Устройство для защиты генератора от перегрузки

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 Н 02 Н 7/06

«а» L

«)

ИййдХИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3494777/24-07 (22) 21.07.82 (46 ) 30.06.84. Вюл. Р 24 (72) В.У.Кизилов и И.В,Пантелеева (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им.В.И.Ленина . (.53) 621,316 ° 925(088.8) (56) 1. "Электрические станции" 1968, Р 9, с; 38-43. .2, Авторское свидетельство СССР

Р 248044 кл, Н 02 Н 7/06, 1969, 3„ Авторское свидетельство СССР

9 790063, кл. Н 02 Н 7/06, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ПЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕ.РАТОРА OT ПЕРЕГРУЗКИ, содержащее источник- тока, выход которого подключен к входу частотного квадратора, реверсивный счетчик импульсов, к входам которого подключены делите. ли частоты, а выход которого через преобразователь код-аналог и сумма„„SU„„. 100 81, А . тор подключен к преобразователю напряжения в частоту, к другим входам сумматора подключены источники напряжений, к выходу счетчика импульсов и к выходу преобразователя коданалог подключены выходные органы, о т л и ч:а ю ш е е с я тем„ что, с целью повышения точности и надежности, в него дополнительно ввеДены широтно-импульсный модулятор и коммутатор, при этом источник тока подключен к входу широтно-импульсного модулятора, другой вход которого подключен к источнику стабильного напряжения, выход широтно-импульсного модулятора подключен к управляющему входу коммутатора, другой вход 1 которого подключен к выходу чаетотного квадратора, а третий вход подклю-. чен к выходу преобразователя напряжения в частоту, при этом два выхода коммутатора подключены к входам делителей частоты.

1100681

Изобретение относится к устройствам защиты объектов энергосистем от перегрузки током и может найти применение в защите синхронных генераторов как локальное устройство, а также в качестве узла регуляторов возбуждения синхронных генераторов.

Известны устройства защиты генераторов от перегрузки током возбуждения и обратиой последовательности

Г13 и (23.

Недостатками известных устройств являются низкая точность устройства, связанная с аналоговым способом интегрирования низкая надежность изза сложности устройства и его настройки, определяемая необходимостью индивидуального подбора элементов схемы и принятием. других специальных мер для уменьшения влияния токов утечки емкоетчого интегратора; большой вес, габариты и потребля-! емая мощность, что также снижает надежность, так как надежность источника питания резко падает с увеличением его мощности. устройство для защиты генератора от перегрузки содержит источник тока 1, определяющий нагрев генера4g тора подключенный к вхОду частОтнО го квадратора 2 (ЧК). два делителя частоты 3 и 4,,выходы которых подключены к входам реверсивного счетчика импульсов 5, выход которого подключен к входу последовательно соево диненных преобразователя код-аналог

6, сумматора 7 и преобразователя напряжение-частота 8 (ПНЧ), к выходу преобразователя код-аналог 6 подключены выходные ОргBHbl 9, а к его входу — выходные органы 10 и 11, при этом дополнительно введены широтно-импульсный модулятор 12 (МИМ) и коммутатор 13, Вход (!НМ 12 подключен к источнику тока 1, определяющего

60 нагрев генератора, и к источнику стабильного напряжения, выход UHM 12 подключен к управляющим цепям коммутатора 13, входы коммутатора 13 под- ключены соответственно к выходу ЧК

65 2 и ПНЧ 8, выходы коммутатора 13 подi

Отмеченные недостатки устройств подтверждаются статистическими данными их неправильной работЫ.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты генератора от перегрузки, содержащее источник тока, выход которого подключен к входу частотного квадратора, реверсивный счетчик импульсов, ко входам которого подключены делители частоты, выход которого через преобразователь код-аналог и сумматор подключен к преобразователю напряжения в частоту, к другим входам сумматора подключены источники напряжений, к выходу счетчика им ульсов и к выходу преобразователя коданалог подключены выходные органы, при этом выход частотного квадратора и выход преобразователя напряжения в частоту подключены к входам делителей частоты 533.

Однако данное устройство характеризуется недостаточной точностью, что определяется упрощенной моделью нагрева генератора, неточно отображающей реальный процесс нагрева обьемного (многослойного тела,.).

Кроме того, недостатком устройства является его усложнение прн полуЧЕНИИ большой видЕржкИ ВрЕМени действия защиты (ло нескольких тысяч секунд ), что связано с увеличением числа ячеек деления частоты частотного квадратора и преобразователя напряжение-частота, приводящих к снижению надежности устройства и повышению потребляемой мощности, что также снижает надежность.

Пель изобретения — повышение точности и надежности устройства для защиты генератора от перегрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты генера5 тора от перегрузки, содержащее источник тока, выход которого подключен к входу ча"тотного квадратора, реверсивный счетчик импульсов, к входам которого подключены делители частоты, 10 а выход которого через преобразователь код-аналог и сумматор подключен к преобразователю напряжения в частоту, к другим входам сумматора подключены источники напряжений,к BH15 ходу счетчика импульсов и к выходу преобразователя код-аналог подключены выходные органы, дополнительно введены широтно-импульсный модулятор и коммутатор, при этом источник тока подключен ко входу широтно-импульсного модулятора, другой вход которого подключен к источнику стабильного напряжения, выход широтно-импульсного модулятора подключен к управляющему входу коммутатора, другой вход которого подключен ко входу частотного квадратора, а третий вход подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, при этом два выхода коммутатора подключены к входам делителей частоты.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, на фиг.2 - одна из возможных реализаций введенного в устройство коммутатора; на Лиг.3 кривые, иэобра><авшие напряжения на выходе элементов функциональной схемы (фиг.1) при увеличении значения тока, опрелеляющего нагрев ротора генератора от номинального до двой4О ного номинального значения.

1100681,где х „, — выходной код счетчика 5.

Рещение разностного уоавнения, определяющее время роста температу65 ключены к входам реверсивного счетчика импульсов 5 через делители частоты 3 и 4. Коммутатор 13 может быть выполнен в виде включенных синфазно двух ключей, либо в виде аналогового или цифрового прерывателей ),например, на микросхемах типа 2731КТ, 190КТ2, 155ДАЗ). Во всех .случаях Аункцией коммутатора 13 является подключение выходов ЧК 2 и ПНЧ 8 к входам реверсивного счетчика 5 через делители 10 частоты 3 и 4 в одном состоянии МИМ

12 и отключение вьв еуказанных связей в другом состоянии РЗИМ 12.

На фиг.2 приведена схема коммутатора, состоящего из двух схем И 14 и 15, напряжение на выходе которых имеет место только при наличии импчльсов на обоих входах. Можно .трактовать работу коммутатора 13 в этом случае так, что импульсы от ЧК 2, ПНЧ 8 поступают на входы делителей

3 и 4 соответственно только при наличии управляемого сигнала от ЫИМ. .Устройство работает следующим образом. 25

С выхода источника тока на вход частотного квадратора 2 подается ток, определяющий нагрев ротора генератора. На выходе ЧК 2 отклонение частоты пропорционально квадрату тока нагрева генератора. Таким образом, функция преобразователя ЧК 2 имеет вид

Е„„=К,-к э

35 где 1 — начальная частота квадратоо ра 2 при отсутствии сигнала управления.

Импульсы этой частоты поступают на инверсный вход реверсивного счетчика 5 и накапливаются в нем, моде- 40 лируя процесс нагрева генератора, пропорциональный квадрату тока, На прямой вход реверсивного счетчика 5 поступает последовательность импульсов которая-моделирует охлаж- 45

) дение генератора и компенсирует начальную частоту ЧК 2. Такая последовательность импульсов получается от

ПНЧ 8, к входу которого подключено постоянное напряжение, определяющее 5О компенсирующую частоту Хо, напряжение с выхода преобразователя коданалог 6, пропорциональное температуре ротора генератора,-и напряже« ниеО(„ ),пропорциональное температу- 55 ре охлажда1ощей среды, например температуре воздуха при естественном охлаждении. Таким образом, частота импульсов на выходе ПНЧ 8 определяется как 6О ((Н ) О о Н< о )(2 8Ых g (охр)) > ры ротора генератора до уставки срабатывания при отсутствии ЫИМ 12, определяется выражением

2 где t « — время срабатывания устройства защиты;

K„=KgK

3 х =3/3„степень перегрузки;

3Ä вЂ” номинальный ток роторах Ki Ф

" н о допустимая температура нагрева ротора, Параметры К и 4 могут быть найдены по двум точкам экспериментальной зависимости допустимого времени перегрева ротора от степени перегрузки X для конкретного генератора) коэффициенты k « K» K> определяются при испытаниях генераторов и зависят оТ нх типов.

При наличии tllHN) 12, который, например, подсоединяет ЧК 2 и ПНЧ 8 к реверсивному счетчику S на время в каждый период Т своей работн, при предположении. равномерного распределения импульсов ЧК 2 и ПНЧ 8 это время определится как

I х2-1 сР +,) и х2-71(+О +о ) -Мм хЧ 1 ) (2) где Т = 1„) То .

При йалйчии НИМ (2) время срабатывания устройства увеличивается обратно пропорционально 7. Это объясняется тем, что изменение состояния счетчика импульсов происходит только на интервале 1 цикла То работы

ШИМ. При этом скорость изменения состояния счетчика при наличии ЦИМ в момент времени после изменения тока1ротора будет такой же, как и в момент времени Т1 при отсутствии

ШИМ, т.е. увеличение времени срабатывания устройства не сопровождается уменьшением чувствительности, как это было бы при увеличении коэф» фициента деления делителей частоты, и не сопровождается значительным усложнением схемы устройства. как это было бы при увеличении разрядности реверсивного счетчика и значения кода, при котором срабатывает устройство.

Эффект увеличения выдержки времени наглядно отображает Фиг.3, где на фиг.3 а показано увеличение тока ротора от номинального значения до двойного (степень перегрузки х. возрастает от 1 до, 2 ) в момент времени

1100681 Фд . На фиг. 3 Й показано уменьшение частоты на выходе ЧК 2 в соответствии с принятой в реализации схемой

ЧК. Частота импульсовЮ„„чна выходе

ПНЧ 8 в первое время не изменяется, так как она пропорциональна коду счетчика 5. Напряжение на выходе НИМ приведено на фиг.Зв . Изменение состояния счетчика происходит на интервале, когда на выходе коммутатора 13 появляются импульсы. Ra Фиг.3 г показаны импульсы частоты ц на выходе чк коммутатора 13, поступающие на вход делитЕля частоты 3, а на Фиг.3 димпульсы частотыХ„„ч на выходе 13, поступающие на вход делителя 4.. Им- 35 пульсы Ф„-„ч. определяются кодом счетчика 5 и так как он не изменяется при отсутствии импульсов на выходе

ШИМ, то частота ПНЧ изменяется только на интервале наличия импульса íà хп

:выходе ШИМ. На фиг.3 е приведено изменение усредненного напряжения на выходе преобразователя код-аналог 6, пропорциональное значению кода счетчика-5 (кривая 1L Для наглядности 25 на фиг.3е показано изменение напряжения на выходе 6 при отсутствии ШИМ . (кривая 2 ). Время срабатывания уве-. личивается обратно пропорционально

Т бЕз изменения крутизны нарастания напряжения. На Фиг.З частоты Ер и „„ч резко занижены для наглядностй и с этой же целью уменьшена постоянная времени нарастания кода счетчика 5. реально увеличивается время срабатывания устройства в 5-10 раз. Так как напряжение на выходе преобразователя код-аналог 6 пропорционально действительной температу. Ре ротора, оно используется для управления выходными органами 9; а к 40 ,выходу счетчика 5 (где код пропорци,онален температуре ротора ) подключены выходные органы индикации 10 и

11, с помощью которых в любой момент

ВРемени приближенно оценивается .теп- 45 ловой режим ротора генератора.

Предлагаемое устройство значительно точнее известных, так как учитывает. и процесс нагрева и процесс остывания. Однако известное устройство не может быть точным, так как нагрев реального генератора - более сложный процесс, чем учтено в устройстве.

Повышение точности устройства обеспечивается приближением характерно" тики устройства к установленной экспериментально для этого типа устройств защиты. С этой же целью выход источника тока 1 суммируется с выходом источника стабильного напряжения Оа на входе ШИМ 12. В этом случае управление ШИМ 12 осуществляется как напряжением 0, так и током источника 1, характеристика времени срабатывания принимает вид х - р (++ iк " (- ) "о - . И . x (брср окр) -=70 (1МЭ) где а — относительная длительность импульса ШИМ при

3 =О.

В зависимостй от знака можно скорректировать кривизну характеристики в ту или другую сторону.

На фиг,З показано, что при увеличении тока относительная длительность импульса увеличивается, что соответствует знаку ".плюс" в вйражении (3) и. уменьшению вогнутости характеристики срабатывания..

Используя предлагаемое устройство для защиты генератора от перегрузки, можно получить значизель-, ные времена действия защиты без увеличения числа ячеек деления частоты, так как обычно не требуется большое время срабатывания, то имеется воэможность уменьшить коэффициент деления делителей частоты, уменыаая число элементов деления.

При этом снижается потребление от источника питания и повышается надежность устройства.

1100681

Фиг .2

1100681

Составитель T.Ùåãîëüêoâà

Техред M. Надь

Корректор Ю. Макаренко

Редактор Н.Горват

Заказ 4591/40 Тираж б14 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5 жшиал ППП "Патент", r, ужгород, ул. Проектная, 4