Устройство для защиты генератора и электрической системы от асинхронного режима синхронного генератора

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОТ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащее преобразо-; ватель напряжения датчика положения ротора генератора, преобразователь напряжения статора генератора, присоединенный к первому входу блока контроля угла, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьшения надежности выявления асинхронного режима и выбора управляющего воздействия в зависимости от его опасности для энергосистемы , в него введены преобразователь тока статора генератора, блок контроля модуля тока статора генератора, преобразователь напряжения шин станции, блок контроля .напряжения.шин станции, блок контроля напряжения датчика положения ротора, блоки коммутации входного и исполнительного сигналов, каждый из которых содержит три логических элемента 2 И-НЕ, причем выходы первого и второго логических элементов соединены с входами третьего логического элемента, блок выбора дополнительных управляющих воздействий, блок формирования сигнала отключения автомата гашения поля, блок формирования сигнала формирования сигнала форсировки источников реактивной i мощности, блок формирования сигнала разгрузки турбины, блок формирования СЛ сигнала отключения генератора, схема совпадения, расширитель импульсов, блок контроля угла состоит из логических элементов 2 И-НЕ и 3 И-НЕ, одновибратора, двух инверторов, причем первый выход преобразователя тока статора генератора присоединен :d к первому входу гТервого логического элемента блока коммутации входного сигнала, а его второй выход - к вхоо ю ду блока контроля модуля тока статора генератора, выход преобразователя напряжения шин станции присоединен к входу блока контроля напряжения шин станции, выход которого присоединен к первому входу блока выбора дополнительных управляющих воздействий , йервьй выход преобразователя напряжег ия датчика положения ротора соединен с первым вводом второго логического элемента 2 И-НЕ блока коммутации входного сигнала, а второй выход - с входом блока контроля напряжения датчика положения ротора,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

71 902 A (! 9) (! 1) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3681117/24-07 (22) 30.12.83 (46) 07.08.85. Бюп. У 29 (72) Б.3. Гамм, В.Ф. Тонышев и В.К. Халевин (71) Сибирский научно-исследовательский институт энергетики (53) 621.316.925:621.313.322(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)) 884025, кл. Н 02 Н 7/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 442546, кл . Н 02 Н 7/06,,1979.

Курилов В.Ф. Применение реле мощности и реле сопротивления в качестве датчиков асинхронного режима турбогенераторов при потере возбуждения. Электрические станции, 1975, Ф 5.

Авторское свидетельство СССР

У 395788, кл. Н 02 Н 7/06, 1970. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТ0РА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

OT АСИНХРОННОГО РЕЖИМА СИНХРОННОГО

ГЕНЕРАТОРА, содержащее преобразователь напряжения датчика положения ротора генератора, преобразователь напряжения статора генератора, присоединенный к первому входу блока контроля угла, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности выявления асинхронного режима и выбора управляющего воздействия в зависимости от его опасности для энергосистемы, в него введены преобразова" ель тока статора генератора, блок контроля модуля тока статора генератора, преобразователь напряжения шин станции, блок контроля (si)4 Н 02 3 3/24 Н 02 Н 7/06 напряжения. шин станции, блок контроля напряжения датчика положения ротора, блоки коммутации входного и исполнительного сигналов, каждый из которых содержит три логических элемента 2 И-НЕ, причем выходы первого и второго логических элементов соединены с входами третьего логического элемента, блок выбора дополнительных управляющих воздействий, блок формирования сигнала отключения автомата гашения поля, блок формирования сигнала формирования сигнала форсировки источников реактивной мощности, блок формирования сигнала разгрузки турбины, блок формирования сигнала отключения генератора, схема совпадения, расширитель импульсов, блок контроля угла состоит из логических элементов 2 И-НЕ и 3 И-НЕ, одновибратора, двух инверторов, причем первый выход преобразователя тока статора генератора присоединен к первому входу Первого логического элемента блока коммутации входного сигнала, а его второй выход — к входу блока контроля модуля тока статора генератора, выход преобразователя напряжения шин станции присоединен к входу блока контроля напряжения шин станции, выход которого присоединен к первому входу блока выбора дополнительных управляющих воздействий, первый выход преобразователя напряжения датчика положения ротора соединен с первым входом второго логического элемента 2 И-НЕ блока коммутации входного сигнала, а второй выход — с входом блока контроля напряжения датчика положения ротора, 11 первый выход которого соединен с вторым входом второго логического элемента. 2 И-НЕ блока коммутации входного сигнала и с вторым входом второго логического элемента

2 И-НЕ блока коммутации исполнительного сигнала, а второй выход соединен с вторым входом первого логического элемента 2 И-НЕ блока коммутации входного сигнала и вторым входом первого ло(Фческого элемента

2 И-НЕ блока коммутации исполнительного сигнала, выход третьего логического элемента 2 И-НЕ блока коммутации входного сигнала соединен с третьим входом логического элемента 3 И-HE и через инвертор с вторым входом логического элемента 2 И-НЕ блока контроля угла, а первым входом логического элемента 2 И-НЕ которого соединен выход преобразователя напряжения генератора, выход логического элемента

2 И-НЕ блока контроля угла подключен к первому входу логического элемента 3 И-НЕ и к входу одновибратора указанного блока, выход одновибра71902 тора через второй инвертор подключен к второму входу логического элемента 3 И-НЕ, выход логического элемента 3 И-HE блока контроля угла соединен с входом расширителя импуль- сов, выход которого соединен с первым входом второго 2 И-НЕ логического элемента блока коммутации исполнительного сигнала и с первым входом схемы совпадения, с вторым входом которой соединен выход блока контроля модуля тока статора генератора, а выход ее соединен с первым входом первого логического элемента 2 И-НЕ блока коммутации исполнительного сигнала, выход которого соединен с входом блока формирования сигнала отключения АГП, с входом блока формирования сигнала раз-: грузки турбины и с вторым входом блока выбора дополнительных управляющих воздействий, выход которого соединен с входом блока формирования сигнала форсировки источников реактивной мощности и с входом блока формирования сигнала отключения генератора.

20

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты синхронного генератора и электри.ческой системы от асинхронного режима генератора.

Целью изобретения является повышение надежности выявления асинхронного режима и выбора управляющих .воздействий в зависимости от его опасности для энергосистемы.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — векторная диаграмма контролируемых величин в асинхронном режиме, на фиг. 3 — диаграммы работы блоков коммутации входного и исполнительного сигнала, на фиг. 4 — диаграммы работы блока контроля угла.

Устройство содержит преобразова, тель 1 напряжения генератора, преобразователь 2 напряжения датчика

2 положения ротора, блок 3 контроля ° угла, преобразователь 4 тока статора генератора, блок 5 контроля модуля тока статора генератора, преобразователь 6 напряжения шин станции, блок 7 контроля напряженн -. шин станции, схему 8 совпадения, расширитель 9 импульсов, блок 10 контроля напряжения датчика положения ротора, блок t1 коммутации входного сигнала, блок 12 коммутации исполнительного сигнала, блок

13 выбора управляющего воздействия, блок 1 формирования сигнала . отключения автомата гашения поля (АГП), блок 15 формирования сигнала форсировки источника реактивной мощности (ИРМ), блок 16 формирования сигнала разгрузки турбины, блок

17 форсирования сигнала отключения генератора.

Выход блока преобразователя 1 напряжения связан с первым входом

1171902

35 блока 3 контроля угла, вход блока преобразователя 2 напряжения датчика, положения ротора связан с выходом датчика положения ротора, а первый выход преобразователя тока генератора и первый выход преобразователя 2 напряжения датчика положения ротора связаны с вторым входом блока 3 контроля угла посредством блока 11 коммутации входного сиг- 1О нала. Второй выход преобразователя

2 напряжения датчика положения ротора связан с блоком 10 контроля наггряжения датчика положения ротора. Второй выход преобразователя 15

4 тока генератора связан с блоком 5 контроля модуля тока. Выход блока 5 связан с вторым входом схемы 8 совпадения .

Преобразователь 6 напряжения шин станции через блок 7 контроля

20 напряжения шин станции связан с первым входом блока 13 выбора дополнительных управляющих воздействий, второй вход блока 13 связан

Z5 с выходом блока 12 коммутации испол. кительного сигнала. Выход блока 3 контроля угла связан со входом расширителя 9 импульсов, выход которого связан с первым входом схемы

8 совпадения и вторым входом блока

12 коммутации исполнительного сигнала, выход схемы 8 совпадения связан с первым входом блока 12. Первый выход блока 10 связан с третьим входом блока 11 и.третьим входом блока 12, а второй выход — с четвертым входом блока 11 и четвертым входом .блока 12. Выход блока 12 связан с вторым входом блока 13 выбора дополнительных управляющих воздей- 4О ствий и входами блоков 14 формирования сигнала отключения АГП и 16 формирования сигнала разгрузки турбины, выходы блока 13 связаны с входами блоков 15 формирования сиг- 4> нала форсировки HPM и 17 формирования сигнала отключения генератора.

Блок 3 контроля угла содержит логический элемент 2 И-НЕ 18, инвертор 19, одновибратор 20, инвертор

21, логический элемент 3 И-НЕ 22.

Блок 11 коммутации входного сигнала содержит трн логических элемента 2 И-НЕ 23-25, а блок 12 коммутации входного сигнала — три логических элемента 2 И-НЕ 26-28.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение статора генератора поступает на вход преобразователя

1 напряжения, с выхода которого в виде однополярных.импульсов поступает на первый вход элемента

2 И-НЕ 18 блока 3 контроля угла.

Напряжение с выхода датчика положения ротора поступает на вход преобразователя 2 напряжения датчика положения ротора, где осуществляется его фазовый сдвиг и, в случае необходимости — понижение частоты., С выхода блока 2 напряжение в виде однополярных импульсов поступает на вход блока 10 контроля напряжения датчика положения ротора. C другого выхода блока 2 со схемы понижения частоты .импульса поступают на второй вход блока 11 коммутации входного сигнала (первый вход элемента

2 И-НЕ 24). При наличии импульсов на входе блока 10 он выдает с первого выхода на третий вход блока 11 (второй вход элемента 2 И-НЕ 24) потенциал высокого логического уровня (фиг. 35 ), а со второго выхода на четвертый вход блока 11 (второй вход элемента 2 И-НЕ 23) потенциал низкого логического уровня (фиг. 3 g) . В этом случае с выхода элемента 23 на первый вход элемента 25 поступает потенциал высокого уровня (фиг. 7,3 g ), а с выхода элемента 24 на второй вход элемента 25 — инвертированные импульсы с выхода датчика положения ротора (фиг. 6 e ), которые инвертируются на логическом элементе 25, т.е. с выхода блока 11 поступают импульсы датчика положения ротора (фиг. 6ж ) на второй вход блока

3 контроля угла (вход логического элемента 19).

При асинхронном режиме генератора происходит прогрессирующее увеличение внутреннего угла между век-. тором ЭДС генератора и вектором на-. пряжения статора генератора.

Блок 3 контроля угла фиксирует возникновение асинхронного режима при SBH и и выдает сигнал через расширитель 9 импульсов на второй вход блока 12 коммутации исполнительного сигнала (первый вход элемента 8). Структура и алгоритм работы блока 12 идентична блоку 11 коммутации входного сигнала.

1171902

При исправном датчике положения ротора сигнал с блока 9 через блок 12 поступает на вход блоков формирования сигнала отключения

АГП 14, формирования сигнала разгрузки турбины 16 и блока 13 выбора дополнительных управляющих воздействий, а также сигнал "Асинхронный режим" на световое табло. Блок 14 10 осуществляет гашение поля генератора, чем существенно облегчает асинхронный режим за счет симметрирования ротора генератора. Блок 16 разгружает турбину до уровня, обеспе- 15 чивающего безопасную работу в асинI хронном режиме защищаемого генератора (например, до 0,4 Р ). Это снижает потребление реактивной мощности за счет уменьшения частотной 2п проводимости генератора, что способствует повышению уровня напряжения на шинах электростанции.

Блок 13 выбора дополнительных управляющих воздействий оценивает 25 опасность асинхронного режима для системы по уровню напряжения на шинах станции. Напряжение шин высокого напряжения станции поступает на вход преобразователя 6 напряже- ЗО ния шин станции, с выхода которого поступает на блок 7 контроля напряжения шин станции. При значительном снижении напряжения выдается сигнал на вход блока 13 выбора дополнительных управляющих воздействий, с выхода которого выдается сигнал на вход блоков формирования сигнала форсировки ИРИ 15 и формирования сигнала отключения генератора 17.

Временные уставки блоков 15 и 17 выбраны так, что сначала осуществляется форсировка ИРИ и только в том случае, если это не способствует восстановлению безопасного уровня напряжения на шинах станции, осуществляется отключение генератора от сети. При незначительном снижении напряжения устройство осуществляет лишь гашение поля, разгрузку турбины и выдачу сигнала "Асинхронный режим" на световое табло.

При неисправности датчика положения ротора с блока 10 контроля напряжения датчика положения ротора выдается сигнал низкого уровня на третьи входы блоков 11 и 12 (вторые входы элементов 24 и 27), а сигналы высокого уровня — на четвертые входы блоков 11 и 12 (вторые входы элементов 23 и 26), т. е. устройство переходит на контроль фазового угла . На первый вход элемента

2 И-НЕ 18, являющийся первым входом блока 3 контроля угла (фиг. 1 и 4), поступают импульсы с преобразователя 1 напряжения генератора, а на второй вход блока контроля угла через блок 11 поступают импульсы с преобразователя 4 тока генератора (фиг ° 4 о ), которые после инвертирования на инверторе 19 (фиг. 4 g ) поступают на второй вход логического элемента 18. На выходе логического элемента 18 во время совпадения импульсов высокого уровня формируется импульс низкого уровня (фиг. 4 g ), длительность которого

1 зависит от фазового сдвига между током и напряжением. Сформированный импульс поступает на первый вход логического элемента 3 И-НЕ 22 и одновременно запускает одновибратор

20, вырабатывающий импульс низкого уровня, длительность которого регулируется резистором, являющегося задатчиком уставки по углу. Импульс одновибратора (фиг. 4 ) ), инвертированный на инверторе 21 (фиг. 4 е )> поступает на второй вход логического элемента 22. На третий вход логического элемента 22 поступают импульсы преобразователя тока генератора 4. Импульс на выходе логического элемента 22 сформируется лишь в том случае, если длительность импульса одновибратора превышает длительность импульса на выходе логического элемента 18 и только при отстающем токе, что при подаче на входы блока 3 токов и напряжений в определенном. сочетании (например, 0сб и 1 ) свидетельствует о возникновении асинхронного режима.

Таким образом, блок контроля угла 3 фиксирует наличие асинхронного режима по увеличению фазового угла о примерно до 60 в сторону опережения тока и через расширитель 9 импульсов выдает сигнал на первый вход схемы 8 совпадения, на второй вход которой выдается сигнал с блока 5 контроля модуля тока, который разрешает дальнейшее прохождение сигнала в блок 12 коммутации испол7 11719 нительного сигнала только нри выполнении условия j Зсмк ) i 3 „! позволяет отстроиться от ложных срабатываний в режимах недовозбуждения и при J< ) q (J что исклю-, чает излишние неселективные сраба- . тывания при некоторых видах несимметричных замыканий и при глубоких синхронных качаниях.

При выполнении этих условий l0 сигнал проходит в блок 12 коммутации исполнительного сигнала и дальнейшая работа защиты происходит так же при контроле внутреннего угла 3„

Чтобы избежать перестройки устав- 15 ки блока контроля угла при переходе от контроля внутреннего угла S к контролю фазового угла q блок контроля угла фиксирует возникновение асинхронного режима при уменьше- 2п

02 нии угла между вектором статора

1 генератора (например Ц ) и втоСВ рым контролируемым вектором (например, A ) при контроле угла (f или .вектором напряжения датчика положения ротора, направление которого в нормальном режиме противоположно направлению вектора À .(фиг. 3), при контроле угла 3, меньше угла ространственное положение вектора напряжения датчика положения ротора задается фазовращателем преобразователя напряжения датчика положения ротора.При таком способе постройки защиты она фиксирует асинхронный режим при

S = 1М-)1aui Р l либо при

Cp = j90- g f — 90

Фий 1

P Arear

1171902

РотоРа неислроБаен

1171902 инВР е

Составитель К.Фотина

Редактор Н.Пушненкова Техред M.Лароцай i

Корр ектор Л . Пилип енко

Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5,Заказ 4897/46

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4