Устройство защиты синхронного генератора с частотно- тиристорным пуском от замыкания на землю обмотки статора
Использование; устройство предназначено для релейной защиты синхронных генераторов , а также электродвигателей и компенсаторов, имеющих тиристорные пусковые устройства от замыканий на землю как в режиме частотно-тиристорного пуска, так и при работе в сети. Сущность изобретения: обеспечение 100%-ной защиты от замыкания на землю обмотки статора генератора достигается тем, что в устройстве защиты к выходу сумматора напряжений нулевой последовательности на выводах и на нейтрали генератора подключены фильтры третьей гармоники частоты сети (частоты 150 Гц) и субгармонической частоты, к выходам которых соответственно подключены первый и второй реагирующий органы, выход первого реагирующего органа через элемент НЕ подключен к первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго реагирующего органа. В случае возникновения замыкания на землю в любой точке обмотки статора в вышеуказанных режимах наложенное напряжение исчезает, и основную роль играют естественные гармоники нулевой последовательности ЭДС-генератора. Первый реагирующий орган возвращается в нулевое состояние, на выходе элемента НЕ - уровень логической единицы, блокирую- . щий сигнал с выхода отсутствует, устройство срабатывает. При переводетиристорного нулевого устройства в инверторный режим орган направления мощности возвращается в исходное состояние (нулевое), коммутатор переключается, и защита генератора обеспечивается вторым каналом устройства . При замыкании обмотки статора в зоне нейтрали в инверторком режиме работы срабатывает орган минимального напряжения , реагирующий на снижение напряжения на нейтрали генератора, и генератор отключается. 7 ил. 00 ш-й ю ч N3
СОЮЭ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 Н 7/08
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931734/07 (22) 29.04.91 (46) 30,04.93.Бюл,¹ 16 (71) Новочеркасский политехнический институт им,Серго Орджоникидзе (72) С.Л,Кужеков, А,А.Сапронов и А.А.Аллилуев (56) Электричество, 1974, с.25-31.
Вавин В.Н,Релейная защита блоковтурбогенератор-трансформатор, М„ Энергоиздат, 1982 г.
Берман И. и др. Релейная защита и противоаварийная автоматика, M.: Энергия, i 975, с.19-27. (54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ЧАСТОТНО-ТИРИСТОРНЫМ ПУСКОМ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА
ЗЕМЛЯ ОБМОТКИ ТАТОРА (57) Использование: устройство предназначено для релейной защиты синхронных генераторов, а также электродвигателей и компенсаторов, имеющих тиристорные пусковые устройства от замыканий на землю как в режиме частотно-тиристорного пуска, так и при работе в сети, Сущность изобретения; обеспечение 100 -ной защиты от замыкания на землю обмотки статора генератора достигается тем, что в устройстве защиты к выходу сумматора напряжений нулевой последовательности на выводах и на нейтрали генератора подключены фильтИзобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для релейной защиты синхронных генераторов, а также электродвигателей и компенсаторов, .. Ж 1812592 А1 ры третьей гармоники частоты сети (частоты
150 Гц) и субгармонической частоты, к выходам которых соответственно подключены первый и второй реагирующий органы, выход первого реагирующего органа через элемент НЕ подключен к первому входу элемента И, к второму входу которого подключен выход элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго реагирующего.органа. В случае возникновения замыкания на землю в любой точке обмотки статора в вышеуказанных режимах наложенное напряжение исчезает, и основную роль играют естественные гармоники нулевой последовательности ЭДС-генератора.
Первый реагирующий орган возвращается в 3 нулевое состояние, на выходе элемента НŠ— уровень логической единицы, блокирую.щий сигнал с выхода отсутствует, устройство срабатывает. При переводе тиристорного нулевого устройства в инверторный режим орган направления мощности возвращается в исходное состояние (нулевое), коммутатор переключается, и защита генератора обеспечивается вторым каналом устройст- О© ва. При замыкании обмотки статора в зоне нейтрали в инверторном режиме работы 3 . срабатывает орган минимального напряже- (Я ния, реагирующий на снижение напряже- 0 ния на нейтрали генератора, и генератор отключается. 7 ил. имеющих тиристорные пусковые устройства (ТПУ), от замыкания на землю как в режиме частотно-тиристорного пуска (ЧТП), так и при работе в сети.
1812592
Цель изобретения — обеспечение 100 Дной защиты от замыкания на землю обмотки статора генератора при пуске от ТПУ и работе в сети. Защита синхронного генератора в общем случае должна обеспечиваться в диапазоне частот;
0
Кроме того, по технологическим условиям работы энергоустановки в целом алгоритмы пуска могут различаться, Например. при ЧТП генератора газотурбинной устанонки его разгон с питанием от ТПУ осуществляют до частоты 33,3 Гц или несколько выше (по условиям работы газовой турбины). Если же генератор работает в режиме синхронного компенсатора, то отключение
ТПУ производят на засинхронных частотах (53-55 Гц), после чего генератор на выбеге синхронизируют с сетью.
Обеспечение 100 -ной защиты от замыкания на землю обмотки статора генератора в вышеуказанных режимах достигается тем, что в устройстве защиты, содержащем фильтр третьей гармоники сети (частоты 150 Гц), первый и второй реагирующий органы, входы которых соответственно через фильтр частоты 150
Гц и фильтр субгармонической частоты подключены к выходу сумматора напряжений нулевой последовательности на линейных выводах и нейтрали.генератора, а их выходы соответственно через элементы НЕ и И-НЕ, последний из которых своим вторым входом соединен с выходом органа частоты, включенного на линейное напряжение генератора, подключены ко входам элемента И; выход которого подключен к первому входу двухканального коммутатора, второй вход которого через схему ИЛИ подключен к выходу органа сравйения частот, включенного на линейное напряжение и напряжение нулевой последовательности на линейных выводах генератора, и к выходу органа минимального напряжения, включенног0 на напряжение нейтрали генератора, вход управления двухканальным коммутатором . подключен к выходу органа направления мощности, включенного на фазный ток и линейное напряжение генератора, причем выход двухканального коммутатора подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу органа напряжения, соединенного своим входом с выходом трехфазного выпрямителя, включенного на фазные напряжения генератора, а выход второго элемента И подключен ко входу выходного органа устройства.
5 На фиг.1,2,5-7 приведены осциллограммы напряжений при пуске турбогенератора от ТПУ, в различных режимах работы, На фиг.3 приведена структурная схема описываемого устройства. Принятые обозначения: 1 — сумматор напряжений; 2 — фильтр частоты 150 Гц; 3 — фильтр субгармониче-. ской частоты; 4 — первый реагирующий орган; 5 — второй реагирующий орган; 6— элемент НЕ; 7 — элемент И-НЕ; 8 — элемент
"5 И; 9 —; 10 — орган сравнения частот; 11 — элемент ИЛИ; 12 — орган минимального напряжения; 13 — двухканальный коммутатор; 14 — орган направления мощности; 15 — второй элемент И; 16 — орган
20 напряжения; 17 — трехфазный выпрямитель; 18 — выходной орган; 19 — трансформатор напряжения на линейных выводах турбогенератора; 20 — трансформатор напряжения на нейтрали турбогенератора; 21
25 — турбогенератор; 22 — трансформатор тока; 23 — тиристорное пусковое устройство, На фиг,4 приведена схема подключения описываемого устройства к датчикам информации.
Устройство состоит из следующих функциональных элементов: сумматора напря>кений 1, к выходу которого подключень1 фильтры частоты 150 Гц 2 и субгармонической частоты (3). Выход фильтра частоты 150
Гц (2} подключен ко входу первого реагирующего органа (4), который срабатывает при превышении его уставки напря>кением, пропускаемым фильтром (2). Выход фильтра субгармонической частоты (3} подключен ко
"0 входу второго реагирующего органа (5), срабатывающего при превышении его уставки срабатывания напряжением субгармонической частоты с выхода (3), Выход первого реагирующего органа (4)
45 подключен ковходуэлемента НЕ (6), а выход второго реагирующего органа (5) подключен к первому входу элемента И-НЕ (7). Выходы элементов НЕ (6) и И-НЕ (7) подключены ко входам элемента И (8). Второй вход элемен50 та И-НЕ (7) подключен к выходу органа частоты (9). Выход органа сравнения частот (10) подключен к первому входу схемы ИЛИ (11), второй вход. которой подключен к выходу орган", минимального напряжения (12), сра55 бать1вающего при снижении его входного напряжения ниже уставки срабатывания.
Выход схемы ИЛИ (11) подключен к первому входу двухканального коммутатора (13), ко второму входу которого подключен выход элемента И (8), Вход управления двухка1812592 нальным коммутатором (13) подключен к выходу органа направления мощности (14), а выход двухканального коммутатора (13) подключен к первому входу второго элемента И (15). Ко второму входу элемента И (15) подключен выход органа напряжения (16), срабатывающего при превышении его уставки срабатывания входным напряжением, которое подается с выхода трехфазного выпрямителя (17). Выход элемента И (15) подключен к выходному органу (18) устройства, Входы сумматора напряжений (1) подключены к вторичной обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, трансформатора напряжения (19) на линейных выводах генератора (на напряжение U, ) и к вторичной обмотке (на напряжение 0м(трансформатора напряжения (20) на,нейтрали защищаемого генератора (21). Орган минимального напряжения (12) включен на напряжение нейтрал и генератора UN. снимаемое с вторичной обмотки трансформатора напряжения (20). Орган частоты (9) включен на линейное напряжение 0 генератора, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора напряжения (19). Орган сравнения частот (10) включен на напряжения Ц и 0л, снимаемые с трансформатора напряжения (19). Орган направления мощности (14) включен на фазный ток)ф генератора (от трансформатора тока (21) и линейное напряжение Ui (от трансформатора напряжения (19). Трехфазный выпрямитель (17) включен на фазные напряжения
А,В,С, снимаемые со вторичных обмоток трансформатора (19).
Орган частоты (9) срабатывает при превышении его уставки частотой линейного напряжения Un, т,е. при f f>, Орган сравнения частот (10) срабатывает при равенстве частот линейного напряжения Ол и напряжения нулевой погледовательности на выводах генератора Ц-, (f< fug). Орган направления мощности (14) срабатывает в режиме частотно-тиристорного пуска и возвращается в исходное (нулевое) состояние при переводе тиристорного пускового устройства (23) в инверторный режим, при работе генератора в сети (т.к.меняется направление мощности) и в режиме холостого хода генератора (в последнем случае фазный ток Зф=0).
Необходимо также отметить, что орган направления мощности (14) может быть подключен к трансформаторам тока и напряжения со стороны питания ТПУ при наличии последних. Кроме того, вместо органа направления мощности в устройстве может
55 быть использован датчик полярности напряжения на звене постоянного тока ТГ1У (см,фиг,4).
Устройство условно можно разделить на два канала: — первый включает в себя элементы (1-8) и предназначен для защиты генератора от замыкания на землю обмотки статора в режиме нормального ЧТП на частотах 0 Гц; — второй канал состоит из элементов (10-12) и защищает генератор при переводе ТПУ а инверторный режим, на холостом ходу генератора в диапазоне частот О< f< <55Гц, а также при работе генератора в сети на частоте f=50 Гц. Элементы (9,13-17) являются общими для устройства и обеспечивают подключение первого и второго канала устройства к выходному органу (18). Рассмотрим работу устройства в различных режимах. При нормальном ЧТП питание генератора (21) осуществляется от ТПУ (23), Орган направления мощности (14) срабатывает, также срабатывает орган напряжения (16), и первый канал устройства подключается к выходному органу (18). На выходе органа частоты (9) в диапазоне частот 0 1у<50 Гц — уставка по частоте) — уровень логического нуля, а при f fy — логической единицы. В режиме нормального ЧТП в диапазоне частот 0 Гц и третьей гармонической текущей частоты инвертора (U„ ), образующие наложенное напряжение ТПУ, а также находящиеся в противофазе напряжения нулевой последовательности третьей гармонической синхронного генератора (0гз ) (см.фиг,5). Фильтром (2) выделяется удвоенное сумматором (1) наложенное напряжение частоты 150 Гц, первый реагирующий орган (4) срабатывает, на выходе элемента НЕ (6) — логический нуль, устройство не работает независимо от сигнала на втором входе элемента И (8), Уставка срабатывания первого реагирующего органа (4) должна быть выбрана большей, чем 213гз (по условию срабатывания при замыкании на землю на частоте f=50 Гц в режиме ЧТП), что легко осуществимо, т.к, уровень наложенного напряжения ТПУ частоты 150 Гц в среднем на порядок выше, чем Uðз (сравнить фиг.7 — параллельная работа генератора с другими генерато- напряжения на нейтрали генератора Uq, и рами и фиг.5). генератор отключается. В зоне биений напряжений нулевой по- Защита генератора в режиме холостого следовательности третьих гармонических хода, а также при параллельной работе с выпрямителя (U>q) и инвертора (0из) на час- 5 другими генераторами осуществляется анатотахблизкихк50Гц(см.фиг.2)срабатывает логично описанному выше инверторному орган частоты (9) и на один их входов эле- Режиму работы ТПУ с тем лишь. отличием, мента И-НЕ (7) подает сигнал уровня логи- что при отсутствии замыкания напряжения, ческой единицы. Второй реагирующий 0аи UN содержаттолько третью гармоничеорган (5) срабатывает от напряжения суб- 10 скую генератора О э(см,фиг,7). гармонической частоты (огибающая биений Примечание: осциллограммы, приве, на фиг.2), в результате чего на выходе эле- денные на фиг.1,2,5,7,получены при частотмент И-НЕ (7) (втором входе элемента И (8) но-тиристорном пуске турбогенератора 200, появляется сигнал кулевого уровня, кото- МВт йоминальным напряжением 15,75 кВ. рый блокирует работу устройства-при пери- 15 Масштабы по напряжениям: одичвских снижениях напряждения частоты .. Мцд=3,72 В/мм; 15огц.. М»А=М =Ми+и,=o,ЗВ5В/мм. В случае возникновения замыкания на: г»сциллограммы на фиг,6 получен при землю в любой точке обмотки Статора в вы- физическом моделировании "ТП на генерашеукаэаных РЕжимах наложенное напРЯже- . торе 12 кВт в лаборатории "Энергетика" - .20 ние ТПУ(О,з, 0щ) исчезает, и основную роль игРаЮт естественные гармоники нУлевой Технико-экономическая эффективность поСлеДовательности ЭДС гейеРатоРа {пеР- изобретения определяется расширением вая 1 г1 и. третья М (eM Фиг 6) (червьtA ре- области применения заявляемого устройст- . агирующий орган (4) возвращается в ва по сравнению с известным. ,25 нулевое состояние, на выходе элемента НЕ: Экономический эффект от внедрения (6) — уровень логической единицы, блокиру- изобретения обеспечивается за счет сокрающий сигнал с выхода (7) отсутствует. уст- : щения ремонтных расходов и недоотпуска ройсгво срабатывает.: электроэнергии потребителям, При переводе ТПУ (23) в инверторный cD о р м у л а и з о б р е т е н и я режим орган направления мощности (14) Устройства защиты синхронного геневозвращается в исходное состояние (нуле- ратора с частотно-тиристорным пуском от .шов); коммугатар (13) первк>1йчается. и эа замыканйя на землю обмотки статора, сощита генератора обеспечивается вторым держащее фильтр третьей гармонической .каналам уСтройства... ...частоты 150 Гц, пепвый и второй реагируюXapaKYapHh1M At>N383Kt»M этого Режима щие органы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, является наличие в наложенном найряже- . с целью обеспечения защиты обмотки ста нин нулевой.последовательности ТПУ толь- тора:во всем диапазоне рабочих частот при ко одной составляющей — третьей 40 Различныхрежимахработыгенератораити- . гэрмонической инвертора U (см.фиг,1). На Ристорного пускового устройства, входы входе йргвна сравнения густот (К) подают- первог6 и второго реагирующих органов со- . ся линейное напряжение Ол с основной ча- ответственно через фильтр частоты 150 Гц и с1 отой 4„m напряжение Од„=U>з+ О„з, . введенный фйльтр субгармонической часто- . Срган сраьненйя- ч6стот при этом не сраба- 4j тй 1одключены K âû>cîäó введенног0 сумма ..тывает, т.g частоты входных сигналов раз- . mpa напряженйй нулевой последовательличны (f Ии„). Воэйикновенив замыка- ностилинейных выводов и нейтрали генерания в зоно выводов генератора в этом Режи- ., тора, а выходы реагирующи opraHoa соо1 ме со,фов >кд е я и че ио ени м нало». . ветствейно ерезвведенныеэлементы НЕ и U и появлением 50 И Н входом соединен с выходом введенного орпервой "армо"ики HylleaoA последователь rai a частоты линейного напряжения гененостиЭдсгвнератоРа г!."1acTb»! вход"ых атора по кл чены к вхо ам в си .лов р» (10) р- + (М т л) он первого элемента И, выход которого под срабатывает и поврежденный генератор от- ключен к первому входу введенного двухка: .ключается устройством нйль ного коммутатора, второй вход Прй замыкании обмотки статора в зоне которого через введенный элемент ИЛИ нейтрали в инверторном Режиме работы" - подключен к выходу введенного органа ТПУ срабатывает орган минимального на- сравнения частот, линейного напряжения и пряжения (12), реагирующий на снижение напряжения нулевой последовательности (1812592 10 на линейных выводах генератора, второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу введенйого органа минимального напряжения нейтрали генератора, вход управления двухканальным коммутатором подключен к выходу введенного органа направления мощности, подключенного к клеммам для соединения с фазным током и линейным напряжением генератора, а выход двухканального коммутатора подключен к первому входу введенного второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу введенного органа напряжения, соединенного своим входом с выходом введенного 5 трехфазного выпрямителя, подключенного к клеммам для соединения с фаэными выводами генератора, а выход второго элемента И подключен к входу выходного органа устройства, 10 трои стор защиты A В С (! Ту7 Фиг.Ч 1812592 орину л раб ения оцности защиты mpoucmBo защиты 8 устройстоо . защиты 1812592 1812592 4 м Составитель С.Кужеков Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л.Филь Редактор Т.Горячева Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1578 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
