RU2006125C1

RU2006125C1 - Device for protecting synchronous motor against asynchronous running

Info

Publication number: RU2006125C1
Authority: RU
Inventors: Э.К. Федоров
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения
Priority date: 1992-02-24
Filing date: 1992-02-24
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has asynchronous running detector whose inputs are connected to voltage of main power supply bus section and to synchronous motor current. Its output is connected through delay element to synchronous motor to synchronous motor switch and slip angle and polarity monitoring unit. Its inputs are connected to voltage of main power supply bus section and to like-polarity voltage of stand-by supply bus section. OR gate is connected at its inputs to outputs of asynchronous running detector and slip angle and polarity monitoring unit, and through input to automatic resynchronizing system of synchronous motor. EFFECT: improved reliability of asynchronous running protection. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике. The invention relates to electrical engineering.

Известно устройство для быстродействующего АВР синхронных двигателей, содержащее блок контроля угла и знака скольжения, входы которого подключены к напряжению секции шин основного источника и к одноименному напряжению секции шин резервного источника. Блок контроля угла и знака скольжения в этом устройстве выполнен на основе пускового и избирательных фазочувствительных органов. Если задать угол срабатывания пускового фазочувствительного органа меньше 90^о (например 30^о), то возможна реализация быстродействующего АВР. Такое устройство может достаточно быстро и селективно выявлять потерю питания синхронных двигателей от основного источника и производить их переключение на резервный источник, если вектор напряжения основного источника отстает по фазе относительно вектора одноименного напряжения резервного источника на заданный угол [1] .A device is known for a high-speed automatic transfer switch for synchronous motors, comprising an angle and slip sign control unit whose inputs are connected to the voltage of the bus section of the main source and to the voltage of the bus section of the backup source of the same name. The angle and slip sign control unit in this device is made on the basis of starting and selective phase-sensitive organs. If you set the angle of operation of the starting phase-sensitive organ is less than 90 ^about (for example, 30 ^about ), then it is possible to implement a high-speed automatic transfer switch. Such a device can quickly and selectively detect the power loss of synchronous motors from the main source and switch them to the backup source if the voltage vector of the main source lags the phase relative to the voltage vector of the same name of the backup source by a given angle [1].

Однако, оно не может выявлять асинхронный режим синхронного электродвигателя и в соответствии с этим производить автоматическую ресинхронизацию синхронного двигателя. However, it cannot detect the asynchronous mode of the synchronous electric motor and, accordingly, to automatically resynchronize the synchronous motor.

Известно устройство для защиты синхронного электродвигателя от асинхронного режима, содержащее датчик выявления асинхронного режима синхронного электродвигателя, входы которого подключены к напряжению секции шин основного источника и к току синхронного двигателя, а выход к схеме автоматической ресинхронизации синхронного двигателя, а через элемент выдержки времени к выключателю синхронного двигателя [3] . В этом устройстве датчик выявления асинхронного режима выполнен с использованием [2] . При этом такое устройство может достаточно быстро и селективно выявлять асинхронные режимы синхронного двигателя. A device is known for protecting a synchronous motor from an asynchronous mode, comprising a sensor for detecting the asynchronous mode of a synchronous electric motor, the inputs of which are connected to the voltage of the busbar section of the main source and to the current of the synchronous motor, and the output to the automatic resynchronization circuit of the synchronous motor, and through the time delay element to the synchronous circuit breaker engine [3]. In this device, an asynchronous mode detection sensor is made using [2]. Moreover, such a device can quickly and selectively detect asynchronous modes of a synchronous motor.

Однако, оно не может исключить противофазное включение возбужденного синхронного двигателя, например, при кратковременном перерыве питания и последующем АВР, так как при этом могут протекать большие пусковые токи, то под действием релейной защиты возможно ложное отключение резервного ввода и полное обесточивание обеих секций шин. Кроме того, режим противофазного включения возбужденных двигателей опасен для самих синхронных двигателей, так как и может вызвать их разрушение. However, it cannot exclude the antiphase switching on of an excited synchronous motor, for example, during a short interruption of power supply and subsequent ATS, since in this case large inrush currents can flow, under the influence of relay protection a false shutdown of the backup input and a complete blackout of both bus sections can occur. In addition, the mode of antiphase switching on excited motors is dangerous for the synchronous motors themselves, since it can cause their destruction.

Сущность изобретения заключается в том, что при введении блока контроля угла и знака скольжения и элемента ИЛИ, соединенных определенным образом, исключается противофазное включение синхронных двигателей в схеме с повышенным быстродействием. The essence of the invention lies in the fact that with the introduction of the control unit of the angle and sign of slip and the element OR connected in a certain way, the out-of-phase inclusion of synchronous motors in a circuit with increased speed is excluded.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - характеристики его срабатывания. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in FIG. 2 - characteristics of its operation.

Устройство содержит источник 1 питания на высокой стороне питающего напряжения, первый 2 и второй 3 рабочие трансформаторы напряжения, выключатели 4 и 5 первого и второго ввода, секционный выключатель 6, секции шин 7 и 8 основного и резервного источников питания, первый 9 и второй 10 измерительные трансформаторы напряжения, выключатель 11 синхронного двигателя, измерительный трансформатор 12 тока, синхронный электродвигатель 13, блок 14 контроля угла и знака скольжения, датчик 15 выявления асинхронного режима синхронного электродвигателя, элемент 16 выдержки времени, элемент ИЛИ 17, схему 18 автоматической ресинхронизации синхронного двигателя,

,

- одноименные напряжения, пропорциональные напряжения секции шин 7 основного источника и секции шин 8 резервного источника, δ_ор - сигнал, появляющийся на выходе блока 14, если вектор напряжения

отстает по фазе относительно вектора напряжения

на заданный угол.The device contains a power source 1 on the high side of the supply voltage, the first 2 and second 3 working voltage transformers, switches 4 and 5 of the first and second input, a section switch 6,

bus sections

7 and 8 of the main and backup power sources, the first 9 and second 10 measuring voltage transformers, synchronous motor switch 11, current measuring transformer 12, synchronous electric motor 13, angle and slip sign control unit 14, asynchronous synchronous motor detection sensor 15, element 16 time delay element OR 17, circuit 18 for automatic resynchronization of a synchronous motor,

,

- the same voltage, proportional to the voltage of the bus section 7 of the main source and the bus section 8 of the backup source, δ _op - the signal that appears at the output of block 14, if the voltage vector

lags in phase with respect to the voltage vector

at a given angle.

Датчик 15 выявления асинхронного режима синхронного электродвигателя подключен своими входами (через трансформаторы 9 и 12) к напряжению секции шин 7 основного источника и к току синхронного электродвигателя 13, а выходом - через элемент ИЛИ 17 к схеме 18 автоматической ресинхронизации синхронного электродвигателя 13, и через элемент 16 выдержки времени - к выключателю 11 синхронного двигателя, входы блока 14 контроля угла и знака скольжения подключены (через трансформаторы 9 и 10) к напряжению секции шин 7 основного источника и к одноименному напряжению секции шин 8 резервного источника, а выход его подключен к другому входу элемента ИЛИ 17. The sensor 15 for detecting the asynchronous mode of the synchronous electric motor is connected by its inputs (through transformers 9 and 12) to the voltage of the bus section 7 of the main source and to the current of the synchronous electric motor 13, and the output through the element OR 17 to the circuit 18 for automatic resynchronization of the synchronous electric motor 13, and through the element 16 time delays - to the switch 11 of the synchronous motor, the inputs of the angle and slip sign control unit 14 are connected (via transformers 9 and 10) to the voltage of the bus section 7 of the main source and to the voltage of the same name the bus section 8 of the backup source, and its output is connected to another input of the OR element 17.

В нормальном режиме выключатели 4, 5 и 11 включены, выключатель 6 отключен, а элементы 14-18 находятся в несработанном состоянии. При этом напряжения

и

могут расходиться на небольшой угол, который обычно не превышает 5^о. На фиг. 2 приведена характеристика срабатывания для блока 14. Если расположить вектор

совпадающим с действительной осью, то угол между векторами

и

будет отрицательным, если вектор U_I отстает от вектора

.In normal mode, switches 4, 5, and 11 are turned on, switch 6 is turned off, and elements 14-18 are in an unused state. At this voltage

and

can diverge at a small angle, which usually does not exceed 5 ^about . In FIG. 2 shows the response characteristic for block 14. If you place the vector

coinciding with the real axis, then the angle between the vectors

and

will be negative if the vector U _{I is} behind the vector

.

Пусть уставка по углу срабатывания блока 14 δ_ср задана, равной, например, 80^о (в опытном образце возможна также регулировка этого угла в диапазоне 20-95^о);
При потере питания секции шин 7 основного источника (например, ошибочным отключением выключателя на высокой стороне питающего напряжения трансформаторы 2) происходит медленный выбег синхронного электродвигателя 13, поэтому напряжение секции шин 7 в первый момент времени не уменьшается, а частота его начинает медленно уменьшаться. При этом напряжение

начинает медленно отставать по фазе относительно

, а вектор

движется относительно вектора

по часовой стрелке (см. фиг. 2). При наличии быстродействующего АВР и быстродействующих выключателей 4 и 6 (если постоянная времени электродвигателя 13 при его выбеге достаточно валика), время потери питания может быть относительно мало, и поэтому обеспечивается быстрое отключение выключателя 4 и включение выключателя 6, еще до момента срабатывания блока 11. При этом напряжения

и

начинают совпадать по фазе, а элементы 14-18 не срабатывают. Однако, в общем случае, если постоянная времени электродвигателя 13 при его выбеге достаточно мала, а время отключения выключателя 4 и включения выключателя 6 достаточно велико, то напряжение

на секции шин 7 успевает разойтись по фазе относительно напряжения

на секции шин 8 на угол, превышающий угол срабатывания δ_ср блока 14. При этом блок 14 срабатывает и через элемент ИЛИ 17 и схему 18 отключает возбуждение электродвигателя 13. Таким образом, при достаточно высоком быстродействии схемы 18 к моменту расхождения векторов напряжений

и

на опасный угол (больший, например, по величине - 100^о) происходит отключение возбуждения синхронного электродвигателя 13, чем исключается его противофазное включение в возбужденном состоянии (т. е. электродвигатель переводится в режим асинхронного пуска).Let the setting for the angle of operation of the block 14 δ _sr set, for example, equal to 80 ^about (in the prototype it is also possible to adjust this angle in the range of 20-95 ^about );
When the power supply of the bus section 7 of the main source is lost (for example, by mistakenly opening the circuit breaker on the high side of the supply voltage of the transformers 2), the synchronous electric motor 13 slows down, so the voltage of the bus section 7 does not decrease at the first moment of time, and its frequency starts to decrease slowly. In this case, the voltage

begins to slowly phase out relatively

, and the vector

moves relative to the vector

clockwise (see Fig. 2). In the presence of a high-speed automatic transfer switch and high-speed switches 4 and 6 (if the time constant of the electric motor 13 when the roller runs out is enough), the power loss time can be relatively short, and therefore, it is possible to quickly turn off the switch 4 and turn on the switch 6, even before the operation of block 11. At this voltage

and

begin to coincide in phase, and elements 14-18 do not work. However, in the general case, if the time constant of the electric motor 13 when it is coasting is small enough, and the time to turn off the switch 4 and turn on the switch 6 is large enough, then the voltage

on the bus section 7 manages to phase out relative to the voltage

on the bus section 8, by an angle exceeding the response angle δ _{sr of} block 14. At the same time, block 14 is also triggered through the OR element 17 and the circuit 18 to turn off the excitation of the electric motor 13. Thus, at a sufficiently high speed of the circuit 18 by the time the voltage vectors diverge

and

at a dangerous angle (larger, for example, in magnitude - 100 ^o ), the excitation of the synchronous electric motor 13 is turned off, which excludes its antiphase switching in the excited state (i.e., the electric motor is switched to the asynchronous start mode).

Возврат блока 14 в исходное состояние обеспечивается при угле большем по величине - 280^о, или же в момент времени, соответствующий включению резервного питания, когда напряжения

и

начинают совпадать по фазе. После включения резервного питания дальнейшая ресинхронизация синхронного двигателя производится с помощью датчика 15. Если в момент включения резервного питания ток синхронного двигателя достаточно большой, а сопротивление на его зажимах в переходном режиме достаточно мало, то при этом срабатывает датчик 15 и через элемент ИЛИ 17 и схему 18 обеспечивает дополнительный сигнал на отключение возбуждения синхронного электродвигателя 13. При дальнейшей успешной ресинхронизации ток двигателя уменьшается, а сопротивление на его зажимах увеличивается, поэтому датчик 15 возвращается в исходное состояние к через элемент ИЛИ 17 и схему 18 обеспечивается включение возбуждения синхронного электродвигателя 13. Если синхронизация действует не успешно, то с выдержкой времени элемента 16 обеспечивается отключение электродвигателя 13 выключателем 11.
При потере питания секции шин 8 (с синхронной нагрузкой) блок 14 не срабатывает, так как при этом знак скольжения вектора

относительно

положительный. При этом элементы 14-18 также не срабатывают. По сравнению с известным устройство не только быстро и селективно выявляет асинхронный режим синхронного двигателя и производит его ресинхронизацию, но также быстро и селективно выявляет опасный угол расхождения вектора напряжения секции шин основного источника относительно одноименного вектора напряжения секции шин резервного источника и в соответствии с этим производит отключение возбуждения синхронного двигателя еще до момента включения резервного питания.Return block 14 to its initial state is provided at an angle greater in magnitude - ^280, or at a time corresponding to a backup power-on when the voltage

and

begin to match in phase. After turning on the backup power, further resynchronization of the synchronous motor is carried out using sensor 15. If, at the time of turning on the backup power, the current of the synchronous motor is high enough and the resistance at its terminals in transition mode is low, then the sensor 15 is activated through the OR element 17 and the circuit 18 provides an additional signal to turn off the excitation of the synchronous electric motor 13. With further successful resynchronization, the motor current decreases, and the resistance at its terminals increases It turns out that is why the sensor 15 returns to its initial state through the OR element 17 and the circuit 18 provides the excitation of the synchronous electric motor 13. If the synchronization does not work successfully, then with the time delay of the element 16, the motor 13 is turned off by the switch 11.
When the power supply of bus section 8 (with synchronous load) is lost, block 14 does not work, since the vector slip sign

regarding

positive. However, the elements 14-18 also do not work. Compared with the known device, it not only quickly and selectively detects the asynchronous mode of the synchronous motor and performs its resynchronization, but also quickly and selectively identifies the dangerous angle of divergence of the voltage vector of the bus section of the main source relative to the same voltage vector of the bus section of the backup source and, in accordance with this, turns off excitation of the synchronous motor even before turning on the backup power.

Технико-экономическая эффективность устройства образуется за счет повышения надежности электроснабжения синхронных электродвигателей и уменьшения технологического ущерба у потребителей с двигательной нагрузкой.
(56) Авторское свидетельство СССР N 699610, кл. H 02 J 9/06, 1977.Technical and economic efficiency of the device is formed by increasing the reliability of power supply of synchronous motors and reducing technological damage to consumers with motor load.
(56) Copyright certificate of the USSR N 699610, cl. H 02 J 9/06, 1977.

Авторское свидетельство СССР N 909745, кл. H 02 H 7/08, 1980. USSR author's certificate N 909745, cl. H 02 H 7/08, 1980.

Заключительный отчет о НИР Донецкого политехнического института Внедрение системы самозапуска и защиты от асинхронного режима на двигателях СТД-12500 газокомпрессорных станций. Всесоюзный научно-технический информационный центр, N гос. рег. 01840056742, 1988, рис. Г. 5.1, Г. 5.3. Final report on research of the Donetsk Polytechnic Institute Implementation of a self-starting system and protection against asynchronous operation on STD-12500 engines of gas compressor stations. All-Union Scientific and Technical Information Center, N state. reg. 01840056742, 1988, fig. G. 5.1, G. 5.3.

Claims

A DEVICE FOR PROTECTING A SYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR FROM ASYNCHRONOUS MODE, comprising a sensor for detecting the asynchronous mode of a synchronous electric motor, the inputs of which are connected to the voltage of the busbar section of the main source and to the current of the synchronous motor, and the output through the time delay element is connected to the synchronous motor circuit breaker, which further comprises an angle and slip sign control unit and an OR element, wherein the inputs of the angle and slip sign control unit are connected to the voltage of the main busbar section and to the voltage of the backup source bus section of the same name, the inputs of the OR element are connected to the outputs of the sensor for detecting the asynchronous mode of the synchronous electric motor and the angle and slip sign control unit, and the output of the OR element is connected to the automatic resynchronization circuit of the synchronous motor.