Устройство защиты от внутренних повреждений синхронной машины

 

Использование: релейная защита синхронных хомпенсаторов независимо от окружающей среды. Сущность изобретения: устройство содержит три канала сравнения сигналов: дифференциальный канал, состоящий из измерительного органа 6 и органа временной задержки 8; канал выявлений симметрии, состоящий из органа сравнения и преобразования сигнаггч 12 и органа задержки на срабатывание 13. канал токовой отсечки, состоящий из блока сравнения 5. Появление напряжения на выходе любого из кана.юв вызывает срабатывание логического элемента ИЛИ 10. воздействующего на исполнительный 11. Исполнительный орган через внешнюю релейную схему воздействует на отключение синхронной машины. 2 ил. со С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 5 Н 02 Н 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

iV ! Э

СО (T ачение деиия

На сигнал чение

C/HbI

К ABTOPCKOMY С8ИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4692787/07 (22) 16.05.89 (46) 15.04.92. Бюл. М 14 (71) Белорусское производственное ремонтно-наладочное предприятие "Белэнергорем наладка" (72) Б. Г,Дегиль и В.В.Шлык (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 262231, кл. Н 02 Н 7/06, 1970.

Патент ФРГ N. 1588470, кл, Н 02 Н 7/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР

N. 424271. кл. Н 02 Н 7/06. 1974.

Авторское свидетельство СССР

N 432638, кл. Н02 К 29/02,,1974.

Авторское свидетельство СССР й. 920939, кл. Н 02 Н 7/06, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N. 909744, кл. Н 02 Н 7/06. 1982. Ы 1727186 А1 (54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ВНУТРЕННИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ (57) Использование: релейная защита синхронных хомпенсаторов независимо от окружающей среды. Сущность изобретения: устройство содержит три канала сравнения сигналов: дифференциальный канал, состоящий из измери ельного органа 6 и органа временной задержки 8; канал выявлений симметрии. состоящий из органа сравнения и преобразования сигна .ч 12 и органа задержки на срабатывание 13, канал токовой отсечки, состоящий из блока сравнения 5.

Появление напряжения на выходе любого из каналов вызывает срабатывание логического элемента ИЛИ 10. воздействующего на исполнительный о«ан 11. Исполнительный орган через внешнюю релейную схему воздействует на отключение синхронной машины, 2 ил.

1727186

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты бесщеточных синхронных машин (в частности синхронных компенсаторов, независимо от охлаждающей среды) от внутренних повреждений во вращающейся части возбудителей.

Известен способ защиты синхронной машины, основанный на сравнении моделируемой ЭДС главной машины с током возбуждения вспомогательного генератора, и в случае нарушения установленной зависимости между указанными величинами подают сигнал на выходной орган защиты.

Недостатками построенного на этом принципе устройства защиты является -.ложность формирования сигнала, ïðîïîðционального току возбуждения машины. полу«ае лого как векторная сумма тока и напряжения статора синхронной машины. а также недостаточная точность определения

3B<3pl1AHof состояния цепей возбуждения и низкое быстродействие.

Известен также спо Об защиты синхропнсй машины, по которому для упрощения схемы выделяют сигнал. пропорциональный току обмотки возбуждения. и сигнал, пропорциональный току Обмотки якоря. Сравнивают эти сигналы и в случае отличия разнОсти сигналов от нуля фиксируют короткое замыкание.

Извсстно уcl ройствО защиты, испольэо ванное о бесщеточпом возбудителе синхроннои машины, где с целью повышения надежности его работы в пространстве между Основными полюсами в поперечной оси Обращенного генерагора размещена дополнительная Обмотка, которая подключена к ОдиОЙ из обмоток дифференциального реле, другая обмотка этого реле псдключена к датчику тока (напряжения) возбуждения Обращенного генератора. а выход дифференциального реле через реле времени соединен с исполнительным органом, Отключающим питание в цепи вээбуждения.

При экспериментальной проверке работы Основанного на этом способе устройсTва 3«щиты устаíовлено. «TО коэффициент пропорционэльнссти между током возбуждения возбудителя. т.е. сигналом Uoc. и напряжением на зажимах дополнительной обмотки возбудителя, именуемой датчиком тока якоря, т.е. сигналом 0». резко изменяется, вызывая срабатывание защиты не только при возникновении какого-либо внутреннего повреждения в возбудителе. но и при переводе синхронной машины в режим форсировки с током возбуждения

55 возбудителя, находящимся в инт"реале

1в.нон < 1в — 21â.íîì.

Известно устройство для защиты бесщеточной синхронной машины, содержащее датчики тока якоря и тока возбуждения возбудителя, подключенные на входы измерительного органа. органа временной задержки и исполнительного органа. дополнительно снабженное преобразователями сигналов тока якоря и тока возбудителя и корректирующим органом.

Достоинством данного устройства защиты является использование в нем корректирующего органа, ступенчато увеличивающего зону нечувствительности измерительного органа при 1в 1в.мои и далее.

Недостатком устройства защиты является наличие в его измерительном органе большой пороговой зоны нечувствительности, которая не изменяется пропорционально изменению 1в.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является основанное на указанном способе устройство. дополнительнО снабженное 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 которого выполнен в виде выявителя модуля разно-. сти сигналов и реагирующего органа. На один его вход подключен регулировочный элемент уровня срабатывания защиты. вход которого соединен с формирователем сигнала по току возбуждения возбудителя. На другой вход реагирующего органа подключен выход еыявителя 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 формироватеJlA сигналов тока якоря. Другой вход измерительного оргагна подключен 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.

Достоинством этого устройства защиты является наличие в нем быстродействующего канала, реагирующего только на несимметричные короткие замыкания.

Недостаток известного устройства защиты — наличие значяительной пороговой

1727186

55 зоны нечувствительности измерительного органа.

В процессе экспериментальных исследований переходных процессов в бесщеточных возбудителях и обобщения опыта работы построенных по известному принципу устройств защиты определено, что их ложные срабатывания вызываются появлением статического или динамического небалансов измеряемых сигналов U< и U«.

Небаланс возникает вследствие различия постоянных времени сравниваемых сигналов, а также при нарушении их коэффициента пропорциональности в результате изменения в режиме форсировки величины сопротивления обмотки возбуждения главной синхронной машины и генератора во будителя, которое зависит от температурного режима. На появление небаланса входных сигналов в измерительном органе защиты влияет изменение сигнала 0„, представляющего собой наведенную высшими гармониками н.с. обмотки якоря возбудителя о контуре полюсов возбуждения (т.е. в измерительной катушке) суммарную ЭДС. состоящую из гармоник с частотой, кратной шести по отношению к основной частоте,— иля возбудителей, имеющих трехфазную мостовую схему включения диодов во вращающемся выпрямителе, или суммарную

ЭДС, состоящуют из гармоник с частотой, кратной трем, по отношению к основной частоте, — для возбудителей, имеющих трехфазную нулевую схему включения диодов оо вращающемся выпрями еле. Установле«о, что во всем диапазоне изменения тока возбуждения возбудителя шестая (третья) гармоника сохраняет свое процентное соотношение в измеряемом сигнале U». а действующее значение ее линейно зависит от величины . т.е. от величины Un<. K ложному срабатыванию устройства .""..циты приводит также прохождение сигнала-помехи от измерительной катушки датчика тока якоря обращенного генератора в измерительный орган устроиства, не имеющий по этому входу гальванической развязки.

Цель изобретения — повышение чувствительности и расширение функциональных возможностей устройства защиты.

Указанная цель достигается тем. что устройство защиты от внутренних повреждений синхронной машины. содержащее датчика тока якоря возбудителя. выход которого соединен с входом первого формирователя сигнала, пер;ый выход xoroporo соединен с первым входом блока сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения. выход блока сравнения соединен с первым входом

40 логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом исполнительного органа. датчик тока возбуждения возбудителя, второй формирователь импульсов, выход которого через измерительный орган и орган временной задержки соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ, второй выход первого формирователя сигналов подключен к второму входу измерительного органа, дополнительно снабжено блоком выявления несимметрии, блоком изменения уставки охлаждающего газа синхронной машины, вход которого подключен к датчику тока возбуждения возбуди»еля, а выход — к входу второго формирователя импульсов, первый вход блока выявления несимметрии соединен с первым оыходол» первого формирователя сигналов и второй выход этого формирователя подключен к второму входу блока выявления несимл»етрии, который состоит »з последовательного соединения органа сравнения и преобразования сигнала и органа задержки на срабатывание, выходом которого является вылод блока выявления несил»метрии, подключенным к третьел у охо, у логического элемента

ИЛИ. а оходал» » - входы органа сравнения и преобразования сигнала.

На фиг.1 приведена структурная сходя устройства; на фиг.2 - гр,.;:, к заоиси;.»ос и измеря л»ых сигналов и границы л;: еч,о ствительности ус1ðo »ñòoà защиiû.

Устройство (фиг.1) состоит из датчика 1 тока якоря возбудителя. датчика 2 тока возбуждения возбудителя. первого формирователя 3 сигнала, второго формирователя 4 импульсов. блока 5 сравнения. измерительного органа 6, блока 7 выявления несимметрии, органа 8 временной задержки, источника 9 опорного напряжения, логического элемента ИЛИ 10, исполнительного органа 11, органа 14 изл»енения устав<и охлаждающего газа син> ронной машин.i.

Блок 7 выявления несимметрии состоит из органа 12 сравнения и преобразования сигнала и органа 13 задержки на срабатывание.

С датчика 1 тока якоря и датчика 2 тока возбуждения возбудителя снимаются пропорциональные этим величинал» сигналы U„ и U«, которые поступают в соответствующие формирователи 3 и 4. гд реализуется их преобразование. На первом выходе формирователя 3 получают сигнал U, . а на вт;," м выходе этого же формирователя— г.игнал U"K . На выходе формирователя 4 получают сигналы U <>C . Источником 9 опорного напряжения создают необходимые для питания электрочной схемы устройства 33щиты напряжения. а также сигнал 1.4п. В

1727186

"5

55 измерительном органе 6 сравнивают поступающие сигналы 0" » и U « . Срабатывание измерительного органа происходит при нарушении следующих соотношений; 0" » К

U oc или U « К U», где К вЂ” коэффициент запаса. Для отстройки от ложных срабатываний при переходных процессах использован орган 8 временной задержки. На входы блока 7 выявления несимметрии, т,е. на входы органа 12 сравнения и преобразования сигнала поступаютсигналы U» и U» . Принцип действия органа сравнения и преобразования сигнала основан на выделении импульсов тока в ветвях схемы вращающегося выпрямителя и отслеживания времени между двумя соседними импульсами. Выделение импульсов тока выполнено путем сравнения сигнала 0» (выпрямленногп напряжения) с сигналом 0» (его средним значением).

При нормальной работе вращающегося выпрямителя импульсы тока следуют с определенной периодичностью. Повреждение во вращающемся выпрямителе вызывает исчезновение одного или нескольких импульсов тока, что приводит к появлению напряжения на выходе органа сравнения и преобразования сигнала, и далее через орган 13 задержки на срабатывание приводит

K срабатыванию блока 7 выявления несимл етрии. На вход блока 5 сравнения постуI па|от сигналы U» и 0„,. Превышение сигнала О» над сигналол Uoo приводит к с(абатыванию без выдержки времени органа 5 сравнения.

Таким образом. схема устройства защиты имеет три различных v,àíýïà сравнения сигналов: дифференциальный канал (первый канал), состоящий из измерительчого органа б и органа 8 временной задержки; канала выявления несил метрии (второй канал). состоящий из органа 12 сравнения и преобраэовачия сигнала и органа 13 задержки на срабатывание; канал токовой отсечки (третий канал), состоящий из бло»ý 5 сравнения. Появление напряжения на вы "оде любого из каналов вызывает срабатывание логического элемента ИЛИ 10. воздействующего на исполнитель> ый орган

11. Исполнительный орган через внешнюю релейную схем воздействует на отключение синхронной машины или на отключение возбуждения. или на сигнализацию.

Для предотвращения ложного срабатывания устройства защиты при прохождении сигнал-помехи от датчика, тока якоря возбудителя в измерительный орган б первый формирователь 3 сигнала снабжен трансформатором гальванической развязки.

Между датчиком 2 тока возбуждения возбудителя и вторым формирователем 4 импульсов включен орган 14 изменения уставки охлаждающего газа синхронной машины. В синхронных машинах в качестве охлаждающего газа может быть использован воздух или водород. что предъявляет различные требования к используемой мощности машины. С этой целью релейные защиты синхронной машины имеют по два однотипных элемента. предназначенных по одному для этих вариантов (например, имеется два токовых реле перегрузки по току статора и другие, которые вводятся в работу накладками с положениями "Воздух" и "Водород"). Обычно перевод синхронной машины на другой охлаждающий газ выполняют на неработающей в сети машине. После заполнения корпуса машины новым охлаждающим газом осуществляют переключение релейной аппаратуры. а также перенастройку устройства защиты и только затем — включение машины в работу. Следовательно, орган изменения уставки охлаждающего гаэа cviiiõðoíëoë машины выполняет с„ункцию ступенчатого изменения величины сигнала

О«при изменении охлаждающего газа синхронной машины, т.е. для одного и того же значения тока возбуждения возбудителя на входе формирователя 4 сигнал 0«принимает только одно из двух возможных значений.

Для определения, по какому каналу произошло срабатывание устройства защиты, логический элемент ИЛИ 10 может быть снабжен анальными органами индикации.

При необходимости выполнения в процессе эксплуатации проверки работоспособного состоя ния каналов в схему устройства могут быть дополнительно введены органы проверки каналов.

Использование выполненного указанным образом дифференциального канала позволяет г1овысить чувствительность защиты, а наличие в канале изменяющейся пропорционально изменению сигналов 0» и

Uo„- границы эоны нечувствительности надежно защищает возбудитель бесщеточной синхронной машины во всем диапазоне изменения тока возбуждения возбудителя от нуля до двукратного значения (фиг.2), исключая ложные срабатывания устройства.

Применение канала выявления несимметрии s указанном устройстве защиты позволяет выявить несимметрию не только в напряжении вращающегося выпрямителя и сохранить неповрежденные роторные диоды, но также косвенным способом выявить несимметрию в выпрямленном напряжении тиристорного преобразователя питания сб1727186

5

i0

30 мотки возбуждения обращенного генератора возбудителя.

Применение блока изменения утсавки охлаждающего газа исключает затраты на переналадку устройства защиты при переводе синхронной машины с одного охлаждающего газа на другой и защищает вход второго формирователя импульсов. Таким образом, технико-экономический эффект использования предлагаемого устройства защиты заключается в сокращении вынужденных простоев основного оборудования вследствие ложной работы защиты типа УЗ2, снижении ущерба при повреждениях во вращающемся выпрямителе возбудителя и в исключении затрат на переналадку устройства защиты при переходе охлаждения синхронной машины с одного газа на другой.

Устройство защиты может быть использовано в бесщеточных синхронных генераторах. компенсаторах и двигателях.

Формула изобретения

Устройство защиты от внутренних повреждений синхронной машины. содержащее датчик тока якоря возбудителя. выход которого соединен с в.".одом первого формирователя сигнала, первый выход которого соединен с первым входом лока сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения. выход блока сравнения соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом исполнительного органа. датчик тока возбуждения возбудителя, второй формирователь импульсов. выход которого через измерительный орган и орган временной задержки соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ, второй выход первого формирователя сигналов подключен к второму входу измерительного органа,отл ичающееся тем,что,с целью повышения чувствительности и расширения функциональных воэможностей, оно дополнительно снабжено блоком выявления несимметрии, блоком изменения уставки охлаждающего газа синхронной машины, вход которого подключен к датчику тока возбуждения возбудителя, а выход — к входу второго формирователя импульсов, первый вход блока выявления несимметрии соединен с первым выходом первого формирователя сигналов и второй выход этого формирователя подключен к второму входу блока выявления несимметрии, который состоит иэ последовательно соединенных органа сравнения и преобразования сигнала и органа задержки на срабатывание. выходом которого являетсч выход блока выявления несимметрии, подключенный к третьему входу Iof ического элемента ИЛИ, а входами — входы органа сравнения и про пазования сигнала.

1727186 пробсо раторноео диода(0к) ос

А .л ЙИ

48. НОИ 4джж

Составитель Б. Дегиль

Техред М.Моргентал Корректор Э, Лончакова

Редактор С. Лисина

Заказ 1282 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина. 101

g4 (8i .ион к%В н0и) 4 (4g. eO+) ас!с в. нам) грожиц м т8ительносгт