SU567191A1 - Arrangement for protecting substations with voltage dividers supplying asynchronous motor from self-excitation - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области электротехники и предназначено дл  защиты от самовозбуждени  подстанций с делител ми напр жени  (ПДН), питающих крупные асинхронные двигатели.The invention relates to the field of electrical engineering and is intended to protect against self-excitation of substations with voltage dividers (PDN) that feed large induction motors.

Этот вид самовозбуждени  подстанций с делител ми напр жени  представл ет частотную реакцию роторов асинхронных двигателей, питаемых от электроустановок, содержащих последовательно с ними включенную емкость и про вл етс  в биени х тока двигателей и общей нагрузки подстанций, амплитуда которых определ етс  величиной скольжени  роторов двигателей, а период функционально св зан с собственной частотой контура, включающего емкость делител  напр жени , а также индуктивности компенсирующего реактора и понизительного трансформатора подстанции. Самовозбуждение схемы ПДИ приводит к колебани м электромагнитного момента и скорости вращени  двигателей, вызыва  длительное увеличение позребл емого тока, соразмерного по величине с пусковым, и повреждени  двигателей из-за перегрева обмоток.This kind of self-excitation of substations with voltage dividers represents the frequency response of rotors of asynchronous engines powered by electrical installations containing a connected capacitor in series with them and manifests itself in the beats of the motors current and the total load of the substations whose amplitude is determined by the slip value of the rotors of the motors and the period is functionally related to the natural frequency of the circuit including the capacitor of the voltage divider, as well as the inductance of the compensating reactor and step-down transformer odstantsii. The self-excitation of the PDI circuit leads to oscillations of the electromagnetic moment and the rotational speed of the motors, causing a prolonged increase in the required current, commensurate with the starting value, and engine damage due to overheating of the windings.

Кроме того, искаженный биени ми ток нагрузки ПДН из-за некоторой расстройки резонансной части схемы, обусловленной ступенчатым изменением индуктивности компенсирующего реактора, вызывает колебани  напр жени  на щинах подстанции и приводит к возбуждению других двигателей, а к мерцанию ламп накаливани , утомл ющему глаза .In addition, the load current of the PDD, distorted by the beats, due to some detuning of the resonant part of the circuit, caused by a stepwise change in the inductance of the compensating reactor, causes voltage fluctuations on the substation wiring and leads to the excitation of other engines, and to the flickering of incandescent lamps, which fatigue the eyes.

Описанный режим работы подстанции неприемлем и предотвращатьс  при расчете схемы подстанции. Тем не менее в процессе эксплуатации возможно непреднамеренное возникновение условий самовозбуждение схемы подстанции, например, вызванное установкой дополнительных крупных асинхронных двигателей, изменением настройки схемы подстанцин и р дом других причин.The described operation mode of the substation is unacceptable and is prevented when calculating the substation scheme. However, during operation, the conditions of self-excitation of the substation circuit may inadvertently arise, for example, due to the installation of additional large induction motors, a change in the configuration of the substation circuit, and a number of other reasons.

Известно устройство дл  подавлени  самовозбуждени  в схемах подстанций.A device for suppressing self-excitation in substation circuits is known.

В этом устройстве осуществлено автоматическое кратковременное подключение к щинам подстанции балластных сопротивлений с помощью симисторов. Реагирует оно лищь наIn this device, an automatic short-term connection of ballast resistance to the substation women with the help of triacs was carried out. It reacts only to

превыщение определенного уровн  напр жени  на щинах подстанции и предназначено дл  подавлени  резонансных скачков напр жени  на ранней стадии их развити . Однако такое защитное устройство не может быть использовано дл  подавлени  самовозбуждени  в схеме подстанции при питании асинхронных двигателей , поскольку оно не реагирует на биени  в токе двигателей и нагрузки подстанции, свойственные этому внду самовозбуждени ,exceeding a certain level of voltage on the substation women and is intended to suppress resonant voltage spikes at an early stage of their development. However, such a protective device cannot be used to suppress self-excitation in the substation circuit when powering induction motors, since it does not respond to beating in the current of the motors and the substation load, peculiar to this self-excitation,

при которых сколько-нибудь значительное превышение номинального Напр жени  на шинах не имеет места. Дл  подавлени  самовозбуждени  в схеме подстанции, питающей асинхронные двигатели , используют балластные сопротивлени , подключенные посто нно к низковольтным шинам подстанции. Потребление этих сопротивлений превышает суммарную мошность подключенных двигателей. Такое устройство подавлени  самовозбуждени ,  вл етс  прототипом изобретени . Основной недостаток этого устройства - посто нные потери электроэнергии в балластных сопротивлени х Цель изобретени  - устранение посто нных 15 потерь электроэнергии в балластных сопротивлени х . Эта цель достигаетс  тем, что в устройство введены блок выделени  огибающей биений, блок симисторов, блок питани  с выходным тиристором и блок выдержки времени, 20 причем блок выделени  огибающей биений включен входом в цепь низковольтного ввода подстанции, а выходом подключен к аноду и управл ющему электроду тиристора блока питани , катод которого через выходные размы- 25 кающие контакты блока выдержки времени соединен с управл ющими электродами блока симисторов, силовые электроды которых соедин ют балластные активные сопротивлени  в схему звезды, а к одному из указанных ак- 30 тивных сопротивлений подключен вход блока выдержки времени. При этом блок выделени  огибающей биений содержит двухобмоточный трансформатор, кажда  обмотка которого шунтирована конденсатором и подключена к 35 своему выпр мительному мосту, один из которых включен на входе блока, а к другому подключен транзистор, коллекторна  цепь которого соединена с управл ющим электродом тиристора, включенного в накопительную схе- 40 му, на выходе которой включено электромагнитное реле с замыкающими контактами. На чертеже приведена принциниальна  схема предлагаемого устройства, где 1 - блок выделени  огибающей биений; 2 - блок пита- 45 ни ; 3 - блок выдержки времени; 4 - активные балластные сопротивлени ; 5 - блок симисторов; 6 - щунт в цепи низковольтного ввода подстанции; 7-10 - диоды выпр мительных мостов; И -14 - конденсаторы вы- 50 пр мительных мостов; 15 - трансформатор; 16 - шунтирующий конденсатор; 17 - транзистор; 18 - тиристор; 19 - конденсатор накопнтельной схемы; 20 - пороговый элемент накопительной схемы; 21-электромагнитное ре- 55 ле накопительной схемы; 22 - диод; 23, 24, 25 - резисторы; 26 - трансформатор блока питани ; 27 - выпр мительный мост блока питани ; 28 - выходной тиристор блока питани ; 29- выходные реле блока выдержки времени; 60 30- конденсатор блока выдержки времени; 31-резистор цепи зар да конденсатора 30; 32 - пороговый элемент; 33 - диод; 34 - симисторы; 35 - сигнальное реле. Устройство работает следующим образом. 65 На вход блока 1 выделени  огибающей биений подаетс  напр жение, снимаемое с шунта 6, включенного в цепь низковольтного ввода подстанции. В этом блоке 1 осуществл етс  фильтраци  составл ющей напр л ение промышленной частоты и выделение на вторичной обмотке трансформатора 15 низкочастотной огибающей тока при асинхронном самовозбуждении. В нормальном режиме работы подстанции к входу защитного устройства приложено только напр жение промышленной частоты с амплитудой пропорциональной току нагрузки. При этом огибающа  кривой выпр мленного напр жени  из-за достаточно высокой фильтрации составл ющей промыщленной частоты представл ет практически посто нную величину , котора  трансформатором 15 не трансформируетс . Поэтому на вторичной обмотке трансформатора 15 напр жение отсутствует и транзистор 17 остаетс  в закрытом состо иии - защита не действует, При по влении в токе нагрузки подстанции биений, свидетельствующих о начале самовозбуждени  в токе вторичной обмотки трансформатора 15, по вл етс  низкочастотна  составл юща , с частотой биений, котора  выпр мл етс  посредством диодов 9, 10 и удваиваетс  на конденсаторах 13, 14 и с них подаетс  па вход транзистора 17. Под действием выпр мленного напр жени  с двойной субгармоиической частотой транзистор открываетс . С той же частотой открываетс  и тиристор 18 накопительной схемы, в цепь управлени  которого включен выход транзистора 17. При длительности биений в токе нагрузки подстанции , превышающей заданную (0,5с) напр жение на конденсаторе 19 накопительной схемы достигает напр жени  срабатывани  порогового элемента - вследствие чего сработает выходное реле 21 накопительной схемы и своими контактами замкнет цепь управлени  выходного тиристора 28 блока питани  2, который обеспечивает питание посто нным током цепи управлени  симисторов. Тиристор 28 открываетс , подает на управл ющие электроды симисторов 34 питание посто нным током и открывает их. Открытые симисторы 34 по схеме трехлучевой звезды подключают к шииам подстанции активные балластные сопротивлени  4 и обеспечивают подавление самовозбуждени  подстанции. С момента подключени  к шинам сопротивлений последние обтекаютс  током , а унавшее напр жение на одном из них прикладываетс  к входу блока 3 выдержки времени, состо щего из диода 33, конденсатора 30, переменного резистора 31, порогового элемента 32 и выходного реле 29. При напр жении на конденсаторе 30, равном напр жению срабатывани  порогового элемента 32, сработает выходное реле 29 этого блока, которое своим нормально замкнутыми контактами кратковременно разомкнет цепь питани  управл ющих электродов симисторон 34. При этом разомкнетс  цепь питаin which any significant excess of the rated voltage on the tires does not hold. To suppress self-excitation in a substation circuit that powers induction motors, ballasts are used that are permanently connected to the substation low-voltage buses. The consumption of these resistances exceeds the total power of the connected motors. Such a self-excitation suppressor is a prototype of the invention. The main disadvantage of this device is constant electric power losses in ballast resistances. The purpose of the invention is to eliminate permanent 15 electric power losses in ballast resistances. This goal is achieved by introducing a beat envelope release unit, a triac unit, a power supply unit with an output thyristor, and a time delay unit, 20 with the beat envelope release unit being switched on by entering the low-voltage input circuit of the substation and output connected to the anode and control electrode. the thyristor of the power supply unit, the cathode of which, through the output disconnecting contacts of the time delay block, is connected to the control electrodes of the block of triacs, the power electrodes of which connect ballast resistances in the star circuit, and the input of the time delay block is connected to one of the indicated active resistances. In this case, the beat envelope selection unit contains a two-winding transformer, each winding of which is shunted by a capacitor and connected to its own rectifier bridge, one of which is connected to the input of the unit, and the other is connected to a transistor, the collector circuit of which is connected to 40 cumulative circuit, the output of which includes an electromagnetic relay with closing contacts. The drawing shows a schematic diagram of the proposed device, where 1 is a block for beating envelope selection; 2 - power supply 45; 3 - time delay block; 4 - active ballasts; 5 - block of triacs; 6 - shunt in the low-voltage input circuit of the substation; 7-10 - rectifier bridge diodes; And -14 - capacitors of the extrinsic bridges; 15 - transformer; 16 - shunt capacitor; 17 - transistor; 18 - thyristor; 19 - storage circuit capacitor; 20 - threshold element of the cumulative scheme; 21-electromagnetic relay of the accumulative circuit; 22 - diode; 23, 24, 25 - resistors; 26 - power supply transformer; 27 - rectifier bridge power supply unit; 28 — output power unit thyristor; 29- output time delay relays; 60 30- time block capacitor; 31-capacitor charge circuit resistor 30; 32 is a threshold element; 33 - diode; 34 - triacs; 35 - signal relay. The device works as follows. 65 The voltage taken from the shunt 6 connected to the low-voltage input circuit of the substation is supplied to the input of the bend envelope selection block 1. In this block 1, a component of the power frequency control is used to filter out and a low-frequency current envelope is extracted on the secondary winding of the transformer 15 during asynchronous self-excitation. In the normal operation of the substation, only the power frequency voltage with an amplitude proportional to the load current is applied to the input of the protective device. At the same time, the envelope curve of the rectified voltage due to the sufficiently high filtration of the component of the industrial frequency represents a practically constant value, which the transformer 15 does not transform. Therefore, there is no voltage on the secondary winding of the transformer 15 and the transistor 17 remains closed - the protection does not work. When a beat appears in the load current of the substation, indicating the beginning of self-excitation in the secondary current of the transformer 15, a low-frequency component appears. a beat frequency that is rectified by diodes 9, 10 and doubled on capacitors 13, 14, and from them is fed to the input of transistor 17. Under the action of a rectified voltage with a double sub-harmonic frequency tkryvaets. The thyristor 18 of the cumulative circuit opens at the same frequency, the control circuit of which includes the output of the transistor 17. When the duration of the beating in the load current of the substation exceeds the set (0.5 s) voltage on the capacitor 19 of the cumulative circuit, it reaches the threshold voltage This will trigger the output relay 21 of the cumulative circuit and will close the control circuit of the output thyristor 28 of the power supply unit 2, which will provide DC power to the triac control circuit. The thyristor 28 opens, supplies direct current to the triac 34 control electrodes and opens them. The open triacs 34, according to the three-beam star scheme, connect active ballasts 4 to the substation bushes and provide suppression of the substation self-excitation. From the moment of connection to the resistance buses, the latter are flowed around the current, and the voltage applied to one of them is applied to the input of the time delay unit 3, consisting of a diode 33, a capacitor 30, an alternating resistor 31, a threshold element 32 and an output relay 29. With a voltage on the capacitor 30, which is equal to the trigger voltage of the threshold element 32, the output relay 29 of this block will operate, which, by its normally closed contacts, will shortly open the supply circuit of the control electrodes of the simistoron 34. This will open the circuit ita