Устройство для защиты генератора от перегрева обмотки ротора

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИЕСПУБЛИК 73760 ОСУДАР СТВЕ ННЫЙО ИЗОБРЕТЕНИЯМРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ САН РЕТЕ АВТО М ИДЕТЕЛЬСТВ ехническии инстиний и В.Я.Шмурьтво СССР04, 1986,тво СССР04, 1989.АЩИТЫ ГЕНЕРАМОТКИ РОТОРА вательно в цепь воздежность цепей воз(21) 4881340/07(56) Авторское свидетельМ 1319142, кл. Н 02 Н 5/Авторское свидетельМ 1624590, кл, Н 02 Н 5/ 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ 3 ОРА ОТ ПЕРЕГРЕВА ОБ 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 которомуявляется ток возбуждения, и содержащее входное преобразовательное устройство, сигнальный, пусковой и интегральный органы, блок питания и трансформатор постоя н ного тока (ТПТ), через который устройство подключается в цепь возбуждения генератора.Однако низкая точнбсть ТПТ приводит к загрублению уставок, неполному использованию перегрузочной способности генератора и его ложному (преждевременному) откл ючению и ри допустимых перегрузках. Кроме того, сложность конструкции и под(51)5 Н 02 Н 7/06, 7/08(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 последобуждения снижает набуждения.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 (ф НЧ) 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 черезблок обратной связи соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого является входом блока моделирования температуры в обмотке, блок экстраполяции температуры нагрева, своим первым вхо 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 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 надекности в оезультате его применения.Цель изобретения - повышение точности работы защиты и повышение надежно сти путем упрощения конструкции входного преобразователя.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 тепловы- делению 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 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 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 возбукдения генератора; блок 3 масштабирования напряжения; блок 4 формирования сигнала, пропорционального току возбуждения (второй интегратор); блок 5 моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения, содержащего блок 6 пере- множителей 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 нэ схему 4 формирования сигнала, пропорционального току возбуждения, представляющего собой интегратор с цепью обратной связи. Известно, что напряжение и ток возбуждения однозначно связаны выражением3 бй Ф1 г = -- Мы + - О+ гг ц,2 с 3 с от(1) где 1 - напряжение на обмотке возбуждения;и - ток обмотки возбуждения;О - индуктивность обмотки возбуждения;гг - активное сопротивление обмотки возбуждения;ц - ток статора в координатах;Мы - взаимоиндуктивность Обоок ротора и статора, что позволяет выполнить моделирование,Для построения защиты от перегрузок током ротора первым слагаемым в напрякении (1) можно пренебречь, так как в режимах, близких к стационарным, бы/б 1 стремится к нулю.С учетом этого исходное выражение записывается следующим образом:1 ЮЧ, 5- = - Ч -- ц, (2)б 1 О 1Решая уравнение (2), на выходе второгоинтегратора 4 имеем напряжение, пропорциональное току возбуждения, которое подается на вход блока моделированиятепловых процессов.В основу работы блока моделированиятеплового процесса в обмотке ротора положено следующее уравнение теплового состояния15ЛР=КтЕЛО+сО (3)бтгде Л Р - мощность выделяемая в обмоткевозбуждения (ВТ);Кт - коэффициент теплоотуачи обмоткив охлаждающую среду, ВТ/см град;Р - поверхность охлаждения обмотки,см;ЛО - превышение температуры обмоткинад температурой окружающей среды, град;с - удельная теплоемкость обмотки,Вт/кг град;О - масс обмотки, кг;т- время, с,Сигнал с выхода блока формированиясигнала, пропорционального току возбуждения (второй интегратор), поступает наблок формирования сигнала, пропорционального тепловыделению в обмотке ротора, состоящего из перемножителя(квадратора) 6 и блока 7 усреднения сигнала, Затем сигнал, пропорциональный мощности тепловыделения, поступает на входблока 8 моделирования температуры в обмотке, где осуществляется решение уравнения (3) с помощью сумматора 9, первогоинтегратора 10, выполненного на принципецифроаналогового интегрирования, и блока11 обратной связи,далее сигнал поступает на вход экстраполятора 12 температуры и выходной блок14, На второй вход экстрополятора температуры поступает сигнал, пропорциональный. приращению температуры в выходесумматора 9 блока 8 моделирования температуры. Выходом экстрополятора температуры является второй вход выходного блока14. На третий вход выходного блока поступает сигнал с выхода блока 13 коррекцииуставок, выходным сигналом которого является сигнал, пропорциональный мощноститепловыделения 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,повыситьточностьизмерения,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 К 140,561,525,572,590, 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 напряжения1737608 оставитель К,Шиланхред М,Моргентал Корректор Н.Король Редактор С.Лисина аказ 1900 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,имеет клеммы для подключения параллельно обмотке возбуждения генератором, его выход соединен с входом блока формирования сигнала, пропорционального току воз 5 буждения, выход которого подключен к входу блока моделирования сигнала, пропорционального мощности тепловыделения вобмотке,