Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного режима

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ИЕ 01) 2 Р 1/50 Н 02 Н 7 ТВ инс вшов репейнных . ия НХРОНЕЖИМА электр вля ется ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГННТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕ АЗТОРСНОМУ СВИД(56) Патент США В 3525913,кл. Н 02 Н 7/08, 1973.Слодарж М.Н. Режимы работьная защита и автоматика синхрэлектродвигателей. - М.: Энер1977, с. 154-159.(54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ЗАЩИТЫ СИНОЙ МИПИЮ ОТ АСИНХРОННОГО Р(57) Изобретение относится ктехнике. Целью изобретения я повышение быстродействия и упрощение.Устройство для защиты синхронной ма"шины от асинхронного режима снабженоблоком 5 управления, подключеннымдвумя входами к выходам измерительного органа 1, а выходами - к входам"Интегрирования" и "Сброс" блоков2-4 интегрирования. Выходы блоков2-4 соединены соответственно с первыми входами блоков 6-8 сравнения,вторые входы которых подключены ктретьему выходу блока 5. Выход каждого из блоков 2-4 соединен с прямым входом одного иэ элементов И 1719, принадлежащих блокам 11-13 контроля очередности появления сигналовблоков 6-8 сравнения, входящих в1453567 состав блока 10 формирования выходных сигналов. Прямые выходы БТ-тригге.ров 20-22 блоков 11-13 соединены содними входами логических элементовИ 23-25 органа 14 блокировки ложногосрабатывания и входами логическогоэлемента И 6. Инверсные выходы этихтриггеров подключены к другим входамэлементов 23-25, третьи входы которых подключены к выходам элементов17"19 соответственно. Выходы элементов И 23-26 подключены к входам логиИзобретение относится к электротехнике, а именно к защите синхронных машин.Цель, изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства для выявления асинхронного режима синхронных машин.На фиг.1 приведена принципиальная . схема с выделением функциональных 10 блоков; на фиг.2 и 3 - время-импульсные диаграмм; поясняющие работу основных элементов устройства. устройстЪо для защиты синхронной машины от асинхронного режима содержит измерительный орган 1, на входы которого подают токи трех фаз статора, три блока 2-4 интегрирования, первые входы которых подключены к перво" 2 О му и третьему выходам измерительного органа 1 соответственно, блок 5 управления, входы которого подключены к первому и второму выходам измерительного органа 1. Первый и второй выходы блока 5 управления подключены к вторым и третьим входам блоков 2-4 интегрирования, Устройство также содержит три блока 6-8 сравнения, первые входы которых соединены с третьим входом блока 5 управления, вторые входы блоков 6-8 сравнения подключены к выходам блоков 2-4 интегрирования соответственно, блок 9 вычисления среднего значения, входы которого соединены с выходами блоков 2-4 интегрирования, а выходы - с третьими вхоцами блоков 6-8 сравнения соответстческого элемента ИЛИ 27 органа 14.Входы элемента И 25 связаны с выходомпускового органа 15, а выход элемента И 16 - с входом исполнительногооргана 32, При выходе из синхронизма сигналы на выходах блоков 6"Я появляются циклически, что фиксируется с помощью логических элементовИ 17-19 блока 10, Орган 14 и пуско"вой орган 15 предотвращают работу исполнительного органа при кратковременных возмущениях. 3 ил. венно, блок 10 формирования выходного сигнала, состоящий иэ трех блоков11-13 контроля очередности появлениявыходных сигналов блоков сравнения,органа 14 блокировки ложного срабатывания, пусковой орган 15 и трехвходовый элемент И 16. Каждый из блоков 11-13 включает в себя один из трехвходовых элементов И 17-19 и один из БТ-триггеров 20-22, причем первый вход каждого из: БТ-триггеров 20-22 подключен к выходу одного из элементов И 17-19 соответственно. Прямой вход логического элемента И 17 подключен к выходу блока 6 сравнения, а инверсные входы логического элемента И 17 - к выходам блоков 7 и 8 сравнения. Прямой вход логического элемента И 18 подключен к выходу блока 7 сравнения, а инверсные входы логического элемента И 18 - к выходам блоков 6 и 8 сравнения. Прямой вход логического элемента И 19 подключен к выходу блока 8 сравнения, а инверсные входы логического элемента И 19 - к выходам блоков 6 и 7 сравнения. Орган 14 блокировки ложного срабатывания состоит из четырех элементов И 23-26, своими ,выходами подключенных к входам элемента ИЛИ 27, выход которого подключен к вторым входам БТ-триггеров 20-22. Первые входы элементов И 23-25 подключены к выходам элементов И 17-19 соответственно, вторые входы элементов И 23-25 подключены к прямком вы67 з 14535 ходам БТ-триггеров 20-22 соответственно. Третий вход элемента И 23 под" ключен к прямому выходу ЯТ- триггера 21, а четвертый вход элемента И 23 - к инверсному выходу ЯТ-триггера 22. Третий вход элемента И 24 подключен к прямому выходу ЯТ-триггера 22, а четвертый вход элемента И 24 - к инверсному выходу ЯТ-триггера 20, третий вход элемента И 25 подключен к прямому входу БТ-триггера 20, а четвертый выход элемента И 25 - к инверсному выходу БТ-триггера 21.Пусковой орган 15 состоит из трех входового логического элемента ИЛИ 28, входы которого подключены к выходам блоков 6-8 сравнения, двухвходового логического элемента И 29, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 28, первой линии 30 задержки, вход которой подключен к выходу элемента И 29, а выход - к входу элемента И 26, второй линии 31 задержки, включенной между выходом 25 линии 30 задержки и вторым входом элемента И 29, входы элемента И 16 подкпючены к прямым выходам БТ-триг- . герон 20-22, а выход элемента И 16 подключен к входу исполнительного 30 органа 32.Устройство работает следукщим образом.На вход измерительного органа 1 подают от измерительных трансформато- З ров тока токи трех Фаэ статора. В измерительном органе 1 осуществляется разделение цепей трансформаторов тока и данного устройства и преобразование входных сигналов к виду, удобноО му для дальнейшей обработки в соответствии с элементной базой, реализу-, ющей устройство. На первом выходе измерительного органа 1 формируется сигнал 0(фиге 2)пропорциональРый токуа, на втором выходе - сигналП пропорциональный току 1, а на третьем выходе - сигнал 11 пропорюзф циональный проинвертированному току 1,.В блоке 5 управления формируются управляющие сигналы. На первом выходе блока 5 управления формируется управлянщий сигнап 11 , "Интегрирование", который формируется с момента перехода через нуль отрицательных к поло- жительным значениям одного из выходных сигналов измерительного органа 1, например 11, до момента перехода через нуль от положительных к отрицательным значениям другого выходногосигнала измерительного органа 1, например 11, . На втором выходе блока 5управления формируется управляющийсигнал 11 "Сброс", который Формируется в момент окончания текущего и на-,чала последукщего измерительногопериода, т.е. при переходе черезнуль от отрицательных к положительнымзначениям выходного сигнала О Натретьем выходе блока 5 управленияформируется управлянзций сигнал 11"Сравнение", который Формируется смомента перехода через нуль от положительных к отрицательным значениямсигнала 11, до момента перехода че"рез нуль от отрицательных к положительным значениям сигнала 11 С приходом управлянщего сигнала 11 "Интегрирование" в блоках 2-4 интегрирования происходит интегрирование положительных полупериодных значений выходных сигналов измерительного органа 1, пропорционапьных фазным токам статора. Интегрирование. происходит в течение части каждого периода проиапленной частоты, равной длительности управляющего импульса 11 . Одновременно в блоке 9 вычисУ,1ления среднего э начения осуществляется вычисл ени е интегрального среднего полу периодного значения выходных сиг" налов блоков 2-4 интегрирования . По сле окончания управлякщего сигнала 11 з, выходные сигналы блоков 2-4 интегрирования 11, Б, 11 и блока 9 не изменяются. С приходом управляющего сигнала 0 "Сравнение" в блоках 6-8 сравнения производится сравнение сигналов 11 Б и 11 с выходным сигнапом блока 9, равным среднему значению этих сигналов, На выходах блоков сравнения формируются сигналы рассогласования положительной полярности (соответствующие уровню логической единицы), если величина сигнапа, пос тупакщего на второй вход от блока сравнения, больше среднего значения, поступанщего от блока 9 на третий вход, В противном случае, а также при равенстве поступающих сигналов на второй и третий входы блока 9 сигнал на выходе блока сравнения отсутствует (соответствует уровню логического нуля), По окончании текущего и в начале последунщего измерительного периодов производится обнуление бло5 145356 ков 2-4 интегрирования и блока 9 импульсом 11 "Сброс".При синхронной работе защищаемой синхронной машины ее статорные токи равны между собой, следовательно равны между сОбОЙ сигналы Уу 01 11 и Б а выходные сигналы на выхоцах блоков сравнения соответствуют уровню логического нуля. В результате 10 этого выходной сигнал блока 10 также равен нулю, и исполнительный орган 32 не срабатывает. При выпадении из синхронизма синхранкой машины ее ротор начинает проворачиваться относительно магнитного поля статора. Для примера рассмотрим асинхронный режим со снижением частоты вращения ротора (фиг.2 а). 20 Пусть в момент потери синхронизмапоперечная ось ротора совпадает с осью фазы А статора. В этом случае значение выходного сигнала на выходе блока 2 интегрирования Б, про порциональное величине тока фазы А, больше по величине, чем выходные сигналы блоков 3 и 4 интегрирования П и Ц, пропорциональные величинам токОВ В фазах В и Ср так как Оси их 30 обмоток сдвинуты по отношению к фазе А на угол 120.На выходе блока 6 сравнения появляется сигнал, соответствующий уровню логической единицы, а на Выходах блоков 7 и 8 сравнения выходные сигналы равныо нулю. После поворота ротора на 60 против часовой стрелки относительно магнитного поля статора максимальное значение фазного тока будет в фазе 4 Оо В, а при повороте еще на 60 - в фазе С. В соответствии с этим формируются выходные сигналы блоков сравнения 1 в первом случае сигнал, соответствунщий уровню логической едини цы, появляется на выходе блока 7 срав-" нения, а во втором - на выходе блока 8 сравнения, Таким образам, наблюдается определенная последовательность появления выходных сигналов блока сравнения, соответствующая изменению углового положения ротора относительно магнитного поля статора.При появлении мпульса 11 (фиг 3)на прямом входе элемента И 17 и отсутствии импульсов Б и 111 на его инверсных входах на выходе элемента И 17 появляется единичный сигнап, поступающий на первый вход ЯТ-тригге 7 6ра 20. В результате на прямом Выходе. ЯТ-триггера 20 устанавливается единичный сигнап 11 . Аналогично появление импульсов 11 и Уе приводит к изменению состояния ЯТ-триггеров 21 и 22 появлению сигналов Б, и 0 . Появление единичных сигналов Б, 11, и 02 на всех трех входах элемейта Й 16 приводит к его срабатыванию и запуску исполнительного органа 32.При кратковременных возмущениях, вызывакщих появление одиночных им. пульсоВ 11, П или 11, либо при нарушении принятой очередности их появления ложной работы устройства не будет. На фиг.2 б показан случай, когда появляется сигнал только на выходе блока 6 сравнения. В результате на выходе пускового органа 15 спустя заданное время, определяемое линией 30 задержки, появляется выходной сигнал элемента И, который, поступая на вход элемента И 26 блока 4, вызывает его срабатывание. Выходной импульс органа 14 Б , поступая на второй вход (вход установки нулевого состояния) ЯТ-триггера 20 (а также и ЯТ-триггера 21 и 22), приводит к его возврату в исходное состояние. При этом на прямых выходах ЯТ-триггеров 20-22 устанавливается нулевой, а на инверсных - единичный выходной сигнал. В результате этого элемент И 16 и исполнительный орган 32 не срабатывают.;На фиг.2 в показан случай блоки" ровки ложного срабатывания устройства при нарушении очередности появления сигналов рассогласования 11 а, Б и 11 например, при кратковременном увеличении частоты вращения защищаемого синхронного двигателя. В этом случае вслед эа импульсом 11 появляется импульс У, а затем У, При этом после появления импульса 08 единичные сигналы будут на всех входах элемента И 25. На первом его входе - сигнал 11, , на втором - сигнал У , на третьем - сигнал Б так как ЯТ"триггер 20 уже сработал после появления импульсов Б и П на четвертом - сигнал Утак как ЯТ-триггер 21 находится в исходном состоянии, и на его инверсном выходе устанавливается единичный выходной сигнал на органе 14 Бд, который возвращает все ЯТ-триггеры 20- 22 в исходное состояние.7 14535Организ ация алгоритма функционирования устройства по циклическому принципу позволяет контролировать режимработы синхронной машины с дискрет 5ностью порядка одного периода проьвшленной частоты. Это позволяет вести выявление возникновения асинхрон.ного режима в темпе самого процессапотери синхрониэма, что повышает 10быстродействие э ащиты,Интегрирование величин, пропорциональных фаэным токам, вычислениесредних значений интегральных значе-.ний с последующим их сравнением в каж дом измерительном цикле позволяет упростить настройку защиты и отказаться от выбора уставок срабатыванияпо величине тока статора. В каждомизмерительном цикле уставкой является средняя величина интегральных значений тока статора. Это упрощает расчет уставок и эксплуатацию защиты,Кроме того, это позволяет вести контроль синхронизма синхронной машины, 25не прибегая к дополнительным времен-ным и другим видам отстройки в зависимости от загрузки машины.Сравнение величин, пропорциональных интегральному значению фазных З 0токов, измеренных в течение заданного времени, со средним интегральнымзначением, формирование сигналов рассогласования по результатам сравне"ния и фиксация последовательности их 35появления позволяют выявить асинхронный режим уже при первом провороте ротора, причем работа устройстване зависит от причин, вызвавших асинх"ронный режим (исчезновение напряжениявозбуждения, снижение или исчезновение напряжения на статоре, перегрузки и т.д.) . Во всех случаях приасинхронном режиме ротор совершаетнесинхронные провороты относительномагнитного поля статора, что и фикси- "руется с помощью предлагаемого устройства.При резко переменной нагрузкеротор синхронной машины при набрОсенагрузки затормаживается, а уголвылета ротора о увеличивается, Вэтом случае статорный ток одной изфаз может превысить ток в другихфазах. На выходе одного из блоков6-8 сравнения могут появиться сигналы рассогласования Бб, Цт или ПОднако это не приводит к срабатыванию устройства, так как отсутствует 67 8заданная очередность (цикличность) в их появлении.Таким образом, фиксация цикличности чередования сигналов рассогласования с помощью логических элементов блока формирования выходного сигнала в предлагаемом устройстве не требует временной отстройки от ложных срабатываний и повышает нацежность выявления асинхронного режима. Спедоватеяьно, по сравнению с известным предлагаемое устройство обладает повышенным быстродействием, нацвкностью и не требует контроля параметров цепи возбуждения, что упрощает его реализацию. Формула из обр ет ения Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного режима, содержащее измерительный орган, подключенный к вторичным обмоткам трансформаторов тока, предназначенных для включения в статорную цепь защищаемой синхронной машины, и исполнительный орган о т л и ч.а ю щ е е с я тем,Эчто, с целью повышения быстродействия и упрощения, дополнительно введены три блока интегрирования, блок управления, три блока сравнения, блок вычисления среднего значения, блок формирования выходного сигнала,составленный из трех блоков контроля очередности появления выходных сигналов блоков сравнения, органа блокировки ложного срабатывания, пускового органа и трехвходового элемента И, при этом входы блоков интегрирования подключены к выходам измерительного органа, входы блока управления подключены к первому и второму выходам измерительного органа, первый и второй выходы блока управления подключены к вторым и третьим входам блоков интегрирования, соответственно первые входы блоков сравнения подключены к выходам блоков интегрирования, а вторые входы - к третьему выходу блока управления, блок вычисления среднего значения подключен своими входами к выходам блоков интегрирования, а выходом - к третьим входам блоков сравнения, в блоке формирования выходного сигнала, каждый из трех блоков контроля очередности появления выходных сигналов блоков сравнения составлен из трехвходового элемента И и9 14535 БТ-триггера, первый вход БТ-триггера подключен к выходу элемента И, прямой вход элемента И первого блока контроля очередности подключен к выходу первого блока сравнения, а инверсные входы - к выходам второго и третьего блоков сравнения, прямой вход элемента И второго блока контроля очередности подключен к выходу втоО рого блока сравнения, а инверсные входы " к выходам первого и третьего блоков сравнения, прямой вход элемента И третьего блока контроля подклю" чен к выходу третьего блока сравне ния, а инверсные входы - к выходам первого и второго блоков сравнения, орган блокировки ложного срабатывания составлен иэ четырехвходового элемента ИЛИ, четырех четырехвходовых 2 О элементов И, подключенных своими выходами к входам четырехвходового элемента ИЛИ, первые входы трех элементов И органа блокировки ложного срабатывания подключены к выходам трех входовых элементов И блока контроля очередности, вторые входы - к прямым выходам ЗТ-триггеров.первого, второго и третьего блоков контроля очередности соответственно, третий вход 30 первого четырехвходового элемента И подключен к первому выходу БТ-триггера второго блока контроля очередности, а четвертый вход первого четырехвходового элемента И - к инверсному .выходу ЗТ-триггера третьего блока 67 10контроля очередности, третий входвторого четырехвходового элемента Иподключен к прямому выходу БТ-триггера третьего блока контроля очередности, а четвертый вход второго четырехвходового элемента И - к инверсному выходу ЗТ-триггера первогоблока контроля очередности, третийвход третьего четырехвходового элемента И подключен к прямому выходуЗТ-триггера первого блока контроляочередности, а четвертый вход третьего четырехвходового элемента И - кинверсному выходу БТ-триггера второго блока контроля очередности, пусковой орган составлен иэ трехвходового элемента ИЛИ, входы которого под"ключены к выходам трех блоков сравнения, двухвходового элемента И, пер"вый вход которого подключен к выходу трехвходового элемента ИЛИ, первой линии эадержки, подключеннойсвоим входом к выходу двухвходовогоэлемента И, а выходом - к входамчетвертого четырехвходового элемента И органа блокировки ложного срабатывания, второй линии эадержки, вклю"ченной между выходом первой линиейэадержки и вторым входом двухвходового элемента И, а входы элемента Иблока формирования выходного сигнала поключены к пряьым выходам ЯТ-триггеров блока контроля очередностиа выходом - к входу исполнительногооргана.1453567 У 6 и, б ф и Ую Составитель В,ТарасовН.Яцола Техред М.Дидык Корректор В.Романенк ак Заказ 7300/54 ВНИИ 11 И Госуда Тираж 54 венного комитет 113035, Москва,Подписи открытид. 4/ и ГКНТ ССС по изобретениям -35, Раушская на роизводственно-нолиграическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,