Устройство для защиты синхронного генератора от тепловых перегрузок
Изобретение относится к релейной за щите и автоматике энертсистем и может быть использовано при построении защит мощных электрических машин от тепловых перегрузок, вызванных анормальными режи мами Цель изобретения - повышение надежности путем наиболее полного использо вания перегрузочных способностей генератора и повышение точности Это достигается гем, что устройство содержит блок входных преобразователей 1, фильтры 2- 4 симметричных составляющих, перемножите ли 5-10, фильтры 26-28, низкой частоты В устройство введены также блоки 29-31, экстраполяции температуры, соединенные с выходJMH сумматоров 13-15 и выходами интеграторов 16-18 соответственно, кото рые формируют упреждающий сигнал на отключение выключателя блока или разгрузку Выходные блоки устройства 23-25 формируют сигналы на отключение выключателя блока и остинов блока Блок 22 коррекции уставки, соединенный с выходом фильтра 26 низкой частоты и компараторами выходного блока 23, учитывает зависимость напряжения уставки от уровня тока обратной последовательности 1 з п ф-лы, 1 ил $ (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„1624590 А" (51)5 Н 02 Н 7/06, 5 04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ ТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4696073/07 (22) 20 03 89 (46 ) 30. 01.91. Ь юл. № 4 (7 l ) Jlf Hl.нградский поли гехнический институт им. М. И. Калинина (72) В. К. Ванин, С. Б. Ворохобин, Н. Ю. Косенко и В. Я. Шмурьев (53) 621.316.925 (088.8) (56) Коган Б. Я. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. М.: Физматгиз, 1963.
Авторское свидетельство СССР № 1029309, кл. Н 02 Н 7/06, 1981.
Авторско свидетельство СССР № 1163410, кл. Н 02 Н 7/06, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАШИТЬ! СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ ТЕПЛОВЫХ ПЕРЕГРУЗОК (57) И обретение относится к релейной защите и автоматике энергосистем и может быть использовано при построении защит мощных электрических машин от тепловых
2 перегрузок, вызванных анормальными режимами. Цель изобретения — повышение надежности путем наиболее полного использования перегрузочных способностей генератора и повышение точности. Это достигается гем, что устройство содержит блок входных преобразователей 1, фильтры 2--4 симметричных составляющих, перемножители 5 — 10, фильтры 26 — 28, низкой iастоты.
В устройство введены также блоки 29 — 31, экстраполяции температуры, соединенные с выходами сумматоров 13 — 15 и выходами интеграторов 16 18 соответственно, которые формируют упреждающий сигнал на отключение выключателя блока или разгрузку.
Выходные блоки устройства 23 — 25 формируют сигналы на отключение выключателя блока и ост нов блока. Блок 22 коррекции уставки, соединенный с выходом фильтра
26 низкой частоты и компараторами выходного блока 23, учитывает завис имость напряжения уставки от уровня тока обратной последовательности. з.п.ф-лы, 1 ил.
1624590
На чертеже представлена структурная схе- 10
20 з
Изобретение относится к релейной защите и автоматике энергосистем и предназначено для защиты активных частей генератора (обмоток ротора и статора, бочки ротора) от тепловых перегрузок при возникновении анормальных электрических режимов.
Целью изобретения является повышение надежности путем наиболее полного использования перегрузочных способностей генератора и повышение точности измерения. ма устройства для защиты генератора от тепловых перегрузок.
Устройство содержит блок 1 входных преобразователей, подключенный входами к выходам измерительных трансформаторов тока в цепях обмоток статора и ротора и трансформаторов напряжения н цепи обмотки статора, три фильтра 2 — 4 симметричных составляющих, входы первых двух из которых подключены к первому выходу блока 1 нходных преобразователей, а вход третьего соединен с третьим выходом этого же блока, шесть перемножителей 5 — 10, входы первого 5, второго 6 и четвертого 8 перемножителей подключены к выходам первого 2, второго 3 и третьего 4 фильтров симметричных составляющих соответственно, вход третьего перемножителя 7 — к второму выходу блока входных преобразователей, первый вход пятого перемножителя 9 соединен с выходом второго перемножителя 6, а второй его вход — — с выходом функционального преобразователя 11 температура — сопротивление, первый нхоп шестого перемножителя 10 соединен с выходом третьего перемножителя 7, а второй его вход —— с выходом второго фу нкционального преобразователя 12 температура сопротивление, три сумматора 13 — 15, три триггера-интегратора 16- — 18, три блока 19 — 21 обратной связи, блок 22 коррекции уставки и три выходных блока 23 — 25, причем выход первого сумматора 13 соединен с входом первого интегратора 16, выход второго сумматора 14 — с входом второго интегратора 17, выход третьего сумматора 15 — с входом второго интегратора 17, выход третьего сумматора 15 — с входом третьего интегратора 18, а выходы интеграторов 16 — 18 соединены с первыми входами первого 23, нторого 24 и третьего 25 выходных блоков и с входами первого 19, второго 20 и третьего 21 блоков обратной связи соответственно, кроме того, выход второго интегратора .17 соединен с входом первого функционального преобразователя 11 темперагура с опротивление, выход третьего интегратор,. 18 с входом второго функциопальпого преобразователя 12 температура— сопротивление, выходы первого 19, второго
20 и третьего 21 блоков обратной связи
IIîäê÷þ÷åны к первым входам первого )3, второго 14 и третьего 15 сумматоров соотнстсTBf. IIIIî, и вторым входам которых поl25
55 ключен выход шестого перемножителя 10, три фильтра 26 — 28 низкой частоты и три экстраполятора 29 — 31 температуры, состоящих каждый из двухвходового сумматора
32 и блока 33 задания интервала экстраполяции, вход первого фильтра 26 соединен с выходом первого перемножителя 5, его выход — с третьими входами сумматоров
13 — 15 и входом блока 22 коррекции уставки, вход второго фильтра 27 соединен с выходом пятого перемножителя 9, а его выход — с четвертыми входами сумматоров
13 — 15, ахоп третьего фильтра 28 соединен с выходом четвертого перемножителя 8, а
его выход — с пятыми входами сумматоров 13 в 15, выходы двухвходовых сумматоров 32, первого 29, второго 30 и третьего 31 экстраполяторон температуры подключены к вторым входам первого 23, второго 24 и третьего 25 выходных блоков соответственно, первые входы днухвходовых сумматоров 32 соединены с выходами первого 16, второго 17 и третьего 18 интеграторов соответственно, вторые их входы -- с выходами блоков 33 задания интерналон экстраполяции, входы которых соединены с входами первого 16, второго 17 и третьего !8 интеграторов соответственно, а входы задания уставки первого выходного блока 23 с выходом блокг
22 коррекции устанки. Каждый из интеграторов 16 — 18 устройства содержит преобразователь 34 напряжение частота и цифроаналоговый интегратор 35, причем преобразователь напряж.ние--частота состоит из управляемого интегратора 36, трех компараторов 37-39 и элемента ИЛИ 40, а цифроаналоговый интегратор 35 включает в себя счетчик 41 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 42 и сумматор 43, выход управляемого интегратора 36 соединен с входами трех компараторов 37 — 39, выход первого компаратора 37 подключен к входу направления счета счетчика 41 импульсов, а выходы второго и третьего компараторов 38, 39 через элемент ИЛИ 40 соединены со счетным входом счетчика 41 импульсов и управляющим входом управляемого интегратора 36, а выходы счетчика 41 подключены к входам цифроаналогового преобразователя 42, выход которого соединен с вторым входом сумматора 43, первый вход которого соединен с выходом управляемого интегратора
36, а выход — — с первым входом выходного блока 23.
В состав предлагаемого устройстна вхо дят три канала: канал защиты бочки ротора, к нал зашиты обмогок статора, канал защиты обмоток ротора и схема формирования мощности потерь н стали статора.
Устройство работает следующим образом.
Поскольку работа каналов защиты аналогична, рассмотрим н качестве примера канал зашиты бочки ротора.
1624590
15 и,.(c)„=:.ф i
E.С
55
Синусоидальный сигнал, пропорциональный току обратной последовательности статора, с выхода фильтра 2 симметричных составляющих поступает на входы перемножителя 5, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный квадрату тока обратной последовательности, который подается на фильтр 26 низкой частоты, где выделяется постоянная составляющая, поступающая на третий вход сумматора 13, на второй вход ко орого подается сигнал с перемножителя 10, учитывающий влияние нагрева обмоток ротора на нагрев бочки ротора, на четвертый вход — сигнал с выхода фильтра 27 низкой частоты, учитывающий влияние нагрева обмоток статора на нагрев бочки ротора, на пятый вход— сигнал с выхода фильтра 28 низкой частоты, пропорциональный мощности потерь в стали статора, причем первый вход сумматора соединен с цепью обратной связи, учитывающей охлаждение бочки ротора. Таким образом, на выходе сумматора 13 формируется напряжение, пропорциональное квадрату тока обратной последовательности с учетом взаимного теплового влияния активных частей генератора и влияния сопротивления при изменении температуры. Этот сигнал поступает на вход интегратора 16, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный превышению температуры бочки ротора.
Для реализации упреждающего воздействия (попытки приостановить перегрев генератора путем отключения его от сети, которая может быть источником токов обратной последовательности) необходимо сформировать управляющий сигнал, чтобы при неуспешном исходе этого мероприятия перегрев генератора к моменту его останова не превысил допустимого предела. Так как скорость нагрева активной части машины зависит от величины входного возмущения, т. е. является величиной случайной, то осуществление воздействия из расчета наиболее высокой скорости нагрева будет приводить к заведомому недоиспользованию перегрузочных способностей машины.
1lредставляется целесообразным экстраполировать процесс нагрева на интервал времени, достаточный для успешного осуществления упреждающего воздействия, т, е. формировать упреждающий сигнал в момент, когда экстраполированное значение температуры достигнет предельно допустимой величины. Это выполняется при реализации следующего условия: е,+л — „, =e, ае, где О, — текущее превышение температуры бочки ротора над температурой охлаждающей среды, град;
0 о„допустимое превышение температуры бочки ротора, град;
Л1 — интервал экстраполяции, с.
6
В предлагаемом устройстве эта задча решается в блоке 29 экстраполяции н вы одном блоке 23.
Решение дифференциального уравнения, описывающего тепловой процесс, осуществляется приведением его к интегральному, т. е. методом понижения порядка старшей производной. Таким образом, на выходе интегратора 16 формируется сигнал, поопорциональный моделируемой величине Н а его входным сигналом будет сигнал, пропорциональный производной по времени ав от этой величины, т. е. . Левая часть уравнения реализуется экстраполятором 29. причем блок 33 задания интервала экстраdOTcx поляции формирует величину At сМ которая затем складывается с 0 па двух входовом сумматоре 32. Второй компаратор выходного блока 23 осуществляет сравнение экстраполированного значения температуры с предельно допустимым и формирует упреждающий сигнал на отключение выключателя блока, а первый ком паратор сравнивает текущее превышение температуры с предельно допустимым и формирует сигнал на останов блока.
Для воспроизведения реальной вр мятоковой характеристики устройство отражает зависимость ABy©. — — f(AP), т. е. содержит блок коррекции А8 в зависимости от интенсивности тепловыделений в контролируемом элементе машины, а определение ty осуществляется по полному уравнению нагрева.
Характеристика блока коррекции уставки определяется исходя из времятоковой характеристики, задаваемой заводом-изготовителем. Блок 22 коррекции уставки в соответствии с уровнем l изменяет напряжение на входах задания уставки первого и второго компараторов выходного блока 23.
Для повышения точности измерения интеграторы 16, 18, 19 выполнены в виде преобразователя 34 напряжение-частота и цифроаналогового интегратора 35. Сигнал, пропорциональный квадрату тока обратной последовательности с учетом взаимного теплового влияния активных частей генератора сопротивления при изменении температуры, с выхода сумматора 13 поступает на управляемый интегратор 36, на выходе которого формируется напряжение
В зависимости от знака сигнала на его выходе компаратор 37 формирует напряжение, которое управляет направлением счета счетчика 41. Если преобладает нагрев машины, то сигнал компаратора 37 переводит счетчик 41 в режим счета «+», т. е. при поступлении на его счетный вход импульсов двоичное число на выходе увеличивается.
1624590
Если уровень тока обратной последовательности снизился и.пи достиг нуля, то сигнал обратной связи из блока 19, имеющий знак, противоположный всем другим, пришедшим на входы сумматора 13, изменяет знак t!3нряжения на выходе управляемого интегратора 36, что соответствует появлению на выходе компаратора 37 напряжения, переводящего счетчик 41 в режим счета « — », т. с. двоичное число I!3 его выходах уM(. íüшается, что моделируе1 охлаждение (fiep3тора. Импульсы, поступающие lid счетный вход счетчика 41, формируютсн кол!Нагзторал<и 38 и 39, включенными чсрсз )леменг
ИЛИ 40, т. е. вне зависимости от знака на вы оде управляемого интегратора 36 Н3 OHåòный вход счетчик,! 4! поступают импульсы.
Эти же Hviiy13h(ht ii(pIIOgHac:-cкн обнуляют управля«мый интегратор 36.. 13013÷ное число с выходов счетчика 41 н<>ступа(т на входы цифрс)ана по! Ов<н о нрсобразов>(т с(я 42, на выходе HoTOpol О формируется нронорцион»льный аналоговый OIH.Н»л, который суммируется c выхо.(ным Oигналол! уllpdBляемиго
I3tITc! piIT0p;t 36 и подается >I;i п(рный компар»тор выходного блока 23.
13ынолн(ние и р»<>ОТ3 интегp»TOpOB 16
l8 tl3 ана 1010-цифроном принципе позволяет
). М(!i(. ("ГН()i НО УB(. .1 ИЧ ИТЬ В <ЭЕМ Я МОД(Л И POНdн И Я процесс» H»ãðñB» генератора !i нс <ре)(з,являть высоких требований и кач(с!Ну смкос и
С интегp;ITOpd 36. (то н целом IIOBbilH»() точнс)сть модслиров(!ния.
Таким образом, изобр(т(.Hite It <(> )(>.><<у.>а «зоб(>(r< н«я 1 . Ус трОистн(> .1.1vi 33 н(ит ы Iill xp0111!0! О г HQp»T<>p;I OT тен.<оных псрсгру 3ок, содерж 3 !цсе блок !3 ход н ых преобра 30Е33 Teлей, по;(ключенный входами к выходам измерительfihiv грансформаторон ток». предназначенных для установки в п(пях об; оток <.T»TOp» и ротор» и напряжсния B цепи обмотки T»ТОР», ТРИ QII )if)TP» < ИМ МЕТ()И Н ЫХ OCT(! IIляющих, Iix<>i(û первы двух и.< к<а орых ПОДКЛК)Ч(lihl и П(РВОЛI ) (3ЫХО I)r 0,1ОК» НХОД НЫХ !IPC 06)Pri:(ОВ» Г(.И й, » BX01, тР(тЬСГО COE,(I11! t. fl (Tpc Гни м вы хо, (Ом э1 <)I О ж<) блок ll<. Рви(О. Б1 И(>ОГО Н ГР(ТЬЕI О ф;1, Bt lx0дом IlUpB0I о функционал(,IIO! и преобр;1зов;)тс..!я температуп > сонротив.и ние, н< рвый вход шест >г0 псремножитсзя соединсн с выходом третьегo перемножителя,;! BTOрым входам первого, второго и гретьего выходных блоков соответственно, первые входы первого, второго и третьего двух1<хо (OBt)lx ()ë1ìàòîðîí СО(. ;(инс ны с Вь!ХОдами первого, второго и третье(о интегра45 т()ров соответственно, вторые входы первого, второго и третьего двухвходовых сумм»горов — с выходами первого, второго и <ретьсго блоков задания интервалов экстраполяции, входы которь х с вхО!1355 I3 ?0 35 рой вход соединен с выходом второго функционального преобразователя температурасопротивление, три сумматора, три интегратора, три блока обратной связи, блок коррекции уставкн и три выходных блока, при этом выход первого сумматора соединен с в.ходом первого интегратора, выход второго сумматора — с входом второго интегратора, выход третьего сумматора -- с входом третьего интегратора, 3 выходы интеграторов соединены соответственно с первыми входами первого, второго и третьего выходных блоков и с входами первого, второго и третьего блоков обратной связи соответственно, выход второго интегратора соединен с входом первого функциона lhHol преобразователя температура †сопротивление, выход третьего интегратора соединен с входом второгu функционального преобр».3овс)тепя температура †-сопротивление, Bhi.:оды первого, второго и третьего блоков обратной связи подключены к первым вхо,!ам первого, второго и третьего суммат,рин соответственно. к взорым входам которых подключен выx0;(шестого перемножиTt.Iÿ, (>тлпчающееея тем. что, с целью пон<,!И<ения надежности путем наиболее полногО использования перегрузочных способносз(й генератора, повышения точности, в (инги введень> три фильтры низкой частоты И ГРИ ЭКСтР3! ОЛЯТОР3 ТеМПЕР»ТУРЫ, СОСТОЯIll H(к»ждый из двух(!ходового сумматора и блока задания ин!(pf ала экстраполяции, при этом вход первого фильтра соединен с вы Bx((0At блока корр(кции ус. авок, вход второI i) фИ.1 ЬТ))d ). ОЕДИН(. Н (ВЫХОДОМ ПЯТОГО персмножитсля, 3 его выход — с четвертыми вход" ми сумматоров, вход третьего фильтра соединен с выходом чствертого 1(ерсмножителя, е! о выход — с (ятыми вхо.(ами сумматоров, выходы двухвходовых сумматоров первого, второго и третьего экстраl1<>ляторов температуры подключены к ВТоми нерво! о, второг<з и третьего интеграторов соответственно, а входы задания уставки псрного выходног0 блока с выходом блока КО()Р(".Кl(И,! УСТ»ВКИ. 2. Устройство по и 1, <>гличающееея гсм, чт< каждый интегратор содержит преобразои;! (ель напряжение — частота и цифроанало Оный интегратор, при этом прсобразоваI,Ib напряжение--частота OîñòOèò из vllpdBлясмо!о интегратора, трех компараторон и 1624590 Составитель К. Шилан Техред А Кравчук Корректор Л. Пилипенко Тираж Подписное Редактор А. Маковская :Закал 197 ВНИИПИ Голдарственного комитета по изобретениям и открмтиям ври ГКНТ С (.Ð! l3035, Москва, Ж--35, Раушская наб., д. 4 5 Производственно издательский комбинат «Патент», г У кгород. ул. Гагарина, 1о! 9 элемента ИЛИ, а цифроаналоговый интегратор включает в себя счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь и сумматор, при этом выход управляемого интегратора соединен с входами трех компарвторов, выход первого компаратора подключен к входу направления счета счетчика импульсов, а выходы второго и третьего компараторов через элемент ИЛИ соединены со счетным входом счетчика импульсов и î управляющим входом управляемого нн. < гратора, а выходы счетчика подключегп к входам цифроаналогового преобразов;,те.. я, выход которого соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого соединен с выходом управляемого интегратора, вг!ход — с первым входам выходного блока, а вход каждого интегратора является Входом управляемого интегратора своего преобразователя напряжения — частотьь
