Способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора



Способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора
Способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора
Способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора

 


Владельцы патента RU 2546131:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты синхронных электрических машин от витковых замыканий обмотки ротора. Задачей изобретения является предотвращение отключений синхронной электрической машины при внешних переходных процессах. Способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора заключается в том, что измеряют индукцию магнитного поля в двух точках торцевой зоны, которые смещены вдоль воздушного зазора на расстояние, кратное полюсному делению. Результаты измерения сравнивают между собой, определяют их разность А. В течение предварительно заданного времени сравнения проверяют выполнение неравенства

А>B,

где В=kОТС·А1,

где kОТС - коэффициент отстройки,

А1 - постоянная составляющая, измеренная в нормальном режиме работы синхронной электрической машины.

Если это неравенство выполняется, то формируют сигнал на гашение магнитного поля ротора и отключение синхронной электрической машины от сети. Технический результат: предотвращение ложных срабатываний защиты синхронной электрической машины при внешних переходных процессах. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и предназначено для защиты синхронных электрических машин от витковых замыканий обмотки ротора.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора [KZ 5381 А4, МПК Н01Н 7/06, опубл. 1997], заключающийся в измерении индукции магнитного поля в торцевой зоне, по которой судят о возникновении виткового замыкания для формирования отключающего сигнала.

Этот способ обладает недостаточной чувствительностью из-за того, что в нем определяют несимметрию обмотки ротора и статора. Однако несимметрия обмотки ротора возникает при витковом замыкании, а несимметрия обмотки статора - при колебаниях в электрической сети, что вызывает ложное срабатывание.

Известен способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора [KZ 21247 А4, МПК Н02Н 7/08 (2006.01), Н02K 11/00 (2006.01), опубл. 15.05.2009], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в измерении индукции магнитного поля в торцевой зоне в двух точках, которые смещены вдоль воздушного зазора на расстояние, кратное полюсному делению торцевой зоны. Результаты измерения сравнивают между собой, и если их разность превысит установленную величину, то формируют сигнал на гашение магнитного поля ротора и отключение машины от сети.

Недостатком известного способа является ложное срабатывание при внешних переходных процессах.

Задачей изобретения является предотвращение отключений синхронной электрической машины при внешних переходных процессах.

Поставленная задача решена за счет того, что способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора, так же как в прототипе, заключается в измерении индукции магнитного поля в двух точках торцевой зоны, которые смещены вдоль воздушного зазора на расстояние, кратное полюсному делению, результаты измерения сравнивают между собой, определяют их разность А и формируют сигнал на гашение магнитного поля ротора и отключение синхронной электрической машины от сети.

Согласно изобретению предварительно задают время сравнения, а формирование сигнала на гашение магнитного поля ротора и отключение синхронной машины от сети производят при выполнении неравенства в течение времени сравнения

А>B,

где В=kОТС·А1,

где kОТС - коэффициент отстройки,

А1 - постоянная составляющая, измеренная в нормальном режиме работы синхронной электрической машины.

За счет учета апериодической слагающей тока короткого замыкания в течение времени сравнения выполняется неравенство А>B при внешних переходных процессах.

Такой способ позволяет предотвратить ложное срабатывание защиты синхронной электрической машины при внешних переходных процессах за счет учета апериодической слагающей тока короткого замыкания и производить ее отключение только при возникновении витковых замыканий в роторе.

На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора.

На фиг. 2 приведены осциллограммы ЭДС в аварийном режиме работы синхронной машины при витковом замыкании в обмотке ротора, где а) - полученные от первого датчика индукции магнитного поля, б) - от второго датчика индукции магнитного поля, в) - от блока сравнения; кривая 1 - с обмотки статора, кривая 2 - с обмотки ротора, кривая 3 - полученная от блока выделения постоянной составляющей А в безаварийном режиме работы синхронной электрической машины, кривая 4 - установленная величина В, определяемая из выражения В=kОТС·А1,

На фиг. 3 представлены осциллограммы ЭДС в безаварийном режиме: где а) - полученные от первого датчика индукции магнитного поля, б) - от второго датчика индукции магнитного поля; где кривая 1 - с обмотки статора, кривая 2 - с обмотки ротора; в) - кривая 3, полученная от блока выделения постоянной составляющей А в безаварийном режиме работы синхронной электрической машины, кривая 4 - установленная величина В, определяемая из выражения В=kОТС·А1, кривая 5 - полученная от блока выделения постоянной составляющей А в переходном режиме работы синхронной электрической машины.

Заявленный способ может быть осуществлен с помощью устройства (фиг. 1), содержащего первый датчик индукции магнитного поля 1 (ДИМП1), установленный в торцевой зоне синхронной электрической машины, и второй датчик индукции магнитного поля 2 (ДИМП2), установленный на расстоянии полюсного деления от первого датчика индукции магнитного поля 1 (ДИМП1) в торцевой зоне синхронной электрической машины. К выходам датчиков индукции магнитного поля 1 (ДИМП1) и 2 (ДИМП2) последовательно подключены блок сравнения 3 (БС), блок выделения постоянной составляющей А 4 (БВПС) и блок формирования отключающего сигнала 5 (БФОС), который связан с выключателем, подключающим машину к сети (не показано на фиг. 1).

В качестве датчиков индукции магнитного поля 1 (ДИМП1) и 2 (ДИМП2) могут быть использованы индукционные датчики магнитного поля 1GT101DC производителя HONEYWELL. Блок сравнения 3 (БС), блок выделения постоянной составляющей 4 (БВПС) и блок формирования отключающего сигнала 5 (БФОС) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя amtel AT89S53.

Для проверки работоспособности предложенного способа защиты синхронной электрической машины от виткового замыкания обмотки ротора в нормальном состоянии первый датчик индукции магнитного поля 1 (ДИМП1) установили в торцевой зоне синхронной электрической машины ГАБ-4Т/230, с полюсным делением τ=1…р, где 2 p = 2 , n c = 3000 об/мин. Второй датчик индукции магнитного поля 2 (ДИМП2) установили на расстоянии полюсного деления nτ, где n - число полюсного деления (n=2, τ=3) от первого датчика индукции магнитного поля 1 (ДИМП1) в торцевой зоне синхронной электрической машины. В блоке 4 (БВПС) задали время сравнения t1=0,04 с, в течение которого выполнялось неравенство:

А>B,

где В - установленная величина, В=kОТС·А1,

kОТС - коэффициент отстройки, kОТС=1,3÷1,5,

А1 - постоянная составляющая, измеренная в нормальном режиме, А1=1,3.

Датчиками индукции магнитного поля 1 (ДИМП1) и 2 (ДИМП2) измерили индукцию магнитного поля.

Если произошло витковое замыкание обмотки ротора электрической синхронной машины, то его магнитодвижущая сила уменьшается. В датчиках индукции магнитного поля 1 (ДИМП1) и 2 (ДИМП2) от токов в обмотках статора индуцируются электродвижущие силы, равные по величине, но обратные по знаку (фиг. 2, а), б) - кривая 1). В тоже время обмотка ротора из-за разности магнитодвижущих сил полюсов индуцирует электродвижущие силы в датчиках индукции магнитного поля 1 (ДИМП1) и 2 (ДИМП2) с разными по величине полуволнами (фиг. 2, а), б) - кривая 2). В блоке сравнения 3 (БС) сравнивают между собой результаты измерения первого 1 (ДИМП1) и второго 2 (ДИМП2) датчиков индукции магнитного поля. В блоке выделения постоянной составляющей 4 (БВПС) из разности сравнения индукций магнитного поля в двух точках торцевой зоны выделяют постоянную составляющую А (фиг. 2, в) - кривая 3), и она в нашем примере на промежутке времени сравнения t1=0,04 с оказалась больше величины В (на фиг. 2, в) - кривая 4), то есть выполнено неравенство А>B, и блок формирования отключающего сигнала 5 (БФОС) сформировал сигнал на гашение магнитного поля ротора и отключение машины от сети.

В произвольном эксплуатационном режиме работы синхронной электрической машины в обмотках статора и ротора индуцируются электродвижущие силы, равные по величине, но обратные по знаку (фиг. 3, а) и б) - кривые 1, 2). Это обусловлено тем, что магнитодвижущие силы полюсов, как обмоток статора, так и обмоток ротора, равны между собой и отключающий сигнал не формируется (на фиг. 3, в) - кривая 3 ниже кривой 4), и заданное неравенство не выполняется, так как в течение времени сравнения t1 оказалось B>А.

При переходном режиме синхронной электрической машины в блоке выделения постоянной составляющей 4 (БВПС) формируется постоянная составляющая А, которая со временем затухает (фиг. 3, в) - кривая 5), и ее время затухания меньше времени сравнения t1 (фиг. 3, в) - кривая 4), и сигнал на отключение синхронной электрической машины не подается. Таким образом, не происходит ложное срабатывание защиты при внешних переходных процессах.

Способ защиты синхронной электрической машины от витковых замыканий обмотки ротора, включающий измерение индукции магнитного поля в двух точках торцевой зоны, которые смещены вдоль воздушного зазора на расстояние, кратное полюсному делению, результаты измерения сравнивают между собой, определяют их разность А и формируют сигнал на гашение магнитного поля ротора и отключение синхронной электрической машины от сети, отличающийся тем, что формирование сигнала на гашение магнитного поля ротора и отключение синхронной машины от сети производят при выполнении неравенства в течение предварительно заданного времени сравнения
А>B,
где В=kОТС·А1,
где kОТС - коэффициент отстройки,
А1 - постоянная составляющая, измеренная в нормальном режиме работы синхронной электрической машины.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение селективности защиты.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите синхронных генераторов, и может быть использовано на электрических станциях для защиты синхронных генераторов от замыкания обмотки возбуждения на землю в одной точке, а также для контроля сопротивления изоляции.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах, системах электроснабжения, электрических сетях при управлении режимами работы синхронных электрических машин (генераторов, двигателей), включенных в электрическую сеть, для контроля запасов и предотвращения нарушений устойчивости параллельной работы.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах. Технический результат заключается в повышении эксплуатационного ресурса обмотки статора и уменьшении времени отключения обмоток магнитоэлектрического генератора при коротком замыкании, благодаря разделению каждой обмотки магнитоэлектрического генератора на части: правую и левую посредством блока защит.

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к приводной системе с выпрямителем тока привода, синхронной электрической машине с постоянным возбуждением и управляющим устройством.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании электромашинных систем генерирования электроэнергии, предназначенных для электрооборудования летательных аппаратов и других автономных объектов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических генераторных системах для ограничения тока генератора. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты автоматического регулятора напряжения от противоэлектродвижущей силы, создаваемой реакцией арматуры электрогенератора при подсоединении к нему фазоопережающей нагрузки.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к технологическому контролю мощных генераторов, и может быть использовано на электростанциях для защиты от увлажнения изоляции электрических цепей генераторов.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности. Согласно способу измеряют (301, 501) напряжение (Va, Vb, Vc) каждой фазы, по меньшей мере, на одном каждом выводе и ток (Ia, Ib, Ic) каждой фазы через этот вывод; определяют (302, 305, 306, 502-506), подвергается ли синхронный генератор внутренней неисправности в любой из его фаз. Определение включает в себя: преобразование (302, 502) измеренных фазных токов (Ia, Ib, Ic) и измеренных фазных напряжений (Va, Vb, Vc) в симметричные токи (I1, I2, I0) последовательности и симметричные напряжения (V1, V2, V0) последовательности соответственно. Способ дополнительно включает в себя этапы, на которых контролируют (305, 505), по меньшей мере, одну из следующих переменных: остаточное напряжение (ΔV2) отрицательной последовательности; остаточное напряжение (ΔV0) нулевой последовательности; полное сопротивление (Z2C) связи отрицательной последовательности; полное сопротивление (Z0C) связи нулевой последовательности, причем каждую из этих переменных вычисляют исходя из симметричных составляющих (I1, I2, I0, V2, V0) последовательности и, по меньшей мере, одного удельного полного сопротивления (Z00, Z22) генератора; и определяют (306, 504, 506), подвергается ли синхронный генератор неисправности обмотки или нет, исходя из вычисления, по меньшей мере, одного остаточного напряжения (ΔV0, ΔV2) или полного сопротивления (Z2C, Z0C) связи. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх