Устройство для гашения магнитного поля синхронной машины

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н 1)729808(51)М, К . Н 02 Р 9/12 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий. 3 (088. 8) Дата опубликования описания 260 4 ВО(72) Авторы изобретения Н,Г. Анищенко, В.А. Образцов, И,А, Хорев и Ю,А. Шишов Ленинградское электромашиностроительное объединениеЭлектросила им. С. М. Кирова и Объединенный институтядерных исследований(54) устРоЙстВо для гАшения мАгнитного поля СИНХРОННОЙ МАШИНЫИзобретение относится к электро- технике, а именно к устройствам для гашения магнитного поля электрических машин, которые могут быть также использованы для эвакуации энергии, запасенной в обмотках крупных сверхпроводящих магнитов и индуктивных накопителей.Известно устройство для гашения магнитного поля синхронных электрических машин, содержащее включенные в оба полюса цепи возбуждения выключатели гашения поля с кольцевой дугогасительной решеткой и подвижными контактами 1),Указанное устройство выполняется путем установки однополюсных выключателей гашения поля в каждый полюс (по одному) цепи возбуждения.Однако последовательное включение в цепь нескольких выключателей гашения поля для повышения энергоемкости устройства недопустимо,так как в случае их одновременного отключения (которое может иметь место в случае неправильной работы системы управления) напряжение на обмотке возбуждения повьхаается выше до" пустимого при гашении поля уровня (определяемого классом изоляции обмотки возбуждения, преобразователяи другой аппаратуры, потенциальносвязанной с обмоткой возбуждения) .Таким образом устройство, содер жащее несколько последовательновключенных выключателей гашения поля, не обладает достаточной надежностью, а следовательно в таком устройстве нельзя увеличивать энерго 1 в емкость энергопоглотителя путемвключения в цепь нескольких выключателей гашения поля,Известно устройство для гашениямагнитного поля синхронного генера тора, в котором в цепь обмотки возбуждения последовательно включеныдва выключателя гашения поля, одиниз которых расшунтирует разрядноесопротивление, а другой работает 2 О на принципе разряда обмотки возбуждения на электрическую дугу, горящую в его кольцевой дугогасительнойрешетке 2).В нормальных режимах работы га шения поля осуществляется с помощьювыключателя с разрядным сопротивлением. В аварийных режимах (длительное короткое замыкание на выводахсинхронного генератора) магнитное 30 поле синхронного генератора гаситсяс большей скоростью (более энергоемким) автоматом гашения поля скольцевой дугогасительной решеткой,Известно также устройство дляэвакуации энергии из обмоток магнитных систем, содержащее в цепимагнитной системы быстродействующий выключат ель с подсоединеннойпараллельно ему дисковой дугогасительной решеткой, шунтированной проходящими сквозь диски решетки плавкими элементами 3.Однако в этом устройстве энергоемкость определяется энергоемкостьюкольцевой (дисковой) дугогасительнойрешетки, которая в силу изложенныхвыше причин (нецелесообразность увеличения толщины и диаметра пластинкольцевой дугогасительной решетки)ограничена, Кроме того, быстродействующий выключатель сложен по конструкции и неможет поглотить при гашении поля часть запасенной энергии,так как он не энергоемок, т.е, является пассивным элементом с точкизрения поглощения энергии.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство для гашения магнитногополя мощных индуктивных катушек(например, крупных сверхпроводящихсоленоидов), а также крупных синхронных машин, содержащее группу последовательно соединенных автоматических выключателей с дугогасительными решетками, шунтированными резисторами, и программно-временныйблок для поочередного отключения ипоследующего обратного включениякаждого из указанных автоматическихвыключателей по мере поглощенияими предельно допустимого количества энергии(41Однако в этом устройстве все выключатели (автоматы) гашения полявключены в цепь обмотки возбужденияпоследовательно, поэтому повреждение одного из них приводит к выходуиз строя всего устройства гашенияполя. Кроме того, в случае нарушения работы программно-временногоблока управления одновременно могутотключиться несколько автоматов гашения поля, что приводит к чрезмерному повышению напряжения на обмотке возбуждения - пробою ее изоляциии серьезному повреждению ротораэлектрической машины,Выход из строя одного из шунтирующих резисторов в период гашенияполя приводит к выходу из строя всего устройства гашения поля, В связис этим требуется разработка специальных энергоемких резисторов, рассчитанных на протекание большихтоков (имеющих место при гашенииполя крупных синхронных электрических машин в случае коротких замыканий в их статорных обмотках), Шунти 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 руюши резисторы должны иметь изоляцию, соответствующую испытательному напряжению 4 кв (значение переменного тока частоты 50 гц), Контактные соединения и все элементы шунтирующих резисторов должны быть надежны при длительной эксплуатации.Таким образом, перечисленные выше недостатки снижают надежность устройства, что не позволяет использовать его для гашения поля крупных синхронных электрических машин,Для повышения надежности устройства в предлагаемом устройстве для гашеки я магнитного поля синхронной машин ы, содержащем в клю чен ный в цепь обмотки воз буждени я выключатель (выключатели) гашения поля с дугогасительной решеткой, шунтированной энергопоглотителем, энерго- поглотитель выполнен управляемым, например в виде выключателя гашения поля с кольцевой дугогасительной решеткой и подвижными контактами.На фиг. 1 дана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства с использованием в качестве управляемого выключателя гашения поля с кольцевой дугогасительной решеткой и подвижными контактаья; на фиг. 3 - принципиальная схема устройства с использованием в качестве управляемого энергопоглотителя дугового коммутатора с кольцевой дугогасительной решеткой; на фиг. 4 - принципиальная схема устройства с использованием в качестве управляемого энергопоглотителя кольцевой дугогасительной решетки с проходящими сквозь ее диски плавкими элементами, каждый из которых соединен через коммутатор (тиристор) с крайними дисками и изолирован от остальных.Последовательно с обмоткой 1 возбуждения (см. фиг. 1) и возбудителем 2 включены выключатели 3 и 4 гашения поля с дугогасительными решетками 3 и 4, Параллельно выключателям 3 и 4 подключены управляемые выключатели 5 и б гашения поля.Штриховыми линиями показаны энергопоглотители, подключаемые к ним параллельно в случае, если энергоемкость выключателей 3, 4 и энергопоглотителей 5, б недостаточна.Число выключателей гашения поля, включаемых в цепь обмотки возбуждения, определяется количеством промежутков в дугогасительных решетках этих выключателей и может быть равно одному или двум (в схеме на фиг, 2 показано для примера два выключателя) .Работа устройства осуществляется следующим образом.При появлении повреждения в ставоре электрической машины срабатывает соответствующая релейная защита и дает сигнал на отключение выключателей 3 и 4. Выключ-гели отключаются, электрическая дуга, возникшая на их контактах, входит в ду гогасител ьные решетки выключателей 3 и 4, При достижении допустимого количества поглощенной решетками (выключателей) энергии (контроль может быть выполнен по температуре пластин решетки или по времени спадания тока в цепи обмотки возбуждения) от системы управления (на фиг. 1 не показана) подается сигнал на срабатывание управляемых энергопоглотителей 5 и 6, При срабатывании управляемые энерго- поглотители 5 и б шунтируют электрическую дугу, горящую в дугогасительных решетках выключателей 3 и 4, которая по этой причине гаснет. В решетках же управляемых энергопоглотителей она возбуждается, входя в решетку по рогам или возникая при перегорании плавкого элемента,проходящего сквозь диски решетки. После возбуждения электрической дуги в решетках управляемых энергопоглотителей обмотка возбуждения разряжается на эти решетки. При необходимости (в случае большой запасенной энергии в обмотке возбуждения) количество управляемых энергопоглотителей увеличивается путем подключения их параллельно управляемым энергопоглотителям 5 и б (или, что равноценно параллельно выключателя . 3 и 4), как показано на фиг.1,Изображенное на фиг. 2 устройство работает следующим образом.При гашении поля от сигнала релейной зашиты отключаются выключатели 3 и 4, включенные в цепь обмотки 1 возбуждения и возбудителя 2,В заданный момент времени от системы управления подается сигнал навключение выключателей 5 и б гаше-,ни я пол я, которые, включаясь, шунтируют электрическую дугу в выключателях 3 и 4. Затем система управления подает сигнал на отключение вы"ключателей 5 и б и тем самым осуществляется возбуждение электрической дуги в их решетках и дальней-.ший разряд на эти решетки обмоткивозбуждения 1,Изображенное на фиг, 3 устройст -во работает следующим образом,При гашении поля от сигчала релейной зашиты отключаются выключатели 3 и 4, включенные в цепь обмотки 1 воз бужден и я и воз будит ел я2. В требуемый момент времени (определяемый уровнем нагрева электрической дугой пластин решеток выключателей 3 и 4) от системы управле 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5055 60 65 ния подается сигнал на поджигающие устройства 7 и 8 выключатели 5 и 6При подаче сигнала на поджигающие устройства 7 и 8 они возбуждают электрическую дугу между рогами выключателей 5 и б. Падение напряжения на электрической дуге, в первоначальный момент, после ее появления, составляет 50-80 В, поэтому она шунтирует дугогасительные решетки выключателей 3 и 4 в которых электрические дуги, горящие между пластинами, гаснут.Продвигаясь по рогам дуговых выключателей 5 и б,дуга входит в их дугогасительные решетки и тем самым дальнейший разряд обмотки возбуждения происходит (как и в предыдущем случае) на эти решетки.Изображенное на фиг. 4 устройство работает следующим образом.При гашении поля от сигнала релейной защиты срабатывает выключа,тель 3 гашения поля, установленный в цепи обмотки 1 возбуждения и воз - будителя 2, В данном примере в цепи обмотки возбуждения установлен один выключатель гашения поля, В нужный момент времени подается сигнал на срабатывание тиристорного ключа (коммутатора), установленного в цепи одного из плавких элементов, проходящего сквозь диски кольцевой дугогасительной решетки выключателя 4. При открытии тиристора электрическая дуга в решетке выключателя 3 гашения поля гаснет, так как она оказывается шунтированной плавким элементом с последовательно включенным открытым тиристором. При погасании электрической дуги в решетке выключателя 3 гашения поля весь ток переходит в цепь плавкого элемента, который, перегорая, воз - буждает электрическую дугу во всех промежутках кольцевой дугогасительной решетки выключателя 4Дальнейший разряд обмотки возбуждения происходит на эту решетку,Предлагаемое устройство может быть использовано при гашении поля крупных синхронных машин мощностью 500-640 МВт, а также для эвакуации энергии из магнитных систем сверхпроводящих устройств.По сравнению с устройством, содержащим включенную в цепь обмотки возбуждения и возбудителя последовательную цепочку выключателей гашения поля с параллельно включенными резисторами, предлагаемое устройст- во обладает повышенной надежностью (в связи с сокращением числа последовательно включенных выключателей). Предлагаемое устройство обеспечивает после окончания процесса гашения поля разрыв цепи обмотки воз - буждения и возбудителя, чего нет в прототипе.Предлагаемое устройство .исключает возможность повреждения изоляции ротора и другой аппаратуры цепи возбуждения, так как при отключении выключателей гашения поля напряжения на обмотке возбуждения не может превысить допустимую расчетную величину, как это может иметь место при ложном отключении нескольких выключателей в прототипе.В случае применения в качестве управляемого энергопоглотителя устройств с поджигом дуги на рогах, (дуговой коммутатор), или в самой решетке (с плавкими элементами) сокращается пауза от момента шунтирования горящей в решетках выключателей (отключаемых первыми) дуги до момента возбуждения ее в решетках управляемых энергопоглотителей. Выключатели, используемые в качестве управляемых энергопоглотителей, могут быть выполнены облегченной конструкции,.так как через их контактную систему ток проходит кратковременно.В устройстве, где все выключатели включены последовательно, все выключатели должны быть рассчитаны на длительное прОтекание номиналь 729808ного тока. Предлагаемое устройство сокращает потери энергии, выделяющейся в выключателях, так как их количество уменьшается.Формула изобретенияУстройство для гашения магнитного поля синхронной машины, содержа 10 щее вы"ючатель с дужга ьнойрешеткой, шунтированной энергопоглотителем, включенный в цепь обмоткивозбуждения синхронной машины, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения надежности, энерго 15 поглотитель выполнен в виде выключателя гашения поля с кольцевой дугогасительной решеткой и подвижнымиконтактами.Источники инФормации,Щ принятые во внимание при экспертизе1. Врон О,Б. Автоматы гашениямагнитного поля. ГЭИ, 196 1, с. Еб,рис, 33,2, Авторское свидетельство СССРР 447805, кл. Н 02 Р 9/12 1973.3, Авторское свидетельство СССРР 523477, кл. Н 02 Н 3/02, 1975.4. Авторское свидетельство СССРР 423221, кл. Н 02 Н 7/00, 1973,729808 Составитель Л, Дементьевгона Техред М,Кузьма ор О. Ковинск едактор и аж 783 арственногозобретенийва, Ж, Р Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 1324/52 Т Р Подписн1 осуд комитета СССРпо делам и и открытий113035, Моск аушская наб., д, 4/5