RU2693031C1

RU2693031C1 - Method for relay protection of a synchronous electrical machine

Info

Publication number: RU2693031C1
Application number: RU2018134004A
Authority: RU
Inventors: Юрий Яковлевич Лямец; Иван Дмитриевич Кочетов; Михаил Владимирович Мартынов; Александр Николаевич Маслов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Релематика"
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2019-07-01

Abstract

FIELD: electrical equipment; electric power engineering.

SUBSTANCE: according to the method of relay protection of synchronous electric machine stator currents, rotor current, phase voltages at stator outputs and neutral voltage are observed. Phase algorithmic models of all three phases of undamaged electrical machine are used, non-zero phase voltages are determined as the difference between phase voltages and neutral voltage, stator currents and non-zero phase voltages are converted in algorithmic models to signals predicting real values of intact electric machine. At that, phase algorithmic models and corresponding non-zero phase voltages are divided into the first and second ones, two-stage transformations of the observed currents and the first non-zero voltages are performed in two-coordinate measurements. At the first stage, said values are converted in the first algorithmic models to the predicted rotor turn angle, at the second stage the observed currents are again converted, but this time in the second algorithmic models and together with the predicted angle, into the predicted second voltages. Each of the predicted voltages is compared with the corresponding observed voltage, two-coordinate measurement is generated from each pair of compared voltages, displayed on the plane, where the mode area of the intact synchronous machine modes is set, and protection is actuated if all two-coordinate measurements are displayed outside the corresponding region.

EFFECT: expansion of the functionality of the method.

3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике, а именно к релейной защите синхронной электрической машины, генератора или электродвигателя. Изобретение предназначено для реализации средствами цифровой техники.The invention relates to power engineering and electrical engineering, namely, to relay protection of a synchronous electric machine, generator or electric motor. The invention is intended for implementation by means of digital technology.

Электрическая машина нуждается в защите от разнообразных повреждений: междуфазных коротких замыканий, межвитковых замыканий в обмотках статора и ротора, пробоя изоляции на корпус также в обеих частях, в случае генератора - от перехода в двигательный режим. На протяжении всей истории развития электроэнергетики сложился такой общий способ защиты электрической машины, в котором за каждый вид повреждения несет ответственность отдельный частный способ - дифференциальный, дистанционный, отдельные способы защиты от замыканий витков обмотки ротора, от замыканий обмотки статора на землю[1].The electric machine needs to be protected from a variety of damage: phase-to-phase short circuits, inter-turn short circuits in the stator and rotor windings, insulation breakdown on the housing also in both parts, in the case of a generator - from switching to motor mode. Throughout the history of the development of electric power industry, such a general method of protecting an electric machine has been developed, in which for each type of damage a separate private method is responsible - differential, remote, separate protection methods against short circuits of the rotor windings, against short circuits of the stator winding to ground [1].

Современные терминалы релейной защиты проводят цифровую запись наблюдаемых электрических величин. Возникает вопрос, как наиболее эффективно распорядиться имеющейся информационной базой, включающей в себя не только цифровые осциллограммы протекающих процессов, но и априорную информацию о защищаемом объекте, в данном случае - синхронной электрической машине. Априорная информация в наиболее общем плане представлена в алгоритмической модели объекта, учитывающей его структуру и параметры, но с одной существенной оговоркой: в предположении, что объект не поврежден. Ни от какой модели, подготовленной к использованию в реальном времени, нельзя требовать учета всего многообразия возможных повреждений объекта. Модель неповрежденного объекта от подобных требований освобождена, и по отношению к повреждениям инвариантна. Возникает задача придания модели неповрежденного объекта свойств индикатора повреждения [2].Modern relay protection terminals digitally record the observed electrical quantities. The question arises of how to most effectively manage the existing information base, which includes not only digital oscillograms of the processes, but also a priori information about the protected object, in this case a synchronous electric machine. A priori information in the most general terms is presented in an algorithmic model of an object, taking into account its structure and parameters, but with one essential caveat: assuming that the object is not damaged. From any model prepared for use in real time, it is impossible to require consideration of the whole variety of possible damage to the object. The model of an intact object is freed from such requirements, and is invariant with respect to damage. The problem arises of imparting damage indicator properties to a model of an intact object [2].

Известны технические решения, дающие принципиальное решение данной задачи [3,4]. В их основе лежит понятное соображение. Наблюдатель энергообъекта регистрирует и накапливает в памяти такой объем информации, что он превосходит минимум, достаточный для активирования модели неповрежденного объекта. Избыток информации позволяет судить о том, поврежден ли он на самом деле или есть основание подозревать повреждение.Known technical solutions, giving a fundamental solution to this problem [3,4]. They are based on understandable consideration. The observer of the power object registers and accumulates in the memory such a volume of information that it exceeds the minimum sufficient to activate the model of an intact object. Excess information allows to judge whether it is actually damaged or there is reason to suspect damage.

Существуют технические признаки, универсальные для способа защиты любого энергообъекта. Это регистрация (цифровое осциллографирование) токов и напряжений на его зажимах, использование модели неповрежденного объекта, активирование модели источниками наблюдаемых электрических величин, преобразование выходной величины алгоритмической модели в двухкоординатный замер, задания на плоскости замера области локализации режимов, альтернативных повреждениям защищаемого объекта. В процессе эксплуатации релейной защиты область локализации используется для блокирования защиты. Наблюдаемый режим отображают на плоскости замера и производят срабатывание защиты при условии, что отображение режима окажется вне блокирующей области.There are technical signs that are universal for the way to protect any power object. These are registration (digital oscillography) of currents and voltages at its terminals, using the model of an intact object, activating the model with sources of observed electrical quantities, converting the output value of the algorithmic model into a two-coordinate measurement, setting the measuring area plane for modes alternative to damage to the protected object. During the operation of the relay protection, the localization area is used to block the protection. The observed mode is displayed on the measurement plane and the protection is triggered, provided that the mode display is outside the blocking area.

Наблюдаемые величины изменяются во времени. Обычно в них присутствует синусоидальная составляющая. Если она может быть выделена с необходимой точностью, то информацию переводят в простейший комплексный базис. В таком случае двухкоординатный замер представляет собой комплексную величину, отображаемую на комплексной плоскости. Но во временном базисе, наиболее общем, преобразование в двухкоординатный замер - общий технический признак, нуждающийся в детализации, учитывающей специфику энергообъектов, в данном случае синхронных электрических машин.The observed values change over time. Usually they have a sinusoidal component. If it can be selected with the necessary accuracy, then the information is transferred to the simplest complex basis. In this case, two-coordinate measurement is a complex value displayed on the complex plane. But in the time basis, the most general, the transformation into a two-coordinate measurement is a common technical feature that needs to be specified in detail, taking into account the specifics of power facilities, in this case synchronous electrical machines.

Известен способ защиты генератора [5], основанный на применении алгоритмической модели синхронной электрической машины. Согласно этому способу наблюдают токи и напряжения на выводах машины. Используют ее алгоритмическую модель в неповрежденном состоянии, которую активируют источниками, совпадающими с некоторыми из наблюдаемых величин. Реакцию модели, т.е. ее выходную величину, преобразуют в замер, определяемый двумя сигналами (координатами).There is a method of generator protection [5], based on the application of an algorithmic model of a synchronous electric machine. According to this method, currents and voltages are observed at the terminals of the machine. Its algorithmic model is used in an intact state, which is activated by sources that coincide with some of the observed values. The reaction of the model, i.e. its output value is converted into a measurement determined by two signals (coordinates).

Указанный способ защиты генератора распространяется на синхронную электрическую машину. Тем не менее, его недостатком являются ограниченные функциональные возможности. Дело в том, что способ реализован в комплексном базисе, предполагающем выделение синусоидальных составляющих электрических величин. Мало того, способ нуждается в определении ЭДС, наводимых током ротора в обмотках статора, что выполняется в предположении о неизменности ЭДС в предшествующем режиме и сменившем его текущем режиме короткого замыкания (КЗ) во внешней электрической сети или же повреждения электрической машины. Однако такое допущение тем менее правомерно, чем опаснее повреждение или интенсивнее КЗ. В этом случае еще одна причина недостаточных функциональных возможностей рассматриваемого способа.This method of generator protection extends to a synchronous electric machine. However, its disadvantage is limited functionality. The fact is that the method is implemented in a complex basis, which presupposes the extraction of sinusoidal components of electrical quantities. Moreover, the method needs to determine the EMF induced by the rotor current in the stator windings, which is performed under the assumption that the EMF is unchanged in the previous mode and the current short-circuit mode (CC) that has replaced it in the external electrical network or damage to the electric machine. However, such an assumption is all the less legitimate, the more dangerous the damage or the more intense the fault. In this case, another reason for the lack of functionality of the considered method.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа релейной защиты синхронной электрической машины. Поставленная цель достигается тем, что алгоритмическая модель защищаемого объекта выполняется в наиболее общем временном базисе. Учитывается взаимосвязь между мгновенными значениями наблюдаемых электрических величин. Это токи статора, ток ротора, фазные напряжения на выводах статора, напряжение его нейтрали. Используется фазная модель неповрежденной синхронной машины. Принципиально новым техническим признаком является двухэтапное преобразование наблюдаемых токов и определенной части напряжений. Фазные алгоритмические модели, как и соответствующие напряжения, распределяются по этапам преобразования. На первом этапе прогнозируется угол поворота ротора, а на втором - те фазные напряжения, которые не были задействованы на первом этапе. Принципиально важно, что такое техническое решение позволяет ввести на втором этапе особый набор входных величин. Если на первом этапе это были наблюдаемые токи и первая часть наблюдаемых напряжений, то на втором этапе - те же токи, но вместо напряжений вводится полученный на первом этапе угол поворота ротора. Эффект от такого решения заключается в том, что вторая часть наблюдаемых напряжений остается в резерве. Появляется возможность спрогнозировать их, а затем сопоставить прогноз с реальностью, формируя двухкоординатный замер и отображая его на плоскости. Если электрическая машина не повреждена, то ее алгоритмическая модель адекватно отражает протекающие процессы. В случае повреждения адекватность нарушается, что скажется на отображении двухкоординатного замера. Оно будет смещено относительно области локализации нормальных режимов электрической машины.The purpose of the invention is to expand the functionality of the method of relay protection of a synchronous electric machine. This goal is achieved by the fact that the algorithmic model of the protected object is executed in the most general time basis. The relationship between the instantaneous values of the observed electrical quantities is taken into account. These are the currents of the stator, the rotor current, the phase voltages at the terminals of the stator, its neutral voltage. A phase model of an intact synchronous machine is used. A fundamentally new technical feature is a two-stage conversion of the observed currents and a certain part of the voltage. Phase algorithmic models, as well as the corresponding voltages, are distributed in stages of conversion. At the first stage, the angle of rotation of the rotor is predicted, and at the second stage, those phase voltages that were not involved in the first stage are predicted. It is fundamentally important that such a technical solution allows you to enter a special set of input quantities at the second stage. If at the first stage these were the observed currents and the first part of the observed voltages, then at the second stage - the same currents, but instead of the voltages, the rotor angle obtained at the first stage is introduced. The effect of this decision is that the second part of the observed stresses remains in reserve. It becomes possible to predict them, and then compare the forecast with reality, forming a two-dimensional measurement and displaying it on a plane. If the electric machine is not damaged, then its algorithmic model adequately reflects the processes taking place. In case of damage, the adequacy is violated, which will affect the display of two-coordinate measurement. It will be shifted relative to the localization area of the normal modes of the electric machine.

Предлагаемый способ имеет две модификации, частную и общую. Частная, более простая, пригодна для распространенной на практике ситуации, когда частоту вращения ротора можно принять сохраняющейся некоторое время после повреждения машины. В общем же случае угол поворота ротора определяют два неизвестных параметра - частота вращения и начальная фаза. Число алгоритмических моделей первого этапа преобразования входных величин должно быть равно числу неизвестных параметров. Соответственно, для преобразования на втором этапе остается в общей модификации только одна модель, а в частной - две.The proposed method has two modifications, private and general. Private, more simple, suitable for a common practice in situations where the rotor speed can be taken to persist for some time after damage to the machine. In the general case, the angle of rotation of the rotor is determined by two unknown parameters - the frequency of rotation and the initial phase. The number of algorithmic models of the first stage of the conversion of input values should be equal to the number of unknown parameters. Accordingly, for the transformation at the second stage only one model remains in the general modification, and two in the particular one.

На фиг. 1 изображена структура сети с синхронной электрической машиной. На фиг. 2 - оси электрической машины и угол поворота ротора. На фиг. 3, 4 - структура общей модификации релейной защиты, фиг. 3 - модуль первого этапа преобразования, фиг. 4 - второго этапа. На фиг. 5 показана плоскость двухкоординатного замера с областью отображения режимов неповрежденной электрической машины. На фиг. 6, 7 - структура частной модификации релейной защиты, где не ставится задача определения частоты вращения ротора; фиг. 6 и фиг. 7 - модули первого и второго этапа преобразования.FIG. 1 shows the network structure with a synchronous electric machine. FIG. 2 - the axis of the electric machine and the angle of rotation of the rotor. FIG. 3, 4 - the structure of the general modification of the relay protection, FIG. 3 shows the module of the first conversion stage, FIG. 4 - the second stage. FIG. 5 shows the plane of the two-coordinate measurement with the display area of the modes of the intact electric machine. FIG. 6, 7 - structure of private modification of the relay protection, where the task of determining the rotor speed is not set; FIG. 6 and FIG. 7 - modules of the first and second conversion stage.

Наконец, на фиг. 8 приведена принципиальная схема, поясняющая взаимосвязи в электрической машине и лежащая в основе ее алгоритмических моделей.Finally, in FIG. 8 is a schematic diagram explaining the interconnections in the electric machine and underlying its algorithmic models.

Синхронная электрическая машина 1 представлена на схеме фиг. 1 обмотками 2 трех фаз статора и обмоткой 3 ротора, питаемой от возбуждения 4. Электрическая машина является частью сети 5. Вторая, внешняя по отношению к машине часть сети 6 является нагрузкой синхронного генератора или источником питания синхронного двигателя.The synchronous electric machine 1 is shown in FIG. 1 windings 2 of the three phases of the stator and the winding 3 of the rotor fed from the excitation 4. The electric machine is part of the network 5. The second, external to the machine part of the network 6 is the load of the synchronous generator or the power source of the synchronous motor.

Регистрируемые релейной защитой электрические величины - четыре напряжения и четыре тока: фазные напряжения u_А, u_в, u_с, напряжение нейтрали u_N, токи обмоток статора i_A, i_B, i_C и ток i_R обмотки ротора. Наблюдаемые величины представляют собой векторы напряжения и токаThe detected electrical quantities protection relay - four voltages and four currents: phase voltage u _A, u _a, u _s, neutral voltage u _N, the stator winding currents i _A, i _B, i _C i _R and the current of the rotor winding. Observed values are voltage and current vectors.

u=[u_A, u_B, u_C, u_N ]^T,u = [u _A , u _B , u _C , u _N ] ^T ,

i=[i_A, i_B, i_C, i_R]^T.i = [i _A , i _B , i _C , i _R ] ^T.

Падения напряжения в обмотках статора неповрежденной машины - разностные (безнулевые) напряженияVoltage drops in the stator windings of an intact machine - differential (non-zero) voltages

Угол поворота ротора γ определяется положением оси d, вращающейся вместе с ротором, относительно неподвижной оси А обмотки одноименной фазы статора (фиг. 2). В каждый момент времени t зависимость γ(t) аппроксимируется линейной функциейThe angle of rotation of the rotor γ is determined by the position of the axis d, rotating with the rotor, relative to the stationary axis A of the winding of the stator phase of the same name (Fig. 2). At each moment of time t, the dependence γ (t) is approximated by a linear function

где ω - мгновенная частота вращения ротора, γ₀ - начальная фаза.where ω is the instantaneous frequency of rotation of the rotor, γ ₀ is the initial phase.

Фазные алгоритмические модели 7 и 8 фаз А и В в общем случае объединены согласующим модулем 9 в единую алгоритмическую модель 10, которая выполняет первый этап преобразования входных напряжений

и вектора тока i в прогнозируемые частоту

и начальную фазу

, где звездочки говорят о том, что это выходные сигналы алгоритмических моделей. Алгоритмическая модель 11 фазы С выполняет второй этап преобразования. Ее входные величины - вектор тока i и полученные на первом этапе сигналы

и

, а выходная величина всего преобразования - прогнозируемое напряжение

фазы С. Модуль сравнения сигналов 12 сопоставляет полученный сигнал

с реальным напряжением u_c(t). О степени близости сравниваемых величин свидетельствует оценка идентичности

и невязка σ. Исполнительный модуль 13 отображает двухкоординатный замер

на его плоскости, где задана область 14 в окрестности значения [1,0]^т, отвечающего равенству

, которое справедливо при условии, что алгоритмические модели идентичны реальной неповрежденной электрической машине. Исполнительный орган 13 выдает блокирующий сигнал δ_бл, если отображение замера попадает в область S.Phase

algorithmic models

7 and 8 of phases A and B are generally combined by matching module 9 into a single algorithmic model 10, which performs the first step of converting input voltages

and current vector i at predicted frequency

and initial phase

where asterisks indicate that these are output signals of algorithmic models. Algorithmic model 11 phase C performs the second stage of the conversion. Its input values are the current vector i and the signals received at the first stage

and

and the output of the entire conversion is the predicted voltage.

phase C. Signal comparison module 12 compares the received signal

with real voltage u _c (t). The degree of closeness of the compared values is indicated by the assessment of identity

and the discrepancy σ. Executive module 13 displays two-coordinate measurement

on its plane, where region 14 is specified in the vicinity of the value [1,0] ^t , corresponding to equality

which is valid provided that the algorithmic models are identical to a real, intact electrical machine. The Executive body 13 generates a blocking signal δ _bl , if the display of the measurement falls in the area S.

Во многих распространенных ситуациях повреждение электрической машины происходит на фоне рабочего режима, когда частота вращения ротора известна. В силу инерционности ротора частота изменяется медленно, и в начальной стадии процесса короткого замыкания ее можно считать неизменной и известной. В этом частном случае подлежит определению единственный параметр

, для чего достаточно только одной алгоритмической модели, скажем, модели 7 фазы А. Первый этап преобразования при этом ощутимо упрощается (фиг. 6). Что же касается второго этапа (фиг. 7), то и он не усложняется. Структура преобразователя показана двухканальной. Канал фазы В включает в свой состав ее алгоритмическую модель 8 с входными величинами

, i и выходной величиной

, модуль сравнения 14 и исполнительный модуль 15, выдающий блокирующий сигнал δ_Bбл. Канал фазы С сохраняет свой набор элементов 11, 12, 13. Каналы действуют автономно, и их выходы объединены по схеме ИЛИ 16. Структура такого рода обеспечивает полное использование имеющейся информации, что повышает надежность и функциональные возможности защиты.In many common situations, damage to the electric car occurs against the background of the operating mode when the rotor speed is known. Due to the inertia of the rotor, the frequency changes slowly, and in the initial stage of the short circuit process, it can be considered constant and known. In this particular case, the only parameter to be determined

, for which it suffices only one algorithmic model, say, model 7 of phase A. At the same time, the first stage of the transformation is noticeably simplified (Fig. 6). As for the second stage (Fig. 7), then it is not complicated. The structure of the transducer is shown two-channel. Phase B channel includes its algorithmic model 8 with input values

, i and output value

, the comparison module 14 and the executive module 15, issuing a blocking signal δ _Bl . The channel of phase C retains its own set of

elements

11, 12, 13. The channels operate autonomously, and their outputs are combined according to the scheme OR 16. A structure of this kind ensures full use of the available information, which increases the reliability and functionality of the protection.

Теоретическую основу предлагаемого способа составляет описание фазной алгоритмической модели синхронной электрической машины, вытекающее из принципиальной схемы для фазы А (фиг. 6), где R_A и L_A - сопротивление и индуктивность обмотки статора, М_АВ и М_АС - взаимные индуктивности с другими фазами статора, М_AR - с обмоткой ротора. Наблюдаемые токи и напряжения связаны друг с другом и с параметрами обмоток следующей закономерностьюThe theoretical basis of the proposed method is a description of the phase algorithmic model of a synchronous electric machine, resulting from the concept for phase A (Fig. 6), where R _A and L _A are the resistance and inductance of the stator winding, M _AB and M _AC are mutual inductances with other phases stator, M _AR - with the rotor winding. The observed currents and voltages are associated with each other and with the parameters of the windings following regularity

где Ψ_v - потокосцепление произвольной фазы v:where Ψ _v is the flux linkage of an arbitrary phase v:

Известна зависимость индуктивных параметров синхронной электрической машины от угла поворота γ [6]. Для фазы АThe known dependence of the inductive parameters of a synchronous electric machine on the angle of rotation γ [6]. For phase A

Для фазы В

For phase B

Для фазы СFor phase C

где L₀, M₀, L_m, M_m - постоянные параметры электрической машины.where L ₀ , M ₀ , L _m , M _m are the constant parameters of the electric machine.

Описание алгоритмических моделей, которое предназначается для реализации в микропроцессорных терминалах релейной защиты, необходимо представить в дискретном времени. На малом интервале времени Δt соотношение (3) может быть представлено в следующей дискретной форме, приспособленной к решению задачи первого этапа преобразований - определению угла γ(t)The description of algorithmic models, which is intended for implementation in the microprocessor terminals of relay protection, must be submitted in discrete time. At a small time interval Δt, relation (3) can be represented in the following discrete form, adapted to solving the problem of the first stage of transformations - determining the angle γ (t)

или в форме, приспособленной к решению задачи второго этапа - определению напряженияor in the form adapted to the solution of the problem of the second stage - the determination of voltage

Изменяющиеся во времени сигналы ψ_v (t) и ψ_v (t-Δt) определяются зависимостями (2) и (4)-(17). Пусть F_l - обозначение того преобразования, которое совершает алгоритмическая модель, использующая форму (18), a F₂ - форму (19). Тогда преобразование вектора наблюдаемых токов i(t) и напряжения u_A(t) в начальную фазу γ₀(t) при известной частоте ω примет вид

The time-varying signals ψ _v (t) and ψ _v (t-Δt) are determined by dependencies (2) and (4) - (17). Let F _l be the designation of the transformation performed by the algorithmic model using form (18), and F ₂ is the form (19). Then the transformation of the vector of the observed currents i (t) and the voltage u _A (t) into the initial phase γ ₀ (t) at a known frequency ω takes the form

а для двух других фазand for the other two phases

Если же частота подлежит определению наряду с начальной фазой, то преобразование F_l потребует не одной алгоритмической модели в форме (19), а каких-либо двух, допустим, фаз А и ВIf the frequency is to be determined along with the initial phase, then the transformation F _l will require not one algorithmic model in the form (19), but any two, let's say, phases A and B

и для преобразования F₂ в таком случае остается единственная фаза Сand for the conversion of F ₂ in this case there is only one phase C

Выходные сигналы алгоритмических моделей (21), (22), (24) представляют собой прогнозируемые напряжения

. Их предстоит сравнить с соответствующимиThe output signals of algorithmic models (21), (22), (24) are the predicted voltages

. They have to be compared with the corresponding

наблюдаемыми напряжениями

, сформировав в итоге двухкоординатный замер. Наиболее простой путь оценки близости двух процессов на интервале времени Δt - применение критерия наименьших квадратовobserved stresses

, forming as a result two-coordinate measurement. The simplest way to estimate the proximity of two processes in the time interval Δt is using the least squares criterion

где σ_v(t) - невязка, k_v(t)- масштабирующий множитель. Из условия (25) определяются координаты замера - оценка масштабирующего множителяwhere σ _v (t) is the residual, k _v (t) is the scaling factor. From condition (25), the coordinates of the measurement are determined — the scaling factor estimate

и минимальная невязкаand minimal discrepancy

или ее квадрат or its square

Двухкоординатный замер Two-coordinate measurement

объединяет сигналы (26) и (27) и отображается на своей плоскости в виде точки.combines signals (26) and (27) and is displayed on its plane as a point.

Рассмотрим последовательность операций, реализующих способ защиты синхронной электрической машины. Терминал релейной защиты регистрирует токи статора i_v(t) и ток ротора i_R(t), фазные напряжения u_v(t) и напряжение нейтрали u_N(t) (фиг. 1). Допустим, машина работла в нормальном режиме с известной частотой сети ω, близкой к номинальной ω_ном. Тогда преобразование токов и напряжений осуществляется по частному варианту (фиг. 6, 7). Напряжение одной фазы

и вектор тока i(t) подвергаются преобразованию (20) в начальную фазу

, а затем тот же вектор вместе с сигналом

проходят преобразование по алгоритмам (21), (22) в прогнозируемые напряжения

и

двух других фаз. Преобразование (20) реализуется модулем 7, а преобразования (21), (22) - модулями 8 и 11.Consider the sequence of operations that implement the method of protection of a synchronous electric machine. The relay protection terminal registers stator currents i _v (t) and rotor current i _R (t), phase voltages u _v (t) and neutral voltage u _N (t) (Fig. 1). Suppose the machine was operating in normal mode with a known network frequency ω, close to the nominal ω _nom . Then the conversion of currents and voltages is carried out in a particular variant (Fig. 6, 7). Single phase voltage

and the current vector i (t) is subjected to conversion (20) to the initial phase

and then the same vector along with the signal

are converted by algorithms (21), (22) into predicted voltages

and

two other phases. The transformation (20) is implemented by module 7, and the transformations (21), (22) by

modules

8 and 11.

На втором этапе преобразований формируются двухкоординатные замеры фаз В и С. Составляющие замеров определяются по алгоритмам (26), (27), реализуемым модулями 14 и 12, которые подают на исполнительные модули 15 и 13 замеры (20) при v=В и v=С в соответствующих каналах. Исполнительные модули получают в свое распоряжение область блокировки 14, которая на фиг. 5 имеет еще обозначение S. Условие блокировки защиты по каждому из двух каналов имеет видAt the second stage of transformations, two-coordinate measurements of phases B and C are formed. The components of measurements are determined by the algorithms (26), (27) implemented by modules 14 and 12, which are fed to the executive modules 15 and 13 measurements (20) with v = B and v = With in the relevant channels. Executive modules have at their disposal a blocking area 14, which in FIG. 5 has another designation S. The condition of blocking the protection for each of the two channels is

Срабатывание защиты осуществляется при условииTripping protection is subject to

и выполнении общих критериев повреждения синхронной машины.and fulfillment of common damage criteria for a synchronous machine.

В своей общей более сложной модификации данный способ приобретает актуальность в тех ситуациях, когда частота ω не поддается априорной оценке и, как следствие, подлежит определению совместно с начальной фазой γ₀. Тогда для организации совместной работы алгоритмическим моделям 7 и 8 двух фаз потребуется дополнительный согласующий модуль 9, который позволяет рассматривать зависимости (18) при v=A и v=В как систему двух уравнений с двумя неизвестными γ₀ и ω.In its general, more complex modification, this method becomes relevant in those situations when the frequency ω is not amenable to a priori estimation and, as a result, must be determined together with the initial phase γ ₀ . Then, in order to organize the joint work of algorithmic models 7 and 8 of the two phases, an additional matching module 9 is needed, which allows considering dependencies (18) with v = A and v = B as a system of two equations with two unknowns γ ₀ and ω.

Общая алгоритмическая модель 10 фаз А и В реализует оператор (23) F_1AB. Алгоритмическая модель 11 фазы С при переходе к общей модификации способа по сути дела сохраняет свою функцию за тем лишь непринципиальным дополнением, что к числу ее входных сигналов i и

добавляется сигнал

, как указано в операторе (24).The general algorithmic model of 10 phases A and B is implemented by the operator (23) F _1AB . Algorithmic model 11 of phase C, when transitioning to a general modification of the method, in essence, retains its function behind that only non-fundamental addition, that to the number of its input signals i and

signal is added

, as indicated in the statement (24).

Дальнейшие операции с реальным напряжением u_c(t) и прогнозируемым

, выдаваемым алгоритмической моделью 11 в структуре по фиг. 4, имеют целью формирование двухкоординатного замера (29) и проверку условия срабатывания (31); все это только для v=C.Further operations with real voltage u _c (t) and predicted

issued by the algorithmic model 11 in the structure of FIG. 4, are aimed at forming a two-coordinate measurement (29) and checking the trigger condition (31); All this is only for v = c.

По принципу своего действия предложенный способ проводит четкий водораздел между повреждениями внутри и вне синхронной электрической машины. Если машина не повреждена, то соблюдаются взаимосвязи между наблюдаемыми электрическими величинами, присущие ее нормальному состоянию, а при повреждении происходит нарушение если не всех взаимосвязей, то части из них. Данный способ основан на контроле этих взаимосвязей, чем и объясняется достигаемый эффект - расширение функциональных возможностей.According to the principle of its operation, the proposed method conducts a clear watershed between damages inside and outside the synchronous electric machine. If the machine is not damaged, then the relationships between the observed electrical quantities inherent in its normal state are observed, and if it is damaged, there is a violation of, if not all, of the relationships, then some of them. This method is based on the control of these interrelations, which explains the effect achieved - the expansion of functionality.

Источники информацииInformation sources

1. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.:Энергоатомиздат, 2007 С. 437-462.1. Shneerson E.M. Digital relay protection. - M.: Energoatomizdat, 2007 p. 437-462.

2. Лямец Ю.Я., Воронов П.И., Мартынов М.В., Атнишкин А.Б., Широкин М.Ю. Модель неповрежденного энергообъекта как индикатор повреждения. - Электротехника, 2017, №7 С. 60-65.2. Lyamets Yu.Y., Voronov PI, Martynov MV, Atnishkin AB, Shirokin M.Yu. The model of an intact power object as an indicator of damage. - Electrical Engineering, 2017, №7 S. 60-65.

3. Патент РФ №2612325. Способ релейной защиты энергообъекта, 2016.3. RF patent №2612325. Relay protection method of power facility, 2016.

4. Патент РФ №2638300. Способ релейной защиты энергообъекта, 2017.4. RF patent №2638300. Relay protection method of a power facility, 2017.

5. Патент РФ №2640290. Способ релейной защиты генератора, 2017 (прототип).5. RF patent №2640290. Generator relay protection method, 2017 (prototype).

6. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. - Издательство «Энергия», 1964, С. 188-201.6. Ulyanov S.A. Electromagnetic transients in electrical systems. - Energy Publishing, 1964, p. 188-201.

Claims

1. The method of relay protection of a synchronous electric machine, according to which stator currents, rotor current, phase voltages at the stator terminals and neutral voltage are observed, phase algorithmic models of all three phases of an intact electrical machine are used, determine nonzero phase voltages as the difference between phase voltages and neutral voltage , in algorithmic models, convert the observed stator currents and nonzero phase voltages into signals that predict the actual values of the intact electrical machines, characterized in that the phase algorithmic models and the corresponding non-zero phase voltages are divided into first and second, two-step conversions of the observed currents and first non-zero voltages into two-coordinate measurements are carried out; In the second stage, the observed currents will be transformed again, but this time in the second algorithmic models and together with the predicted angle, into the predicted second lines zheniya, comparing each predicted stresses observed with the corresponding voltage is formed from voltages of each pair of compared two-coordinate measurement is displayed on its plane where the set region display mode intact synchronous machine, and produce a protection operation if all two-coordinate measurement is displayed corresponding area.

2. The method according to p. 1, characterized in that with a known rotor speed, only one phase model is attributed to the first algorithmic models, and two other phase models to the second, the predicted initial phase of the rotor angle is determined in the first algorithmic model, and in each of the second models, the predicted voltages of the respective stator phases, and form a pair of two-coordinate measurements with the participation of these voltages.

3. The method according to p. 1, characterized in that when the rotor speed is unknown, among the first algorithmic models include models of the first and second phases, and the second - the model of the third phase, in the first algorithmic models determine the predicted speed and the initial phase of the rotation angle of the rotor, and in the second algorithmic model - the predicted voltage of its phase.