Устройство для защиты синхронного генератора от тепловых перегрузок

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 16245 51)5 Н 02 Н 7/06 5 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Лснцнградский политехнический институт им. М. И. Калинина(56) Коган Б. Я. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. М.: Физматгиз, 1963.Авторское сиидегельство СССР1029309, кл. Н 02 Н 7/06, 981.Авторскосвидетельство СССР1163410, кл. Н 02 Н 7/06, 1983.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАШИТЬ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ ТЕПЛОВЫХ ПЕРЕГРУЗОК(57) Изобретение относится к релейной защите и автоматике энергосистем и может быть использовано при построении защит мощных электрических машин от тепловых 2перегрузок, вызванных анормальными режимами. Цель изобретения - повышение надежности путем наиболее полного использования перегрузочных способностей генератора и повышение точности. Это достигается гем, что устройство содержит блок входных преобразователей 1, фильтры 24 симметричных составляющих, перемножители 5 - 10, фильтры 26 - 28, низкой астоты. В устройство введены также блоки 29 - 31, экстраполяции температуры, соединенные с выходами сумматоров 13 - 15 и выходами интеграторов 16 18 соответственно, которые формируют упреждающий сигнал на отключение выключателя блока или разгрузку. Выходные блоки устройства 23 - 25 формируют сигналы на отключение выключателя блока и останов блока. Блок 22 коррекции уставки, соединенный с выходом фильтра 26 низкой частоты и компараторами выходного блока 23, учитывает завис имость напряжения уставки от уровня тока обратной последовательности. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.1624590 На чертеже представлена структурная схе 15 20 В состав предлагаемого устройства вхо лят три канала: канал зац 1 иты бочки ротора, канал зашиты обмогок статора, канал защиты обмоток ротора и схема формирования мощности потерь в стали статора.Устройство работает следующим образом.Поскольку работа каналов защиты аналогична, рассмотрим в качестве примера канал зашиты бочки ротора. зИзобретение относится к релейной защите и автоматике энергосистем и предназначено для зашиты активных частей генератора (обмоток ротора и статора, бочки ротора) от тепловых перегрузок при возникновении анормальных электрических режимов.Целью изобретения является повышение надежности путем наиболее полного использования перегрузочных способностей генератора и повышение точности измерения. ма устройства для защиты генератора оттепловых перегрузок.Устройство содержит блок 1 входных преобразователей, подключенный входами к выходам измерительных трансформаторов тока в цепях обмоток статора и ротора и трансформаторов напряжения в цепи обмотки статора, три фильтра 2- 4 симметричных составляющих, входы первых двух из которых подключены к первому выходу блока 1 входных преобразователей, а вход третьего соелинен с третьим выходом этого же бло.ка, шесть перемножителей 5 - 10, входы первого 5, второго 6 и четвертого 8 перемножителей подключены к выходам первого 2, второго 3 и третьего 4 фильтров симметричных составляющих соответственно, вход третьего перемножителя 7 - к второму выходу блокавходных преобразователей, первый вхол пятого перемножителя 9 соединен с выходом второго перемножителя 6, а второй его вход -- с выходом функционального преобразователя 11 температура - сопротивление, первый вход шестого перемножителя 10 соединен с выходом третьего перемножителя 7, а второй его вход -- с выходом второго функционального преобразователя 12 температура сопротивление, три сумматора 13 -5, три триггера-интегратора 16- - 18, три блока 19 - 21 обратной связи, блок 22 коррекции уставки и три выходных блока 23 - 25, причем выход пер. вого сумматора 13 соединен с входом первого интегратора 16, выход второго сумматора 14 - с входом второго интегратора 17, выхол третьего сумматора 15 - с входом второго интегратора7, выход третьего сумматора 15 - с входом третьего интегратора 18, а выходы интеграторов 16 - 18 соединены с первыми входами первого 23, второго 24 и третьего 25 выходных блоков и с входами первого 19, второго 20 и третьего 21 блоков обратной связи соответственно, кроме того, выход второго интегратора 17 соелинен с входом первого ф)нкционального преобразователя 11 темперагура с опротивление, выход третьего интегратор 18 с входом второго функционального преобразователя 12 температура - сопротивление, выходы первого 19, второго 20 и третьего 21 блоков обратной связи полкчючены к первым входам первого 13, второго 14 и третьего 15 сумматоров соответственно, и вторым входам которых поч 25 30 35 40 45 5055 ключен выход шестого перемножителя 10, три фильтра 26 - 28 низкой частоты и три экстраполятора 29 - 31 температуры, состоящих каждый из двухвходового сумматора 32 и блока 33 задания интервала экстраполяции, вход первого фильтра 26 соединен с выходом первого перемножителя 5, его выход - с третьими входами сумматоров 13 в 15 и входом блока 22 коррекции уставки, вход второго фильтра 27 соединен с выходом пятого перемножителя 9, а его выход - с четвертыми входами сумматоров 13 - 15, вход третьего фильтра 28 соединен с выходом четвертого перемножителя 8, а его выход - с пятыми входами сумматоров 13 в 15, выходы двухвходовых сумматоров 32, первого 29, второго 30 и третьего 31 экстраполяторов температуры подключены к вторым входам первого 23, второго 24 и третьего 25 выходных блоков соответственно, первые входы двухвходовых сумматоров 32 соединены с выходами первого 16, второго 17 и третьего 18 интеграторов соответственно, вторые их входыс выходами блоков 33 задания интервалов экстраполяции, входы которых соединены с входами первого 16, второго 17 и третьего 8 интеграторов соответственно, а входы задания уставки первого выходного блока 23 с выходом блокг 22 коррекции уставки. Каждый из интеграторов 16 - 18 устройства содержит преобразователь 34 напряжение частота и цифроаналоговый интегратор 35, причем преобразователь напряж ниечастота состоит из управляемого интегратора 36, трех компараторов 37 - 39 и элемента ИЛИ 40, а цифроаналоговый интегратор 35 включает в себя счетчик 41 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 42 и сумматор 43, выход управляемого интегратора 36 соединен с входами трех компараторов 37 - 39, выход первого компаратора 37 подключен к входу направления счета счетчика 41 импульсов, а выходы второго и третьего компараторов 38, 39 через элемент ИЛИ 40 соединены со счетным входом счетчика 41 импульсов и управляющим входом управляемого интегратора 36, а выходы счетчика 41 подключены к входам цифроаналогового преобразователя 42, выход которого соединен с вторым входом сумматора 43, первый вход которого соединен с выходом управляемого интегратора 36, а выход -- с первым входом выходного блока 23.5Синусоидальный сигнал, пропорциональный току обратной последовательности статора, с выхода фильтра 2 симметричных составляющих поступает на входы перемножителя 5, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный квадрату тока обратной последовательности, который подается на фильтр 26 низкой частоты, где выделяется постоянная составляющая, поступающая на третий вход сумматора 13, на второй вход которого подается сигнал с перемножителя 1 О, учитывающий влияние нагрева обмоток ротора на нагрев бочки ротора, на четвертый вход - сигнал с выхода фильтра 27 низкой частоты, учитывающий влияние нагрева обмоток статора на нагрев бочки ротора, на пятый вход - сигнал с выхода фильтра 28 низкой частоты, пропорциональный мощности потерь в стали статора, причем первый вход сумматора соединен с цепью обратной связи, учитывающей охлаждение бочки ротора. Таким образом, на выходе сумматора 13 формируется напряжение, пропорциональное квадрату тока обратной последовательности с учетом взаимного теплового влияния активных частей генератора и влияния сопротивления при изменении температуры. Этот сигнал поступает на вход интегратора 16, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный превышению температуры бочки ротора,Для реализации упреждающего воздействия (попытки приостановить перегрев генератора путем отключения его от сети, которая может быть источником токов обратной последовательности) необходимо сформировать управляющий сигнал, чтобы при неуспешном исходе этого мероприятия перегрев генератора к моменту его останова не превысил допустимого предела. Так как скорость нагрева активной части машины зависит от величины входного возмущения, т. е. является величиной случайной, то осуществление воздействия из расчета наиболее высокой скорости нагрева будет приводить к заведомому недоиспользованию перегрузочных способностей машины.11 редставляется целесообразным экстраполировать процесс нагрева на интервал времени, достаточный для успешного осуществления упреждающего воздействия, т. е. формировать упреждающий сигнал в момент, когда экстраполированное значение температуры достигнет предельно допустимой величины. Это выполняется при реализации следующего условия:е, +ла, - езаегде 0, - текущее превышение температуры бочки ротора над температурой охлаждающей среды, град;Ой допустимое превышение температуры бочки ротора, град;Л 1 - интервал экстраполяции, с.10 15 которая затем складывается с 0, иа двух входовом сумматоре 32. Второй компаратор выходного блока 23 осуществляет сравнение экстраполированного значения температуры с предельно допустимым и формирует упреждающий сигнал на отключение выключателя блока, а первый компаратор сравнивает текущее превышение температу. ры с предельно допустимым и формирует сигнал на останов блока.Для воспроизведения реальной времятоковой характеристики устройство отражает зависимость Леэ =(ЛР), т. е. содержит блок коррекции ЛОЭО в зависимости от интенсивности тепловыделений в контролируемом элементе машины, а определение 1 росуществляется по полному уравнению нагрева. Характеристика блока коррекции уставки определяется исходя из времятоковой характеристики, задаваемой заводом-изготовителем. Блок 22 коррекции уставки в соответствии с уровнем 1 изменяет напряжение на входах задания уставки первого и второго компараторов выходного блока 23.Для повышения точности измерения интеграторы 16, 18, 19 выполнены в виде преобразователя 34 напряжение-частота и цифроаналогового интегратора 35. Сигнал, пропорциональный квадрату тока обратной последовательности с учетом взаимного теплового влияния активных частей генератора сопротивления при изменении температуры, с выхода сумматора 13 поступает на управляемый интегратор 36, на выходе которого формируется напряжение 20 25 30 35 40 45 036(1)зб=С С 50 В зависимости от знака сигнала на его выходе компаратор 37 формирует напряжение, которое управляет направлением счета счетчика 41. Если преобладает нагрев машины, то сигнал компаратора 37 переводит счетчик 41 в режим счета +, т. е. при поступлении на его счетный вход импульсов двоичное число на выходе увеличивается. 6В предлагаемом устройстве эта задача решается в блоке 29 экстраполяции н выодном блоке 23,Решение дифференциального уравнения, описывающего тепловой процесс, осушест. вляется приведением его к интегральному, т. е. методом понижения порядка старшей производной. Таким образом, на выходе интегратора 16 формируется сигнал, иоопорциональный моделируемой величине Н а его входным сигналом будет сигнал, пропорциональный производной по времени от этой величины, т. е.. Левая часть уравнения реализуется экстраполятором 29. причем блок 33 задания интервала экстраЛЭть( поляции формирует величину Л 1 -- , 1624590Фир.ч ) л) зс) б 1 ссг)я 55 Если уровень тока обратной последовательности снизился и.пи достиг нуля, то сигнал обратной связи из блока 19, имеющий знак, противоположный всем лругич, пришедшим цд ходы сумматора 13, изменяет знак напряжения на выходе управляемого интегратора 36, что соответствует появлеию цд выходе компаратора 37 напряжения, переводящего счетчик 4 в режим счета- , т. . доицное число ца его выходах уменьшается, что моделирует охлаждение гецера.тора. Импульсы, пцступаюцсие цд счетный вход счетчика 41, фцрмируютс и кцлпдрдторали 38 и 39, включеннычи черсз элемесг ИЛИ 40, т. е. Вне зависимости от знака нд выходе управляемого интегратора 36 на счетный вхцл счетчика 41 ццсгупдют импульсы.Эти же импульсы перицдичес кц обнуляют управлнмый цтгратор 36. 1,Вци Нцс число с Выходи счетчика 41 псступат цд входы цифрцдналоОцго преобразивтехя 42, на Выхцле которо)О формируется пропорциональный аналоговый сгп цдл, который сучми- руЕтСИ С ВЫХОЛНЫЧ сГдЛОМ уцрдЛИЕМОП интегрдтсрд 36 и полается и псрый комартор Выходного блока 23.15 ыпцлнние и работа интегрдтсрцв 168 цд;цдц)ц-цифпцол) принцис позволят схще,"гц но х нличить Впечя молелиродни я процссд ндгрс 11 генератора ч нс релс,я.лять Высоких требований и кдчсству емкости С интегратора 36. 1 тц и цлцч повышает тцчцс)сть л)цлслирцвдция.Таки ч цбрдзоч, изобрстнипцзцлист полно исользс)В;1ь перегрузочцье сОсоб- Осс) и 1 цс рдтср,) и точно моллиротс, тепаи,й рцпсс при ллиельцом шп сгри- РОВДЦИИ. 1. Ус три истО,1. 5 )д 1 ит ы с иц хрц НОи гнератрд цт тс и. оых пергру 1 цк, с Одер ждщее блок Входных преобрдзцгелей, подключеццый Входами к Выходам измерительных грансформдторов ток. предназначенИх д.1 я устноки В пс пя с)б;1 Оток статид и ротор и цдпряжсция В цепи обмотки стд. ТОРД, ТРИ фИЛЬТРС ИМ ЧЕТ)И Н ЫХ ССХ Т- ЛяЮщИХ, ХОЛЫ ПЕРВЫХ ЛВух ИЗ КИ ОрЫХ пц,1 ключены к пс.рвсчу Выхлу блика хол цых прс бр;1:цвдгс )Й, 11 Вхцл трстьсгц сос- лицн с трс гьим 1 хцлцл 1 эп ОО ж блск пс 1 ь псрсч нож игс,1 си, ВходИ псрцО, Втц. рцп) и чете рти ц ццлклк и цы к ыхц.дм пср Вцгц. гОГО и гртье 1 О фи,1 ьт 1 н)В с им . МСТРИЬХ11,15 К)ЦИХ СООТВСС 5 ГВСЕИЦЦ,)ргь ц к втором ыхс)ду блока ) пьгх прецбрдзц;1 лей, первый хцл нятц и с рмццжия со,Ннц с Вь)хцлцч Вп )- рого пермш)жите.)я, д горой гц вход с Выхцлцч первого фукиноальО и преобр. зовдтс.)я температуп:1 соритилс цие, ц рВый вход шест го сремцожитслпя соединс ц с Вхолом третьего пермножителя.; Втц 10 15 20 25 Х) 35 рой вход соединен с выходом второго функционального преобразователя температура- сопротивление, три сумматора, три интегратора, три блока обратной связи, блок коррекции уставки и три выходных блока, при этцч выход первого сумматора соединен с входом первого интегратора, выход второго сумматора - с входом второго интегратора, Выход третьего сумматорас входом третьего интегратора, д выходы интеграторов соединены соответственно с первыми Входами первого, второго и третьего выходных блоков и с входами первого, второго и третьего блоков обратной связи соответствнно, выход второго интегратора соеди- НЕН С ВХОДОМ ПЕРВОГО фУНКЦИОНДЛЬНОГО преобразователя температура в сопротивление, выход третьего интегратора соединен с Вхцсцм Второго функционального преобрзовдтеля температура в .сопротивление, вь)холы первого, второго и третьего блоков Обратной связи подключены к первым вхолдм первого, второго и третьего суммат,рцсоответственнц, к вп орым входам кото. рык пцдкл ючен вы хо;1 шестого перем нож итсля, отлпчающееся тем, чтц, с целью по,иНия належнцсти путем наиболее полного использования перегрузочных способ. нос) с й генератора, повышения тоцности, в Нчц введень три фильтра низкой частоты и грн экстрацляторд температуры, состоящис каждый из двухходового сумматора и блока задания ицсрдлд экстраполяции, при этом вход перого фильтра соединен с Входил перин и пермножителя, его вы. хцл - сретьими Вхцддчи сумматоров и .х.1 ом блокд корр кции ус. двок, вход второ- ) фИ.1 ЬТРД СОЕДИН.Н С ВЫХОЛОМ ПЯТОГО псрмножитля, з его выход - с четвертымии В хцл" ч и сумматоров, вход третьего фильтра соединен с выходом четвертого церсчцожителя, е) о выход - сятычи входами сумматоров, выходы двухвхцловых сумматоров первого, второго и третьего экстрап.ляторов температуры подключены к вторым входам первого, второго и гретьего Вы.олцых блоков соответственно, первые входы первого, второго и третьего двухХ. СЦВЫХХ Л)ЧДТОРОВдами первого, второго и третьео интегра тс ро соответственно, Вторые входы цер.Ного, второго и третьего двухвхоловых сумчдгцров - с Выходами первого, второго и ретьсго блоков задания интервалов экстраполяции, входы которых соединены с вхолдчи ервц О, второгл и третьего интегрдтоОв сктветственно, а Входы задания утанки перО. О Выходного блцка с выходом блока КОРРЕКЦИ) УСТ ДВКИ.2. Устройство по и 1, )гличающееся гем, чтц кджлый интегратор содержит преобрдзо гль напряжение - частота и цифроаналц цый интегратор, при этом преобразова ,ь напряжениецдстота состоит из упрдв- ЛНЧОО ИптЕГратОрд, трЕХ КОЛ)дратОрОВ И1624590 Составитель К. ШиланТехред А Кравчук Корректор Л, Пилипенко Тираж Подписное Редактор А. Маковская:Закал 97 ВНИИПИ Голдарственного комитета по изобретениям и открмтиям ври ГКНТ СССР3035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 45 Производственно издательский комбинат Гатент, г Ужгород. ул. Гагарина, 1 о9элемента ИЛИ, а цифроаналоговый интегратор включает в себя счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь и сумматор, при этом выход управляемого интегратора соединен с входами трех компарвторов, выход первого компаратора подключен к входу направления счета счетчика импульсов, а выходы второго и третьего компараторов через элемент ИЛИ соединены со счетным входом счетчика импульсов и 1 Оуправляющим входом управляемого ннзгра. тора, а выходы счетчика подклю егп 1 к входам цифроаналогового преобразов;,те,1 я, выход которого соединен с вторым входом сумматора, первый вход которого соединен с выходом управляемого интегратора, в. Р ход - с первым входам выходного блока, а вход каждого интегратора является входом управляемого интегратора своего преобразователя напряжения - частотьь