Устройство для защиты бесщеточного возбудителя синхронной машины

 

CoIo3 Советски к

Сециапистичвсиик

Рвспубпии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»909744 (6l ) Лополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 18.07.80 (2I) 2959371/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.

Н 02 Н 7/06

9вуддратааииый ewrer

СССР вю делам изобретений и открытий (53) УДК621.316.

° 925(088.8) Опубликовано 28.02.82. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28.02.82

Ю.А. Бирюков и В.К. Воробей

1 с

1; (Всесоюзный научно-исследоват льский-институт электромашиностроения (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЦИТЫ БЕСЩЕТОЧНОГО

ВОЗБУДИТЕЛЯ СИНХРОННОЙ ИАПИНЫ

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано для защиты вращающихся цепей возбуждения синхронной машины, в частности бесщеточного возбудителя.

Известно устройство для защиты цепей возбуждения синхронной машины, содержащей возбудитель переменного тока, представляющий собой обращенный синхронными генератор и вращающийся выпрямитель, соединенный с обмоткой возбуждения синхронной машины.

Принцип действия этого устройства основан на сравнении сигнала, пропорционального току возбуждения генератора возбудителя, и сигнала, пропорционального векторной сумме тока и напряжения статора синхронной машины, представляющей собой в некотором .масштабе значение тока возбуждения (внутренней ЗДС синхронной машины).

Появляющийся в случае возникновения повреждения разностный сигнал используется для отключения машины (11 .

Недостатками указанного устройства являются сложность формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (внутренней ЗДС) машины, недостаточная точность определения аварийного состояния цепей возбуждения и низкое быстродейст.вие.

Изьестно также устройство защиты, работающее на принципе измерения амплитуды переменной составгяющей тока возбуждения возбудителя и сравнения ее с заданным по условиям нормального режима работы возбудителя предельным значением этой переменной составляющей 52).

Однако устройство не реагирует на симметричные короткие замыкания во вращающейся части возбудителя и содержит блок временной задержки, сни26 жающий быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для защиты бесщеточного возбудителя синхронной машины,со909744 держащее датчики тока (напряжения) возбуждения возбудителя и тока якоря возбудителя. При этом датчик тока якоря представляет собой дополнительную оСмотку, размещенную между ° полюсами в поперечной оси обращенного синхронного генератора возбудителя, а датчик тока (напряжения) возбуждения ьозбудителя выполнен любым известным способом. о . Датчики подключены к двум обмоткам дифференциального реле, представляющего собой измерительный орган защиты, выход которого (контакт дифференциального реле) соединен с исголнительным органом, отключающим пита15 ние в цепи возбуждения. Устройство снабжено также органом временной задержки для предотвращения ложного дейстьия защиты в переходных режимах работы, например при форсироьке возбуждения (3).

Недостатком известного устройства, помимо низкой механической устойчивос->5 ти и плохой регулировочной способности применяемого в качестве измерительного органа дифференциального реле, является возможность ложных срабатываний в зоне больших токов иэ-за роста сопротивления обмртки возбуждения синхронной машины, достигающего t,q-кратных значений по сравнению с холодным состоянием машины,и связанного с этим изменения соотно1$ шения между сигналом по току возбуждения и току якоря возбудителя. Причиной нарушения пропорциональности между указанными сигналами может быть также работа возбудителя в насы40 щенной области характеристик. Существенным недостатком устройства является такие малое быстродействие, необходимое, например, при таких повреждениях в возбудителе как пробой одного из вентилеи вращающегося вы43 прямителя. Если своевременно не произвести отключение тока возбуждения, то при работе в зоне больших токов возможен лавинообразный процесс выхода из строя также других вентилей вращающегося выпрямителя. Этот процесс усугубляется тем, что при пробое даже одного вентиля ток возбуждения синхронной машины резк. уменьшается и регулятор реагирует на это введением форсироьки.

Цель изобретения — говышение надежности, быстродействия и расширение регулировочных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство для защиты бесщеточного возбудителя синхронной машины, содержащее датчики .тока якоря и тока (напряжения) возбуждения возбудителя, подключенные к измерительному органу, и орган временной задержки, соединенный с исполнительным органом, дополнительно снабжено двумя формирователями сигналов тока якоря и тока (напряжения) возбуждения возбудителя, блоком сравнения абсолютной величины сигнала по току якоря с заданным значением, регулировочным элементом и элементом ИЛИ, причем формирователи сигналов включены на выходах соответствующих датЧиков, вход блока сравнения аСсолютной величины и один из входов измерительного органа подключены к выходу формирователя сигналов тока якоря, другой вход измерительного органа подсоединен к выходу формирователя сигнала по току (напряжению) возбуждения возбудителя, на третий вход этого органа включен регулировочный элемент, выходы блока сравнения абсолютной величины и измерительного органа с вкгюченным на его выходе органом временной задержки через элемент ИЛИ подключены к исполнительному органу, выходной репейный элемент которого снабжен самоблокировкой.

При этом блок сравнения абсолютной величины выполнен в виде компаратора, на один из входов которого подключен источник питания (опорного напряжения), а другой вход соединен с выходом формирователя сигнала тока якоря: через пороговый элемент, и измерительный орган выполнен в виде выявителя модуля разности сигналов по току якоря и току (напряжению) возбуждения возбудителя и реагирующего органа, на один из входоь которого подключен регулировочный элемент уровня срабатывания защиты, вход которого соединен с формирователем сигнала по току возбуждения возбудителя, а на другой вход реагирующего органа подключен выход. выявителя модуля разности сигналов.

В качестве источника опорного напряжения может быть также использован формирователь сигнала тока (напряжения) возбуждения возбудите" ля, выход которого подсоединен ко

9744 6! о

15 о

25 зо

4О

35

5 90 входу регулировочного элемента, а выход последнего к одному. из входов измерительного органа.

На фиг. 1 приведена блок-схема предпагаемого устройства;на фиг.2 характеристики защиты, построенной по указанной схеме.

Устройство содержит датчики 1 тока. якоря и 2 тока (напряжения) возбуждения возбудителя, формирователи

3 и 4 сигналов указанных датчиков, блок сравнения абсолютной величины сигнала по току якоря с заданным значением, измерительный орган 6, регулировочный элемент 7, орган 8 временной задержки, источник 9 питания (опорных напряжений), элемент ИЛИ 10 и исполнительный орган 11. Измерительный орган 6 содержит выявитель

12 модуля разности сигналов по току якоря и току напряжению) возбуждения возбудителя и реагирующий орган 13.

Датчик 1 тока якоря представляет собой обмотку, размещенную либо в межголюсном пространстве магнитной системы возбудителя, либо в двух соседних полюсах по поперечной оси.

Датчик 2 тока возбуждения возбудителя может быть выполнен в виде шунта, трансреактора или трансформаторов тока в цепи геременного тока источника питания обмотки возбуждения возбудителя. Последний вариант наиболее приемлем в случае больших токов возбуждения, а также позволяет умень" шить уровень пульсации при использовании трехфазной схемы соединения трансформаторов. формирователи 3 и 4 сигналов представляют собой в общем виде выпрямители со сглаживающими фильтрами на выходе, а также могут содержать элементы согласования выходных сигналов формирователей по уровню (резистивные,делители, ограничители на стабилитронах и т.п.).

Орган 5 сравнения абсолютной величины сигнала датчика тока якоря с заданным значением наиболее просто выполняется в виде компаратора с пороговым элементом на входе. Пороговый элемент обеспечивает ограничение минимального уровня сигнала, поступающего на вход компаратора, и при необходимости и максимального уровня для предотвращения перегрузки компаратора по входу. Заданное значение напряжения сравнения устанавливается по максимально возможному уровню напряжения на зажимах датчика тока якоря, определяемому, например, для синхронный компенсаторов при 2-кратной форсировке возбуждения (фиг.2, зависимость Ugp) с учетом принимаемого для максимально токовых защит коэффициента чувствительности 1,5.

Момпаратор может быть выполнен на основе операционного усилителя, охваченного положительной обратной связью, на другой вход которого или на тот же вход) подключено напряжение от источника опорного напряжения.

Регулировочный элемент 7 в простейшем виде представляет потенциометр регулирования уставки срабатывания измерительного органа 6. Выявитель 12 модуля разности сигналов по току якоря и току возбуждения возбудителя содержит сумматор сглаженных сигналов, поступающих с выходов формирователей 3 и 4, и логическую схему выпрямления полученной разности, так как в зависимости от вида повреждения она может иметь разный знак фиг.2: ьL UI- -U и л U=L Ugy) .

Преобразование модуля полученной разности сигналов в репейный дискретный) сигнал выполняет реагирующий орган 13, который также может быть выполнен по схеме коипаратора с голожительной обратной связью (триггера Ямидта) . Для изменения чувствительности схемы защиты регулировочный элемент 7 подключается либо к одному из входов выявителя 12 модуля разности сигналов, либо к реагирующему органу 13. В первом случае и при выполнении выпрямителя разности сигналов на операционных усилителях функция регулирования проще всего реализуется путем изменения уставки резистора отрицательной обратной свя- зи усилителя. При подключении эле мента 7 к реагирующему органу 13, вы полненному в виде компаратора, этот элемент изменяет порог срабатывания компаратора, используя для этой цели источник опорных напряжений 9 и при необходимости пассивные пороговые элементы — стабипитроны. При недостаточности чувствительности схемы защиты по инерционному входу измерительный орган 6) в качестве опорного напряжения используется напряжение с выхода формирователя 4 сигнала по току возбуждения возбудителя. Орган

8 воемениой задержки выполняется пю9097

7 бым известным образом, например на принципе заряда конденсатора RC-контура, так как схема защиты не требует высокой точности и стабильности выдержки времени. Он предназначен для

Ю предотвращения ложного действия защиты по инерционному входу при переходных процессах внутри системы возбуждения и внешних возмущениях (сброс- наброс нагрузки, короткие tp замыкания со стороны статора синхронной машины и т.п.). Логический элемент ИЛИ 10 выполняется обычным об15

20 разом и служит для развязки выходов быстродействующего и инерционного каналов защиты. Исполнительный орган

11 состоит из усилителя и выходного релейного элемента, осуществляющего выдачу и размножение сигнала о наличии повреждения в цепи отключения и сигнализации системы возбуждения и синхронной машины.

Таким образом, схема защиты имеет два канала: быстродействующий, реагирующий только на несимметричные ко- 25 роткие замыкания (пробой вентиля вращающегося выпрямителя, одно- и двухфазные короткие замыкания в якоре возбудителя), и инерционный, реагирующий с задержкой по времени на все 50 виды повреждений в возбудителе.Быстродействующая часть защиты обеспечивает защиту оставшихся в работе вентилей и предохранителей от сверхтоков, медленно действующая часть предотвращает повреждение элементов возбудителя при симметричных коротких замыканиях, а такие в тех случаях других видов повреждений, когда не работает быстродействующая часть (зона малых токов возбуждения) .

Устройство работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные токам якоря и току (напряжению) возбужде- 45 ния возбудителя, поступающие с датчиков 1 и 2, в формирователях 3 и 4 выпрямляются и выравниваются по величине. Преобразованные сигналы поступают в блоки 5 и 6. При отсут50 ствии разбаланса между входными сигналами или их небольшой величине на выходе измерительного органа 6 напряжение также равно нулю. Во время работы возбудителя в зоне больших то55 ков или при переходных процессах возникающий разбаланс сигналов преобразуется в выявителе 12 модуля в однополярный сигнал и поступает на вход

44 реагирующего органа 13. Порог срабатывания этого органа выбран таким образом, что он не реагирует на возмущения, возникающие, например, при длительной форсировке возбуждения.

Внешние возмущения и возмущения, вызванные быстро протекающими переходными процессами в системе возбуждения, по величине могут оказаться меньше этой величины. Тогда на выходе измерительного органа 6 логический сигнал при отсу1ствии повреждений всегда будет равен нулю. Однако в этом случае снижается чувствительность защиты к аварийным ситуациям. Для повышения чувствительности схемы защиты в таких случаях в качестве опорного напряжения реагирующего органа 13 может быть выбрано напряжение, пропорциональное сигналу по току (напряжению) возбуждения возбудителя. Требуемое начальное и конечное значение опорного напряжения устанавливается с помощью регулировочного элемента 7. Таким образом в зоне малых токов сохраняется требуемая чувствительность от больших разбалансов между сигналами датчиков, вызванных переходными процессами в системе возбуждения и внешними возмущениями, схема отстраивается с помол щью органа о временной задержки, выдержка времени которого выбирается в зависимости от длительности переходного процесса, имеюцего максимальную величину.

В случае возникновения повреждения типа несимметричного короткого замыкания, например пробоя вентиля вращающегося выпрямителя, практически мгновенно срабатывает блок 5 выявления абсолютной величины сигнала датчика тока якоря, а следовательно, происходит быстрое отклонение возбуждения и предотвращается развитие аварии во вращающемся выпрямителе.

Бсли порог срабатывания блока 5 оказывается выше уровня поступившего сигнала, то возможно два случая: либо регулятор начинает выдавать сигнал на увеличение тока возбуждения и последний нарастет до величины, при которой происходит срабатывание блока 5, либо при ручном управлении вступает в работу инерционная часть защиты.

При малых значениях тока возбуждения и при симметричных коротких замыканиях работает инерционная часть защиты, т.е. блоки 6 и 8.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность работы защиты возбудителя, обеспечить сохранность оставшихся в работе вентилей вращающихся выпрямителей при пробое одного из них, расширить регулировочные возможности защиты. Использование указанной защиты позволяет также исключить защиту от потери возбуждения. Экономический эффект заключается не только в экономим элементов, но и в предотвращении потерь от простоев машины, связанных с ремонтом возбудителя и ложными срабатываниями защиты.

Устройство может быть использовано для защиты от повреждений бесщеточных возбудителей синхронных генераторов, двигателей и компенсаторов.

Формула изобретения

1.Устройство для защиты бесщеточного возбудителя синхронной машины, содержащее датчики тока якоря и тока (напряжения) возбуждения возбудителя, подключенные к измерительному органу, и орган временной задержки, соединенный с исполнительным органом, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, быстродействия и расширения регулировочных возможностей, оно дополнительно снабжено двумя формирователями сигналов тока якоря и тока (на пряжения) возбуждения возбудителя, блоком сравнения, абсолютной величины сигнала по току якоря с заданным значением, регулировочным элементом и элементом ИЛИ, измерительный орган выполнен в виде выявителя модуля разности сигналоь по току якоря и по

09744 10 току напряжению) возбуждения ьозбудителя и реагирующего органа,на один из входов которого годключен регулироьочный элемент уровня срабатывания защиты, вход которого соединен с формирователем сигнала по току возбуждения возбудителя, а на другой вход реагирующего органа подключен выход ьыявителя модуля разности сиг1ь налов, причем формироьатели сигналов включены на выходах соответствующих ратчиков, вход блока сравнения aGcoлютной величины и один из входов измерительного органа подключены к Bblxo ду формирователя сигналов тока якоря, другой вход измерительного органа подсоединен к выходу формирователя сигнала по току (напряжению) воз-. буждения возбудителя, выходы блока сравнения абсолютной величины и измерительного органа с включенным на его выходе органом временной задержки через элемент ИЛИ подключены к исполнительному органу, выходной релейный элемент которого снабжен самоблокировкой.

2. Устройство ro и.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок сравнения абсолютной величины сигнала по току якоря с заданным значением выполнен в виде компаратора, на один из входов которого подключен источник опорного напряжения, а другой вход соединен с выходом формирователя сигнала тока якоря через

35 пороговый элемент.

Источники информации, гринятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Г 1588470, кл. Н 02 Н 7/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

tf 614490, кл. Н 02 Н 7/06, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР <" 432638, кл. Н 02 К 29/02, 1974 (прототип).

909744

Тираж 670 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 11-35 Раушская наб., д. 4/5

Заказ 905/74

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

Составитель Т. Реголькова

Редактор В. Петраш Техред Л.Пекарь Корректор Н. Евыдкая