Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного режима

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повьшение быстродействия и упрощение. Устройство для защиты синхронной мащины от асинхронного режима снабжено блоком 5 управления, подключенным двумя входами к выходам измерительного органа 1, а выходами - к входам Интегрирования и Сброс блоков 2-4 интегрирования. Выходы блоков 2-4 соединены соответственно с первыми входами блоков 6-8 сравнения, вторые входы которых подключены к третьему выходу блока 5. Выход каждого из блоков 2-4 соединен с прямым входом одного из элементов И 17- 19, принадлежащих блокам 11-13 контроля очередности появления сигналов блоков 6-8 сравнения, входящих в О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю (И1

А1 (д) 4 Н 02 Р 1/50 Н 02 Н 7 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (71) 4252392/24-07 (22) 25. 03. 87 (46) 23.01,89. Бюл. Н 3 (71) Донецкий полйтехнический институт (72) В.Ф. Сивокобып и А.В.Левшов (53) 621. 313. 333. 07 (088. 8) (56) Патент GIIA Р 3525913, кл. Н 02 Н 7/08, 1973.

Слодарж М.Н. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных . электродвигателей. — М.: Энергия,:

1977, с. 154-159. (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННСЙ NAIIIHHbl ОТ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение.

Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного режима снабжено блоком 5 управления, подключенным двумя входами к выходам измерительного органа 1, а выходами - к входам

Интегрирования11 и "C6poc блоков

2-4 интегрирования. Выходы блоков

2-4 соединены соответственно с первыми входами блоков 6-8 сравнения, вторые входы которых подключены к третьему выходу блока 5. Выход каждого из блоков 2-4 соединен с прямым входом одного иэ элементов И 1719, принадлежащих блокам 11-13 контроля очередности появления сигналов ф блоков 6-8 сравнения, входящих в

145 3567 состав блока 10 формирования выходных сигналов. Прямые выходы ST-триггеров 20-22 блоков 11-13 соединены с одними входами логических элементов

И 23-25 органа 14 блокировки ложного срабатывания и входами логического элемента И 16. Инверсные выходы этих триггеров подключены к другим входам элементов 23-25, третьи входы кото рых подключены к выходам элементов

17"19 соответственно. Выходы элементов И 23-26 подключены к входам логиИзобретение относится к электротехнике, а именно к защите синхронных машин.

Цель, изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства для выявления асинхронного режима синхронных машин.

На фиг. 1 приведена принципиальная . схема с выделением функциональных 10 блоков; на фиг.2 и 3 — время-импульсные диаграм«ь«; поясняющие работу основных элементов устройства. устройстЪО для защиты синхронной машины от асинхронного режима содержит измерительный орган 1, на входы которого подают токи трех фаз статора, три блока 2-4 интегрирования, первые входы которых подключены к перво" 20 му и третьему выходам измерительного органа 1 соответственно, блок 5 управления, входы которого подключены к первому и второму выходам измерительного органа 1. Первый и второй выходы блока 5 управления подключены к вторым и третьим входам блоков 2-4 интегрирования. Устройство также содержит три блока 6-8 сравнения, первые входы которых соединены с третьим входом блока 5 управления, вторые входы блоков 6-8 сравнения подключены к выходам блоков 2-4 интегрирования соответственно, блок 9 вычисления среднего значения, входы которого соединены с выходами блоков 2-4 ннтег-35 рирования, а выходы — с третьими вхоцамн блоков 6-8 сравнения соответстческого элемента ИЛИ 27 органа 14.

Входы элемента И 25 связаны с выходом пускового органа 15, а выход элемента И 16 — с входом исполнительного органа 32. При выходе из синхронизма сигналы на выходах блоков 6-8 появляются циклически, что фиксируется с помощью логических элементов

И 17-19 блока 10. Орган 14 и пусковой орган 15 предотвращают работу исполнительного органа при кратковременных возмущениях. 3 ил.

l венно, блок 10 формирования выходного сигнала, состоящий иэ трех блоков

11-13 контроля очередности появления выходных сигналов блоков сравнения, органа 14 блокировки ложного срабатывания, пусковой орган 15 и трехвходовый элемент И 16.

Каждый:из блоков 11-13 включает в себя один из трехвходовых элементов И 17-19 и один из ST-триггеров

20-22, причем первый вход каждого из ST-триггеров 20-22 подключен к выходу одного из элементов И 17-19 соответственно. Прямой вход логического элемента И 17 подключен к выходу блока 6 сравнения, а инверсные входы логического элемента И 17 — к выходам блоков 7 и 8 сравнения. Прямой вход логического элемента И 18 подключен к выходу блока 7 сравнения, а инверсные входы логического элемента И 18 — к выходам блоков 6 и 8 сравнения. Прямой вход логического элемента И 19 подключен к выходу блока 8 сравнения, а инверсные входы логического элемента И 19 — к выходам блоков 6 и 7 сравнения. Орган 14 блокировки ложного срабатывания состоит из четырех элементов И 23-26, своими ,выходами подключенных к входам элемента ИЛИ 27, выход которого подключен к вторым входам ST-триггеров 20-22.

Первые входы элементов И 23-25 подключены к выходам элементов И 17-19 соответственно, вторые входы элементов И 23-25 подключены к прямком вы67 з 14535 ходам ST-триггеров 20-22 соответственно. Третий вход элемента И 23 под" ключен к прямому выходу $Т- триггера

21, а четвертый вход элемента И 23 - к инверсному выходу ST-триггера 22.

Третий вход элемента И 24 подключен к прямому выходу ST-триггера 22, а четвертый вход элемента И 24 - к инверсному выходу ST-триггера 20, третий вход элемента И 25 подключен к прямому входу ST-триггера 20, а четвертый выход элемента И 25 — к. инверсному выходу $Т-триггера 21.

Пусковой орган 15 состоит из трех- 15 входового логического элемента ИЛИ

28, входы которого подключены к выходам блоков 6-8 сравнения, двухвходового логического элемента И 29, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 28, первой линии

30 задержки, вход которой подключен к выходу элемента И 29, а выход - к входу элемента И 26, второй линии

31 задержки, включенной между выходом 25 линии 30 задержки и вторым входом элемента И 29, входы элемента И 16 подключены к прямым выходам ST-триг- . герон 20-22, а выход элемента И 16 подключен к входу исполнительного gp органа 32.

Устройство работает следукщим образом.

На вход измерительного органа 1 подают от измеРительных трансформато- З5 ров тока токи трех фаэ статора. В измерительном органе 1 осуществляется разделение цепей трансформаторов тока и данного устройства и преобразование входных сигналов к виду, удобно-4О му для дальнейшей обработки в соответствии с элементной базой, реализу-, нщей устройство. На первом выходе измерительного органа 1 формируется сигнал U < (фиг,2), пропорциональный токуа ., на втором выходе — сигнал

U«пропорциональный току i а на третьем выходе — сигнал 11- пропорузв циональный проинвертированному току 1 ..

В блоке 5 управления формируются управляющие сигналы. На первом выходе блока 5 управления формируется управлянщий сигнал U>, "Интегрирование", который формируется с момента перехода через нуль отрицательных к поло- 55 жительным значениям одного из выход ных сигналов измерительного органа 1, например У А, до момента перехода через нуль от положительных к отрицательным значениям другого выходного сигнала измерительного органа 1, например U . Ha втором выходе блока 5 управления формируется управляющий сигнал U "Сброс", который формируется в момент окончания текущего и начала последукщего измерительного периода, т.е. при переходе через нуль от отрицательных к положительным значениям выходного сигнала U,, Ha третьем выходе блока 5 управления формируется управляниций сигнал 11

"Сравнение", который формируется с момента перехода через нуль от положительных к отрицательным значениям сигнала U до момента перехода че" рез нуль от отрицательных к положительным значениям сигнала Uq, С приходом управлякщего сигнала

U>< "Интегрирование" в блоках 2-4 интегрирования происходит интегрирование положительных полупериодных значений выходных сигналов измерительного органа 1, пропорциональных фазным токам статора. Интегрирование. происходит в течение части каждого периода промппленной частоты, равной длительности управляющего импульса

U . Одновременно в блоке 9 вычис5,1 ления среднего э начения осуществляется вычислени е интегрального среднего полу периодногб значения выходных сиг" налов блоков 2-4 интегрирования . По сле окончания управлякщего сигнала

U, выходные сигналы блоков 2-4 интегрирования U, U> U< и блока 9 не изменяются. С приходом управляющего сигнала U> "Сравнение" в блоках

6-8 сравнения производится сравнение

cHFHBJIoB U р U 3 и U4. с Выходным сиг налом блока 9, равным среднему значению этих сигналов, На выходах блоков сравнения формируются сигналы рассогласования положительной полярности (соответствующие уровню логической единицы), если величина сигнала, пос тупакщего на второй вход от блока сравнения, болыпе среднего значения, поступаницего от блока 9 на третий вход. В противном случае, а также при равенстве поступакнцнх сигналов на второй и третий входы блока 9 сигнал на выходе блока сравнения отсутствует (соответствует уровню логического нуля), По окончании текущего и в начале последукщего измерительного периодов производится обнуление бло5 145356 ков 2-4 интегрирования и блока 9 импульсом 11 "Сброс".

При синхронной работе защищаемой синхронной машины ее статорные токи равны между собой, следовательно

p aBHbI Meggy co6oA сигналы U, U, и U, а выходные сигналы на выхоцах блоков сравнения соответствуют уровню логического нуля. В результате 10 этого выходной сигнал блока 10 также равен нулю, и исполнительный орган 32 не срабатывает.

При выпадении из синхронизма синх- 15 ронной малины ее ротор начинает проворачиваться относительно магнитного поля статора. Для примера рассмотрим асинхронный режим со снижением частоты вращения ротора (фиг.2a). 20

Пусть в момент потери синхрониэма

: поперечная ось ротора совпадает с осью фазы А статора. В этом случае значение выходного сигнала на выходе блока 2 интегрирования U< про- 25 порциональное величине тока фазы А, больше по величине, чем выходные сигналы блоков 3 и 4 интегрирования

U> и Ц, пропорциональные величинам тОкОВ В фазах В и Ср тах как осН их 30 обмоток сдвинуты по отношению к фазе А на угол 4120. ° На выходе блока 6 сравнения появляется сигнал, соответствующий уровню логической единицы, а на Выходах блоков 7 и 8 сравнения выходные сигналы равны о нулю. После поворота ротора на 60 против часовой стрелки относительно магнитного поля статора максимальное значение фазного тока будет в фазе 4р о

В, а при повороте еще на 60 — в фазе С. В соответствии с этим формируются выходные сигналы блоков сравнения: в первом случае сигнал, соответствунщий уровню логической едини- 45 цы, появляется на выходе блока 7 срав-" нения, а во втором - на выходе блока 8 сравнения, Таким образ ам, наблюдается определенная последовательность появления выходных сигналов блока сравнения, соответствующая изменению углового положения ротора относительно магнитного поля статора.

При появлении мпульса Uz (фиг„3)

На прямом входе элемента И 17 и отсутствии импульсов U и U> на его инверсных входах на выходе элемента

И 17 появляется единичный сигнал, поступающий на первый вход ST-тригге7 6 ра 20. В результате на прямом Выходе

ST-триггера 20 устанавливается единичный сигнап U . Аналогично появление импульсов Uq u Us приводит к изменению состояния ST-триггеров 21 и 22 пояВлению сигHalloB Б, < H 0 . Появление единичных сигналов U o U21,H . .Uz на всех трех входах элемейта Й 16 приводит к его срабатыванию и запуску исполнительного органа 32.

При кратковременных возмущениях, вызывакицих появление одиночных импульсов Ug Uy или Ug y либо IlpH нарушении принятой очередности их появления ложной работы устройства не будет. На фиг.2б показан случай, 1 когда появляется сигнал только на выходе блока 6 сравнения. В результате на выходе пускового органа 15 спустя

sаданное время, определяемое линией

30 задержки, появляется выходной сигнал элемента И, который, поступая на вход элемента И 26 блока 4, вызывает его срабатывание. Выходной импульс органа 14 U поступая на второй вход (вход установки нулевого состояния) ST-триггера 20 (а также и ST-триггера 21 и 22), приводит к его возврату в исходное состояние.

При этом на прямых выходах ST-триггеров 20-22 устанавливается нулевой, а на инверсных — единичный выходной сигнал. В результате этого элемент

И 16 и исполнительный орган 32 не ср аб атыв ают.;

На фиг.2в показан случай блокировки ложного срабатывания устройства при нарушении очередности появления сигналов рассогласования Uz UI и U например при краткОВременнОм увеличении частоты вращения защищаемого синхронного двигателя. В этом случае вслед эа импульсом Ug появляется импульс Uy а затем UT

При этом после появления импульса 0з единичные сигналы будут на всех входах элемента И 25. На первом его входе — сигнал U на втором — сигHaJI U g> Ha третьем — сигнал U < ° так как ST-триггер 20 уже сработал

ПОсле пОявления импульсоВ U и U)7у на четвертом - сигнал U,,, так как

ST-триггер 21 находится в исходном состоянии, и на его инверсном выходе устанавливается единичный выходной сигнал на органе 14 Uä, который возвращает все ST-триггеры 2022 в исходное состояние.

7 14535

Организ ация алгоритма функционирования устройства по циклическому принципу позволяет контролировать режим работы синхронной машины с дискрет5 ностью порядка одного периода промышленной частоты. Это позволяет вести выявление возникновения асинхрон ного режима в темпе самого процесса потери синхрониэма, что повышает 10 быстродействие э ащиты.

Интегрирование величин, пропорциональных фаэным токам, вычисление средних значений интегральных значений с последующим их сравнением s каж- 15 дом измерительном цикле позволяет упростить настройку защиты и отказаться от выбора уставок срабатывания по величине тока статора. В каждом измерительном цикле уставкой являет- 20 ся средняя величина интегральных значений тока статора. Это упрощает расчет уставок и эксплуатацию защиты»

Кроме того, это позволяет вести контроль синхронизма синхронной машины, 25 не прибегая к дополнительным времен- ным и другим видам отстройки в зависимости от загрузки машины.

Сравнение величин, пропорциональных интегральному значению фазных З0 токов, измеренных в течение заданного времени, со средним интегральным значением, формирование сигналов рассогласования по результатам сравне" ния и фиксация последовательности их появления позволяют выявить асинхронный режим уже при первом провороте ротора, причем работа устройства не зависит от причин, вызвавших асинхронный режим (исчезновение напряжения 40 возбуждения, снижение или исчезновение напряжения на статоре, перегрузки и т.д.) . Во всех случаях при асинхронном режиме ротор совершает несинхронные провороты относительно магнитного поля статора, что и фикси- " руется с помощью предлагаемого устройства.

При резко переменной нагрузке ротор синхронной машины при набрОсе нагрузки затормаживается, а угол вылета ротора о увеличивается, В этом случае статорный ток одной из фаз может превысить ток в других фазах. На выходе одного из блоков

6-8 сравнения могут появиться сигналы рассогласования U, UY или U>., Однако это не приводит к срабатыванию устройства, так как отсутствует

67 8 заданная очередность (цикличность) в их появлении.

Таким образом, фиксация цикличности чередования сигналов рассогласования с помощью логических элементов блока формирования выходного сигнала в предлагаемом устройстве не требует временной отстройки от ложных срабатываний и повышает нацежность выявления асинхронного режима.

Следовательно, по сравнению с известным предлагаемое устройство обладает повышенным быстродействием, надккностью и не требует контроля параметров цепи возбуждения, что упрощает его реализацию.

Формула из обр ет ения

Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного режима, содержащее измерительный орган, подключенный к вторичным обмоткам трансформаторов тока, предназначенных для включения в статорную цепь защищаемой синхронной машины, и исполнительный орган о т л и ч.а ю щ е е с я тем., Э что, с целью повышения быстродействия и упрощения, дополнительно введены три блока интегрирования, блок управления, три блока сравнения, блок вычисления среднего значения, блок формирования выходного сигнала,составленный из трех блоков контроля очередности появления выходных сигналов блоков сравнения, органа блокировки ложного срабатывания, пускового органа и трехвходового элемента И, при этом входы блоков интегрирования подключены к выходам измерительного органа, входы блока управления подключены к первому и второму выходам измерительного органа, первый и второй выходы блока управления подключены к вторым и третьим входам блоков интегрирования, соответственно первые входы блоков сравнения подключены к выходам блоков интегрирования, а вторые входы — к третьему выходу блока управления, блок вычисления среднего значения подключен своими входами к выходам блоков интегрирования, а выходом — к третьим входам блоков сравнения, в блоке формирования выходного сигнала, каждый из трех блоков контроля очередности появления выходных сигналов блоков сравнения составлен из трехвходового элемента И и и, Vg и и

9 14535

ST-триггера, первый вход ST-триггера подключен к выходу элемента И, прямой вход элемента И первого блока контроля очередности подключен к выходу первого блока сравнения, а инверсные входы — к выходам второго и третьего блоков сравнения, прямой вход элемента И второго блока контроля очередности подключен к выходу вто-lp рого блока сравнения, а инверсные входы - к выходам первого и третьего блоков сравнения, прямой вход элемента И третьего блока контроля подклю" чен к выходу третьего блока сравне- 15 ния, а инверсные входы — к выходам первого и второго блоков сравнения, орган блокировки ложного срабатывания составлен иэ четырехвходового элемента ИЛИ, четырех четырехвходовых 2р элементов И, подключенных своими выходами к входам четырехвходового элемента ИЛИ, первые входы трех элементов И органа блокировки ложного срабатывания подключены к выходам трех- 25 входовых элементов И блока контроля очередности, вторые входы - к прямым выходам ST-триггеров .первого, второго и третьего блоков контроля очередности соответственно, третий вход gp первого четырехвходового элемента И подключен к первому выходу ST-триггера второго блока контроля очередности, а четвертый вход первого четырехвходового элемента И вЂ” к инверсному 35 .выходу ST-триггера третьего блока

67 10 контроля очередности, третий вход второго четырехвходового элемента И подключен к прямому выходу ST-триггера третьего блока контроля очередности, а четвертый вход второго четырехвходового элемента И - к инверсному выходу $Т-триггера первого блока контроля очередности, третий вход третьего четырехвходового элемента И подключен к прямому выходу

ST-триггера первого блока контроля очередности, а четвертый вход третьего четырехвходового элемента И - к инверсному выходу ST-триггера второго блока контроля очередности, пусковой орган составлен иэ трехвходового элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам трех блоков сравнения, двухвходового элемента И, пер" вый вход которого подключен к выходу трехвходового элемента ИЛИ, первой линии эадержки, подключенной своим входом к выходу двухвходового элемента И, а выходом — к входам четвертого четырехвходового элемента И органа блокировки ложного срабатывания, второй линии эадержки, включенной между выходом первой линией эадержки и вторым входом двухвходового элемента И, а входы элемента И блока формирования выходного сигнала поключены к пряьым выходам ST-триггеров блока контроля очередности,. а выходом - к входу исполнительного органа.

1453567 4 7

Ug ф е

t

t 2

Составитель В.Тарасов

Техред М.Дидык

Р ед акт ор Н. Я дол а

Корректор В Романенко

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 аказ 7300/54 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская «a6., д. 4/5