RU2046486C1

RU2046486C1 - Current unbalance checking device

Info

Publication number: RU2046486C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Абросимов; Н.Е. Жадобин; Р.О. Росляков
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Балтийское морское пароходство"
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has current changer unit whose outputs are connected to respective inputs of forward- and reverse-sequence filters whose outputs are connected to inputs of first and second rectifiers, respectively. Novelty is introduction of differential integrator whose first input is connected to first rectifier output and second input, to second rectifier output. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной защиты и автоматики. The invention relates to electrical engineering and is intended for use in relay protection systems and automation.

Известно устройство защиты трехфазного потребителя от несимметричных режимов, включающее в себя датчики тока, выпрямители, элемент ИЛИ, ключ и блок контроля [1] Датчики тока включены в цепи каждой фазы. Принцип их работы предполагает включение в цепь питания защищаемого потребителя двух противоположно направленных тиристоров. Датчики формируют полезный сигнал в те интервалы времени, когда по фазному проводу не протекает электрический ток. Отсутствие электрического тока в фазном проводе связано с необходимостью открывания тиристора соответствующего направления. При этом возникают несинусоидальные искажения кривой потребляемого тока. A device is known for protecting a three-phase consumer from asymmetric modes, including current sensors, rectifiers, an OR element, a key and a control unit [1] Current sensors are included in the circuit of each phase. The principle of their operation involves the inclusion of two oppositely directed thyristors in the power circuit of the protected consumer. The sensors form a useful signal at those time intervals when no electric current flows through the phase wire. The lack of electric current in the phase wire is associated with the need to open the thyristor in the corresponding direction. In this case, non-sinusoidal distortions of the curve of the consumed current occur.

Искажение кривой потребляемого тока приводит к появлению высших гармоник. Высшие гармоники в свою очередь снижают допустимую мощность защищаемого потребителя. Это особенно характерно для асинхронных двигателей, которые на судах составляют до 80% всех потребителей. Кроме того, включение тиристоров в цепи питания приводит к снижению надежности электроснабжения потребителя. Distortion of the current curve leads to the appearance of higher harmonics. Higher harmonics in turn reduce the permissible power of the protected consumer. This is especially true for asynchronous motors, which on ships account for up to 80% of all consumers. In addition, the inclusion of thyristors in the power circuit reduces the reliability of the power supply to the consumer.

Наиболее близким к изобретению является устройство [2] реализация которого предполагает наличие блока преобразователей тока, содержащего соответствующее количество согласующих устройств. Его выходы соединены с соответствующими входами фильтра прямой последовательности и соответствующими входами фильтра обратной последовательности. Выходы последних соединены с входами первого и второго выпрямителей соответственно. Выходы выпрямителей соединены с входами сумматора. Closest to the invention is a device [2] the implementation of which involves the presence of a block of current converters containing the corresponding number of matching devices. Its outputs are connected to the corresponding inputs of the forward sequence filter and the corresponding inputs of the reverse sequence filter. The outputs of the latter are connected to the inputs of the first and second rectifiers, respectively. The outputs of the rectifiers are connected to the inputs of the adder.

Все перечисленные элементы являются стандартными элементами электроавтоматики. Они описаны, например, в [3] и [4] В данном устройстве на выходах фильтров прямой и обратной последовательности формируются сигналы, пропорциональные мгновенным значениям соответственно токов прямой и обратной последовательности, протекающих по проводам защищаемой электрической системы. Первый и второй выпрямители преобразуют эти сигналы из переменных в пульсирующие. Последние арифметически складываются в сумматоре. Выход сумматора соединен с реагирующим органом. Реагирующий орган срабатывает, если сумма сигналов прямой и обратной последовательностей превысит введенную в него уставку. Другими словами, защита может сработать как в случае слишком большого тока прямой последовательности, так и в случае слишком большого тока обратной последовательности. В результате защита не отстраивается от ситуации, когда в защищаемой электрической системе протекают токи, далекие от номинальных, при этом имеет место их несимметрия. All of these elements are standard elements of electroautomatics. They are described, for example, in [3] and [4] In this device, signals are generated at the outputs of the forward and reverse sequence filters, which are proportional to the instantaneous values of the forward and reverse sequence currents, respectively, flowing through the wires of the protected electrical system. The first and second rectifiers convert these signals from variables to pulsating ones. The latter arithmetically add up in the adder. The output of the adder is connected to the reacting authority. The reacting organ is triggered if the sum of the signals of the forward and reverse sequences exceeds the set value entered into it. In other words, the protection can be triggered both in the case of too much current in the direct sequence and in the case of too much current in the negative sequence. As a result, the protection does not rebuild from the situation when currents far from the rated ones flow in the protected electrical system, and their asymmetry takes place.

Подобная ситуация может возникать вследствие обгорания главных контактов коммутационных аппаратов силовой сети, неравномерности их прижима по отдельным полюсам, ослабления крепежа токоведущих жил и т.п. В практике эксплуатационников такое встречается довольно часто. Известны случаи, когда из-за своевременно не устраненной несимметрии, вызванной ослаблением прижима контактов, сгорели электродвигатели таких ответственных приемников, как рулевой электропривод. A similar situation can occur due to burning of the main contacts of the switching devices of the power network, uneven clamping of individual poles, weakening of the fasteners of current-carrying conductors, etc. In the practice of operators, this is quite common. There are cases when, due to a timely unresolved asymmetry caused by the weakening of the contact clamp, the electric motors of such critical receivers as the steering electric drive burned out.

Целью изобретения является обеспечение чувствительности защиты к заданной величине несимметрии в широком диапазоне токов, протекающих в защищаемой электрической системе. The aim of the invention is to provide a sensitivity of protection to a given value of asymmetry in a wide range of currents flowing in the protected electrical system.

Для достижения цели в устройство вводят дифференциальный интегратор. Причем его первый вход соединен с выходом первого выпрямителя. Второй вход дифференциального интегратора соединен с выходом второго выпрямителя. To achieve the goal, a differential integrator is introduced into the device. Moreover, its first input is connected to the output of the first rectifier. The second input of the differential integrator is connected to the output of the second rectifier.

На чертеже представлена функциональна схема устройства. The drawing shows a functional diagram of the device.

Блок 1 преобразователей тока состоит из первого, второго и третьего преобразователей 2, 3 и 4 тока, соединенных с фазами защищаемой электрической системы. Их выходы соединены с соответствующими входами фильтра 5 прямой последовательности и фильтра 6 обратной последовательности. Выход фильтра прямой последовательности соединен с входом первого выпрямителя 7. Выход фильтра обратной последовательности соединен с входом второго выпрямителя 8. Выход первого выпрямителя соединен с первым входом дифференциального интегратора 9. Его второй вход соединен с выходом второго выпрямителя. Выход дифференциального усилителя является выходом устройства. Block 1 of the current converters consists of the first, second and third current converters 2, 3 and 4 connected to the phases of the protected electrical system. Their outputs are connected to the corresponding inputs of the forward sequence filter 5 and the reverse sequence filter 6. The output of the forward sequence filter is connected to the input of the first rectifier 7. The output of the reverse sequence filter is connected to the input of the second rectifier 8. The output of the first rectifier is connected to the first input of the differential integrator 9. Its second input is connected to the output of the second rectifier. The output of the differential amplifier is the output of the device.

Конструкция преобразователей 2, 3 и 4 тока, фильтров 5 и 6, выпрямителей 7 и 8 идентична тем же узлам устройства-прототипа. Дифференциальный интегратор 9 также является элементом автоматики [5]
Устройство работает следующим образом.The design of current converters 2, 3 and 4, filters 5 and 6, rectifiers 7 and 8 is identical to the same nodes of the prototype device. Differential integrator 9 is also an element of automation [5]
The device operates as follows.

На выходах блока 1 преобразователей тока формируются сигналы, пропорциональные мгновенным значениям токов, протекающих по соответствующим фазам защищаемой электрической системы. Фильтр 5 прямой последовательности, суммируя с соответствующим сдвигом фазы (0, 120 и 240 эл. град.) сигналы блока 1 преобразователей тока, формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный току прямой последовательности, протекающему в защищаемой электрической системе. Первый выпрямитель 7 преобразует этот сигнал в пульсирующий, причем его составляющая пропорциональна амплитуде тока прямой последовательности. Аналогично на выходе второго выпрямителя 8, чем выход соединен с выходом фильтра 6 обратной последовательности, формируется пульсирующий сигнал, постоянная составляющая которого пропорциональна току обратной последовательности. At the outputs of unit 1 of the current converters, signals are generated that are proportional to the instantaneous values of the currents flowing through the corresponding phases of the protected electrical system. The direct sequence filter 5, summing with the corresponding phase shift (0, 120 and 240 electric degrees) the signals of the unit 1 of the current converters, generates at its output a signal proportional to the direct sequence current flowing in the protected electrical system. The first rectifier 7 converts this signal into a pulsating one, and its component is proportional to the amplitude of the current of the direct sequence. Similarly, at the output of the second rectifier 8, than the output is connected to the output of the negative sequence filter 6, a pulsating signal is formed, the constant component of which is proportional to the current of the negative sequence.

Выход первого выпрямителя 7 соединен с первым входом дифференциального интегратора 9, выход второго выпрямителя 8 с вторым входом дифференциального интегратора. Каждый из выходов дифференциального интегратора 9 имеет свой собственный коэффициент передачи. Отношение коэффициентов передачи по первому и второму входам определяется величиной несимметрии (в процентах), допускаемой в защищаемой электрической системе. The output of the first rectifier 7 is connected to the first input of the differential integrator 9, the output of the second rectifier 8 with the second input of the differential integrator. Each of the outputs of the differential integrator 9 has its own transmission coefficient. The ratio of the transmission coefficients for the first and second inputs is determined by the magnitude of the asymmetry (in percent) allowed in the protected electrical system.

В дифференциальном интеграторе 9 интегрируется по времени разность токов прямой и обратной последовательностей, умноженных на соответствующие коэффициенты передачи. В зависимости от знака этой разницы на выходе интегратора 9 появляется напряжение насыщения со знаком плюс или минус. Одно из этих значений, соответствующее недопустимой величине токовой несимметрии, является напряжением срабатывания реагирующего органа. В зависимости от защищаемого объекта (рулевая машина, насос, вентилятор и т.д.) реагирующий орган включает сигнализацию как с отключением, так и без отключения его. Тем самым достигается цель обеспечение чувствительности защиты к заданной величине несимметрии. При этом не играет особой роли величина тока прямой последовательности: устройство срабатывает, как только амплитуда тока обратной последовательности превысит допустимую долю амплитуды тока прямой последовательности. In the differential integrator 9, the difference between the currents of the forward and reverse sequences multiplied by the corresponding transmission coefficients is integrated over time. Depending on the sign of this difference, a saturation voltage with a plus or minus sign appears at the output of the integrator 9. One of these values, corresponding to an unacceptable value of current asymmetry, is the response voltage of the reacting organ. Depending on the protected object (steering machine, pump, fan, etc.), the reacting body turns on the alarm both with and without switching it off. Thereby, the goal is achieved to ensure the sensitivity of protection to a given value of asymmetry. In this case, the magnitude of the direct sequence current does not play a special role: the device operates as soon as the amplitude of the current of the negative sequence exceeds the permissible fraction of the amplitude of the current of the direct sequence.

Напряжение насыщения на выходе дифференциального интегратора 9 появляется в случае, если знак разности "устойчив", т.е. в течение длительного времени, большего, чем несколько постоянных интегрирования, знак разности не меняется на противоположный. При смене знака разности дифференциальный интегратор 9 входит в режим насыщения тем быстрее, чем больше абсолютная величина разности. The saturation voltage at the output of the differential integrator 9 appears if the sign of the difference is "stable", i.e. for a long time, more than a few integration constants, the sign of the difference does not change to the opposite. When changing the sign of the difference, the differential integrator 9 enters the saturation mode the faster, the greater the absolute value of the difference.

Таким образом, устройство обеспечивает так называемую "зависимую" характеристику времени срабатывания от величины несимметрии. Данная способность защиты является положительным ее свойством, поскольку позволяет исключить ложные срабатывания. Дело в том, что кратковременная токовая несимметрия может возникнуть, например, в ходе запуска защищаемого асинхронного двигателя или других его переходных режимах. Thus, the device provides the so-called "dependent" response time characteristic on the asymmetry value. This protection ability is a positive property, since it allows to eliminate false positives. The fact is that short-term current asymmetry can occur, for example, during the start of a protected asynchronous motor or its other transient modes.

В сравнении с устройством-прототипом реализованное в устройстве обеспечение чувствительности защиты к заданной величине несимметрии в широком диапазоне токов, протекающих в защищаемой электрической системе, существенно повышает уровень ее технической эксплуатации. Compared to the prototype device, the protection implemented in the device to provide protection sensitivity to a given value of asymmetry in a wide range of currents flowing in the protected electrical system significantly increases the level of its technical operation.

Использование устройства повышает надежность работы защищаемого объекта, так как предупреждает перегрев обмотки статора и обгорание контактных полюсов, приводящее к разрушению пуско-регулирующей аппаратуры. Устройство фиксирует несимметрию вне зависимости от нагрузки защищаемого объекта. Using the device improves the reliability of the protected object, as it prevents overheating of the stator winding and burning of the contact poles, leading to the destruction of start-up and control equipment. The device captures the asymmetry regardless of the load of the protected object.

В отличие от устройства-прототипа данное устройство обеспечивает непрерывный контроль за текущей величиной токовой несимметрии. Это дает возможность своевременно фиксировать предаварийные режимы защищаемой электрической системы или защищаемого асинхронного двигателя. Своевременная их фиксация позволяет перейти к использованию резерва, а затем в спокойной обстановке выявить и устранить причины, вызвавшие токовую несимметрию. При использовании устройства представляется возможность снизить вероятность внезапных отказов защищаемого оборудования в полтора-два раза. Unlike the prototype device, this device provides continuous monitoring of the current value of current asymmetry. This makes it possible to timely fix pre-emergency modes of the protected electrical system or the protected asynchronous motor. Their timely fixation allows you to switch to the use of the reserve, and then in a calm environment to identify and eliminate the causes of the current asymmetry. When using the device, it is possible to reduce the probability of sudden failures of the protected equipment by one and a half to two times.

Claims

CURRENT ASYMMETRY CONTROL DEVICE, consisting of a block of current converters, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the forward sequence filter and the reverse sequence filter, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second rectifiers, respectively, characterized in that a differential integrator is introduced into it, the first input of which connected to the output of the first rectifier, and the second input to the output of the second rectifier.