Устройство для защиты ротора синхронной машины от перегрева

Устройство для защиты ротора синхронной машины от перегрева

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О0 ИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск ни

Социалистические

Республик >886131 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03. 01. 80 (2! ) 2861 813/24-07 с присоединением заявки М (51)M. Кл.

Н 02 Н 7/06.

1ооудоротеениый комитет (23) Приоритет

Опубликовано 30 . 1 1. 81. Бюллетень М 44 по деизм изобретений и открытий (53) УДК 621.

° 316.925 (088.8) Дата опубликования описания 30.11 81 (72) Авторы изобретения

В.К. Ванин и С.С. Сарычев (71) Заявитель

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. И.И. Калинина (4) ьстРойство для зАщиты РотоРА GHHxPOHHOA MAlilHHbl

ОТ ПЕРЕГРЕВА

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для комплекс

Ф ной защиты элементов конструкции ротора синхронной машины от перегрева при возникновении анормальных режи" мов (перегрузка обмотки ротора током возбуждения, несимметричный режим работы статорной цепи или одновременное воздействие обоих режимов).

lO

Известно устройство для защиты ротора синхронной машины при несимметрии в статорной цепи, имеющее в своем составе два фильтра токов -обратной последовательности, четыре токовых реле и четыре реле времени, реализующее ступенчатую характеристику (1).

Однако, известное устройство не позволяет полностью использовать перегрузочные воэможности генератора и отключает его раньше, чем это допустимо по условиям нагрева, имеет большие габариты и вес, а также низкую точность работы.

Известны также устройство для защиты ротора синхронной машины при несимметрии в статорной цепи с использованием магнитных элементов с прямоугольной характеристикой намаг- . ничивания, имеющее зависимую характеристику времени срабатывания от тока обратной последовательности в статорной цепи с учетом тепловой постоянной А синхронной машины, и устройство. защиты ротора синхронной машины.от перегрузки током возбуждения, выполненное на дискретных полупроводниковых элементах, имеющее зависимую характеристику времени срабатывания от тока возбуждения ротора (2) и (3).

Однако эти. устройства сложны по выполнению и настройке, имеют в своем составе много элементов, большие габариты и вес, а также йе позволяют учесть влияния величины тока, протекающего через обмотку ротора после ликвидации перегрузки, на время возврата устройства в исходное состоя886131

40 ние, которое имитирует время остывания обмотки ротора.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, выполненное с использованием операционных усилите" лей интегрального исполнения и содержащее преобразователи ток-напряжение, совмещенный фильтр, формирователь мо дуля, функциональный преобразователь, интегратор, детектор уровня, 10 выходной блок, блок отсечки, у которого функциональный преобразователь выполнен с двумя выходами, а интегратор с двумя входами (4).

Однако известное устройс1во не 15 позволяет учесть одновременное воздействие несимметричного режима в статорной цепи и перегрузки обмотки ротора током возбуждения на нагрев элементов ротора (бочки и обмотки), 0 а также изменение параметра А в функ». ции величины тока обратной последовательности, который может изменять. ся в довольно широких. пределах.

Цель изобретения — расширение д функциональных возможностей устройства путем учета одновременного воздействия несимметричного режима в статорной цепи и перегрузки обмотки ротора током возбуждения на нагрев элементов ротора (бочки и обмотки), а также учета изменения параметра А в функции тока обратной последова тельности, протекающего по статорной цепи.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для защиты ротора синхронной машины от перегрева, содержащее преобразователи ток-напряжение, подключенные к выводам статора синхронной машины, выходы преобразователей подключены через последовательно соединенные фильтр симметричных составляющих и формирователь модуля ко входу. функционального преобразователя, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим первому и второму входам интегратора, выход которого подключен к одному иэ входов выходного блока, дополнительно введены преобразователь ток-напряжение, второй формирователь модуля, второй функциональный преобразователь и второй интегратор, два сигнальных блока с табло, блок формирования параметра А, блок разгруз- М ки и второй выходной блок, причем вход дополнительного преобразователя ток-напряжение подключен к выводам обмотки ротора синхронной машины, а выход через второй формирователь модуля подключен .ко второму функциональному преобразователю, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим входам второго интегратора, выход которого через блок разгрузки подключен ко входу второго выходного блока, причем третьи выходы первого и второго функциональных преобразователей подключены к третьим входам соответственно второго и первого интегратора, к четвертым выходам каждого функционального преобразователя подключены сигнальные блоки, выходы которых подключены к табло, а ко второму входу первого выходного блока подключен выход блока формирования параметра А, вход которого подключен к выходу первого формирова- . теля модуля.

Принципиальная .схема устройства приведена на чертеже..

Устройство содержит преобразователи ток-напряжение 1-3., подключенные к выводам обмотки статора синхронной машины, преобразователь ток-напряжение 4; подключенный к выводам обмотки ротора, фильтр симметричных со-. ставляющих 5, формирователи 6 и 7,модуля рабочего сигнала, на выходе которых присутствуют отрицательные напряжения, пропорциональные соответственно току обратной последовательности в обмотке статора и току в обмотке ротора, блоки 8 и 9 функциональных, преобразователей, сигналы на выходе которых пропорциональны квадратичному значению входного сигнала, интеграторы 10 и 11, .выходные блоки 12 и 13, блок 14 разгрузки, сигнальные блоки

15 и 16, сигнальное табло 17, блок

18 формирования параметра А, операционные усилители 19-25, соответственно первые, вторые третьи и четвертые выходы 26-29 функциональных преобразователей, соответственно первые, вторые и третьи входы 30-32 интеграторов.

В нормальном режиме положительное напряжение уставки срабатывания .0

2 пропорциональное квадрату допустимого тока обратной последовательности статорной цепи, превышает выходной сигнал блока 6, и напряжение на четвертом выходе 29 блока 8 отрицательно, при этом сигнал на первом и третьем выходах 26 и 28 блока 8 равен ну886131

1Ь токов обратной последовательности с учетом рассеивания тепла, которое имитируется с помощью напряжения, поступающего на второй вход 31 блока 11 со второго выхода 27. блока 9. При

3Ь этом емкости интеграторов 10 и 1l перезаряжаются до -U< Такое выполнение устройства позволяет избежать влияние утечки емкостей и дрейфа нуля усилителей на работу интеграторов.

Напряжение, пропорциональное параметру А, сформированное блоком 18, поступает на вход блока 12, где сравнивается по величине с напряжением, поступающим с выхода 10. При равенст3Ь ве этих напряжений, которое означает, что величина тепла, полученная бочкой ротора, достигла допустимого значения, блок 12 формирует сигнал на отключение генератора.

3S

При этом а также в случае ликви1 дации несимметрии до отключения генератора, происходит перезаряд емкостей блоков-10 и 11 до +Uñò с постоянными временами охлаждения элементов конструкции ротора.

При увеличении тока ротора выше допустимого, когда напряжение на выходе блока 7 превышает уставку U, напряжение на четвертом выходе 29

45 блока 9 становится положительным, сигнал на втором выходе 27 блока 9 становится равным нулю, а на первом и третьем выходах 26 и 28 появляется положительное напряжение, равное

Т ю 0выхбл9 К (К а — им)

При этом также срабатывает сигнальный блок 16, формируя сигнал о перегрузке на табло 17.

Напряжение с первого выхода 26 блока 9 поступает на первый вход 30 блока ll а с выхода 28 блока 9 — на третий вход 32 блока 10. В результате на выходе блока 10 под действием напряжения, приложенного к третьПод действием этих отрицательных напряжений емкости интегрирующих блоков IO и 11 заряжены до величины

+О, где U.cT — напряжение стабилист зации стабилитронов в обратной связи интеграторов.

В этом режиме на выходе выходных блоков 12 и 13 присутствует малое напряжение, определяемое падением на.:пряжения на стабилитроне обратной

:связи в прямом направлении. На выходе блока 14 разгрузки сигнал соответствует отсутствию развозбуждения (блок

::разгрузки предназначен для выработки .:сигнала на развозбуждение, пропорционального полученному обмоткой ротора

,количеству тепла).

При возникновении несимметричного ,;режима в статорной цепи, если несим метрия превышает допустимую,.напря ;жение на.выходе блока 6 превышает уставку 0 . При этом напряжение на четвертом выходе 29 блока 8 стано, вится положительным, сигнал на втором выходе 27 блока 8 становится равным нулю, а на первом и третьем выходах 26 и 28 блока 8 появляется положительное напряжение-, равное

Т

"»Н15ла К (K„ » М

5 лю, .а на втором выходе 27 блока 8 присутствует напряжение отрицательной полярности, пропорциональное разности этих сигналов.

I Я

"вых глв= " (K -Т2» "у ) где К и К вЂ” коэффициенты пропорцио4 нальности; — ток обратной последоваД» тельности статорной цепи в относительных единицах.

Аналогично в нормальном режиме положительное напряжение уставки срабатывания О, пропорциональное квадрату допустимого тока ротора, превы шает выходной сигнал блока 7, напряжение на четвертом выходе 29 блока 9 отрицательно, сигнал на первом и третьем выходах 26 и 28 блока 9 равен нулю, а на втором выходе 27 блока 9 присутствует напряжение отрицательной полярности, пропорциональное . U8blx Бл9 = К (Кя. Ip« "уз) где К „, и К вЂ” коэффициент пропорциональности

fp» — ток обмотки возбуждения в относительных единицах..

Ь

При этом также сраоатывает сигнальный блок l5, формируя сигнал о перегрузке на табло 17.

Сигнал с выхода 26 блока 8 поступает на первый вход 30 блока 10, а с выхода 28 блока 8 — на третий вход

32 блока 11. Под действием приложенных напряжений на выходе блока IO формируется сигнал, пропорциональный теплу, полученному бочкой ротора под действием тока обратной последовательности, а на выходе блока 11 — сигнал, пропорциональный теплу, выделяющемуся в обмотке ротора от действия

886131

30 ему входу 32 блока 10, формируется напряжение, пропорциональное теплу, нагревающему бочку ротора под действием тока, протекающего в обмотке ротора, с учетом охлаждения, которое имитируется с помощью напряжения, поступающего.на второй вход 31 блока 10 со сторо -о выхода 27 блока 8.

На выходе блока 11 под действием напряжения, приложенного к первому входу 30 блока ll, формируется напряжение, пропорциональное теплу, выделяющемуся в обмотке ротора.

Напряжение на выходе операционного усилителя 12 блока разгрузки 14 сле- . дует эа изменением напряжения на выходе интегратора. Выход блока 14 подключается к устройству развоэбуждения генератора, и при возникновении перегрузки по току (сверхтока) осу- 20 ществляется развозбуждение генератора (по заранее выбранному закону).

Если принятые меры не позволили снять перегрузку (сверхток), то по истечении некоторого времени напряжение на входе блока 12, пропорциональное выходному напряжению блока 11, превысит уставку Uy>, пропорциональную допустимому тепловому импульсу обмотки. При этом выходной блок 13 срабатывает и формирует сигнал на отключение генератора.

Если же перегрузка будет устранена до того, как обмотка получит теп" ловой импульс, превышающий допусти- у мый, то сигнал на четвертом выходе

29 блока 9 становится отрицательным, и следовательно, второй вход 31 блока 11 подключается ко второму выходу 27 блока 9. На первом выходе 26 40 блока 9 напряжение равно О. Под действием напряжения, поступающего со второго выхода 27 блока 9. на вход 31 блока 11 конденсатор интегратора 11 перезаряжается от ++ до -Ост, чем имитируется остывание обмотки ротора.

При наличии несимметрии в статорной цепи происходит перегрузка по току обмотки возбуждения, что вызывает .дополнительный нагрев бочки ротора. S0 при длительных режимах наложения анормальных режимов. Для учета дополни тельного нагрева на третий вход 32 блока 10 подается сигнал с третьего выхода 28 блока 9, пропорциональный SS дополнительному нагреву бочки, ротора, вызываемому перегрузкой по току обмотки возбуждения, а на третий вход

32 блока ll с третьего выхода 28 блока 8 подается сигнал, пропорциональный дополнительному теплу, выделяюще" муся в обмотке возбуждения при несим* метрии.

Предлагаемое устройство позволяет полностью использовать перегрузочные способности синхронных машин в рассмотренных анормальных режимах работы, что особенно важно для современных генераторов с непосредственным охлаждением, имеющих сниженную перегрузочную способность. Отключение генератора от сети только при достижении максимально возможного времени в анормальном режиме (по условиям нагрева элементов конструкции ротора) позволяет снизить дефицит генерируемой мощности в этих режимах, облегчая тем самым работу системы в целом.

Учет влияния наложения анормальных режимов на нагрев элементов конструкции ротора, режима, предшествующего анормальному,а также изменения параметра A в функции тока обратной последовательности позволяет более точно контролировать режим работы генератора и обеспечить максимально возможное, по условиям перегрева, время работы его в анормальном режиме. Все это.позволяет повысить надежность работы генератора в рассмотренных анормальных режимах при более эффективном использовании его перегрузочных способностей.

Формула изобретения

Устройство для защиты ротора синхронной машины от перегрева, содержащее преобразователи ток-напряжение, подключенные к выводам статора син" хронной машины, выходы преобразователей подключены через последовательно соединенные фильтр симметричных со" ставляющих и формирователь модуля ко входу функционального преобразовате- . ля, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим первому и второму входам интегратора, выход которого подключен к одному иэ входов выходного блока, о т л .ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей устройства, дополнительно введены преобразователь ток-напряжение, второй формирователь модуля, второй

9 3861 функциональный преобразователь и второй интегратор, два сигнальных блока с табло, блок формирования параметра

А,:блок разгрузки и второй выходной блок,:причем вход дополнительного . у прео6раэователя ток-напряжение подключен к:вывсщам обмотки ротора синхронной машины, а выход через второй формирователь модуля подключен ко второму функциональному преобраэова- ФО телю, первый и второй выходы которого подсоединены к соответствующим входам второго интегратора, выход которого через блок разгрузки подключен ко входу второго выходного блока, 1В причем третьи выходы первого и второго функционального преобразователей подключены к третьим входам соответственно второго и первого интегратора, к четвертым выходам каждогд функ-,31 ционального преобразователя подключены сигнальные блоки, выходы кото31 10 рых подключены к табло, а ко второму входу первого выходного блока подключен .выход блоха формирования па:раметра А, вход которого подключен к выходу первого формирователя модуля °

Источники информации, принятые ео энимание:при экспертизе

1. Чериоборовов H.:8. Релейиая за-. щита. M.. "Энергия", 1971, с 46$"

468.

2. федосеев М.А. Исследование .и разработка защиты мощных синхронных генераторов .от перегрузок токами обратной последовательности.. Труды

ВНИИЗ. И., "Энергия", 1973, вып. 42, с..39-55.

3. Чернобровов Н..В. Релейная защита. М., "Энергия", 1971, с. 473"475.

4. Авторское свидетельство СССР по .заявке:N 2599511/24-07, кл. Н 02 Н 3/08, 1978.