Устройство для защиты генератора от перегрева обмотки ротора

 

Использование: область релейной защиты и автоматики энергосистем, для защиты синхронной машины от перегрева обмотки ротора. Сущность изобретения: более полное использование перегрузочной способности синхронных генераторов, упрощение конструкции входного преобразователя Входной трансформатор постоянного тока, подключенный последовательно в цепи возбуждения, заменен на блок масштабирования напряжения и блок формирования сигнала пропорционального току возбуждения. Они соединены последовательно и подключены параллельно в цепи возбуждения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 Н 7/06, 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4881340/07 (22) 09.08.90 (46) 30.05.92,Бюл, N«20 (71) Ленинградский политехнический институт им, М.И.Калинина (72) В.K,Âàíèí, В,М,Неровний и В.Я«Шмурьев (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1319142,,кл. Н 02 Н 5/04, 1986, Авторское свидетельство СССР

Nl 11662244559900,, к л, Н 02 Н 5/04, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА QT ПЕРЕГРЕВА ОБМОТКИ РОТОРА

Изобретение относится к релейной защите и автоматике энергосистем и предназначено для защиты синхронной машины от перегрева обмотки ротора.

Известное устройство защиты от перегрева ротора, основанное на принципе интегральной зависимости характеристики выдержки времени, входным сигналом которому является ток возбуждения, и содержащее входное преобразовательное устройство, сигнальный, пусковой и интегральный органы, блок питания и трансформатор постоянного тока (ТПТ), через который устройство подключается в цепь возбуждения генератора..

Однако низкая точность ТПТ приводит к загрублению уставок, неполному использованию перегрузочной способности генератора и его ложному (преждевременному) отключению при допустимых перегрузках.

Кроме того, сложность конструкции и под. . Ж 1737608 А1 (57) Использование: область релейной защиты и автоматики энергосистем, для защиты синхронной машины от перегрева обмотки ротора, Сущность изобретения: более полное использование перегрузочной способности синхронных генераторов, упрощение конструкции входного преобразователя, Входной трансформатор постоянного тока, подключенный последовательно в цепи возбуждения, заменен на блок масштабирования напряжения и блок формирования сигнала пропорционального току возбуждения. Они соединены последовательно и подключены параллельно в цепи возбуждения, 1 ил. ключение ТПТ последовательно в цепь возбуждения снижает надежность цепей возбужденияия.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство защиты генератора от перегрузки обмотки ротора, содержащее блок входных преобразователей, подключенный к выходу измерительного ТПТ в цепи обмотки ротора, блок моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке, выполненного в виде последовательно соединенных перемножителем (квадратора) и блока усреднения (ФНЧ) и своим входом подключенный к выходу входных преобразователей, блока моделирования температуры в обмотке, подключенного к выходу блока моделирования сигнала, пропорционального тепловыделению в обмотке и содержащего сумматор, своим выходом подключенный к входу первого интегратора, выход которого через

1737608 блок обратной связи соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого является входом блока моделирования температуры в обмотке, блок экстраполяции температуры нагрева, своим первым вхо- 5 дом подключенный к входу сумматора, а вторым входом — к входу первого интегратора, блок коррекции уставок на срабатывание, своим входом подключенный к выходу блока моделирования температуры в обмот- 10 ке, и блок формирования выходных сигналов, первым входом подключенный к блоку коррекции уставок, вторым входом — к выходу первого интегратора, а третьим — к выходу зкстраполятора температуры в обмотке. 15

Первый интегратор выполнен нэ принципе аналого-цифрового интегрирования.

Однако зто устройство также характеризуется недоиспользованием перегрузочной способности и ложным отключением 20 генератора вследствие низкой точности измерительного ТПТ и снижением наде>кности в оезультате его применения.

Цель изобретения — повышение точности работы защиты и повышение надежно- 25 сти путем упрощения конструкции входного и реобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты генератора от перегрева обмотки ротора, содержащее блок 30 моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке, выполненного в виде последовательно соединенных перемножителя (квадратора) и блока усреднения сигнала (ФНЧ), блока 35 моделирования температуры в обмотке, подключенного к выходу блока моделирования сигнала, пропорционального тепловыделению в обмотке и содержащего сумматор, своим выходом подключенный к 40 входу первого интегратора, выход которого через блок обратной связи соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого является входом блока моделирования температуры в обмотке, блок зкстраполя- 45 ции температуры нагрева своим первым входом подключенный к выходу сумматора, а вторым входом — к выходу первого интегратора, блок коррекции уставок на срабатывание, своим входом. подключенный к 50 выходу блока моделирования тепловыделения в обмотке, и блок формирования выходных сигналов, первым входом подключенный к блоку коррекции уставок, вторым входом — к выходу первого интегра- 55 торэ, а третьим — к входу зкспраполятора температуры в обмотке, которые объединены в блок моделирования теплового процесса в обмотке ротора, дополнительно введены блок масштабирования напряжения возбуждения и блок формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (второй интегратор), причем блок масштабирования напряжения подключен параллельно обмотке возбуждения генератора, а его выход соединен с входом блока формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (представляющего собой второй интегратор), вход которого в свою очередь подключен к входу блока моделирования теплового процесса в обмотке ротора.

На чертеже представлена схема устройства, возможный вариант.

Нэ чертеже приняты следующие обозначения; генератор 1; обмотка 2 возбу>кдения генератора; блок 3 масштабирования напряжения; блок 4 формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (второй интегратор); блок 5 моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения, содержащего блок 6 перемножителей и блок 7 усреднения сигнала (ФНЧ); блок 8 моделирования температуры в обмотке, содержащий сумматор 9; первый интегратор (цифро- аналоговый) 10 и блок 11 обратной связи; блок 12 экстраполяции температуры нагрева; блок 13 коррекции уставок на срабатывание; выходной блок 14, Блоки 5, 8, 12, 13, 14 объединены в блок моделирования теплового процесса в обмотке ротора.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение в обмотке ротора 2 генератора 1 масштабируется преобразователем

"Напряжение-напряжение" 3, в качестве которого например, может быть использован резисторный делитель, поступает на схему

4 формирования сигнала, пропорционального току возбуждения, представляющего собой интегратор с цепью обратной связи.

Известно, что напряжение и ток возбуждения однозначно связаны выражением

3 did 0 lf

If = — — Mafd + — Lf+ гг if, 2 с1с с11 (1) где If — напряжение на обмотке возбу>кдения; ц — ток обмотки возбуждения; — индуктивность обмотки возбуждения;

rf — активное сопротивление обмотки возбуждения;

id — ток статора в координатах;

Mafd — ВЗЭИМОИНдуКтИВНОСтЬ ОбМОтОК ротора и статора, что позволяет выполнить моделирование, Для построения защиты от перегрузок током ротора первым слагаемым в напря>кении (1) можно пренебречь, так как в режи1737608 мах, близких к стационарным, die/dt стремится к нулю.

С учетом этого исходное выражение записывается следующим образом:

dif 5 — = — Vf — — If, (2)

d T Lf Lf

Решая уравнение (2), на выходе второго интегратора 4 имеем напряжение, пропорциональное току возбуждения, которое подается на вход блока моделирования тепловых процессов.

В основу работы блока моделирования теплового процесса в обмотке ротора положено следующее уравнение теплового состояния

ЛР= К, РЛО+с G (3) бт где Л P — мощность выделяемая в обмотке возбуждения (ВТ);

Кг — коэффициент теплоотуачи обмотки в охлаждающую среду, ВТ/см град;

F — поверхность охлаждения обмотки, см;

ЛΠ— превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды, град; с — удельная теплоемкость обмотки, Вт/кг град;

G — масс обмотки, кг; т — время, с, Сигнал с выхода блока формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (второй интегратор), поступает на блок формирования сигнала, пропорционального тепловыделению в обмотке ротора, состоящего из перемножителя (квадратора) 6 и блока 7 усреднения сигнала, Затем сигнал, пропорциональный мощности тепловыделения, поступает на вход блока 8 моделирования температуры в обмотке, где осуществляется решение уравне- 40 ния (3) с помощью сумматора 9, первого интегратора 10, выполненного на принципе цифроаналогового интегрирования, и блока

11 обратной связи.

Далее сигнал поступает на вход экстра- 45 полятора 12 температуры и выходной блок

14. На второй вход экстрополятора температуры поступает сигнал, пропорциональный. приращению температуры в выходе сумматора 9 блока 8 моделирования темпе- 50 ратуры. Выходом экстрополятора температуры является второй вход выходного блока

14. На третий вход выходного блока поступает сигнал с выхода блока 13 коррекции уставок, выходным сигналом которого явля- 55 ется сигнал, пропорциональный мощности тепловыделения в обмотке ротора.

На выходе выходного блока 14 формируют сигналы на возбуждение генератора и на отключение его от сети и гашение поля в зависимости от величины перегрузки.

Предлагаемое устройство позволяет увеличить перегрузочную способность генератора, повысить точность измерения, упростить схему подключения защиты в цепь возбуждения генератора и сохранить все достоинства прототипа, Потребность в подобных устройствах имеется при защите обмотки ротора синхронного генератора и других мощных синхронных машин. Предлагаемое устройство было промакетировано на интегральных микросхемах и испытано в лабораторных условиях, В установке использованы микросхемы серии К140, 561, 525, 572, 590. Проведенные испытания подтвердили ожидаемый эффект от работы защиты. В рамках выполнения НИР предполагается использовать предлагаемое устройство в комплексной системе защиты генератора.

Формула изобретения

Устройство для защиты генератора от перегрева обмотки ротора, содержащее блок моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке, выполненной в виде последовательно соединенных перемножителя и блока усреднения сигнала, блок моделирования температуры в обмотке, подключенный к выходу блока моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке, и содержащий сумматор, выходом подключенный к входу первого интегратора, выход которого через блок обратной связи соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого является входом блока моделирования температуры в обмотке, блок экстраполяции температуры нагрева, первым входом подключенный к выходу сумматора, а вторым входом — к выходу первого интегратора, блок коррекции уставки на срабатывание, входом подключенный к выходу блока моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения, блок формирования выходных сигналов, первым входом подключенный к блоку коррекции уставок на срабатывание, вторым входом — к выходу первого интегратора, а третьим — к выходу блока экстраполяции температуры нагрева, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем наиболее полного использования перегрузочной способности генератора и повышения точности, дополнительно введены блок масштабирования напряжения возбуждения и блок формирования сигнала, пропорционального току возбуждения, при этом вход блока масштабирования напряжения

1737608 ийИ

35

45

Составитель К.Шилан

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н.Король

Редактор С.Лисина

Заказ 1900 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 имеет клеммы для подключения параллельно обмотке возбуждения генератором, его выход соединен с входом блока формирования сигнала, пропорционального току воз5 буждения, выход которого подключен к входу блока моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения в обмотке.