SU1127037A1 - Устройство дл защиты синхронной машины от несимметричного короткого замыкани - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ ОТ НЕСИММЕТРИЧНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащее две последовательные емкос-гно-резисторные цепочки, подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фазам , средние точки цепочек соединены с входом мостового выпр мител , выход которого функционально св зан с рабочей обмоткой исполнительного элемента-реле, о т л и ч a ю щ с   тем, что, с целью повышени  селективности защиты при изменении П11т ющего напр жени , оно дополнительно снабжено двум  потенциометрами , резисторами, двум  конденсаторами , вторым выпр мительным мостом, герконовым реле, резистивньм делителем , RC-цепочкой временной задержки, оперативным усилителем с двум  цепочками отрицательной обратной св зи , с резисторами, ди истором и диодом , диодно-резистивной цепочкой положительной обратной св зи, пиктрансформатором , двум  тиристорами, a исполнительное реле выполнено с . двум  рабочими и одной тормозной обмотками, при этом потенциометры через дополнительные диоды подключены к резистору и конденсатору одной из цепочек, выходы потенциометров присоединены к конденсаторам, соединенным последовательно и подключенным к входу второго выпр мительного моста, выход которого через геркон присое-динен к тормозной обмотке исполнительного реле, при этом средн   точка резисторного делител , подключенного к первой и третьей фазам, a также втора  фаза подсоединены через резисторto ный делитель напр жени  к пр мому входу операционного усилител , снабжено ного двум  цепочками отрицательной об00 ратной св зи: резисторной и образован ной последовательно включенными динигг; стором, диодом и резистором, подсоединенными через RC-цепочку временной задержки, a также диодно-резисторной цепочкой положительной обратной св зи, выход операционного усилител  соединен с катушкой управлени  герконом , зашунтированной конденсатором и включенной послецо а епьно с тиристо ром, управл ю1дий переход которого под-ключен через диод к шунтированной резнетором вторичной обмотке пик трансформатора , первична  обмотка которого

Description

подсоединена к входу первого выпр мительного моста, св зь выхода которого с рабочей обмоткой исполнительного реле осуществлена через динистор, причем пр мой вход операционного усилител  с последовательно соединенньм резистором зашунтирован тиристором , управл ющий переход которого с параллельно присоединенньгм резистором подключен через диод и динистор цепи отрицательной обратной св зи к RC-контуру временной задержки.

1

Изобретение относитс  к эл ктротехнике , а именно к устройствам Защиты трехфазных синхронных машин в режиме частотного разгона от несим1 етричных коротких замыканий, св занных по влением напр жени  обратной последовательности .

Известно устройство дл  защиты с трансформаторным фильтром напр жени  обратной последовательности, содержащим повышающий автотрансформатор, подключаемый к первой и второй фазам, выход автотрансформатора подсоединен к цепи, средн   точка которой,а также треть  фаза образуют вькодные клеммы дл  присоединени  исполнительного элемента;. Если на входе такой схемы действует лишь напо жение пр мой последовательности, то напр жение на исполнительном элементе равно нулю. В этом случае, когде на входе схемы по вл етс  сигнал обратной последовательности (при несимметрических коротких замыкани х, вызывающих несимметрию контролируемых напр жений), на исполнительном элементе также возникает разность потенциалов, при определенной величине которой защита срабатывает l 3Недостатком данного устройства  вл етс  зависимость выходного сигнала не только от величины напр жени  обратной последовательности, но и частоты входного сигнала. Так, если контролируемое напр жение содержит лишь пр мую последовательность, но имеет частоту, меньшую номинальной (например, цри пуске синхронной машины от преобразовател  частоты), сопротивление конденсатора Х возрастает , равенство Х. Y3R ( R - сопротивление резистора фильтра), обеспечивающее нулевую разность потенциалов на выходе фильтра при

питании его напр жением пр мой последовательности, нарушаетс . В результате по влени  сигнала на выходе фильтра срабатывает исполнительный элемент, отключа  защищаемую машину.4 Так как отключение, не св зано с несимметричньм коротким замыканием, то его следует классифицировать как неселективное.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  устройство дл  защиты цепи от несимметричного короткого замыкани , содержащее две последовательные емкостно-резисторные цепочки, подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фазам. Средние точки цепочек соединены с входом двухполупериодного выпр мител , выход которого присоединен к обмотке исполнительного элемента - ,

Напр жение пр мой последовательности обусловливает по вление опережающих токов в рС-ветв х схемы. Подбором параметров схемы достигаетс  равенство фаз и величин напр жений на резисторе первой цепочки и конденсаторе второй. В результате выходной сигнал фильтра, подаваемый на реле, равен нулю. При по влении в сети напр жени  обратной последовательности равенство потенциалов первого резистора и второго конденстора нарушаетс , выходное, выпр мленное мостом напр жение фильтра вызывает срабатывание защиты.

Недостатком этого устройства  вл етс  завискшость напр жени  на выходе фильтра от частоты питающего напр жени .

Цель изобретени  - повьш1ение селективности защиты при изменении частоты питающего напр жени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  защиты синхронной машины от несимметричного короткого замыкани , содержащее две последовательные емкостно-резисторные цепочки , подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фазам, средние точки цепочек соединены с входом мостового выпр мител , выход которого функционально св зан с рабочей обмоткой исполнительного элемента - реле, снабжено двум  потен циометрами, резисторами, конденсаторами , вторым вьтр мительным мостом, герконовым реле, резйсторным делителем , RC-цепочкой временной задержки, операционным усилителем с двум  цепочками отрицательной обратной св зи, с резисторами, динистором и диодом. диодно-резисторной цепочкой положительной обратной св зи, пик-трансфор матором и двум  тиристорами, -а испол нительное реле выполнено с двум  рабочими и одной тормозной обмотками, при этом потенциометры подключены через дополнительный диод к резйстору и конденсатору одной из цепочек, 9ЫХОДЫ потенциометров присоединены к конденсаторам, соединенным последовательно и подключенным к входу второго выпр мительного моста, выход которого через геркон присоединен к Тормозной обмотке исполнительного реле, средн   точка резистивного делител , подключенного к первой и третьей фазам, а также,втора , фаза подсоединены через резистррный делитель (шпр жени  к пр мому входу опер ционного, усилител , снабженного двум цепочками отрицательной обратной св  зи: резисторной и образованной, после довательно включенными дйниctopoм, диодом, и ре.зйстором, подсоединенными через RC-цепсчку временной задержки, а

,-также диодно-резисторной цепочной поло- 5 ой св зи. Перва  образована резисжительной обратной св зи, выход лпераци- тором 24, втора  последовательно онного усилител  соединен с катущкой управлени  герконом. зашунтированной конденсатором и включенной последова- тельно с тиристором, управл ющий ход которого подключен через диод к шунтированной резистором вторичной / обмотке пик- трансформатр ра, пёрвична  обмотка которого подсоединена к входу первого выпр мительного моста, св зь-5 выхрда которого с рабочей обмоткой исполнительного реле осуществлена через динистор, причем пр мой вход 1

включеннь1ми динисторами 25, диодом 26 и резистором 27, подсоединенными через RC-цепочку 28 и 29 временной 37 . 4 операционного, усилител  с последовательно соедийенньм резистором згипунтирован тиристором, управл ющий переход которого с параллельно присоединенным резистором подключен через диод и динистор цепи отрицательной обратной св зи к RC-контуру временной задержки. На фиг. 1 представлена принципиальна  электрическа  схема устройства дл  защиты синхронной машины; на фиг. 2 - потенциальна  диаграмма контролируемых напр жений, диаграмма изменени  выходного напр жени  фильтра обратной последовательности при изменении частоты, образование вектора базового напр жени ; на фиг. 3 - зависгмость времени запаздывани  выходного напр жени  фильтра обратной последовательности относительно базового напр жени  в функции частоты питающего напр жени . Устройство содержи.т подключенные к фазам 1-3 последовательные емкостно-резисторные цепочки 4-5 и 6-7, средние точки которых соединены с входом мостового выпр мител  8. Выход последнего функционально св зан с рабочей обмоткой исполнительного реле 9. К конденсатору 6 и резистору 7 через диоды 10 и 11 присоединены потенциометры 12 и 13. к выходам которых подключены конденсаторы 14 и 15. соединенные в свою очередь, с входом второго выпр мительного моста 16. Его выход через геркон 17 присоединен к тормозной обмотке исполнительного реле 9. Средн   точка резисторноГо делител  18-19, подключенного к фазам 1 и 3, а также фаза 2 подсоединены через резисторный делитель напр жени  20-22 к пр мому входу операционного усилител  23, снабженного двум  цепочками отрицательной обратзадержки , а также диодно-резисторной цепочкой положительной .обратной св зи 30 и 31. Выход операционного усиЛИтеЛ  23 соединен с катушкой управлени  32 герконом, 34шунтированным конденсатором 33 и включённым последовательно с тиристором 34, управл ющий переход которого подключен через диод 35. к шунтированной рези сторон 36 вторичной обмотке пик-тран сформатора 37. Первична  обмотка пик-трансформатора 37 подсоединена к входу выпр мительного моста 8, св зь выхода которого с рабочей обмоткой исполнительного реле 9 осущестйдена через динистор 38. Пр мой вход операционного усилител  23 с последовательно соединенным резистором 21 зашунтирован тиристором 39, управл ющий переход которого с параллельно присоединенным резистором 40 подключен через диод 26 и динистор 25 к RC-контуру 28-29 временной задержки. Устройство работает следующим образом. При номинальной частоте питающего напр жени  и отсутствии в его состав составл ющей обратной последовательности выходное напр жение фильтра обратной последовательнрсти имеет нулевую величину, следовательно, рабоча  обмотка исполнительного реле 9 - - - , обесточена. Обмотки пик-трансформато ра 37 также обесточены, что обусловливает закрытое состо ние тиристора 34, отсутствие напр жени  на управл ющей 1:атушке 32 геркона 17, разомкнутое состо ние последнего и отсут- 30 ствие тока то| 1озной обмотки исполнительного реле 9. Через резистор 20 на входной резисто|)ный делитель 21-22 операционного усилител  23 и тиристор 39 подаетс  базовое напр жение U, 35 дейсРвующее между фазой 2 и средней точкой реэнсторного делител  18-19. Базовое напр жение (0) при переходе через нулевое значение в свой поло жтельный полупериод переводит опера-до ционный усилитель 23 в состо ние положительного выходного напр жени . Этим на р жением зар жаетс  конденсатор 29, В момент времени, когда его разность потенциалов достигает порога включе- 45 ни  динистора 25 (через 2,6 мс по влени  положительного сигиапа на вы- ходе операционного усилител  23), на .инвертирующий вход усилител  23 через последовательно соединенные динистор 50 25, диод 26, резистор 27 подаетс  положительный потенциал. Возвращающий операционный усилитель 23 в исходное состо ние. Одновременно положительный импульс подаетс  и на управл ющий 55 электрод тиристора 39, который шунтирует входное напр жение .до конца положительного полупериода. Отрица37 тельное выходное напр жение операционного усилител  23 через цепочку положительной обратной св зи 30 и 31 обеспечивает сохранение состо ни  усилител  при отсутствии входного сигнала. Таким образом, на последовательно соединенные катушку управлени  32 и тиристор ЗА подаютс  положительные ИМПУЛЬСЫ фиксированной длительности. Однако тиоистоо 34 ввиду ОТСУТСТВИЯ сигнала управлени  остаетс  пои номинальной частоте питающего напр жени  в закрытом состо нии . В том случае, когда частота f входного напр жени  меньше номинальной (этот режим при частотном пуске синхронной машины  вл етс  нормальным и не требует отключени ), на входе выпр мительного моста 8 действует выходное напр жение фильтра обратной последовательности U., которое вызывает ежепериопный пробой динистора 38, а соответственно и ток . , в рабочей обмотке исполнительного реле 9. При этом выходное напр жение Ug фильтра обратной последовательности приложено к первичной обмотке пик-трансформатора 37. Магнитопровод пик-трансформатора-работает в режиме глубокого насыщени , поэтому на вторичной обмотке по вл ютс  лишь короткие импульсы в начале каждого полупериода выходного напр жени  фильтра обратной последовательности. Импульсы , . соответствующие началу положительного полупериода выходного напр жени  Ug фильтра обратной последовательности , подаютс  через диод 35 на управл ющ Ш переход тиристора 34. На аноде последнего действуют положительные импульсы, по вл ющиес  в момент перехода базового напр жени  ( Jo из области отрицательных значений в область положительных. С помощью резисторного делител  18-19 смещают потенциал начала вектора базового напр жени  UQ так, чтобы он совпадал по.фазе с вектором выходного напр жени  Оц фильтра обратной последовательности , соответствующим частоте f 0,1. Так как диапазон частот , треб1адщий защиты синхронной машины при частотном пуске, лежит в пределах 0,1 1,0 (на начальных стади х разгона 0,1 - уровни токов короткого замыкани  невелики и не требуют отключени ), то будет рассматриватьс  выходное напр жение фильтра обратной последовательности Ug, соответствующее только этим частотам € Расчетами установлено, что диапазон углов лЧ от вектора yg(0,1) до 6g (0,96) составл ет 22,09°. Расчет времени запаздывани  л± моментов перехода этих векторов через нулевое значение относительно того же момента времени базового напр жени  JeHr ZTiffHOM где f g - номинальна  частота, Гц (Л 3,14), показывает, что диапа зон всех возможных временных сдвигов не превьшает 2,31 мс (зависимость времени запаздывани  л4 в функций частоты показана на фиг. 3). Учитьша  это обсто тельство, длительность положительного импульса, формируемого при переходе сигнала базового напр жени  О в области положительных значений, выбрана равной 2,6 мс (введение дес типроцентного запаса повьшает устойчивость функционировани  устройства). Если одновре менно с этим импульсом по вл етс  импульс управлени  тиристора 34, он отпираетс , катушка управлени  геркона 17 обтекаетс  током. Такой режи соответствует наличию выходного напр жени  фильтра обратной последовательности Ug, отстающему на врем  ,6 мс, т.е. напр жени , возникающего при отклонении частоты f питающего напр жени  от номинальной В этом режиме замыкаетс  цепь торможени  исполнительного реле 9 (геркон 17). Так как при уменьшении частоты емкостное сопротивление конденсатора 6 увеличиваетс , то его напр жение по сравнению с разностью потенциалов резистора 7 возрастает. Потенциометрами 12 и 13 выставл ютс  такие уровни выходных сигналов номинальном режиме, которые обеспечивают нулевую разность потенциалов на последовательно вктаоченных конденсаторах 14 и 15 (их напр жени  . направлены встречно друг другу). В режиме малых частот напр жение конденсатора 14 превьшает напр жение конденсатора 15,на входе выпр мительного моста 16 действует их разность, и тормозна  обмотка исполнительного 1 78 реле 9 обтекаетс  током. Ее намагничивающа  сила вычитаетс  из создаваемой рабочей обмоткой и предотвращает срабатывание устройства защиты. При несимметрическом коротком замыкании в сети возникает несимметри  напр жени  на зажимах 1-3 устройства , по вл етс  выходное напр жение йЬильтра обратной последовательности Ug. Если ее фаза не попадает в диапазон i отставани  относительно базового напр жени  U 2,6мс, цепь торможени  исполнительного реле (9 разомкнута и ток рабочей обмотки ,вызывает срабатьтание.исполнительного реле 9. В том случае, если выходное напр жение фильтра обратной последовательности Ug попадает в угловой диапазон разрешени  торможени  исполнительного реле 9, геркон 17 замыкаетс , но при номинальной частоте напр жение на входе выпр мительного моста 16 отсутствует и чувствительность устройства не снижаетс . Если же в этом случае нар ду с Несимметрией имеет место и отклонение частоты f от номинальной, цепь тооможени  замкнута и осуществл етс  частичное торможение, не компенсирующее сигнал, пропорциональный напр жению обратной последовательности. Поэтому в случае превышени  последним уровн  уставки устройство дл  защиты срабатывает и обеспечивает отключение защищаемой установки. Таким образом, использование предлагаемого изобретени  повышает селективность устройства. Так, при откло-, нени х частоты питающего напр жени  от номинального значени  благодар  органу определени  временного сдвига выходного напр жени  фильтра, обратной последовательности относительно сформированного базового напр жени  0 вы вл етс  составл юща , обусловленна  уменьшением частоты контролируемого напр жени , по признаку по влеНи  которой замыкаетс  цепь торможени  исполнительного реле и предотвращаетс  его неселективное срабатывание. Кроме того, в результате включени  динистора обеспечиваетс  более точна  работа фильтра напр жени  обратной последовательности в области малых значений его выходного напр жени . Динистор заперт и сопротивление рабочей обмотки исполнительного ока зываетс  отключенным от фильтра-соцро™ тивление нагрузки фильтра повьгааетс .

Фиг Л

Фиг. 2

&9 0.8 Q7 О.П 0.5 ОЛ О.Ъ 0.2 0.1 О.е. Фиг.З

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ ОТ НЕСИММЕТРИЧНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащее две последовательные емкостно-резисторные цепочки, подключенные соответственно к первой и второй, второй и третьей фазам, средние точки цепочек соединены с входом мостового выпрямителя, выход которого функционально связан с рабочей обмоткой исполнительного элемента-реле, о т л и ч а ю щ е с я тем, что, с целью повышения селективности защиты при изменении питающего напряжения, оно дополнительно снабжено двумя потенциометрами, резисторами, двумя конденсато рами, вторым выпрямительным мостом, герконовым реле, резистивньм делителем, RC-цепочкой временной задержки, оперативным усилителем с двумя цепочками отрицательной обратной свя зи, с резисторами, дияистором и диодом, диодно-резистивной цепочкой положительной обратной связи, пиктрансформатором, двумя тиристорами, а исполнительное реле выполнено с двумя рабочими и одной тормозной обмотками, при этом потенциометры через дополнительные диоды подключены к резистору и конденсатору одной из цепочек, выходы потенциометров присоединены к конденсаторам, соединенным последовательно и подключенным к входу второго выпрямительного моста, выход которого через геркон присоединен к тормозной обмотке исполнитель ного реле, при этом средняя точка ре зисторного делителя, подключенного к первой и третьей фазам, а также вторая фаза подсоединены через резисторный делитель напряжения к прямому входу операционного усилителя, снабженного двумя цепочками отрицательной обратной связи: резисторной и образованной последовательно включенными дини »1127037 стором, диодом и резистором, подсоединенными через RC-цепочку временной задержки, а также диодно-резисторной цепочкой положительной обратной’ связи, выход операционного усилителя соединен с катушкой управления герконом, зашунтированной конденсатором и включенной последовательно с тиристором, управляющий переход которого под-_ ключей через диод к шунтированной резистором вторичной обмотке пик трансформатора? первичная обмотка которого подсоединена к входу первого выпрямительного моста, связь выхода которого с рабочей обмоткой исполнительного реле осуществлена через динистор, причем прямой вход операционного усилителя с последовательно соединен ньы резистором зашунтирован тиристором, управляющий переход которого с параллельно присоединенным резисто· ром подключен через диод и динистор цепи отрицательной обратной связи к RC-контуру временной задержки.