SE438579B - Apparat for att avgiva en signal indikativ for nervaron av undersynkron strom flytande i ett elektriskt kraftsystem - Google Patents

Description

7714957-3 i 2 När en gång en elektriskt initierad mekanisk svängning äger rum, kunna underhällna eller växande undersynkrona svängningar förvän- tas på ett sätt liknande det hos ett positivt återkopplingssystenn Denna verkan kunde leda till eventuellt fel eller t.o.m. destruktion av gene- ratorutrustningen. Det har nylingen rapporterats att skada och fel på generatorer ha inträffat på grund av undersynkrona svängningar.

Huvudändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en apparat för påvisningen och övervakningen av undersynkrona svängningar, vilka ha blivit ett kritiskt problem i nyttoindustrin och uppfinningen känne- tecknas härvid av en första anordning för att avgiva en första signal med konstant amplitud med en frekvenskomponent vid den synkrona frek- vensen, en andra anordning för att avgiva en andra signal känslig för ström flytande i kraftsystemet, som kan ha en relativt närliggande frekvens ätskild undersynkron komponentmedavseende på och förutom den normala synkrona komponenten, en tredje anordning för att behandla nämn- da första och andra signaler för att ge en tredje signal, som har förs- ta, andra och tredje komponenter, vars.frekvenser äro lika med (a) två gånger den synkrona frekvensen, (b) summan av den synkrona och under- synkrona frekvenserna, respektive, och en fjärde anordning för att åstadkomma större frekvensskillnad av nämnda närliggande frekvens ät- skild första och andra komponenter från nämnda tredje komponent för den.tredje signalen och behandling av den tredje signalen för att borttaga den första och tredje komponenterna därav och ge en fjärde signal indikativ för den tredje komponenten.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till den å bifogade ritning visade utföringsformen, där fig. 1 visar ett block- schema över uppfinningen, vari undersynkrona komponenter äro identi- fierade och isolerade, fig. 2 visar ett kretsschema, vari blockschemat i fig. 1 är förverkligat i praktiken. ' _ I korthet visas här en apparat för att påvisa närvaron av under- _ synkrona strömkomponenter i ett kraftalstrings- eller överförings- system. Apparaten innefattar en krets för att utveckla signaler repre- sentativa för ledningsspänningen och strömmen. Dessa insignaler be- handlas av kretsen för att undertrycka högfrekvensstörningar.

Inspänningssignalen behandlas vidare för att utveckla en refe- renssinusspänning med konstant amplitud, som sedan multipliceras i en analog multiplicerare med den behandlade ínströmssignalen för att ge en signal, som är representativ för undersynkrona ström-komponenter, om sådana finnas. 3 ' 7714957-3 Överspännings- och överströmsskydd finnas även för att skydda påvisningsapparaten. Dessutom är referenssinuaspänningen växelströms- knpplad till multipliceraren för att därigenom eliminera behovet av trimning i den följande behandlingskretsanordningen, vari referenssinus- spänningen utvecklas. g Ett funktionellt blockschema över apparaten, som användes för att åstadkomma enfasundersynkronströmövervakning visas i fig. 1. Det torde bemärkas och inses av experter i tekniken, att apparaten som vi- sas och metoden uttryckt däri för övervakning äro tillämpbara på tre- fa ssystem likaledes.

Ledningsspänningen, som vanligen här mycket föga asynkrona kom- ponenter, användes som en referensinsignal till synkronövervaknings- kretsen 8. Ledningsspänningen nedbringas till en bearbetbar nivå, kom- patibel med de använda komponenterna för att förverkliga funktionerna hos den synkrona övervakningskretsen 8, genom antingen en nedtransformator eller en lämplig spänningsdelare (icke visad). Signalbehandlings- och skyddskrstsen 10 tar bort högfrekvensstörningar och ger rätt överspän- ningsskydd för den synkrona övervakningskretsen 8.

Begränsarkretsen 12 transformerar den sinusliknande lednings- spänningen till en rektangulär spänning med samma frekvens, men som har en väldefinierad amplitud. Detta uppnås genom en hög förstärkning upp- visande precisionsamplitudbegränsaranordning. Filterkretsen 14, som föl- jer efter begränsarkretsen 12, mottager sin insignal V därifrån och borttager de harmoniska komponenterna av rektangelvágen för att alstra en konstant amplitud uppvisande 60 Hz-sinusliknande spänning, som är okänslig för 1edningsspänningsfluktuationer.

Ledningsströmsignalen, i vilken de undersynkrona komponenterna finnas, erhålles via en strömtranformatorshuntkrets 18 eller annan ek- vivalent anordning. När den en gång har erhållits, matas ledningsström- signalen till signalbehandlings- och överströmsskyddskretsen 20. Sig- nalbehandlings- och överströmsskyddskretsen 20 liknar signalbehandlings- och överspänningsskyddskrstsen 10 genom att den även undertrycker hög- frekvensstörningar. Den ger även överströnsskydd för den synkrona över- vakningskretsen 8.

Den behandlade, filtrerade utspänningen V hos filterkretsen 14 och den behandlade, strömsignslen I! (uttryckt i spänningsform) hos sig- nalbehandlings- och överströmsskyddskretsen 20 matas till synkronmodu- latorkretsen 16. Denna krets nottager de behandlade spännings- och ström- signalerna och utför en multipliceringsfuhktion därmed, varvid resul- taten bäst förklaras matematiskt nedan. Antag att ledningsspänningen och strömmen efter behandling representeras matematiskt som följer: 77149s7~z 4 VP sin wot , och i (1) Ip sin (cuot + 6) + Is sin Olst ; (2) ll I där VP och Ip äro toppvärdena av ledningsspänningen och strömmen vid normal ledningsfrekvens (Wo), och i Wè = normal 60 Hz ledningsfrekvens uttryckt i rad. /s, (ds = undersynkron frekvens uttryckt i rad./s, Is = toppvärde av vlndersynkron ström, och 9 .= fasvinkel mellan ledningsspänning och ström vid normal ledningsfrekvens.

Sålunda är» signalen erhållen vid utgången hos synkronmodultatorkretsen 16: ' V x I = (vpïp/2) [Eos 9 - cos(2CuBt + 917 + (l/'pls/Z) 1509M46- ws) - c0s(w° + Ws)t7. (3) Det framgår av inspektion av ekvation (3) att funktionen hos syn- kronmodulatorns krets 16, vid utförandet av dess multiplikation, är att eliminera :do-frekvensen. Sålunda och vid utförandet av en multipli- kation av de behandlade ledningsspännings- och strömsignalerna, produ- cerar den den dubblade frekvenstermen ZWO och de två svävningsfrekvens- tarmarna (wo- WS) och (Wo + WS ). Resultatet blir, att frekvensskill- naden mellan den dubblade frekvenstermen 21:10 och.svävningsfrekvenstermen (w o-ws ) är mycket större än frekvensskillnaden mellan wa och WS.

Följaktligen är filterkonstruktionen för att separera (Wo-WS) från 2030 mindre svår att förverkliga än konstruktionen som krävas för att separera _0118 från wo.

Dämpning för svävningsfrekvenstezmen (ódo+ WS ) utföres automa- tiskt genom bandpassfilterkretsen 22, som även tjänar att dämpa ZCJO- termen, emedan (w°+ Mig-frekvensen är mellan 2640 och (Wo-w s) och amplituden av (wo+ uJs)-termen är exakt samma som den för (QJ 04.45)- termen. I praktiken är fasvinkeln 9 antingen en fixerad term eller en term, som varierar mycket sakta.

Ehuru svävningsfrekvenstemen (wo- (Ja) icke antyder värdet av q; s-frekvensen direkt, kommer en liten tolkning att identifiera den exakta (JS, emedan Wo är tydligt definierad. Emedan vidare termen VP är en konstant, följer teman (VPIS) amplitudbeteendet för den under- synkrona komponenten exakt. Sålunda kommer en bandpassfilterkrets 22 av lätt förverkligad konstruktion att åstadkomma eller ge vid sin ut- gång, de påvisade undersynkrona komponenterna.

Det torde inses att såsom en alternativ problemlösning termen I sin(W0t+9) i ekvation (2) icke behöver beaktas av den undersynkrona P påvisningsapparaten genom att man anbringar ett lämpligt konstruerat 7714957-3 filter. Emellertid har en sådan problemlösning allvarliga nackdelar.

Viktigaat av dessa är fördröjningen som ligger i att använda ett sådant filter, vilken fördröjning kunde förhindra betingad korrigerande aktion på den uttagna undersynkrona strömsignalen- Dessutom skulle användningen av ett sådant filter onödigt öka kostnaden och den tekniska komplika- tionen av den slutliga konstruktionen.

En praktisk konstruktion enligt det funktionella blockschemat i fig- l visas i fig- 2. 60 Hz-1edningsspänningssignalen bringas till begränsarkretsen 12, vari operationsförstärkaren Al är på lämpligt sätt kopplad för att avgiva en rektangulär spänning med 60 Hz grundfrekvens.

Signalbehandlings- och överspänningsskyddskrstsen 10 är placerad mellan spänningsinförbindningen 24 och begränsarkretsen l2» Den innehåller en zenerdiodöverspänningskrets 26 och ett filternät 28 för skydd mot led- ningsöverspänningar och för att borttaga högfrekvensstörningar.

Bektangelutsignalen från begränsarkretsen 12 lågpassfiltreras reedan genom ett femte ordnings làgpassfilter 14 av aktiv konstruktion, som inkluderar förstärkarna A2 och A3, för att ge en konstant ampli- tud uppvisande 60 Hz referenssinusvliknande spänning för synkronmodu- lationsanvändning. -ödßfrekvensen hos lågpassfiltret 14 är cirka 60 Hz.

Referenssinusliknande spänningen skalas på rätt sätt och växelströms- kopplas till synkronmodulatorkretsen 16 genom en ääxelströmskopplingsw krets 13, som eliminerar behovet av förekjutningsspänningstrimning i begränsar- och filterkretsarna 12 och 14.

Ströminsignalen erhålles via etrömtransformatorshuntkretsen 18 och matas därifrån till signalbehandlings- och överströmsskyddskret- sen 20. Kretsen 20 inkluderar en zenerdiodkrets 30 för överströmsskydd och ett tredje ordnings lågpassfilter, inkluderande förstärkaren A4, för att undertrycka högfrekvensstörningar och oönskade strömkomponenter- Strömsignalen härledes från strömtransformatorshuntkretsen 18, som har anordnats för att ge 1,5 V toppspänning, typiskt i den föredragna ut- föringsformen, för varje per enhet (p-u-) av ledningsström- Ds behandlade insignalerna, V och I! , matas sedan till den un- dersynkrona modulatorkretsen 16, där de multipliceras såsom ovan be- skrivits. Mnltipliceringsfunktionen utföres genom en precieionsanalog- mltiplicerare M1, som kan vara en av serie M3l0 tillverkad av Intro- nix Corporation. Multipliceraren M1 använder pulsbredd/pulshöjdmodula- tionsprincipen, som ger god exakthet och låg drift. Emedan multiplice- raren M1 har en inbyggd 10 till l skalningsfaktor, med en 10 V toppre- ferenssinuséliknande spänning, är den behandlade undersynkrona strömmen eller SSG i en form av ÅTVIS/2) cos (000-lJs)t7, där VIS är toppvärdefi av SSG i spänningsform såsom den ses av ingången hos multipliceraren M1. 7714957*3 6 Bandpassfilterkretsen 22 är av en modifierad Butterwdrthtyp, som har en trettonde ordnings lågpaseektion och en fjärde ordnings högpaseektion- Den inkluderar förstärkare A5, A6, A7, A8, A9, .A10 och All lämpligt kopfilade för att ge de undersynkrone komponenterna- Fil- terkretsen 22 är känneteëkldad aven flat paeskurw från 15 till 45 Hz med 80 dB dämpning vid l Hz och 78 dB dämpning vid 120 Hz. Svaratiden för en stegingångesignal är cirka 26 ms. Utsteget hos filterkretsen 22, förstärkaren All och dess uppbärande element, har en inbyggd spännings- vinst av fyra, som bringar upp den påvisade undersynkrona strömsignalen (We -'ws)-nivå.n till 2 V topp. Detta svarar mot 1 pm. av ledningsetröm.

Lågpasssektionen av filterkretsen 22 tjänar för att borttaga 2440- och (u o+ Waktermerna från utgånganresultatet av den synkrona module- torkretsen 16 och högpaaafiltersektionen tjänar för att borttagen termen 9 . Sålunda kommer blott (wo-WS) :ätt skalad ut från filterkreteen 22.

Det torde bemärkas att först-ärkarna A1 till All vardera respektive innefatta en halva av en uA747 dubbel openationsförstärkare, eller en ekvivalent, som kan köpas under denna beteckning från vilken anm helst av ett antal tillverkare.

Medan uppfinningen har beskrivits och visats tämligen detaljerat, får denna beskrivning uppfattaâ 'blott 'som belysande eller ett utförings- exempel och icke begränsande, emedan inom uppfinningens breda omfattning modifikationer eller alternativ lätt 'kunna ufiivkomma för experter i tek- niken. '

Claims (5)

7714957~3 7 PATENTKRAV:

1. Apparat för att avgiva en signal indikativ för närvaron av under- synkron ström flytande i ett elektriskt kgaftsvstem som har en spän- ning alstrad vid en synkron kraftalstringsfrekvens, k ä n n e ~ t e c k n a d av en första anordning (10,12), som avger en första signal (V) med konstant amplitud, som har en frekvenskomponent vid den synkrona frekvensen, ' en andra anordning (20), som avger en andra signal (I) känslig _ för strömmen flytande i kraftsystemet, som kan ha en relativt när- liggande frekvens åtskild undersynkron komponent med avseende på och förutom den normala synkrona komponenten, en tredje anordning (16), som behandlar nämnda första och andra signaler för att ge en tredje signal (VxI), som har första, andra och tredje komponenter, vars frekvenser är lika med la) två gånger 'den synkrona frekvensen, (b) summan av den synkrona och undersynk- rona frekvenserna, och (c) skillnaden mellan den synkrona och undersynkrona frekvenserna, respektive, I och en fjärde anordning (22) för att åstadkomma större frekvens- skillnad av nämnda närliggande frekvens åtskild första och andra komponenter från nämnda tredje komponent för den tredje signalen och behandling av den tredje signalen för att borttaga de första och andra komponenterna därav och avgiva en fjärde signal indikativ för den tredje komponenten.

2. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den första signalen är en sinusliknande signal av konstant amplitud, och varvid den första anordningen avger den första signalen genom .att inkludera en begränsaranordning (26) känslig för en Lednings- spänning hos det elektriska kraftsystemet för att avgiva en frektangulärvågssignal med konstant amplitud, och ett filter för undertryckning av harmoniska övertoner (28), som behandlar rek- tangulärvâgssignalen för att avgiva en sinusliknande signal med konstant amplitud.

3. Apparat enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av en anordning (13) för att växelströmskoppla den första signalen till den tredje anordningen för att borttaga varje ensriktad komponent därifrån. 7714957-3

4. Apparat enligt något av kraven 1 - 3; k ä n n e t e c k n a d av att den fjärde anordningen inluderar ett lågpassfilter för att genomsläppa den relativt låg frekvens uppvisande tredje komponen~ * ten av den tredje signalen, medan den väsentligen blockerar signa- lens högre frekvens uppvisande första och andra komponenter.

5. Apparat enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av att den första anordningen härleder den första signalen från en ledningsspänning i kraftsystemet, och den fjärde anordningen inkluderar ett högpassfilter valt att blockera ensriktade kompo- nenter av den tredje signalen, och sålunda borttaga varje kom- ponent känslig för fasvinkeln mellan ledningsspänningen och strömmen flytande i det elektriska kraftsystemet.