Устройство для защиты синхронной машины от несимметричного короткого замыкания

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ ОТ НЕСИММЕТРИЧНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащее две последовательные емкос-гно-резисторные цепочки, подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фазам , средние точки цепочек соединены с входом мостового выпрямителя, выход которого функционально связан с рабочей обмоткой исполнительного элемента-реле, о т л и ч a ю щ с я тем, что, с целью повышения селективности защиты при изменении П11т ющего напряжения, оно дополнительно снабжено двумя потенциометрами , резисторами, двумя конденсаторами , вторым выпрямительным мостом, герконовым реле, резистивньм делителем , RC-цепочкой временной задержки, оперативным усилителем с двумя цепочками отрицательной обратной связи , с резисторами, дияистором и диодом , диодно-резистивной цепочкой положительной обратной связи, пиктрансформатором , двумя тиристорами, a исполнительное реле выполнено с . двумя рабочими и одной тормозной обмотками, при этом потенциометры через дополнительные диоды подключены к резистору и конденсатору одной из цепочек, выходы потенциометров присоединены к конденсаторам, соединенным последовательно и подключенным к входу второго выпрямительного моста, выход которого через геркон присое-динен к тормозной обмотке исполнительного реле, при этом средняя точка резисторного делителя, подключенного к первой и третьей фазам, a также вторая фаза подсоединены через резисторto ный делитель напряжения к прямому входу операционного усилителя, снабжено ного двумя цепочками отрицательной об00 ратной связи: резисторной и образован ной последовательно включенными динигг; стором, диодом и резистором, подсоединенными через RC-цепочку временной задержки, a также диодно-резисторной цепочкой положительной обратной связи, выход операционного усилителя соединен с катушкой управления герконом , зашунтированной конденсатором и включенной послецо а епьно с тиристо ром, управляю1дий переход которого под-ключен через диод к шунтированной резнетором вторичной обмотке пик трансформатора , первичная обмотка которого

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

NINVNOI

РЕСПУБЛИК

3(Я) Н 02 Í 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ р»„, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К АВТОРСНОЬЮ СЮЩЕТЕЛЬСТВУ (21) 3657299/24-07 . .(22) 31.10.83 (46) 30. 11.84. Бюл.. N 44 (72) С.Л.Кужеков, В.Ф.Минаков, П,.Я.Негримовский н А.Д.Штительман (71) Ростовское отделение Всесоюзного государственного ордена Ленина и ордена. Октябрьской Революции. научноисследовательского и проектно-изыскательского института по проектированию атомных электростанций и крупных топливно-энергетических комплексов

"Атомтеплоэлектропроект" . Новочер1 касский ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт им. Серго Орджоникидзе и Ставропольский политехнический институт (53) 621.315.925(088.8) (56). 1. Дорогунцев В, Г. и др. Элемен-. .ты автоматических устройств энерго- систее. М., ".Энергия", 1979, с. 109.

2. Алексеев В.С. и др. Реле защиты. М,, "Энергия", 1976, с. 301. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОЙ МАШИН ОТ НЕСИММЕТРИЧНОГО

КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащее две последовательные емкостно-резисторные цепочки, подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фа-. зам, средние тонки цепочек соединены с входом мостового выпрямителя, выход которого функционально связан с рабочей обмоткой исполнительного элемента-реле, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности защиты при изменении пйтаощего напряжения, оно дополнительно снабжено двумя потенциометрами, резисторами, двумя конденсато,Л0„,11270 7 А рами, вторым выпрямительным мостом, герконовым реле, резистивным делителем, RC-цепочкой. временной задержки, оперативным усилителем с двумя цепочками отрицательной обратной связи, с резисторами, динистором и ди- одом, диодно-резистивной цепочкой положительной обратной связи, пиктрансформатором, двумя тиристорами, а исполнительное реле выполнено с двумя рабочими и одной тормозной обмотками, при этом потенциометры через дополнительные диоды подключены к,резистору и конденсатору одной из цепочек, выходы потенциометров присоединены к конденсаторам, соединен- Е ным последовательно и подключенным к входу второго выпрямительного моста, выход которого через геркон присоединен к тормозной обмотке исполнительного реле, при этом средняя точка ре- Я зисторного делителя, подключенного к первой и третьей фазам а также втоЭ

ЕБ рая фаза подсоединены через резисторный делитель напряжения к прямому вхо- Б ду операционного усилителя, снабжен- 3 ного двумя цепочками отрицательной об- © ратной связи: резисторной и образован-. фф ной последовательно включенными дини ° аД стором, диодом и резистором, подсоединенными через RC-цепочку временной задержки, а также диодно-резисторной цепочкой положительной обратной связи, выход операционного усилителя фв соединен с катушкой управления герконом, зашунтированной конденсатором и включенной последовательно с тиристо» . ром, управляющий переход которого подключен через диод к шунтированной реэис" тором вторичной обмотке пик трансформатора, первичная обмотка которого

1127037

1 подсоединена к входу первого выпрями- ным резистором зашунтирован тнристотельного моста, связь выхода которого ром, управляющий переход которого с рабочей обмоткой исполнительного с параллельно присоединенным резистореле осуществлена через динистор, . ром подключен через диод и динистор причем прямой вход операционного уси- цепи отрицательной обратной связи к лителя с последовательно соединен- РС-контуру временной задержки.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты трехфазных синхронных машин в режиме частотного разгона от несиммет. ричных коротких замыканий, связанных 5 появлением напряжения обратной последовательности.

Известно устройство для защиты с трансформаторным фильтром напряжения обратной последовательности, содержа- 1О щим повышающий автотрансформатор, подключаемый к первой и второй фазам, выход автотрансформатора подсоединен к цепи, средняя точка которой,а также третья фаза образуют выходные клеммы для присоединения исполнительного элемента. Если на входе такой схемы действует лишь напряжение прямой последовательности, то напряжение на исполнительном элементе равно нулю. 20

В этом случае, когде на входе схемы появляется сигнал обратной последова.тельности (при несимметрических коротких замыканиях, вызывающих несимметрию контролируемых напряжений), на испол-2 нительном элементе также возникает разность потенциалов, при определенной величине которой защита.срабатывает (1 j.

Недостатком данного устройства щб. является зависимость выходного сигнала не только от величины напряжения обратной последовательности, но и частоты входного сигнала. Так, если контролируемое напряжение содержит лишь прямую последовательность, но имеет частоту, меньшую номинальной (например, при пуске синхронной машины от преобразователя частоты), сопротивление конденсатора Хс воз- 4О растает, равенство Хс 13Р (R — сопротивление резистора фильтра), обеспечивающее нулевую разность потенциалов на выходе фильтра при

1 питании его напряжением прямой последовательности, нарушается. В результате появления сигнала на выходе фильтра срабатывает исполнительный элемент, отключая защищаемую машину.i Так как отключение. не связано с несимметричным коротким замыканием, то его следует классифицировать как неселективное.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для защиты цепи от несимметричного короткого замыкания, содержащее две последователь" ные емкостно-резисторные цепочки, подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фазам. Средние точки цепочек соединены с входом двухполупериодного выпрямителя, выход которого присоединен к обмотке исполнительного элемента - .реле 21, Напряжение прямой последовательности обусловливает появление опережающих токов в ЯС-ветвях схемы.

Подбором параметров схемы достигается равенство фаз и величин напряжений иа резисторе первой цепочки и конденсаторе второй. В результате выходной сигнал фильтра, подаваемый на реле, равен нулю. При появлении в сети напряжения обратной последовательности равенство потенциалов первого резистора и второго конденсатора нарушается, выходное, выпрямленное мостом напряжение фильтра вызывает срабатывание защиты.

Недостатком этого устройства является зависимость напряжения на выходе фильтра от частоты питающего напряжения.

Цель изобретения — повьппение селективности защиты при изменении частоты питающего напряжения.

1127037

Поставленная цель достигается тем, операционного усилителя с последовачто устройство для защиты синхронной тельно соединенным резистором зашунмашины от несимметричного короткого тирован тиристором, управляющий перезамыкания, содержащее две последо- ход которого с параллельно присоедивательные емкостно-резисторные цепоч- 5 ненным резистором подключен через ки, подключенные соответственно к диод и динистор цепи отрицательной первой и второй, второй и третьей обратной связи к RC-контуру временфазам, средние точки цепочек соедине- ной задержки. ны с входом мостового выпрямителя, На фиг. 1 представлена принципивыход которого функционально связан 10 альная электрическая схема устройства с рабочей обмоткой исполнительного для защиты синхронной машины; на элемента — реле, снабжено двумя потен-. фиг. 2 — потенциальная диаграмма конциометрами, резисторами, конденсато- тролируемых.напряжений, диаграмма рами, вторым выпрямительным мостом, изменения выходного напряжения фильтра герконовым реле, резисторным делите-. 15 обратной последовательности при излем, RC-цепочкой временной задержки, менении частоты, образование вектора операционным усилителем с двумя це- базового напряжения; на фиг. 3 — започками отрицательной обратной связи, висимость времени запаздывания выходс резисторами, динистором и диодом, ного напряжения фильтра обратной диодно-резисторной цепочкой положи- 20 последовательности относительно бательной обратной связи, пик-трансфор- эового напряжения в функции частоты матором и двумя тиристорами, а испол- питающего напряжения. нительное реле выполнено с двумя ра- устройство содержит подключенные бочими и одной тормозной обмотками, к фазам 1-3 последовательные емкостпри этом яотенциометры подключены 2 но-резисторные цепочки 4-5 и 6-7, через дополнительный диод к резисто- средние точки которых соединены ру и конденсатору одной из цепочек, с входом мостового выпрямителя 8. выходы потенциометров присоединены Выход последнего функционально связан к конденсаторам, соединенным после- .с рабочей обмоткой исполнительного, довательно и подключенным к входу 30 реле 9. К конденсатору 6 и резистору второго выцрямительного моста, выход 7 через диоды 10 и 11 присоединены которого через геркон присоединен к . нотенциометры 12.и 13 к выходам кототормозной обмотке исполнительного рых подключены конденсаторы 14 и 15 реле, средняя точка резистивного соединенные в свою очередь с входом делителя, подключенного к первой и .35 второго выпрямительного моста 16. третьей фазам, а также вторая фаза. . Его выход через геркон 17 присоединен подсоединены через резисторный дели- - к тормозной обмотке исполнительного тель напряжения к прямому входу опера- реле 9. Средняя точка резисторного ционного усилителя, снабженного двумя делителя 18-19, подключенного к фацепочками отрицательной обратной свя-4р зам 1 и 3, а также фаза 2 подсоединези: резистарной и образованной после- .ны через резисторный делитель напдователько включенными динис гором ряжения 20-22 к прямому входу операдиодом, и резистором, подсоединенными . ционного усилителя 23, снабженного через RC-цепсчкувременной задержки, а двумя цепочками отрицательной обраттакже диодно-резисторной цепочкой поло- gg ной связи. Первая образована реэисжительной обратной связи, выход.операци- тором 24, вторая последовательно онного усилителя соединен с катушкой включенными динисторами 25, диодом управления герконом. зашунтированной 26 и резистором 27, подсоединенными конденсатором и включенной последова- через RC-цепочку 28 и 29 временной тельно с тчристором, управляющий пере а задержки, а также диодно-реэисторной ход которого подключен через диод к цепочкой положительнЬй .обратной свяшунтированной резистором вторичной . зи 30 и.31. Выход операционного усиобмотке пик-трансформатора, первичная . лителя 23 соединен с катушкой управобмотка которого подсоединена к входу ления 32 герконом, эашунтированным первого .выпрямительного моста, связь - g конденсатором 33 и включенным послевыхода которого с рабочей обмоткой довательно с тиристором 34, управисполнительного реле осуществлена ляющий переход которого подключен через динистор, причем прямой вход через диод 35,к шунтированной рези1127037 старом 36 вторичной обмотке пик-трансформатора 37. Первичная обмотка пик-трансформатора 37 подсоединена к входу выпрямительного моста 8, связь выхода которого с рабочей 5. обмоткой исполнительного реле 9 осуществлена через динистор 38. Прямой вход операционного усилителя 23 с последовательно соединенным резис тором 21 зашунтирован тиристором 39, управляющий переход которого с параллельно присоединенным резистором 40 подключен через диод 26 и динистор 25 к RC-контуру 28-29 временной задержки. 15

Устройство работает следующим образом.

При номинальной частоте питающего напряжения и отсутствии в его состаче составляющей обратной последовательности выходное напряжение фильтра обратной последовательности имеет нулевую величину, следовательно, рабочая обмотка исполнительного реле 9 обесточена. Обмотки пик-трансформато25 ра 37 также обесточены, что обусловливает закрытое состояние тиристора

34, отсутствие напряжения на управляющей ::атушке 32 геркона 17, разомкнутое состояние последнего и отсут- ЗО стэне тока тормозной обмотки исполнительного реле 9. Через резистор 20 на входной реэисторный делитель 21-22 операционного усилителя 23 и тиристор

39 подается базовое напряжение U действующее между фазой 2 и средней точкой реэисторного делителя 18-19.

Базовое напряжение ((j ) прн переходе

О через нулевое значение в свой положительный полупериод переводит опера-4g ционный усилитель 23 в состояние положительного выходного напряжения. Этим нанряжеиием заряжается конденсатор 29.

В момент времени, когда его разность потенциалов достигает порога вкЛюче- 45 ния динистора 25 (через 2,6 мс появления положительного сигнала на вы- " ходе операционного усилителя 23), на .инвертирующий вход усилителя 23 через последовательно соединенные динистор 5О

25, диод 26, резистор 27 подается положительный потенциал, возвращающий операционный усилитель 23 в исходное соСтояние. Одновременно положительный импульс подается и на управляющий электрод тиристора 39, который шунтирует входное напряжение до конца положительного полупериода. Отрицательное выходное напряжение операционного усилителя 23 через цепочку положительной обратной связи 30 и 31 обеспечивает сохранение состояния усилителя при отсутствии входного сигнала. Таким образом, на последовательно соединенные катушку управления 32 и тирнстор 34 подаются положительные импчльсы фиксированной длительности. Однако тноистоо 34 ввндч отсчтствия сигнала чпоавления остается пои номинальной частоте питающего напряжения в закрытом состоянии, В том случае, когда частота -f входного напряжения меньше номинальной (этот режим нри частотном пуске синхронной машины является нормальным н не требует отключения), на входе выпрямительного моста 8 действует выходнЬе напряжение фильтра обратной последовательности U, ко-. торое вызывает ежепериодный пробой динистора 38 а соответственно и ток в рабочей обмотке исполнительного реле 9. При этом выходное напряжение

lJ фильтра обратной последовательности приложено к первичной обмотке пнк-трансформатора 37. Магнитопровод пик-трансформатора работает в режиме глубокого насыщения, поэтому на вторичной обмотке появляются лишь короткие импульсы в начале каждого полупериода выходного напряжения фильтра обратной последовательности. Импульсы,.соответствующие началу положительного полупериода выходного напряжения 0Э фильтра обратноч последовательности, подаются через диод

35 на управляющий переход тиристора 34. На аноде последнего действуют положительные импульсы, появляющиеся в момент перехода базового напряжения

U иэ области отрицательных значений в область положительных. С помощью резисторного делителя 18-19 смещают потенциал начала вектсра базового напряжения U0 так, чтобы он совпадал по фазе с вектором выходного напряжения Об фильтра обратной последовательности, соответствующим частоте

f = 0,1. Так как диапазон частот Е, требующий защиты синхронной машины:: при частотном пуске, лежит в пределах

0,1 4 Я 4 f 0 (на начальных стадиях разгона f и О, 1 — уровни токов короткого замыкания невелики и не требчют отключения), то будет рассма 1127037 риваться выходное напряжение фильтра обратной последовательности U, соответствующее только этим частотам f.

Расчетами установлено, что диапазон углов аМ от вектора U (0,1) до 5

Ов (0,96) составляет 22,09 . Расчет времени запаздывания est; моментов перехода этих векторов через нулевое значение относительно того же момента времени базового напряжения

1О

a4 ;

VVOO(d 61= „„., „

15 где „ — номинальная частота, Гц (3i 3,14), показывает, что диапазон всех возможных временных сдвигов не превышает 2,31 мс (зависимость времени запаздывания d4 в функции 20 частоты f показана на фиг. 3). Учитывая это обстоятельство, длительность положительного импульса, формируемого при переходе сигнала ба25 зового напряжения дп в области положительных значений, выбрана равной

2,6 мс (введение десятипроцентного запаса повышает устойчивость функционирования устройства). Если одновременно с этим импульсом появляется импульс управления тиристора 34, он отпирается, катушка управления геркона 17 обтекается током. Такой режим соответствует наличию выходного напряжения фильтра обратной оследова- 35 тельности Uo, отстающему на время 11 ь 2,6 мс, т.е. напряжения, воз- никающего при отклонении частоты f питающего напряжения от номинальной.

В этом режиме замыкается цепь тормо- 40 жения исполнительного реле 9 (геркон 17). Так как при уменьшении частоты Е емкостное сопротивление конденсатора 6 увеличивается, то его напряжение по сравнению с разностью 45 потенциалов резистора 7 возрастает.

Потенциометрами 12 и 13 выставляются такие уровни выходных сигналов в номинальном режиме, которые обеспечивают нулевую разность потенциалов 50 на последовательно включенных конденсаторах 14 и 15 (их напряжения . направлены встречно друг другу). В режиме малых частот напряжение .конденсатора 14 превьппает напряжение кон- 45 денаатора 15,на входе выпрямительного моста 16 действует их разность, и тормозная обмотка исполнительного реле 9 обтекается током. Ее намагничивающая сила вычитается из созда. ваемой рабочей обмоткой и предотвра-. щает срабатывание устройства защиты.

При несимметрическом коротком замыкании в сети возникает несимметрия напряжения на зажимах 1-3 устройства, появляется выхопное напряжение Фильтра обратной последовательности Us. Если ее фаза не попапает . -Я. в диапазон отставания относительно с базового напряжения U на d4 = 2,6мс, цепь торможения исполнительного реле

9 разомкнута и ток рабочей обмотки вызывает срабатывание исполнительного реле 9. В том случае, если выходное напряжение фильтра обратной

Ф последовательности U попадает в угловой диапазон разрешения торможения исполнительного реле 9, геркон

17 замыкается, но при номинальной частоте напряжение на входе выпрямительного моста 16 отсутствует и чув- ствительность устройства не снижается. Если же в этом случае наряду с .несимметрией имеет место и отклонение частоты f от номинальной, цепь торможения замкнута и осуществляется частичное торможение, не компенсирующее сигнал, пропорциональный напряжению обратной последовательности. Поэтому в случае превышения последним уровня уставки устройство для защиты срабатывает и обеспечивает отключение защищаемой установки.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения повышает селек- тивность устройства. Так, при откло-, нениях частоты питающего напряжения от номинального значения благодаря органу определения временного сдвига выходного напряжения фильтра обратной последовательности относительно сформированного базового напряжения 0О выявляется составляющая, обусловленная уменьшением частоты контролируемого напряжения, по признаку появле.ния которой замыкается цепь торможе ния исполнительного реле и предотвращается его неселективное срабатывание.

Кроме того, в результате включения динистора обеспечивается более точ-, ная работа фильтра напряжения обратной последовательности в области малых значений его выходного напряжения. Динистор заперт и сопротивление рабочей обмотки исполнительного оказывается отключенным от фильтра-сопротивление нагрузки фильтра повьппается.

1127037

1127037

1127037

Составитель В. щироков

Редактор К. Волощук Техред М.Кузьма

Корректор М. Леонтюк

Подписное

Тирам 613

Заказ 8151/42

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открмтий

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

Филиал ППП "Патент", r. Укгород, ул; Проектная, 4