигнал на увеличение тока возбуждения и последний нарастет до величины, при которой происходит срабатывание блока 5 либо при ручном управлении вступает в работу инерционная часть защиты. При малых значениях тока возбуждения и при симметричных коротких замыканиях работает инерционная часть защиты, т.е. блоки 6 и 8. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить надёжность работы защиты возбудителя, обеспечить сохранность оставшихся в работе вентилей вращающихся выпрямителей при пробое одного из них, расширить регулировочные возможности защиты. Использование указанной защиты позволяет также исключить защиту от потери возбуждения. Экономический эффект заключается не только в экономии элементов, но и в предотвращении потерь от простоев машины, связанных с ремонтом возбудителя и ложными срабатываниями защиты. Устройство может быть использова но для защиты от повреждений Сесщеточных возбудителей синхронных гене раторов, двигателей и компенсаторов Формула изобретения 1.Устройство для защиты бесщеточного возбудителя синхронной машины, содержащее датчики тока якоря и тока (напряжения) возбуждения возбудителя, подключенные к измерительному органу, и орган временной задержки, соединенный с исполнительным, органом, отличающееся тем что, с целью повышения надежности, быстродействия и расширения регулиро вочных возможностей, оно дополнительно снабжено двумя формирователями сигналов тока якоря и тока (напряжения) возбуждения возбудителя, блоком сравнения .абсолютной величины сигнала по току якоря с заданным значением, регулировочным элементом и элементом ИЛИ, измерительный орган выполнен в виде выявителя модуля разности сигналов по току якоря и по тс|ку (напряжению) возбуждения возбудителя и реагирующего органа,на один из входовкоторого подключен регулировочный элемент уровня срабатывания защиты, вход которого соединен с формирователем сигнала по току возбуждения возбудителя, а на другой вход реагирующего органа подключен выход выявителя модуля разности сигналов, причем формирователи сигналов включены на выходах соответствующих датчиков, вход блока сравнения абсолютной величины и один из входов измерительного органа подключены к выхоДУ формирователя сигналов тока якоря, другой вход измерительного органа подсоединен к выходу формирователя Сигнала по току (напряжению) возбуждения возбудителя, выходы блока сравнения абсолютной величины и измерительного органа с включенным на его выходе органом временной задержки через элемент ИЛИ подключены к исполнительному органу, выходной релейный элемент которого снабжен самоблокировкой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок сравнения абсолютной величины сигнала по току якоря с заданным значением выполнен в виде компаратора, на один из входов которого подключен источник опорного напряжения, а другой вход соединен с выходом формирователя сигнала тока якоря через пороговый элемент. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Т. Патент ФРГ W 1588ii70, кл. И 02 Н 7/00, 1372. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 Н 7/06, 1378. 3.Авторское свидетельство СССР, ;№ А32638, кл. Н 02 К 29/02, 197+ (прототип).

«ч.

t

Iff (2-хфсгзн./(.з,)

Vij

icp