Справочник по наладке вторичных цепей - РЗР-1М

Блок-реле типа РЗР-1М
Как отмечалось выше, турбогенераторы с непосредственным охлаждением обмоток характеризуются малой перегрузочной способностью. Для защиты ротора турбогенератора от повреждений при перегрузках по току возбуждения применяется блок-реле типа РЗР-1М. Защита автоматически ограничивает длительность режима форсировки возбуждения в зависимости от кратности тока ротора по отношению к его номинальному значению и отключает генератор от сети с гашением поля при авариях в системе возбуждения, вызывающих длительное протекание по обмотке ротора тока недопустимой величины. Ток ротора подается в защиту от датчика- тока. Структурная схема блок-реле приведена на рис. 12.24. В состав комплекта РЗР-1М входят следующие элементы:

Рис. 12.24. Структурная схема блок-реле РЗР-1М:
/ — входное преобразовательное устройство; 2 —сигнальный орган; Л —пусковой орган; 4 — интегральный орган; 5 — блок питания
входное преобразовательное устройство, служащее: для гальванического разделения входных цепей основных органов реле, имеющих связь по цепям питания; для компенсации несоответствия между номинальными токами ротора генератора и устройства для измерения тока ротора; для преобразования переменного тока в выпрямленные и сглаженные напряжения, пропорциональные току ротора защищаемого генератора;
сигнальный орган, сигнализирующий об увеличении тока ротора генератора выше его длительно допустимого значения;
пусковой орган, контролирующий пуск и возврат интегрального органа реле;
интегральный орган, учитывающий накопление тепла в обмотке ротора в процессе перегрузки и охлаждение ротора после устранения перегрузки. Интегральный орган имеет две ступени срабатывания, одна из которых действует на развозбуждение генератора, а вторая — на отключение генератора от сети и гашение поля;
блок питания, служащий для получения необходимых уровней стабилизированного напряжения постоянного тока для питания основных органов и их выходных реле.
В качестве датчика тока при тиристорном и высокочастотном возбуждении используется трансформатор постоянного тока (ТПТ), поставляемый в комплекте с вспомогательным устройством (ВУИ). Трансформатор постоянного тока представляет собой магнитный усилитель, в котором управляющей обмоткой является токоведущий стержень, по которому протекает ток ротора. Стержень проходит внутри двух замкнутых магнитопроводов, выполненных из ферромагнитного материала с высокой проницаемостью. Рабочая обмотка расположена на обоих магнитопроводах, причем на каждом магнитопроводе намотано четыре секции, соединенные между собой параллельно.

Рис. 12.25. Вспомогательное устройство ВЧИ
Между собой обмотки обоих магнитопроводов могут быть соединены либо последовательно-встречно (ТПТ типа И514/1.5; И514/2,0; И514/2,5), либо параллельно (ТПТ типа И514/3; И514/4; И514/6 и И528). Параллельное включение обмоток на каждом магнитопроводе уменьшает влияние на трансформатор внешних магнитных полей и асимметрии расположения шины в окне трансформатора. Рабочая обмотка питается от источника переменного напряжения через вспомогательное устройство, содержащее автотрансформатор, два трансформатора переменного тока, систему выпрямителей и токоограничивающих сопротивлений к ним (рис. 12.25). В зависимости от величины первичного (постоянного) тока изменяется степень подмагничивания магнитопровода, что в свою очередь изменяет магнитную проницаемость материала магнитопровода, Это вызывает изменение реактивного сопротивления трансформатора, в результате чего происходит изменение переменного тока в рабочей обмотке трансформатора. Для предотвращения трансформации переменного тока из рабочей обмотки в управляющую соединение обмоток, размещенных на разных магнитопроводах, выполняется встречно. При таком включении обмоток МДС, создаваемые управляющей и рабочей обмотками, в одном из сердечников будут суммироваться, а в другом — вычитаться, что приведет к наведению в управляющей обмотке встречных взаимно компенсирующихся ЭДС.
Все качественные показатели устройства нормируются заводом-изготовителем по среднему значению тока рабочей обмотки. Однако при использовании устройств в качестве датчиков входной величины выпрямленный ток на выходе ВУИ, пропорциональный току ротора, необходимо сглаживать. Значение сглаженного тока зависит от коэффициента формы кривой входного сигнала, а линейность характеристик преобразования — от постоянства коэффициента формы при изменении первичного тока в заданном диапазоне. Форма кривой тока рабочей обмотки при последовательном и параллельном соединении обмоток сердечников ТПТ существенно различается. Она определяется изменениями магнитного состояния сердечников. При параллельном соединении ток в рабочей обмотке каждого сердечника и форма его кривой не зависят от другого сердечника. Кривая тока имеет вид отрезков полуволн синусоиды с изменяющимися амплитудой и углом отсечки в зависимости от значений измеряемого постоянного тока и напряжения питания рабочих обмоток. При этом коэффициент формы кривой, амплитудное и действующее значения тока рабочей обмотки, непосредственно подающегося в защиту, не пропорциональны измеряемому току и за- вистят от частоты, напряжения питания и сопротивления нагрузки. При последовательном соединении по рабочим обмоткам обоих сердечников проходит один и тот же ток, который не может иметь такие же отличия от синусоиды, как суммарный ток рабочих обмоток при параллельном соединении. Ток рабочей обмотки имеет трапецеидальную форму. Этому соответствуют примерно одинаковые среднее, действующее и амплитудное значения тока, которые практически не зависят от частоты, напряжения питания ТПТ и сопротивления нагрузки. Кроме того, ТПТ с последовательным и параллельным соединением рабочих обмоток ведут себя по-разному при переходных процессах, вызванных подачей, снятием либо скачкообразным изменением питающего переменного напряжения или подачей и снятием первичного постоянного тока. При последовательной схеме соединения переходный процесс практически отсутствует и выходной сигнал полностью повторяет измеряемый ток без искажений, а колебания питающего напряжения в допустимых пределах не влияют на выходной сигнал. При параллельном соединении при подаче измеряемого тока выходной сигнал появляется с запаздыванием и нарастает до установившегося значения с некоторой постоянной времени. При отключении измеряемого тока выходной сигнал также спадает по экспоненте. При скачкообразном изменении питающего напряжения в выходном сигнале появляются выбросы, амплитуда которых в несколько раз может превышать установившееся значение выходного сигнала. Эти выбросы сравнительно медленно затухают во времени и могут приводить к ложной работе защит и систем, включенных на выходе устройства.
В связи с вышеизложенным питание входных цепей защиты Типа РЗР-1М, а также измерителя перегрузки ротора (ИПР) в системе автоматического регулятора возбуждения от ТПТ с параллельным соединением рабочих обмоток недопустимо. Поэтому до выпуска промышленностью ТПТ на номинальные токи 3 кА и более с последовательным соединением обмоток необходимо осуществлять переключение обмоток сердечников ТПТ с параллельной схемы на последовательную. При этом сохраняются все свойства ТПТ, а его параметры изменяются следующим образом:

номинальный вторичный ток уменьшается в 2 раза; оптимальное напряжение питания вторичной цепи ТПТ от автотрансформатора ВУИ возрастает в 2 раза (выполняется переходом на другое ответвление автотрансформатора);
максимально допустимое приведенное сопротивление вторичной цепи возрастает в 4 раза.

При бесщеточном возбуждении в качестве датчика используется индукционный короткозамкнутый датчик тока ИКДТ (рис. 12.26), представляющий собой неподвижную короткозамкнутую «беличью клетку», которая охватывает вал генератора. Внутри беличьей клетки проходят провода от возбудителя к обмотке ротора.
Рис. 12.26. Схема включения индукционного короткозамкнутого датчика тока ИКДТ

Рис, 12.27. Входное преобразовательное устройство РЗР-1М
При работе генератора ток возбуждения создает вращающееся магнитное поле, индуцирующее токи в стержнях беличьей клетки. Эти токи замыкаются через трансформатор тока, во вторичную цепь которого включается защита РЗР-1М. G помощью ИКДТ на защиту подается синусоидальный переменный ток, пропорциональный току ротора.
В состав входного преобразовательного устройства (ВПУ), показанного на рис. 12,27, входят промежуточный трансформатор TL1, согласующий трансформатор напряжения TV2, выпрямительные мосты
VC1, VC2, сглаживающие конденсаторы Cl, С2 и резисторы Rl, R2, R4—R6. Трансформатор TL1 служит для изменения уровня контролируемых токов до значений, удобных для дальнейшего преобразования и регулировки. Трансформатор TV2 осуществляет гальваническое разделение входных цепей основных органов реле. Регулируемые резисторы R1 и R2 позволяют получить необходимые уровни напряжений на входах основных органов реле при номинальном токе ротора. Резистором R5 устанавливается требуемая стабилизация напряжения на входе интегрального органа (изменение масштаба входного напряжения).
Принципы выполнения и построения схем основных органов и блока питания защиты РЗР-1М аналогичны примененным в токовой защите обратной последовательности, выполненной на блок-реле типа РТФ-6М. Отличие заключается в следующем: в защите РЗР-1М имеется всего два органа с независимой выдержкой времени: пусковой и сигнальный; на пусковой и сигнальный органы подается напряжение 35 В (вместо 80 В у защиты РТФ-6М).
Интегральный орган учитывает накопление тепла в обмотке ротора при перегрузке и охлаждение ротора после устранения перегрузки. Зависимая от тока характеристика выдержек времени срабатывания интегрального органа соответствует выражению
>
где А—постоянная, учитывающая накопление тепла в роторе; К, В—_ коэффициенты, зависящие от вида характеристик и диапазона уставок.
Для получения характеристики по выражению 1сР~А/1^х в схеме интегрального органа используется заряд конденсатора импульсами тока постоянной длительности, частота и амплитуда которых пропорциональны входному сигналу /вх. Выражение /Вх=К/*р—С описывает кусочно-линейное преобразование во входной сигнал интегрального органа, которое необходимо осуществить с входным напряжением, пропорциональным току ротора. Указанное преобразование осуществляется с помощью стабилитрона VD1, включенного последовательно в цепь входного тока интегрального органа. Допуск на напряжение стабилизации осуществляется резистором R5 в схеме ВПУ, а подстройка входного тока — резистором R3.
Схема интегрального органа представлена на рис. 12.28. Реализация характеристик выдержек времени осуществляется аналогично защите с блок-реле РТФ-6М. Интегральный орган состоит из частотно-импульсного модулятора, блокинг-генератора, двух триггеров и двух выходных реле. Принцип действия устройств и выполнение схем указанных узлов интегрального органа идентичны примененным в защите РТФ-бМ. Однако в интеграторе защиты РЗР-1М делитель опорного напряжения (VD13, VD14, R19—R28) собран по другой схеме в связи с наличием второй ступени защиты. При заряде конденсаторов С2—,С5, когда их напряжение превысит уровень напряжения на движке потенциометра R25, откроются диоды VD2, VD4 в блоке Б2 и коммутирующие импульсы блокинг-генератора попадут на вход триггера первой ступени (блок БЗ) и опрокинут его. При этом сработает и самоудержится выходное реле KL3 первой ступени и защита действует на развозбуждение генератора. При срабатывании KL3 плюс через его контакты попадет на диод VD4, который запирается и отключает конденсаторы С2—С5 от потенциометра R25. Если перегрузка осталась неустраненной, конденсаторы С2—С5 заряжаются импульсами тока до срабатывания выходного триггера второй ступени (блок Б4) и выходного реле второй ступени KL4. Уставки интегрального органа устанавливаются для первой ступени защиты потенциометром R25, а для второй ступени — потенциометром R22.

Рис. 12.28. Интегральный орган РЗР-1М
Время срабатывания первой ступени всегда меньше времени срабатывания второй ступени, так как делитель опорного напряжения выполнен так, что опорное напряжение первой ступени является частью (0,7—0,8) опорного напряжения второй ступени.
Проверка и настройка характеристик блок-реле РЗР-1М производится аналогично проверке и настройке блок-реле РТФ-6М. Различие заключается в подаваемом на вход блок-реле токе и в устанавливаемых уровнях напряжений в контрольных точках.
При проверке блока питания уровни напряжений в контрольных точках должны соответствовать данным, приведенным ниже:

Здесь и далее обозначения выводов, точек и разъемов указаны в соответствии с заводской документацией.
Напряжения измеряются вольтметром постоянного тока с Rвн> >20 кОм/В (Ml200, М1201, М2038 и др).
Установка уровней напряжения осуществляется при сработавшем реле KL2. Для его срабатывания необходимо замкнуть зажим 1 с контрольной точкой 1 на плате /75.
Проверка входного преобразовательного устройства производится подачей на вход блок-реле (зажимы 5-7) переменного синусоидального тока промышленной частоты, соответствующего номинальному току ротора генератора. Регулировкой переменных резисторов R1 и R2 на зажимах 10-12 устанавливается напряжение, равное 16±0,5В.
Для последующей коррекции уставки, связанной с различием формы кривой тока при наладке и рабочем режиме, снимается характеристика 1/10.12 =/(/вх).
Настройка уставок сигнального и пускового органов производится подачей на зажимы 5-7 переменного синусоидального тока, рассчитываемого по формуле
Регулировка уставок осуществляется переменными резисторами R11 и R18. Срабатывание реле фиксируется по срабатыванию соответствующих выходных реле KL1 и KL2. Уставка сигнального органа всегда должна быть меньше уставки пускового органа.
Проверка ЧИМ производится измерением длительности импульсов и пауз при подаче на вход блок-реле значений тока, достаточных для срабатывания пускового органа. Осциллограф подключается к контрольной точке III и зажиму 22. Длительность импульсов должна оставаться постоянной, а длительность пауз должна изменяться обратно пропорционально входному току.
При проверке блокинг-генератора осциллограф подключается к контрольной точке IV и зажиму 22. Контрольную точку II необходимо соединить с зажимом 22. Длительность паузы должна быть в пределах 500—700 мкс, а амплитуда импульсов — в пределах 0,8—1,5 В.
Время срабатывания интегрального органа калибруется на максимальной уставке в следующей последовательности:
в рассечку перемычки между зажимами 16-18 включается микроамперметр и на вход блок-реле (зажимы 5-7) подается ток, соответствующий 0,8 номинального тока ротора;
регулировкой переменного резистора R5 ток в цепи микроамперметра снижается до нуля;
микроамперметр отключается и на вход блок-реле подается ток, соответствующий двукратному номинальному току ротора;

изменяя резистором R3 зарядные токи ЧИМ и интегратора, добиваются времени срабатывания второй ступени 19—21 с (28,5—31,5с).
С целью сокращения времени настройки интегрального органа необходимо между измерениями включать на 5—10с между точкой Б блока Б2 и зажимом 24 через нефиксируемую кнопку разрядный резистор МЛТ-0,5— 100 кОм. Очередной пуск блок-реле в этом случае должен производиться не ранее чем через 20 с.
По окончании калибровки интегрального органа проверяются временные характеристики обеих ступеней при токах, соответствующих относительным токам ротора 1,1; 1,2; 1,5 и 2,0. Время срабатывания первой и второй ступеней должно соответствовать данным табл. 12.3.
Таблица 12.3. Временная характеристика интегрального органа

Проверка уставки по времени полного охлаждения производится по времени срабатывания второй ступени при токе ротора /*р=1,5 в следующей последовательности:
измеряется время срабатывания как среднее значение трех измерений с включением в промежутках между измерениями разрядного резистора 100 кОм;
повторяются по три измерения с промежутками между ними, равными 450 и 750 с. При этом время срабатывания второй ступени должно отличаться от предыдущих измерений более чем на 5 % при промежутке 450 с (^<0,95/0 и не более чем на 5% при промежутке 750 с (/3>0,95^).
Проверка блок-реле на работающем генераторе производится совместно с датчиком тока. В связи с тем что настройка и регулировка блок-реле производилась подачей на его вход переменного синусоидального тока промышленной частоты, не учитывающего форму кривой тока в рабочем режиме, необходимо произвести коррекцию уставки. Для этого при номинальном токе ротора необходимо регулировкой резисторов R1 и R2 на зажимах 10-12 выставить напряжение, равное 16±0,5 В, изменяя ток ротора, снять характеристику т-12= f(Uрот) и сравнить ее с характеристикой снятой при проверке ВПУ, затем
плавным увеличением тока ротора проверить уставки срабатывания Сигнального и пускового органов.