Устройство для защиты генератора переменного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее измерительный преобразователь напряжения , источник питания и последовательно включенные интегратор и пороговый блок, отличающееся тем. что, с целью повышения быстродействияи расширения функциональных возможностей устройства введены блок нелинейности, два ключа, нуль-индикатор и блок временной памяти, ёыход измерительного преобразователя напряжения подключен через блок нелинейности к входу интегратора, выход которого через нуль-индикатор подключен также к управляющему входу одного ключа, включенного между отрицательным полюсом источника питания и входом интегратора, выход порогового соединен с входом блока временной памяти , выход которого подключен к упг . равляющему входу другого ключа, включенного между положительным полюсом источника питания и входом указанного интегратора.

СООЗ СОВЕТСНИХ

«Ц«1Й М

РЕСПУБЛИК заю 02 Н 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

««ST«PC«OMV «ВИДЕТЙПЬ«ТВ«

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

re ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИй И ОТНРЫТИЙ (21) 3508602/24-07 (22) 05.11.82 (46) 07.08.84. Бюл. Ф 29 (72) Я.С. Гельфанд и В.Ш. Перельман (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. М., Энергия", 1976, с. 384.

2. Патент Японии У 51-49064, кл. Н 02 Н 7/06, 1970. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДНЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее измерительный преобразователь напряжения, источник питания и последовательно включенные интегратор и пороговый блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, ..SU„„ I I 0721 1 A что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей устройства введены блок нелинейности, два ключа, нуль-индика" тор и блок временной памяти, Выход измерительного преобразователя напряжения подключен через блок нелинейности к входу интегратора, выход которого через нуль-индикатор подключен также к управляющему входу одного ключа, включенного между отрицательньи полюсом источника питания и входом интегратора, выход порогового блока соединен с входом блока временной па" мяти, выход которого подключен к óï.равляющему входу другого ключа, вклю- I ченного между положительным полюсом источника питания и входом указанного интегратора.

1 1107

Изобретение относится к электротехнике и может быть испольэова»о для защиты синхронных генераторов от за- t мыканий на землю и ограничения индукции н магнитопроводе машины.

На гидроаккумулирующих электростанциях устанавливаются обратимые электрические машины генератор-двигатель, которые характеризуются частыми переходами из двигательного режима в генераторный и обратно. В результате, значительную часть времени занимает разворот машины от практически нулевого числа оборотов до номинального. Для этой цели используются тиристорные преобразователи частоты, поддерживающие при пуске генератора постоянство отношения напря жения 0 к частоте f с тем, чтобы не допустить превьш ения индукции в маг20

»итопроводе маши»ы выше максимальной величины. Укаэанные особые режимы работы обратимых генераторов накладывают и специфические требования на устройства релейной защиты таких машин.

Известно устройство максимальной защиты напряжения нулевой последователь»ости для защиты генератора или блока генератор-трансформатор от замыканий на землю, которое выполняется ЗО с использованием реле напряжения,вкпю ченного на выходе фильтра напряжения нулевой последовательности (13.

Указанное устройство не может быть использовано для защиты обратимых генераторов, так как чувствительность его во время частотного пуска машин будет недостаточна, поскольку необходимо принимать во внимание частоты, начиная с 0,2 — 1 Гц, когда напряже- 4О ние на генераторе составляет 0,01

0,02 от номинального.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержа-45 щее датчик напряжения гененатора, линейный дроссель, интегратор и пороговый блок (2).

Устройство работает следующим образом. 50

Если при синхронной скорости вращения ротора (номинальной частоте) повысится напряжение на выходе датчика напряжения или понизится частота, то возрастает ток, протекающий через 55 последовательна включенные линейный дроссель и обмотку порогового блока.

Когда значение этого тока превышает

211 2 ток уставки порогового блока, o» грабатывает и подает сигнал на отключение. выключателя и АГ11.

В общем случае, если напряжение на выходе преобразователя изменяется по гармоническому закону, ток У представляет собой сумму трех составляющих: пропорциональной входной величины, интеграла входной величины и апериодической слагающей, зависящей от момента изменения режима.

Если выбрать параметры дросселя, что «

0 с 05 (Lo 4 + 4) вх

: В=сопзС = U сп> где 0»с„- паРаметр срабатывания порогового блока;

 — индукция в стали.

Действие схемы, таким образом, основано на том, что высокодобротный дроссель (6 = w L / » велико) является интегрирующим элементом (2).

Однако при снижении частоты добротность дросселя снижаетс и соответственно снижается точность измерения отношения напряжения к частоте.

L1/f. Поэтому это устройство правильно работает только в узком диапазоне измерения частоты и, следовательно, не может быть использовано для защиты обратимых машин генератор-двигатель, Кроме того, пороговый блок должен иметь замедление и действии, определяемое длительностью протекания переходного процесса в схеме, чтобы исключить влияние апериодической составляющей.

Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты генератора переменного тока, содержащее измерительный преобразователь напряжения, блок питания и последовательно включенные интегратор и пороговый блок, введены .блок нелинейности, два ключа, нуль-индикатор и блок временной памяти, выход измерительного преобразователя напряжения подключен через блок нелинейности к входу интегратора, выход которого через нуль-индикатор

1107211 подключен также к управляющему входу одного ключа, включенного между отри. цательным полюсом источника питания и входом интегратора, выход порогоного блока соединен с входом блока временной памяти, выход которого подключен к управляющему входу другого ключа, включенного между положи::.— тельным полюсом источника питания и входом укаэанного интегратора.

На фиг ° 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений на выходах отдельных элементов.

Устройство (фиг.1) содержит измерительный преобразователь 1 напряжения нулевой последовательности генератора, к выходу которого через блок

2 нелинейности подключен интегратор

3. В качестве блока нелинейности может быть использована пассивная цепь, состоящая из двух параллельных ветвей, резистора и последовательно включенных диода и резистора. Основной вход первого ключа 4 подключен к отрицательному полюсу источника питания, а основной вход второго ключа 5 — к положительному полюсу источника питания, выходы обоих ключей соединены между собой и подключены к входу интегратора 3. В качестве ключей могут быть использованы полевые транзисторы. К выходу интегратора 3 подключены нуль-индикатор б и. последовательно соединенные пороговый блок 7 и блок 8 временной памяти.

Выход нуль-индикатора соединен с управляющим входом первого ключа, а выход блока временной памяти — с управляющим входом второго ключа.

Нуль-индикатор б срабатывает,когда полярность напряжения на выходе интегратора 3 изменяется с положи тельной на отрицательную. Срабатывание порогового блока 7 (изменение скачком напряжения на выходе) происходит, когда положительное напряжение на выходе интегратора превышает задан ный уровень, Блок 8 временной памяти срабатывает без замедления после срабатывания порогового блока, а возвращается после возврата порогового блока через заданное время, достаточное для действия выключателя.

Устройство работает следующим об" разом.

При отсутствии замыкания на землю напряжение нулевой последовательности на выходе измерительного пре5

50 образователя 1 как в пусковом, так и в установившемся режимах мало. При этом напряжение на выходе интегратора 3 недостаточно дпя срабатывания порогового блока 7, который вместе с блоком 8 временной памяти находится в положении до срабатывания. На выходе устройства отсутствует сигнал на отключение выключателя.

При возникновении замыкания на землю в произвольный момент времени в сети генераторного напряжения на выходе преобразователя 1 появляется напряжение нулевой последовательности (напряжение 3 U, фиг.2). Если замыкание на землю происходит в момент, когда напряжение 3 U имеет положио тельный знак, конденсатор в цепи обратной связи интегратора 3 начинает заряжаться, и на выходе интегратора начинает нарастать напряжение 0

После изменения полярности напряжения

30 указанный конденсатор начинает разряжаться, причем благодаря наличию блока 2 нелинейности скорость падения напряжения выше скорости его нарастания.

Блок нелинейности предусмотрен для того, чтобы при медленном изменении напряжения на выходе преобразователя

1 не было накопления заряда на конденсаторе в цепи интегратора. Благодаря блоку нелинейности напряжение U на выходе интегратора оказывается вблизи нулевого уровня в конце любого отрицательного полупериода напряжения 30Î, независимо от начальных условий. Когда напряжение U дости3 гает порога чувствительности Ц нульиндикатора б, он срабатывает и подает сигнал на управляющий электрод электронного ключа 4, который открывается и подключает отрицательное напряжение к входу интегратора. При этом напряжение на выходе интегратора 3 начинает расти, однако при очень небольшом положительном значении напряжения U, определяемом лишь разницей между напряжениями срабатывания и возврата, нуль-индикатор возвращается, электронный ключ 4 закры,вается, напряжение 0 начинает снижаться и процесс начинается сначала. В результате напряжение 0 на выходе интегратора до момента перехода напряжения 3 Ц через нуль имеет пилообразную форму кривой с очень небольшой амплитудой, определяемой на211

5 1107 пряжениями срабатывания и возврата нуль-индикатора.

В каждом из последующих полуперио-, дов интегрирование начинается с одних и тех же нулевых начальных условий, 5 определяющих наибольшую постоянную составляющую выходного напряжения, равную по значению амплитуде переменной составляющей.

Если амплитуда напряжения 0, рав- 1О ная удвоенной переменной составляющей, превышает параметр срабатывания порогового блока 7, он кратковременно сра ботает (напряжение U>, фиг.2) и вызовет срабатывание блока 8 временной памяти с напряжением U< на выходе.

При этом появится сигнал на отключение выключателя. Поскольку напря-жение 30 на выходе датчика прямо пропорционально, а амплитуда напряже- 20 ния U на выходе интегратора обратно пропорциональна частоте, чувствительность устройства по напряжению 3 0 о не зависит от частоты.

Следует отметить, что если напряжение 3Up достаточно велико, то пороговый блок 7 может сработать и в первый (неполный) положительный полупериод напряжения 30„.

Таким образом, благодаря тому, 30 что в отрицательный полупериод входного напряжения ЗU на выходе интегратора поддерживается примерно нулевой уровень, рабочий период наступает

J не позднее, чем через период текущей

35 частоты, и при частоте 0,5 Гц составляет 2 с, т.е. примерно в 5 раз меньше, чем у известного. Кроме того, так как предлагаемое устройство использует информацию только в положительный полупериод напряжения 30„ то принципиально можно еще в 2 раза снизить замедление, если применить второе аналогичное устройство, воспринимающее информацию в отрицательный полупериод напряжения 30 . Такое о использование изобретения обеспечивает повышение быстродействия устройства защиты примерно на порядок по сравнению с известным.

Для грубых устройств защиты возможно упрощение схемы: включение в обратную связь интегратора 3 диода вместо электронного ключа 4 и нульиндикатора 6. Тогда в отрицательный полупериод напряжения 3 U на выходе интегратора подцерживается пример но постоянное отрицательное напряжение, определяемое положительной ветвью вольт-амперной характеристики диода, причем это напряжение можно учесть при выборе напряжения порогового блока.

Технико-экономический эффект от внедрения изобретения определяется значительным повышением быстродействия, что резко повышает эффективность защиты генератора, а также расширением частотного диапазона, что дает возможность расширить функциональные возможности устройства.

ВНИИйИ Закаа 5771/39 Тираж 614 Поузисное