Устройство для защиты синхронного генератора от асинхронного хода

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ АСИНХРОННОГО ХОДА, содержащее измерительный орган сопротивления, на выходе которого последовательно включены элемент вьщержки времени и выходной орган, о т личающееся тем, что, с целью повышения селективности и снижения времени срабатывания устройства, в него введены блок формирования одиночного импульса, блок контроля скольжения, счетчик импульсов и дополнительный выходной орган с двумя входами, а измерительный орган сопротивления выполнен с тремя выходами и комбинированной характеристикой срабатывания в виде непересекающихся замкнутых областей, при этом выходы i измерительного органа сопротивления подключены к входам блока формирова (Л ния одиночного импульса, выход которого подключен к входам блока контроля скольжения и счетчика импульсов, подключенного выходом к одному из входов дополнительного выходного органа , к другому входу которого подключен выход блока контроля скольжения . ueJ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я1.1„„111247 зцц Н 02 Н 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

Е (. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 ;

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬА5 4." ."- (21) 3453842/24-07 (22) 16.06.82 (46) 07.09.84. Бюл. № 33 (72) Э.М.Шнеерсон (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследователь— ский, проектно-конструкторский и технологичесКий институт релестроения (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Шейкман А.Г. Устройство для выявления потери возбуждения генера— тора. — Электрические станции", 1976, ¹ 5.

2. Бронштейн Э.Л. и др. Сравнительные испытания датчиков асинхронного режима турбогенераторов при потере возбуждения. — "Электрические станции", 1979, № 6.

3. Вавин В.Н. Релейная защита блоков турбогенератор-трансформатор.

Энергоиздат, 1982, с. 159, рис.3.50. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ АСИНХРОННОГО

ХОДА, содержащее измерительный орган сопротивления, на выходе которого последовательно включены элемент выдержки времени и выходной орган, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности и снижения времени срабатывания устройства, в него введены блок формирования оди ночного импульса, блок контроля скольжения, счетчик импульсов и дополнительный выходной орган с двумя входами, а измерительный орган сопротивления выполнен с тремя выходами и комбинированной характеристикой срабатывания в виде непересекающихся замкнутых областей, при этом выходы измерительного органа сопротивления подключены к входам блока формирования одиночного импульса, выход кото рого подключен к входам блока контроля скольжения и счетчика импульсов, подключенного выходом к одному из входов дополнительного выходного органа, к другому входу которого подключен выход блока контроля скольжения.

1112473

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах защиты синхронных генераторов и двигателей.

Известны устройсТва выявления асинхронного хода генераторов на осЭ нове измерения реактивной мощности, потребляемой генератором (1), либо внутреннего угла генератора (2), которые фиксируют факт увеличения потребления реактивной мощности или соответствующее этому явлению изменение внутренйего угла генератора при потере возбуждения. Для этого они содержат фазочувствительные элементы или стандартные реле реактивной мощности, обеспечивающие измерение реактивной мощности, потребляемой генератором, и воздействующие через элемент выдержки времени на исполнительную часть, фиксирующую наличие потери возбуждения.

Основным недостатком данных устройств является низкая селективность, что обусловлено возможностью попадания в область срабатывания режимов, имеющих место и при отсутствии потери возбуждения. Для устройств, реагирующих на внутренний угол генератора, это — синхронные режимы в емкостных квадрантах при малой активной нагрузке и достаточном резерве реактивной мощности в системе. Для отстройки от указанных режимов требуются блокировки по напряжению или по току статора, которые не всегда обеспечивают чувствительность защиты.

Устройства, реагирующие на значение реактивной мощности, также имеют значительную область, где возможны излишние срабатывания в П(и 1У квадрантах плоскости сопротивлений, и-могут неправильно действовать при качениях и асинхронном ходе без потери возбуждения. Отстройка от указанных режимов обеспечивается введением выдержки времени, что не всегда приемлемо ввиду ужесточающихся требований к временам отключения современных мощных генераторов при асинхронном ходе и может привести к повреждениям машин или к снижению устойчивости системы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство на основе фиксации расположения вектора входного сопротивления генератора

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, на фиг.2 - возможные формы комбинированных характеристик срабатывания измерительного органа сопротивления; на фиг.3 — вапри асинхронном ходе, связанном с потерей возбуждения, содержащее измерительное реле сопротивления, реле времени и выходной орган.

5 Устройство характеризуется большей степенью отстройки от режимов синхронных качаний и асинхронного хода возбужденного генератора которая обеспечивается меньшими областями, охва10 тываемыми круговыми характеристиками, и возможностью отстройки от асинхронного хода возбужденного генератора (3) .

Недостатком известного устройства является невозможность отстройки без введения замедления от асинхронных режимов без потери возбуждения и режимов глубоких синхронных качаний с электрическим центром, расположенным в генераторе, т.е. устройство-не обладает достаточной селективностью и не позволяет быстро выявить и различить асинхронные режимы с потерей и без потери возбуждения и синхронные качания.

Цель изобретения — повышение селективности и снижение времени срабатывания устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты синхронного генератора от асинхронного хода, содержащее измерительный орган сопротивления, на выходе которого последовательно включены элемент вы35 держки времени и выходной орган, введены блок формирования одиночного импульса, блок контроля скольжения, счетчик импульсов и дополнительный выходной орган с двумя входами, а из40 мерительный орган сопротивления выполнен с тремя выходами и комбинированной характеристикой срабатывания в виде непересекающихся замкнутых областей, при этом выходы измеритель45 ного органа сопротивления подключены к входам блока формирования одиночного импульса, выход которого подключен к входам блока контроля скольжения и счетчика импульсов, подключен50 ного выходом к одному из входов дополнительного выходного органа, к другому входу которого подключен выход блока контроля скольжения.

1112473 рианты возможных реализаций измерительного органа сопротивления, на фиг.4 — временные диаграммы сигналов на выходах измерительного органа; на фиг.5 — возможная реализация бпока формирования одиночного импульса.

Устройство (фиг.1) содержит измерительный орган 1 сопротивления с тремя выходами, подключенными к входам блока 2 формирования одиночного 1G импульса, подключенного выходом к входам блока 3 контроля скольжения и счетчика 4 импульсов, подключенного выходом к одному входу выходного органа 5, к другому входу которого под-15 ключен выход блока 3 контроля скольжения, элемент 6 времени, подключенный входом к одному из выходов измерительного органа 1, а выходом-к входу выходного органа 7. 20

Блок 3 контроля скольжения может быть выполнен в виде последовательно включенных формирователя 8 импульсов заданной длительности и измерителя длительности между импульсами. 9s

Два возможных варианта комбинированных характеристик (фиг.2 а, б) включают область I в третьем квадранте комплексной плоскости сопротивлений, выбираемую таким образом, чтобы она надежно охватывала траекторию входного сопротивления невозбужденного генератора при различных скольжениях и область II в 111 квадранте, обычно симметричную области 1 относи35 тельно мнимой оси, что определяется сравнительной простотой реализации органа. Первый и второй выходы измерительного органа 1 соответствуют нахождению входного сопротивления Е в областях I u II . Третий выход измерительного органа соответствует нахождению Z внутри области, ограниченной результирующей внешней характеристикой в III u IV квадрантах.

Вариант измерительного органа с комбинированной характеристикой по фиг.2а приведен на фиг ° За и содержит. промежуточные трансформаторы напряжения 10 и тока 11, суммирующие one50 рационные усилители 12-i5, элементы

16-18 сравнения фаз двух электрических величин, инверторы 19 и 20, логические элементы И 21-23, масштабные усилители 24 и 25.

На выходе усилителей 12 и 15 формируются величины Е1 и Е2, линейно зависящие от тока и напряжения генератора, которые сравниваются по фазе элементом 16 сравнения, выходной сигнал которого инвертируется, в результате чего сигнал на выходе инвертора

19 соответствует нахождению сопротивления Z внутри области, ограниченной наружной окружностью на фиг.2а. Формируемые на выходах усилителей 13 и

14 величины Е3 и Е4 сравниваются элементом 17 сравнения и учитывая, что выходной сигнал не инвертируется, срабатыванию элемента 17 будет соответствовать область, расположенная вне внутренней характеристики на фиг.2а. С учетом этого сигнал, соответствующий срабатыванию на выходе логического элемента И 21, появится в случае, если входное сопротивление окажется внутри кольца, ограниченного окружностями на фиг.2а. К элементу 18 сравнения фаз подводятся сигналы, пропорциональные току и напряжению, в результате чего сигнал на его выходе изменяется в зависимости

\ от того слева или справа от оси 1 нахОдится замеряемое входное сопротивление генератора. С учетом изложенного сигнал на срабатывание на выходе логического элемента И 22, к которому подводятся сигналы с выходов элемента 18 и 21, появится при расположении Z, в области II, соответствующей левой половине кольца на фиг. 2а, а сигнал на выходе логического элемента И 23, к которому подводятся сигналы с выходов элементов

20 и 21 появится при нахождении 2! в области, соответствующей правой по-ловине кольца на фиг ° 2а, расположенной в IIIквадранте.

Совокупность элементов сравнения и логических элементов образуют блок

?6 формирования комбинированнбй характеристики.

При формировании комбинированной характеристики, ограниченной пересекающимися дугами окружностей (фиг.2б), схема, выполненная на промежуточных трансформаторах 27 и 28 и операционных усилителях 29-32 несколько упрощается за счет одинаковости величин, подводниках к элементам сравнения (Е1=ЕЗ, Е2=Е4) блока 33 формирования характеристики. Различие дуг окружностей внутренней и внешней характеристик на фиг.2б определяется в этом случае неодинаковостью уставок по углу элементов сравнения фаз. В

1112473 различных режимах генератора имеется следующая последовательность в появлении сигналов на выходах измерительного органа 1 сопротивления с комбинированной характеристикой. 5

Потеря возбуждения генератора, предварительно работавшего в синхронном режиме. В этом случае при асинхронном ходе генератора траектория входного сопротивления переходит из квадранта 1 в квадрант IY плоскости сопротивлений. До отключения генератора имеются импульсы на первом и третьем выходах измерительного органа 1 (фиг.4а), так как вектор входного сопротивления находится внутри области I и, следовательно, области 1П, охватываемой граничными линиями на фиг.2б.

Асинхронный ход без потери возбуж-2О дения. Траектории входного сопротивления в этом случае последовательно проходят III u IY или I и И1 квадранты плоскости сопротивления. На первом и втором выходах возникают при этом поочередно импульсы, а нй третьем выходе более широкий импульс, начинающийся при возникновении первого из импульсов на первом и втором выходах и заканчивающийся при исчезнове- ЗО нии последнего из них (фиг.4б;в).

Синхронные качания генератора в

И1 или IY квадрантах плоскости сопротивлений. В этом случае возникают повторяющиеся импульсы только на одном из выходов, первом или втором, измерительного органа 1 и на третьем выходе (фиг.4г,д).

Вариант реализации блока 2 форми 40 рования одиночных импульсов при асинхронных проворотах ротора генератора и наличии возбуждения, представленный на фиг.5, содержит инвертирующие элементы 34-42 с одним и двумя входами.

При асинхронном ходе без потери возбуждения (фиг.2б) при вхождении в область 1 одновременно появляются импульсы на первом и третьем выходах измерительного органа (фиг.4б). Импульс на первом выходе инвертируется

50 элементом 34, запоминается с помощью элементов 36 и 37 и подводится к одному из входов элемента 40, выполняющего логическую функцию И. Сигнал на выходе элемента 40 появится в мо55 мент вхождения траектории сопротивI ления в область в IV квадранте плоскости сопротивлений, когда с второго выхода поступает сигнал на второй вход элемента 40. Этот сигнал будет существовать в течение времени нахождения траектории в области П . После выхода траектории из указанной облас- ти схема приходит в первоначальное состояние, так как сигналы на всех выходах органа сопротивления исчезают. При этом запоминание сигнала на элементах 36 и 37 также прекращается ввиду поступления запрещающего сигнала с третьего выхода органа сопротивления на второй вход элемента 36. В результате на выходе элемента 42, выполняющего логическую функцию ИЛИ, возникает импульс, характеризующий один проворот ротора генератора. Аналогично работает схема при изменении знака скольжения, когда вектор входного сопротивления последовательно проходит

IU u III квадранты плоскости сопротивлений. В этом случае запоминание сигнала с второго выхода производится элементами 38 и 39 и на выходе элемента 42 возникает одиночный импульс с длительностью, соответствующей нахождению входного сопротивления в III квадранте.

В остальных режимах (асинхронный ход с потерей возбуждения, синхронные качания в III Ь квадрантах плоскости сопротивлений) сигналы на выходе элемента 42 не возникают, так как элементы 40 и 41, выполняющие функцию

И, формируют выходной сигнал лишь в случае, когда за один цикл входное сопротивление проходит через области 1 и П в L 11 и IY квадрантах, комплексной плоскости сопротивления.

:Устройство работает следующим образом.

При потере возбуждения генератора на выходе блока 2 возникают одиночные импульсы при каждом провороте ротора генератора, поступающие на вход счетчика 4 импульсов. При превышении заданного числа проворотов сигнал с выхода счетчика воздействует на выходной элемент 5.

При синхронных качаниях в IY квадранте плоскости сопротивлений устройство не запускается, так как не имеется сигналов на первом выходе измерительного органа сопротивления и на выходе блока 2.

При синхронных качаниях в ц квадранте появляется сигHBJ(на первом выходе измерительного органа 1, сущест1112473 вующий в течение времени нахождения вектора сопротивлений в области 1 комбинированной характеристики. Лож ное срабатывание защиты предотвращается элементом 6 времени, который сбрасывает выдержку времени каждый раз при выходе входного сопротивления из области. При этом время уставки элемента 6 выбирается значительно меньшим, чем время замедления в ана- 10 логичном режиме известного устройства с круговой характеристикой срабатывания. Это обусловлено значительно меньшей областьй, охватываемой комбинированными характеристиками в 1И 15 квадранте (фиг.2).

С целью быстрого отключения генератора с возбуждением при больших значениях скольжения для предотвращения конструктивных разрушений выпол- 20 нен параллельный канал 3 контроля скольжения, состоящий из последовательно включенных формирователя 8 импульсов заданной длительности и измерителя 9 длительности, воздейст- 25 вующий на выходной элемент 5. На выходе формирователя 8 при каждом провороте ротора генератора формируется импульс заданной длительности.

В этом случае время между импульсами обратно пропорционально скольжению генератора. При паузе между импульсами меньше заданной, измеритель 9 длительности срабатывает и независимо от состояния счетчика 4 импульсов отключает генератор.

Таким образом, применение в защите генератора от асинхронного хода для контроля входного сопротивления измерительного органа с комбинированной характеристикой и введение блока формирования импульсов с описанными функциональными свойствами позволяет повысить селективность защиты за счет более четкого выявления режимов асинхронного хода генератора с потерей и без потери возбуждения и более качественной отстройки от других возможных режимов, а также уменьшить время выявления асинхронного хода.

Основной технико-экономический эф" фект заключается в оебспечении надежности работы энергосистемы и предотвращении аварий одних и наиболее ответственных ее объектов — мощных турбо- и гидрогенераторов.

1112473

1112473

1112473 од

Составитель TiЩеголькова

Редактор Н.Данкулич Техред Л .Микеш Корректор А.Тяско

Заказ 6465/39 Тираж 613 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д .4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4