Датчик потери возбуждения синхронного генератора

09) (И) СООЭ СОВЕТСНИХ.СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУбЛИН 649 А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ азовГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Украинский заочный политехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР Иф 353312, кл. Н 02 Н 7/08, 1969.2. Авторское свидетельство СССР В 463 189, кл. Н 02 Н 7/07, 1972.3. Авторское свидетельство СССР 9 799075; кл. Н 02 Л 3/24, 1978. (54)(57) ДАТЧИК ПОТЕРИ ВОЗБУЖДЕНИЯ . СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащий датчик напряжения генератора, датчик тока генератора, датчик положения ротора, неуправляемый выпрямитель, исполнительный орган, выполнен- ный по схеме сравнения двух величин, рабочий вход которого через неуправляемый выпрямитель подключен к датЗ(51) Н 02 3 3/24; Н 02 Н 7/06Ф чику напряжения генератора и фчувствительный .усилитель, управляющийвход которого подключен к датчику.положения ротора, и сумматор, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения быстродействия выяления потери возбуждения, датчикдополнительно содержит два операционных усилителя и второй фазочувствительный усилитель, управляющийвход которого подключен к датчикуположения ротора, рабочий вход первого фазочувствительного усилителяподключен к выходу датчика тока,рабочий вход второго фазочувствительного усилителя подключен к. выходудатчика напряжения, а их.выходычерез операционные усилители, навходе и в обратной связи которых установлены параллельно включенные резистор и емкость, подключены к входам.сумматора, выход сумматора подключен к тормозному входу исполнительного органа,Изобретение относится к релейной защите и противоаварийной автоматике, а именно к области выявления потери возбуждения турбогенератора.Известно устройство, предназначенное для выявления асинхронного хода синхронных машин при потере возбуждения, содержащее два измерительных элемента ЭДС, подключенных к элементу совпадения, Потерю возбуждения выявляет по факту роста угла, сдвига фаз между моделированной ЭДС и напряжением на шинах машины 13.Однако это устройство не может выявлять режимы потери возбуждения, так как в этом случае асинхронная ЗДС генератора вращается с синхронной частотой, подобно тому, как это имеет место в асинхронном двигателе.Известно также устройство защиты синхронного генератора от потери возбужцения, которое осуществляет выявление режима потери возбуждения по соотношению модулей моделированной ЭДС и напряжения на проводах генератора. Устройство содержит исполнительный орган по схеме сравнения двух величин, датчик тока генератора, датчик напряжения генератора и схему моделирования внут.ренней ЭДС генератора, входы которой подключены к датчикам тока и напряжения генератора, а выходы к тормозному входу схемы сравнения, рабочий вход которой подключен к датчику напряжения генератора 2 3.Это устройство характеризуется недостаточной чувствительностью, низким уровнем отстройки от режимов, не связанных с потерей возбуждения, что обуславливает необходимость введения задержки на срабатывание, а это снижает быстродействие. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик потери возбуждения синхронного генератора, содержащий датчики напряжения, тока и положения ротора, выходы датчиков напряжения и тока подключены ко входам фантомной схемы, выходной сигнал которой через выпрямитель и нелинейный элемент подается на рабочий вход исполнительного. органа, а через фазочувствительный усилитель, управляемый датчиком положения ротора, на тормозной вход, причем исполнительный орган выполнен по схеме сравнения двух величин.Таким образом, устройство использует в качестве информационного параметра помимо напряжения и токагенератора сигнал положения роторамашины. Критерий срабатывания имеет вид10( П +,)К 12 К 1 О, +1 К 11 создЪ агде 0 и 1 - вектора статорного напряжения и статорноготока синхронного генератора соответственно,15 К и К - постоянные коэффициен 1 2ты рд - угол между моделиро 20 ванной ЗДС генератораи поперечной осью ротора,а - постоянная величинасмещения.25 Замер угла д" осуществляется с помощью тахогенератора переменного тока, установленного на валу генератора. Устройство фиксирует режимвозбуждения по соотношению модуля30 моделированной ЗДС и ее проекции напоперечную ось ротора 3 1,Недостатком устройства являетсяпониженное быстродействие. Зто объясняется зависимостью проекции моделированной ЭДС от угла д", В первойстадии развития асинхронного режима при потере возбуждения угол оизменяется медленно, Действительно,угол с определяется двойным интегралом от разности крутящего момен-,та турбины и синхронного моментагенератора. При потере возбуждения,без разрыва обмотки возбуждения,ток возбуждения, и, следовательно,4 синхронный момент спадают по экспоненте, т.е, тоже с запаздыванием.Суммарное запаздывание от двух интег.рирующих и одной инерционной зависимости, обусловленных особенностями турбогенератора, и приводят50к пониженному быстродействию прототипа.Целью изобретения является повышение быстродействия датчика потери возбуждения синхронного генератора.Цель достигается тем, что датчикпотери возбуждения синхронного генератора, содержащий датчик напряже92649 4 5 1 О Датчик подключается к защищаемому генератору 1 через датчик тока 2, датчик напряжения 3, датчикположения ротора 4, Выходы датчиков тока 2 и напряжения 3 подключенык рабочим входам фазочувствительных усилителей 5 и 6 соответственно. Управляющие входы обоих усилителей подключены к выходу датчика 40положения ротора. Выходы фазочувствительных усилителей 5 и 6 черезрезисторы 7 и 8 и параллельныеим емкости 9 и 10 подключены к входам операционных усилителей 11 и 12. 45В отрицательной обратной связиоперационных усилителей 11 и 12установлены резисторы 13 и 14 ипараллельные им емкости 15 и 16,Выходы операционных усилителей 11 50и 12 подключены на вход сумматора17, Выход сумматора подключен к тормозному входу исполнительного органа18, рабочий вход которого черезнеуправляемый выпрямитель 19 подклю 55чен к датчику напряжения 3,Датчик работает следующим образом. тР+1 12 Р+ Э 10 ния генератора, датчик тока генератора, датчик положения ротора, неуправляемый выпрямитель, исполнительный орган, выполненный по схемесравнения двух величин, рабочий вход которого через неуправляемый выпрямитель подключен к датчику напряжения генератора, фазочувствительный усилитель, управляющий вход которого подключен к датчику положения ротора, и сумматор, дополнительно содержит два операционных усилителя и второй фазочувствительный усилитель, управляющий вход которого подключен к датчику положения ротора, рабочий вход первого фазочувствительного усилителя подключен к выходу датчика тока, рабочйй вход второго фазочувствительного усилителя подключен к выходу датчика напряжения, а их выходы через операционные усилители, на входе и в обратной связи которых установлены параллельно включенные резистор и емкость, подключены к входам сумматора, выход сумматора подключен к тормозному входу исполнительного органа.На чертеже приведена схема датчика выявления потери возбуждения. 15 20 2 Р 30 На рабочие входы фазочувствительных усилителей 5 и 6 подаются сигналы от датчика тока 2 и датчика напряжения 3. фазочувствительный усилитель 7 управляется сигналом П от датчика положения ротора 4. На его выходе формируется сигнал, пропорциональный проекции статорного напряжения на поперечную ось ротора, т.е. сигнал поперечно составляющей статорного напряжения П,й. О, = П з).п 8, где 6 - угол между продольной осью ротора и сигналом на рабочем входе усилителя. Фаэочувствительный усилитель 5 управляется сигналом По от датчика положения ротора 4, который сдвинут относительно сигналапо фазе на -90 . Сигналы Пи По легко получить от трехфазного тахогенератора переменного тока. На выходе фазочувствительного усилителя 5 формируется сигнал, пропорциональный продольной составляющей статорного тока ,1 с обратным зна 1 ком= д здп (6 - 90 ) =- соз ОПо сигналами П операционные усилители 11 и 12 и сумматор 17 формируют сигнал Юср, изображение по Лапласу которого имеет вид К, Т, Т, Т - постоянныекоэффйциейты и постоянные времени,определяемые параметрами резисторови емкостей 7-10 и 13-16 операционныхусилителей 11 и 12, Р - оператор Лапласа,При определенном выборе коэффициентов К и К+ и постоянных времениТ и Т сигнал Бсйй равен усредненному инерционным звеном сигналу возбужи (Р)дення е т.е, Оее(Р. ДейетвнЕ тР 1тельно, если пренебречь влияниемдемпферных контуров, отклонением скорости вращения от синхронной и трансформаторной ЗДС, уравнение Парка-Горева по продоЛьной оси синхронной машины в изображениях имеет видПс = Мс 1(6 У =Х ,1+ Х 1 (4)Рфф= Н -где М - относительное потокосцепа5ление обмотки статора генератора продольной оси,х, х - относительные значения индуктивностей статорной обмотки генератора по продольной оси и обмоткивозбуждения,- относительное значение тока возбуждения,- относительное потокосцепление обмотки возбуждениягенератора,х - относительное значение4 двзаимной индуктивности попродольной оси между обмоткой статора и обмоткойвозбуждения генератора,К - относительное значение омического сопротивления обмотки возбуждения.Откуда легко получить усредненныйсигнал возбуждения(1 1 Р 1 з+1с1фР+1 7(тр+2 ЗОх,- х(хРй Х,Т р+13где Ос(Р) - изображение по лапласуусредненного инерционным звеном с постояннойвремени Т фактическогонапряжения возбуждениясинхронного генератоРа 40Тогда, выбрав в (1)К " К/Х 1 (7)т, = х/к (8)к = к х,1 х,1 (9)Х -х /Хт, ф(о 1гполучаем, что выражейие .(1) полнос-.тью аналогично уравнению синхронного генератора (6), а сигнал на выходе сумматора пропорционален усредненному сигналу возбуждения. Соотношения (7), - (1 О) легко получить путем подбора резисторов и емкостей 7-10 и 13-16 на входах и в обратных связях операционных усилителей 11 и 12. Усредненный сигнал в исполнительном органе 18 сравнивается с сигналом, пропорциональным напряжению генератора.Этот сигнал формируется датчиком напряжения 3 и неуправляемым выпрямителем 19 и подается на рабочий вход исполнительного органа.Условие срабатывания датчика имеет вид"ср 4 К" фгде К - постоянный коэффициент.Датчик срабатывает, если напряжение возбуждения в течение заданного времени, определяемого постоянной времени Т , меньше порогового значения Кц определяемого напряжением на шинах генератора. Такое условие срабатывания позволяет избавиться от ложной работы в пусковых режимах и оказывается отстроенным от всех режимов, не связанных с потерей возбуждения, например, от режима синхронных качаний, асинхронного хода возбуждения генератора и др,Усреднение сигнала возбуждения инерционным звеном позволяет отстроиться от кратковременных провалов напряжения возбужденияНаличие усреднения вносит некоторое запаздывание в срабатывание датчика при потере возбуждения. Но это эапазды" ванне легко регулируется н может быть сведено при желании к достаточно малой величине, определяемой возможными провалами напряжения возбуждения. Запаздывание в срабатывании прототипа обусловлено, как уже отмечалось, тремя звеньями, параметры которых определяются конструкцией генератора и турбины и регулировке не подлежат. Это обстоятельство и обусловливает преимущество в быстродействии предлагаемого устройства перед прототипом.1092649 Подписи ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна фили Составитель К,Редактор М. Товтин Техред И.Астал Заказ 3270/40 Тираж 614 ВНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и откры 113035, Москва, Ж"35, Раушская наб