SU1029309A1 - Устройство дл защиты электрической машины от перегрева - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА , содержащее преобразователи «Токнапр жение , входы которых подсоединены к выходам трансформаторов тока, установленным в нулевых выводах генератора, первый фильтр симметричных составл ющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напр жение, первый формирователь модул , вход которого подключен к выходу первого фильтра симметричных составл ющих, первый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого формировател  модул , первый интегратор-сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого функционального преобразовател , первый выходной блок, состо щий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу первого интегратора-сумматора , преобразователи «Напр жениенапр жение , входы которых подключены к трансформаторам напр жени , установлен ным на линейных выводах генератора, второй фильтр симметричных составл ющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Напр жение-напр жение, второй формирователь модул , вход которого подключен к выходу фильтра симметричных составл ющих, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формировател  модул , а выход подсоединен к второму входу первого интегратора-сумматора, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства путем осуществлени  одновременной защиты обмоток статора и ротора, а также элементов конструкции ротора от перегревов при учете их теплового взаимодействи  и отвода тепла, в него дополнительно введены третий фильтр симметричных составл ющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напр жение, третий формирователь модул , вход которого подключен к выходу третьего фильтра симметричных составл ющих , третий функциональный преобразова тель, вход которого подключен к выходу (Л третьего формировател  модул , второй интегратор-сумматор, четвертый вход которого подключен к выходу третьего функционального преобразовател , второй выходной блок, состо щий из двух комггараторов , второй вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора, четвертый функциональный преобразователь to вход которого подключен к выходу третьего формировател  модул , а выход к первому со оо о со входу второго выходного блока, преобразователь «Ток-напр жение, вход которого подключен к выходу трансформатора посто нного тока, установленного в цепи обмотки ротора, четвертый формирователь модул , вход которого подключен к выходу преобразовател  «Ток-напр жение«, п тый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого формировател  модул , третий интеграторсумматор , третий вход которого подключен к выходу п того функционального преобразовател , третий выходной блок, состо щий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу третьего интегратора-сумматора , первый блок обратной

Description

св зи, вход которого соединен с выходом первого интегратора-сумматора, а выход соединен с п тым входом первого интегратора-сумматора , второй блок обратной св зи вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора, а выход соединен с п тым входом второго интегратора-сумматора , третий блок обратной св зи, вход которого подключен к выходу третьего интегратора-сумматора , а выход соединен с п тым входом третьего интегратора-сумматора и, кроме того, выход первого функционального преобразовател  соединен с первыми входами второго и третьего интеграторов-сумматоров , выход второго функционального преобразовател  соединен с вторыми входами второго и третьего интеграторов-сумматоров , выход третьего функционального преобразовател  соединен с четвертыми входами первого и третьего интеграторов-сумматоров , выход п того функционального преобразовател  соединен с третьими входами первого и второго интеграторов-сумматоров .

Изобретение относитс  к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты электрического оборудовани  от тепловых повреждений активных частей обмоток статора и ротора элементов конструкции (бочки ) ротора, вызванных анормальными электрическими режимами работы, токовыми перегрузками, несимметрией токов фаз статора , повышением напр жени .

Известны устройства защиты, выполн ющие аналогичные функции, реализованные На базе как электромеханических, так и полупроводниковых элементов, а также элементов аналоговой и цифровой вычислительной техники 1.

Эти устройства имеют р д недостатков, ограничивающих их применение.

Так, примен емое в насто щее врем  дл  защиты обмотки ротора от перегрузки током возбуждени  блок-реле, имеющее в своем составе входное преобразовательное устройство , сигнальный орган, пусковой и интегральный органы, не позвол ет регулировать характеристику срабатывани  интегрального органа, при работе не учитывает вли ние отвода тепла на допустимую длительность перегрузки.

Известен измерительный орган защиты генератора от перегрузки, содержащий датчик тока, функциональный преобразователь, интегрирующий усилитель и исполнительный элемент, позвол ющий учесть отвод тепла в окружающую среду при малых перегрузках 2.

Однако это устройство имеет низкую точность работы в области малых перегрузок , не позвол ет учесть вли ние предществующего перегрузке режима на допустимое врем  работы при работе мащин до перегрузки с током, меньщим номинального. К недостаткам этого устройства можно также отнести отсутствие простой регулировки характеристики срабатывани .

Известно устройство дл  защиты от сверхтоков и перегрузок, содержащее преобразователи ток-напр жение, совмещенный фильтр, формирователь модул , функциональный преобразователь, интегратор, блок отсечки и выходной орган 3.

Однако известное устройство не позвол ет учесть вли ние отвода тепла, а также взаимное тепловое вли ние активных частей

генератора на допустимую длительность перегрузки.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство, содержащее преобразователи «Ток-напр жение, входы которых подсоединены к выходам трансформаторов тока, установленным в нулевых выводах генератора , первый фильтр симметричных составл ющих , входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напр жение,

первый формирователь модул , вход которого подключен к выходу первого фильтра симметричных составл ющих, первый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого формировател 

модул , первый интегратор-.сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого функционального преобразовател , первый выходной блок, состо щий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу первого интегратора-сумматора , преобразователи «Напр жениенапр жение , входы которых подключены к трансформаторам напр жени , установленным на линейных выводах генератора, второй фильтр симметричных составл ющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Напр жение-напр жение, второй формирователь модул , вход которого подключен к выходу второго фильтра симметричных составл ющих, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формировател  модул , а выход подсоединен к второму входу первого интегратора-сумматора. Это устройство позвол ет учесть отвод тепла в окружающую среду, а также вли ние потерь в стали статора на тепловое состо ние обмотки статора. Устройство обладает достаточной точностью работы, позвол ет регулировать характеристику срабатывани , имеет малый вес и габариты 4. Однако это устройство не позвол ет реализовать полностью его достоинства при защите генераторов, получение информации о температуре охлаждающего агента у которых затруднено. Кроме того, указанное устройство не позвол ет учесть вли ние потерь, выдел ющихс  в элементах конструкции ротора, на тепловое состо ние обмотки статора. Цель изобретени  - расщирение функциональных возможностей устройства путем осуществлени  одновременно защиты от перегревов обмоток статора и ротора, а также элементов конструкции ротора, при анормальных электрических режимах. Указанна  цель достигаетс  тем, что в известное устройство, содержащее преобразователи ток-напр жение, входы которых подсоединены к выходам трансформаторов тока, установленным в нулевых выводах генератора, первый фильтр симметричных составл ющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напр жение , пе|5вый формирователь модул , вход которого подключен к выходу первого фильтра симметричных составл ющих, первый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого формировател  модул , первый интеграторсумматор , первый вход фторого подключен к выходу первого функ1|ионального преобразовател , первый выходной блок, состо щий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу первого интегратора-сумматора , преобразователи «Напр жение-напр жение , входы которых подключены к трансформаторам напр жени , установленным на линейных выводах генератора , второй фильтр симметричных составл ющих , входы которого подключены к выходам преобразователей «Напр жениенапр жение , второй формирователь модул , вход которого подключен к выходу второго фильтра симметричных составл ющих, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формировател  модул , а выход подсоединен к второму входу первого интегратора-сумматора , дополнительно ввод тс  третий фильтр симметричных составл ющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напр жение, третий формирователь модул , вход которого подключен к выходу третьего фильтра симметричных составл ющих, третий функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего формировател  модул , второй интегратор-сумматор, четвертый вход которого подключен к выходу третьего функционального преобразовател , второй выходной блок, состо щий из двух компараторов , второй вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора, четвертый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего формировател  модул , а выход - к первому входу второго выходного блока, преобразователь «Ток-напр жение, вход которого подключен к выходу трансформатора посто нного тока, установленного в цепи обмотки ротора, четвертый формирователь модул , вход которого подключен к выходу преобразовател  «Ток-напр жение, п тый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого формировател  модул , третий интеграторсумматор , третий вход которого подключен к выходу п того функционального преобразовател , третий выходной блок, состо щий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу третьего интеграторасумматора , первый блок обратной св зи, вход которого соединен с выходом первого интегратора-сумматора, а выход подключен к п тому входу первого интегратора-сумматора , второй блок обратной св зи, вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора , а выход соединен с п тым входом второго интегратора-сумматора , третий блок обратной св зи, вход которого подключен к выходу третьего интегратора-сумматора , а выход соединен с п тым входом третьего интегратора-сумматора, при этом выход первого функционального преобразовател  соединен с первыми входами второго и третьего интеграторов-сумматоров , выход второго функционального преобразовател  соединен с вторыми входами второго и третьего интеграторов-сум-, маторов, выход третьего функционального преобразовател , соединен с четвертыми входами первого и третьего интеграторовсумматоров , выход п того функционального преобразовател  соединен с третьими входами первого и второго интеграторов-сумматоров . На чертеже представлена структурна  схема предлагаемого устройства дл  защиты активных частей генератора от перегревов. В канал защиты от перегрева обмотки статора вход т - фильтр симметричных составл ющих 1, формирователь модул  2, функциональный преобразователь 3, интегратор-сумматор 4 с блоком обратной св зи 5 и выходной блок, состо щий из двух компараторов 6 и 7. Канал защиты от перегрева элементов конструкции ротора содержит фильтр симметричных составл ющих 8, формирователь модул  9, функциональные преобразователи 10 и 11, интегратор- сумматор 12 с блоком обратной св зи 13, выходной блок, состо щий из компараторов 14 и 15. Преобразователи «Ток-напр жение 16 и 17  вл ютс  обш.ими дл  рассмотренных каналов .

Канал защиты от перегрева обмотки ротора содержит преобразователь «Токнапр жение 18, формирователь модул  19, функциональный преобразователь 20, интегратор-сумматор 21 с блоком обратной св зи 22 и выходной блок, состо щий из двух компараторов 23 и 24.

Общей дл  всех трех каналов  вл етс  схема формировани  квадрата напр жени  пр мой последовательности, в состав которой вход т преобразователи «Напр жениенапр жение 25, 26 и 27, фильтр симметричных составл ющих 28, формирователь модул  29, функциональный преобразователь 30. Преобразователь «Ток-напр жение 31 аналогичен преобразовател м 16 и 17.

Сигналы информации, поступающие от датчиков информации 16, 2, 17, 18, 25, 26 и 27, проход т последовательно через фильт ры симметричных составл юи их 8, 1 и 28, и формирователи модул  9, 2, 19 и 29 дл  канала защиты от перегрева обмотки ротора - только через формирователь модул . При этом сигналы на выходе формирователей модул  равны среднеквадратичному значению соответствующих сигналов информации . Далее эти преобразованные сигналы поступают на входы функциональных пре образователей блоков 10, 11, 3, 20 и 2, на выходах которых сигналы пропорциональны величине критери  термической устойчивости А в зависимости от кратности тока обратной последовательности (А - )} - блока 10; величине тока обратной последовательности статоров в квадрате (if) - дл  блока 11; величине тока пр мой последовательности статора в квадрате (if) - дл  блока 3; величине тока возбуждени  в квадрате (1р) - дл  блока 20; величине напр жени  пр мой последовательности статора в квадрате (U) - дл  блока 30.

Сигналы с выходов блока 11, 3, 20 и 30 поступают на соответствующие входы интеграторов-сумматоров 12, 4 и 21 устройства , каждый со своим коэффициентом передачи . Коэффициент передачи рассчитываетс , исход  из следующих условий: коэффициент передачи должен устанавливать св зь между выходным сигналом функционального преобразовател  11, 3, 20 и 30 и соответствующим видом мощности потерь, которым этот сигнал пропорционален; коэффициент передачи должен учитывать долю участи  мощности потерь данного вида в нагреве рассматриваемого элемента генератора.

Таким образом, на входы интеграторовсумматоров поступают сигналы, пропорциональные мощност м потерь, участвующим в изменении превыщени  температуры рассматриваемого элемента над температурой охлаждающей среды.

Напр жени  с выхода каждого интегратора-сумматора с обратным знаком через блоки обратной св зи 13, 5 и 22 поступают на п тый вход того же интегратора-сумматора . При этом выходное напр жение любого интегратора-сумматора измен етс  по следующему законуt

UBbix KoU(), где Ко - коэффициент, завис щий от конструкции мащины и системы охлаждени .

Выходные напр жени  интеграторовсумматоров в этом случае пропорциональны текущему превышению температуры защищаемого элемента с учетом отвода тепла в окружающую среду и теплового взаимодействи  между собой активных частей генератора .

Выходные напр жени  интеграторовсумматоров поступают на соответствующие выходные блоки, где сравниваютс  с уставками , одна из которых (вход 3 выходных блоков на 15, 7 и 24) пропорциональна длительно допустимому превышению температуры определенной активной части генератора , а друга  (вход 1 выходных блоков, на 14, 6 и 23) - максимально допустимому превь1щению температуры той же активной части. При этом, если уставки, пропорциональные максимально допустимым превышени м температуры, дл  канлов защиты шени м температуры, дл  каналов защиты от перегрева обмоток статора и ротора  вл ютс  величинами посто нными, то дл  канала защиты от перегрева бочки ротора эта величина мен етс  в зависимости от кратности тока обратной последовательности, чем осуществл етс  учет вли ни  на процесс нагрева элементов бочки ротора нелинейного изменени  сопротивлений контактов и неравномерного распределени  потерь по радиусу и длине бочки ротора в зависимости от кратности тока обратной последовательности .

Рассмотрим работу устройства на примере канала защиты обмотки статора. При отсутствии анормального режима на выходе интегратора-сумматора 4 устанавливаетс  напр жение, пропорциональное превыщению температуры обмотки статора над охлаждающей средой. Сумма сигналов, поступающих с функциональных преобразователей 11, 3, 20 и 30, уравновешиваетс  сигналом противоположной пол рности с блока обратной св зи 56, что соответствует равенству мощности , выдел ющейс  в обмотке, и мощности, отводимой от обмотки охлаждающих агентом . При изменении режима работы (уменьшении или увеличении суммарной мощности «греющих потерь) мен етс  (уменьшаетс  или увеличиваетс ) превыщение температуры обмотки и одновременно измен етс  (соответственно уменьшатьс  или увеличиватьс ) напр жение на выходе интеграторасумматора 4 вследствие нарушени  равенства суммы сигналов, поступающих с выходов функциональных преобразователей на входы интегратора-сумматора, и сигнала, поступающего с выхода блока обратной св зи. Таким образом, осуществл етс  непрерывное слежение за текущей температурой обмотки статора при учете теплового взаимодействи  между собой активных частей генератора и отвода тепла от обмотки в окружающую среду. Если Напр жение на выходе интегратора-сумматора 4 превысит уставку компаратора 7, то последний с выдержкой времени формирует сигнал о том, что температура обмотки статора превысила длительно допустимую. Если напр жение на выходе интегратора-сумматора превысит уставку компаратора 6, то последний формирует сигнал на отключение генератора, так как в этом случае температура обмотки статора превышает предельно допустимое значение.

Аналогичным образом работают и остальные два канала.

Технико-экономическа  эффективность предлагаемого устройства определ етс  его преимуществами по -сравнению с аналогичными известными устройствами. Устройство позвол ет выполн ть комплексную защиту генератора от анормальных электрических режимов, вызывающих тепловое повреждение активных частей генератора.

Выполнение учета вли ни  режима, предшествующего анормальному, теплового взаимодействи  активных частей генератора между собой, вли ни  отвода тепла в окружающую среду на изменение превышени  температуры активных частей дает возможность более полно использовать перегрузочные характеристики генератора при повышении надежности его защиты от пере-, грева, вызванного анормальными электрическими режимами. Наиболее актуальным это  вл етс  дл  крупных генераторов, имеющих низкие коэффициенты запаса по тепловой устойчивости.

Предлагаемое устройство дл  защиты электрической машины от перегрева может быть использовано дл  защиты генераторов с различными системами охлаждени .

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА, содержащее преобразователи «Токнапряжение», входы которых подсоединены к выходам трансформаторов тока, установленным в нулевых выводах генератора, первый фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напряжение», первый формирователь модуля, вход которого подключен к выходу первого фильтра симметричных составляющих, первый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого формирователя модуля, первый интегратор-сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, первый выходной блок, состоящий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу первого интегратор а-сумматора, преобразователи «Напряжениенапряжение», входы которых подключены к трансформаторам напряжения, установлен ным на линейных выводах генератора, второй фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Напряжение-напряжение», второй формирователь модуля, вход которого подключен к выходу фильтра симметрич- ных составляющих, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формирователя модуля, а выход подсоединен к второму входу первого интегратора-сумматора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем осуществления одновременной защиты обмоток статора и ротора, а также элементов конструкции ротора от перегревов при учете их теплового взаимодействия и> отвода тепла, в него дополнительно введены третий фильтр симметричных составляющих, входы которого подключены к выходам преобразователей «Ток-напряжение», третий формирователь модуля, вход которого подключен к выходу третьего фильтра симметричных составляющих, третий функциональный преобразова- § тель, вход которого подключен к выходу третьего формирователя модуля, второй интегратор-сумматор, четвертый вход которого подключен к выходу третьего функционального преобразователя, второй выходной блок, состоящий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора, четвертый функц-иональный преобразователь вход которого подключен к выходу третьего формирователя модуля, а выход к первому входу второго выходного блока, преобразователь «Ток-напряжение», вход которого подключен к выходу трансформатора постоянного тока, установленного в цепи обмотки ротора, четвертый формирователь модуля, вход которого подключен к выходу преобразователя «Ток-напряжение«, пятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого формирователя модуля, третий интеграторсумматор, третий вход которого подключен к выходу пятого функционального преобразователя, третий выходной блок, состоящий из двух компараторов, второй вход которого подключен к выходу третьего интегратора-сумматора, первый блок обратной связи, вход которого соединен с выходом первого интегратора-сумматора, а выход соединен с пятым входом первого интегратора-сумматора, второй блок обратной связи вход которого подключен к выходу второго интегратора-сумматора, а выход соединен с пятым входом второго интегратора-сумматора, третий блок обратной связи, вход которого подключен к выходу третьего интегратора-сумматора, а выход соединен с пятым входом третьего интегратора-сумматора и, кроме того, выход первого функ ционального преобразователя соединен с первыми входами второго и третьего интеграторов-сумматоров, выход второго функционального преобразователя соединен с вторыми входами второго и третьего интеграторов-сумматоров, выход третьего функционального преобразователя соединен с четвертыми входами первого и третьего интеграторов-сумматоров, выход пятого функционального преобразователя соединен с третьими входами первого и второго интеграторов-сумматоров.