УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА СИНХРОННОГО
DEVICE FOR PROTECTING SYNCHRONOUS GENERATOR

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для защиты генераторов синхронных и потребителей от коротких замыканий и повышенного напряжения в случае отказа регулятора напряжения.
Из уровня техники известно устройство для защиты синхронного генератора (описание изобретения к авторскому свидетельству №379012, МПК Н02Н 7/06, Н02Р 3/38, 1973.04.18), содержащее реле минимального напряжения, подключенное к цепи напряжения, и измерительный токовый орган, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора тока. Известно устройство для защиты генераторов синхронных (описание изобретения к авторскому свидетельству №442545, МПК Н02Н 7/06, 1974.09.05), содержащее орган запуска максимального тока, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора тока с тиристором на выходе.
В известных устройствах для защиты генераторов синхронных измерительными органами короткого замыкания являются преимущественно трансформаторы тока. Применение громоздких трансформаторов тока значительно усложняет устройство для защиты синхронных генераторов. Кроме этого к недостаткам данных устройств можно отнести сложность определения режима короткого замыкания от режима пуска синхронного двигателя в силу больших пусковых токов.
Наиболее близким по технической сущности решением к предлагаемому решения является устройство для защиты синхронного генератора (описание изобретения к авторскому свидетельству №750637, МПК Н02Н 7/06, 1980.07.23), содержащее измерительные органы напряжения обмотки возбуждения и статорной обмотки генератора.
Известное устройство не содержит громоздких трансформаторов тока, но не способно отделить режим короткого замыкания от режима пуска синхронного двигателя, что может привести к ложному срабатыванию защиты при пуске асинхронного двигателя.
При разработке предлагаемого устройства ставилась задача максимально точно определить режим короткого замыкания, отделив его от режима пуска асинхронного двигателя, при этом исключить использование громоздких трансформаторов тока, обеспечивая защиту генератора синхронного и потребителя от повышенного напряжения в случае отказа регулятора напряжения.
Однофазное и двухфазное короткие замыкания являются несимметричным режимом, а трехфазное короткое замыкание приводит к снижению напряжения до минимального значения. Для определения короткого замыкания достаточно контролировать уровень несимметрии выходного напряжения генератора или его отсутствие. Пуск асинхронного двигателя является симметричным режимом и не приводит к значительному провалу напряжения как при трехфазном коротком замыкании, поэтому надежно отстраивается от любого вида короткого замыкания.
Технический результат - обеспечение защиты генератора синхронного от коротких замыканий и предотвращение ложного срабатывания защиты при пуске синхронных двигателей без использования трансформаторов тока.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство для защиты генератора синхронного, содержащее измерительный орган в виде трехфазного выпрямителя напряжения генератора с делителем напряжения, фильтр низкой частоты, уставку срабатывания напряжения, элемент задержки и исполнительный элемент, введен измеритель несимметрии выходного напряжения генератора на усилителе-компараторе, сравнивающем мгновенное выпрямленное напряжение генератора с частью его средневыпрямленного значения, и расширителе импульсов, при этом устройство получает питание от выпрямленного выходного напряжения генератора и его дополнительной обмотки.
В предлагаемом схемном решении в качестве измерительного органа применяется трехфазный выпрямитель напряжения синхронного генератора с делителем напряжения, к выходу которого подключен узел фиксации короткого замыкания, содержащий делитель напряжения с фильтром низкой чистоты, опорный элемент, усилитель-компаратор, расширитель импульсов и узел фиксирования повышенного напряжения, содержащий фильтр низкой частоты, уставку срабатывания, усилитель-компаратор, с выхода которых сигналы аварий поступают через суммирующие диоды на суммирующий резистор, элемент задержки и далее на исполнительный элемент, питающийся как и само устройство от двух стабилизаторов напряжения, один из которых подключен к трехфазному выпрямителю, а другой к дополнительной обмотке генератора, содержащей третью гармоническую составляющую. Такое схемное решение позволяет не только отказаться от громоздких трансформаторов тока для определения короткого замыкания, но относительно просто и надежно отстроить пуск асинхронного двигателя от короткого замыкания.
Наличие второго стабилизатора напряжения, питающегося от дополнительной обмотки, обеспечивает устройство надежным питанием при трехфазном коротком замыкании, когда на выходе генератора напряжения отсутствует, а на дополнительной обмотке сохраняется.
Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:
На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты генератора синхронного;
на фиг. 2 представлен вид осциллограмм при отсутствии короткого замыкания;
на фиг. 3 представлен вид осциллограмм при однофазном коротком замыкании;
на фиг. 4 представлен вид осциллограмм при двухфазном коротком замыкании;
на фиг. 5 представлен вид осциллограмм при трехфазном коротком замыкании;
на фиг. 6 представлен вид осциллограмм при нормальном значении напряжения генератора;
на фиг. 7 представлен вид осциллограмм при значении напряжения генератора выше допустимого.
Напряжение генератора синхронного поступает на трехфазный выпрямитель на диодах 1, 2, 3, 4, 5, 6, к выходу которого подключен делитель напряжения 7 и 8. К выходу делителя напряжения 7 и 8 подключен делитель напряжения 11 и 12 с фильтром низкой частоты 13 и инвертирующий вход усилителя-компаратора 14 узла фиксирования короткого замыкания, а также фильтр низкой частоты 18 и 19 узла фиксирования повышенного напряжения. В цепь делителя напряжения 11 и 12 включен опорный элемент 10 через токоограничительный резистор 9. Неинвертирующий вход усилителя-компаратора 14 подключен к выходу делителя напряжения 11 и 12 с фильтром низкой частоты 13. Выход усилителя компаратора 14 подключен к расширителю импульсов 15, 16 и 17. Неинвертирующий вход усилителя-компаратора 21 подключен к выходу фильтра низкой частоты 18 и 19, а инвертирующий вход - к уставке 20 напряжения срабатывания от повышенного напряжения. К выходу расширителя импульсов 15, 16 и 17 и выходу усилителя-компаратора 21 через суммирующие диоды 22 и 23 подключен суммирующий резистор 24, к выходу которого через элемент задержки 25 подключен исполнительный элемент 26. Питается устройство от стабилизатора напряжения 27, подключенного к выходу трехфазного выпрямителя на диодах 1, 2, 3, 4, 5, 6 и от стабилизатора напряжения 28, подключенного к дополнительной обмотке генератора.
Работает устройство для защиты генератора синхронного следующим образом.
При отсутствии короткого замыкания напряжения с выхода генератора синхронного подается на трехфазный выпрямитель на диодах 1, 2, 3, 4, 5, 6, выпрямляется и далее подается на делитель напряжения 7 и 8. С выхода делителя напряжения 7 и 8 сигнал подается на инвертирующий вход усилителя-компаратора 14 и через делитель напряжения 11 и 12 с фильтром низкой частоты 13 на неинвертирующий вход усилителя компаратора 14. В цепь делителя напряжения 11 и 12 включен опорный элемент 10 через токоограничительный резистор 9 (фиг. 1).
1
2
3
4
5
При отсутствии короткого замыкания (вид осциллограмм U, U, U на фиг. 2), напряжение на инвертирующем входе усилителя-компаратора 14 всегда выше, чем на неинвертирующем входе, поэтому на выходе усилителя-компаратора 14 уровень сигнала соответствует логическому нулю, как и на выходе расширителя импульсов 15, 16 и 17 (вид осциллограмм U, U на фиг. 2).
1
2
3
1
2
3
4
При однофазном (осциллограммы U, U, U на фиг. 3) и двухфазном (осциллограммы U, U, U на фиг. 4) коротком замыкании, являющемся несимметричным режимом, напряжение на инвертирующем входе усилителя-компаратора 14 периодически будет опускаться ниже уровня напряжения на неинвертирующем входе усилителя-компаратора 14, в результате чего на его выходе появятся периодические импульсы логической единицы (вид осциллограммы U на фиг. 3 и на фиг. 4).
5
1
2
3
4
5
Данные импульсы запоминаются расширителем импульсов 15, 16 и 17, в результате чего на его выходе устанавливается уровень логической единицы (вид осциллограммы U на фиг. 3 и на фиг. 4). При трехфазном коротком замыкании напряжение на инвертирующем входе усилителя-компаратора 14 благодаря опорному элементу 10 будет всегда ниже (вид осциллограмм U, U, U на фиг. 5), чем на неинвертирующем входе, поэтому на выходе усилителя-компаратора 14, как и на выходе расширителя импульсов 15, 16 и 17, будет сигнал уровня логической единицы (вид осциллограмм U и U на фиг. 5).
Таким образом при отсутствии короткого замыкания на выходе расширителя импульсов 15, 16 и 17 устанавливается сигнал уровня логического нуля, а при одно-, двух-, трехфазном коротком замыкании - уровень логической единицы. Пуск асинхронного двигателя является симметричным режимом, при котором напряжение генератора может снижаться до 50% от Uн, но это не вызовет ложного срабатывания защиты.
6
7
8
6
7
8
При нормальном напряжении на выходе генератора, напряжение на неивертирующем входе усилителя-компаратора 21 всегда ниже, чем на инвертирующем (вид осциллограмм U, U на фиг. 6), поэтому на выходе усилителя-компаратора 21 устанавливается сигнал уровня логического нуля (вид осциллограммы U на фиг. 6). При повышенном напряжении на выходе генератора, напряжение на неивертирующем входе усилителя-компаратора 21 выше, чем на инвертирующем (вид осциллограмм U и U на фиг. 7), поэтому на выходе усилителя-компаратора 21 устанавливается сигнал уровня логической единицы (вид осциллограммы U на фиг. 7).
Сигнал аварии уровня логической единицы с выхода расширителя импульсов 15, 16 и 17 или с выхода усилителя-компаратора 21 через суммирующие диоды 22 и 23 поступает на суммирующий резистор 24 и далее через элемент задержки 25 на исполнительный элемент 26. В качестве исполнительного элемента 26 может быть использован: транзистор, тиристор, реле, оптоприбор и т.п., в зависимости от поставленной задачи: отключение выключателя нагрузки, развозбуждение генератора, остановка приводного двигателя и т.п. Наличие элемента задержки 25 позволяет так же исключать ложные срабатывания защиты при начальном возбуждении генератора, когда напряжение генератора находится на низком уровне. Питание устройство защиты генератора получает от двух стабилизаторов напряжения 27 и 28, подключенных соответственно к трехфазному выпрямителю на диодах 1, 2, 3, 4, 5, 6 и дополнительной обмотке генератора, обеспечивая надежное питание как в нормальном режиме, так и при коротком замыкании.
Таким образом, предложенное устройство без использования громоздких трансформаторов тока обеспечивает надежную защиту генератора от всех видов короткого замыкания и от повышенного напряжения генератор, а также обеспечивает надежную отстройку от ложного срабатывания при пуске синхронного двигателя.