Устройство для защиты генератора переменного тока

СООЗ СОВЕТСНИХссссссснссснсс ссРЕСПУБЛИК з(др 02 Н 7/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН ВТОВСНОНУ СВИВВТВВЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делдм иэоБретений и ОтнРцтий(56) 1. Федосеев А.М, Релейная защита электрических систем. М., Энергия", 1976, с. 384.2. Патент Японии У 51-49064, кл. Н 02 Н 7/06, 1970.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащееизмерительный преобразователь напряжения, источник питания и последовательно включенные интегратор и пороговыйблок, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей устройства введены блок нелинейности, два ключа, нуль-индика" тор и блок временной памяти, выход измерительного преобразователя напряжения подключен через блок нелинейности к входу интегратора, выход которого через нуль-индикатор подключен также к управляющему входу одного ключа, включенного между отрицательньи полюсом источника питания и входом интегратора, выход порогового блока соединен с входом блока временной па" мяти, выход которого подключен к уп.равляющему входу другого ключа, вклю-ченного между положительным полюсом источника питания и входом указанного интегратора.1 1107Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано длязащиты синхронных генераторов от за-мыканий на землю и ограничения индукции н магнитопроводе машины.На гидроаккумулирующих электростанциях устанавливаются обратимые электрические машины генератор-двигатель, которые характеризуются частыми переходами из двигательного режима в генераторный и обратно. В результате, значительную часть времени занимает разворот машины от практически нулевого числа оборотов до номинального. Лля этой цели используют. ся тиристорные преобразователи частоты, поддерживающие при пуске генератора постоянство отношения напряжения О к частоте 1 с тем, чтобы не допустить превьшения индукции в маг 20 нитопроводе машины выше максимальной величины, Укаэанные особые режимы работы обратимых генераторов накладывают и специфические требования на устройства релейной защиты таких машин.Известно устройство максимальной защиты напряжения нулевой последовательности для защиты генератора или блока генератор-трансформатор от замыканий на землю, которое выполняется З 0 с использованием реле напряжения,вкпю ченного на выходе фильтра напряжения нулевой последовательности 113.Указанное устройство не может быть использовано для защиты обратимых 35 генераторов, так как чувствительность его во время частотного пуска машин будет недостаточна, поскольку необходимо принимать во внимание частоты, начиная с 0,2 - 1 Гц, когда напряже ние на генераторе составляет 0,01 0,02 от номинального.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее датчик напряжения гененатора, линейный дроссель, интегратор и пороговый блокУстройство работает следующим образом. 50Если при синхронной скорости враще. ния ротора (номинальной частоте) повысится напряжение на выходе датчика напряжения или понизится частота, то возрастает ток, протекающий через 55 последовательно включенные линейный дроссель и обмотку порогового блока. Когда значение этого тока превьппает 211 2ток уставки порогового блока, он срабатывает и подает сигнал на отключение выключателя и АГ 11,В общем случае, если напряжениена выходе преобразователя изменяетсяпо гармоническому закону, ток 7 представляет собой сумму трех составляющих: пропорциональной входной величины, интеграла входной величины и апериодической слагающей, зависящей отмомента изменения режима.Если выбрать параметры дросселя,что со( то в установившемся режиме(1 3 = 1./Р) можно пренебречь первыми третьим членом. В результате останется составляющая, пропорциональнаяинтегралу входной величины, т.е.О С 05 (Ш 1+Ф Овх: В = сопз С: (1спгде О - параметр срабатывания порогового блока;В - индукция в стали.действие схемы, таким образом, основано на том, что высокодобротный дроссель ( 6 = ш (. / Р велико) является интегрирующим элементом (.2.Однако при снижении частоты добротность дросселя снижаетс и соответственно снижается точность измерения отношения напряжения к частоте, О/1. Поэтому это устройство правильно работает только в узком диапазоне измерения частоты и, следовательно, не может быть использовано для защиты обратимых машин генератор-двигатель, Кроме того, пороговый блок должен иметь замедление и действии, определяемое длительностью протекания переходного процесса в схеме, чтобы исключить влияние апериодической составляющей.Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты генератора переменного тока, содержащее измерительный преобразователь напряжения, блок питания и последовательно включенные интегратор и пороговый блок, введены .блок нелинейности, дваключа, нуль-индикатор и блок временной памяти, выход измерительного преобразователя напряжения подключен через блок нелинейности к входу интегратора, выход которого через нуль-индикаторподключен также к управляющему входу одного ключа, включенного между отри. цательным полюсом источника питанияи входом интегратора, выход порогоного блока соединен с входом блока временной памяти, выход которого подключен к управляющему входу другого ключа, включенного между полою. - тельным полюсом источника питания ивходом укаэанного интегратора,На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений на выходах отдельных элементов.Устройство (фиг.1) содержит измерительный преобразователь 1 напряжения нулевой последовательности генератора, к выходу которого через блок 2 нелинейности подключен интегратор 3. В качестве блока нелинейности может быть использована пассивнаяцепь, состоящая из двух параллельных ветвей, резистора и последовательно включенных диода и резистора. Основной вход первого ключа 4 подключен к отрицательному полюсу источника пи. тания, а основной вход второго ключа 5 - к положительному полюсу источ. ника питания, выходы обоих ключей соединены между собой и подключены к входу интегратора 3. В качестве ключей могут быть использованы полевые транзисторы. К выходу интегратора 3 подключены нуль-индикатор б и последовательно соединенные пороговый блок 7 и блок 8 временной памяти. Выход нуль-индикатора соединен с управляющим входом первого ключа, а выход блока временной памяти - с управляющим входом второго ключа.Нуль-индикатор б срабатывает,когда полярность напряжения на выходе интегратора 3 изменяется с положительной на отрицательную. Срабатывание порогового блока 7 (изменение скачком напряжения на выходе) происходит, когда положительное напряжение на выходе интегратора превышает задан ный уровень, Блок 8 временной памяти срабатывает без замедления после срабатывания порогового блока, а возвращается после возврата порогового блока через заданное время, достаточное для действия выключателя.Устройство работает следующим об" разом.При отсутствии замыкания на землю напряжение нулевой последовательности на выходе измерительного пре 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 образователл 1 как в пусковом, так и в установившемся режимах мало. При этом напряжение на выходе интегратора 3 недостаточно дпя срабатывания порогового блока 7, который вместе с блоком 8 временной памяти находится в положении до срабатывания. На выходе устройства отсутствует сигнал на отключение выключателя.При возникновении замыкания на землю в произвольный момент времени в сети генераторного напряжения на выходе преобразователя 1 появляется напряжение нулевой последовательности (напряжение 3 О, фиг.2). Если замыкание на землю происходит в момент, когда напряжение 3 О имеет положиотельный знак, конденсатор в цепи обратной связи интегратора 3 начинает заряжаться, и на выходе интегратора начинает нарастать напряжение О После изменения полярности напряжения ЗО указанный конденсатор начинает разряжаться, причем благодаря наличию блока 2 нелинейности скорость падения напряжения выше скорости его нарастания. Блок нелинейности предусмотрен для того, чтобы при медленном изменении напряжения на выходе преобразователя 1 не было накопления заряда на конденсаторе в цепи интегратора. Благодаря блоку нелинейности напряжение О на выходе интегратора оказывается вблизи нулевого уровня в конце любого отрицательного полупериода напряжения ЗОО, независимо от начальных условий. Когда напряжение О дости 3гает порога чувствительности Ц нуль- индикатора б, он срабатывает и подает сигнал на управляющий электрод электронного ключа 4, который открывается и подключает отрицательное напряжение к входу интегратора. При этом напряжение на выходе интегратора 3 начинает расти, однако при очень небольшом положительном значении напряжения 0 , определяемом лишь разницей между напряжениями срабатывания и возврата, нуль-индикатор воэв. ращается, электронный ключ 4 закры,вается, напряжение О начинает снижаться и процесс начинается сначала. В результате напряжение О на выходе интегратора до момента перехода напряжения 3 Ц через нуль имеет пилообразную форму кривой с очень небольшой амплитудой, определяемой на211 Ф 1107пряжениями срабатывания и возвратануль-индикатора.В каждом из последующих полуперио-,дов интегрирование начинается с однихи тех же нулевых начальных условий, 5определяющих наибольшую постояннуюсоставляющую выходного напряжения,равную по значению амплитуде переменной составляющей.Если амплитуда напряжения 05, равная удвоенной переменной составляющей,превышает параметр срабатывания порогового блока 7, он кратковременно сработает (напряжение 0 , фиг.2) и вызовет срабатывание блока 8 временной 15памяти с напряжением 08 на выходе.При этом появится сигнал на отключение выключателя. Поскольку напряжение ЗО на выходе датчика прямопропорционально, а амплитуда напряжения О на выходе интегратора обратнопропорциональна частоте, чувствительность устройства по напряжению 3 0оне зависит от частоты,Следует отметить, что если напряжение 30 о достаточно велико, то пороговый блок 7 может сработать и впервый (неполный) положительный полупериод напряжения 30.Таким образом, благодаря тому, 30что в отрицательный полупериод входного. напряжения ЗЭ на выходе интегратора поддерживается примерно нулевой уровень, рабочий период наступаетне позднее, чем через период текущей35частоты, и при частоте 0,5 Гц составляет 2 с, т.е. примерно в 5 раз меньше, чем у известного. Кроме того, так как предлагаемое устройство использует информацию только в положительный полупериод напряжения ЗЦ то принципиально можно еще в 2 раза снизить замедление, если применить второе аналогичное устройство, воспринимающее информацию в отрицатель ный полупериод напряжения 30 , Такоео использование изобретения обеспечивает повышение быстродействия устройства защиты примерно на порядок по сравнению с известным.Для грубых устройств защиты возможно упрощение схемы: включение в обратную связь интегратора 3 диода вместо электронного ключа 4 и нуль- индикатора 6. Тогда в отрицательный полупериод напряжения 3 0 на выходе интегратора подцерживается пример но постоянное отрицательное напряжение, определяемое положительной ветвью вольт-амперной характеристики диода, причем это напряжение можно учесть при выборе напряжения порогового блока. Технико-экономический эх.ект от внедрения изобретения определяется значительным повышением быстродействия, что резко повышает эффективность защиты генератора, а также расширением частотного диапазона, что дает возможность расширить функциональные возможности устройства.