KR830000301B1 - 보호 계전 장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

보호 계전 장치

제1도는 기계 장치 시스템의 기계적 장해에 의해 생기는 터어빈 발전기의 보조 등기 발진을 나타낸 그래프.

제2도는 전기시스템에서 생긴 비교적 큰 진폭의 전기적 과도 전류 및 그에 따른 기계 장치내의 보조 등기 발진을 나타낸 그래프.

제3도는 제2도의 진폭보다 더 작은 진폭의 전기적 과도 전류 및 그에 따른 기계 장치내의 보조 등기 발진을 나타낸 그래프.

제4도는 본 발명에 따라 구성된 보호 계전 장치의 블록 다이어그램 및 개요도.

제4a도는 제4도의 보호 계전 장치에 사용될 수 있는 3상 전압 발전기의 상세한 블록 다이어그램.

제5도는 전기시 스템에 의해서 생긴 과도적 보조 등기의 전류 발진과 기계에 의해 생긴증대하는 보조등기 발진에 응답하는 것으로, 본 발명에 따라 구성된 검파회로의 블록 다이어그램.

제6도는 제5도의 중간 범위 및 순간적인 과도 여정 함수에 사용될 수 있는 순간 검파기의 상세한 블록 다이어그램.

제7도는 제5, 6도의 중간 범위 순간 여정 함수의 동작을 나타낸 그래프.

본 발명은 일반적으로 보호 계전기(relay)에 관한 것으로, 특히 3상 전력에 연결된 터어빈 발전기가 잠재적으로 손상시키는 보조 동기 발진에 부닥치지 않도록 보호하기 위한 보호 계전기에 관한 것이다.

전력을 발생하는 터어빈 발전기는 기계시스템의 공진 주파수에서 전기적으로시작된 기계적 발진에 의해서 생긴 사아프트 염력(shaft torques)에 의해 크게 손상을 받았었다. 손상을 주는 발진은 전력 시스템과 터어빈 발전기의 기게적 시스템사이의 상호작용으로 인하여 천천히 이뤄질 수 있다. 또는, 직렬 보상된 전송 시스템의 단락회로로 인한 것과 높은 진폭의 과도 전류는 공진 주파수에서 기계적 시스템의 보조 동기 발진을 시작하는“쇼크(shock)”염력을 제공할 수 있다.

보조 동기 전류를 차단시키거나 약하게 학 위해서 전선에 전력 필터의 삽입에 의한 것과 같은 여러가지의 많은 시도들이 보조동기 발진에 의해 생긴 문제점들을 해결하기 위해서 시도적으로 사용되었었다. 또한 단락회로 전류진폭을 감소시키는 직렬캐패시터들을 위해 그 이외의 제어 방법이 제공되었었다. 그러나 이 문제점을 해결하기 위한 이런 시도들은 나쁜 영향을 끼치거나 실패할 수도 있다. 예를들어, 그와 같은 실패는 직렬 캐패시터를 제어하기 위한 시작신호의실패 또는 동기 주파수로 부터 전력시스템의 드리프트(drift), 필터 디튜우닝(detuning)의 결과일 수 있다. 또한 이 문제는 매우복잡하기 때문에, 그 해결은 모든 가능한 원인들로 부터 보조동기 공진에 대한 시스템을 보호할 수 없다. 그러므로 좋지 못한 보조동기 발진상태를 탐지하는 보호 계전기의 응용으로 보조 동기 공진 문제를 해결하며 선으로 부터 터어빈 발전기를 제거하기 위해 회로 차단기의 여정 신호를 제공하고, 다른 형태의 보정을 가해주는 것이 바람직하다.

그와 같은 기능의 보호 계전기는 손상을 입히는 발진이 불쑥튀어 나와 있을때 터어빈 발전기가 선으로 부터 이탈되는 것 처럼 잠재적으로 해로운 보조 동ㅇ기 진동과 그렇지 않은 것 사이를 구별해야 한다.

그러나 그와 같은 발진은 매우 짧은 기간동안에 생길 수 있으므로 계전기의 진행 속도는 실제로 손실이 일어나기 전 검파 및 보정을 제공하기에 충분하도록 빨라야 한다. 이보호 계전기는 수 pud의 동기 전류(즉 60헤르쯔)가 존재하는 데서 0.01pu(유니트 당)의 보조 동기 전류를 검파할 수 있는 각도와 넓은 동작범위를 가져야 한다. 또한 이 보조 동기 전류도 수 pu의 크기를 가져야 한다.

본 출원과 동일한 양도인에게 양도된 미합중국 특허 제4,125,884호는 전력 시스템에 흐르는 보조 동기 전류에 응답하도록 신호를 제공하기 위해서 개선된 모니터를 발표하였다.

3상전력 시스템의 위상의 전류에 응답하는 신호는 일정 크기 및 동기 주파수를 갖는 레버런스 신호에 의해서 증가된다. 이 제품은 다음과 같은 주파수들을 갖는 성분들을 갖는다. 즉(1)동기 주파수의 2배(2)동기 주파수 및 각 보조 동기 주파수의 합(3) 동기 주파수와 각 보조 동기 주파수 사이의 차.

광대역 또는 밴드 패스필터는 성분(1) 및 (2)를 실질적으로 감소시키거나 차단하는 동안에 보조동기발진 주파수에 직접 관계하는 성분(3)을 통과한다. 또한 본 출원과 동일 양도인에게 양도된 미합중국 특허 제4,106,071호도 상기 언급된 신호(3)와 같이, 전력 시스템내의 보조 동기 전류에 응답하는 신호를 처리하는 검파 장치를 설명하고 있다. 이 검파장치는 발진이 선정된 임계치 크기를 넘을 때 15내지 45헤르쯔와 같은 주파수 범위 내의 접점 커지는 발진에 응답하여 여정 신호를 제공한다.

본 출원(양도인의 사건 일람표 제47,733호)과 동일한 양도인에게 양도된 1978. 11. 8. 출원 심리중인 미합중국 출원번호 제959,045호도 보조 동기 전류 보호 계전기의 검파 기능 및 모니터링에 3상 접근법을 설명하고 있다. 연속 필터들은 3상 전력 시스템에서 어떠한 보조 동기 발지의 정(+)의 연속 소자에 관계된 신호들을 전개하고, 협대역 필터들은 장치의 까다로운 기계적 공진 주파수로 알려진 미리 선택된 주파수에서 발진지 보호되도록 신호를 조사한다. 이 심리중인 출원도 진폭이 점점 커지는 보조 동기 발진만을 검사하는 대신에 미리 결정된 크기를 초과하는 특정 주파수의 전기적과도 전류가 기계적 공진 안으로 터어빈 발전기의 기계적 시스템에 충격을 줄 수 있다는 것을 인정하고 있다. 그러므로 개선책은 점점 커지는 발진만을 검사하는 보호 계전기 보다 더 빨리 취해질 수 있다.

본 발명의 주 목적은 1978.11. 8출원된 심리중인 미합중국 출원 번호 제959, 045호의 번호 계전 장치에서 다른 어떤 장치들을 제공해 주는 반면에 장치의 비용을 절감하는 연속 필터의 제거와 같은 개선점을 제공하기 위한 것이다.

이 목적을 고려하여 보면, 본 발명은 동기 전력 주파수에서 생성된 3상 전압을 갖는 3상 전력 시스템에 흐르는 보조동기 전류에 응답하는 출력신호를 제공하기 위한 장치에 있는 것으로, 3상 전력시스템의 3상에 흐르는 전류에 응답하는 3개의 신호를 제공하는 제1장치와, 3개의 래퍼런스 신호를 제공하는 제2장치와 상기 래퍼런스 신호는 일정 크기, 동기 주파수 사인함수의 3상 신호로 되어 있으며, 제2장치의 다른 래퍼런스 신호에 의해서 제1장치의 신호에 관련된 각 전류를 증가시키는 체배기와, 증가도니 신호의 적에 응답하는 3개의 출력 신호를 제공하기 위해서, 각각(1) 동기 주파수의 2배 (2)각 보조 동기 주파수의 적에 응답하는 3개의 출력신호를 제공하기위해서, 각각 (1)동기 주파수의 2배(2) 각 보조 동기 주파수의 합(3)보조동기주파수와 동기 주파수 사이의 차에 응답하는 주파수를 갖는 제1, 2 및 제3소자를 각기 갖는 상기 출력 신호로, 합해진 신호를 제공하기 위해서 상기 체배기 장치의 3개의 출력신호를 합하는 장치와, 상기 체배기 장치의 출력 신호의 3개 소자의 양의 연속 성분을 제공하는 상기 합하는 장치와, 상기 합해진 신호에 응답하는 필터 장치와, 3상 전력 시스템에 흐르는 보조 동기 전류의 양의 연속 성분에 응답하는 보조 동기 전류 신호를 제공하는 상기 필터 장치를 함한 것으로 특징으로 하고 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하면 다음 실시 설명은 더욱 명확해 질것이다. 본 명세서는 일정크기 및 동기 주파수를 갖는 정확한 3상 래퍼런스 공급원으로부터 다른 레퍼런스 신호를 가진 전력 시스템의 3선 전류에 관계된 3신호 각각을 증가하므로 보조 동기 전류의 양의 연속 성분에 응답하는 신호를 제공하는 장치를 설명하고 있다.

체배기의 3합력의 선형 합계 및 광대역 필터링은 3상 전력 시스템에 관련되어 흐르는 보조 동기 전류의 양의 연속 성분에 응답하는 신호를 만든다. 광대역 증폭기의 출력은 선으로부터 전기적 과도 전류에 응답하는 2단 검파회로 내에서 처리된다. 광대역 필터의 출력이 첫번째선정된 비교적 큰 진폭을 초과할 때 여러 단들중의 한단에어슨 출력신호를 제공한다. 다른 단은 첫번째 선정된 진폭이 초과되지 않고, 첫번째 보다는 작은 선정된 부전재 진폭이 초과될때 동작한다. 두번째 진폭의 초과는 광대역 필터으 출력과 비교하기 위해 패턴신호를 시작한다. 만일 광대역 필터의 출력이 패턴 신호를 초과한다면, 제2단은 출력신호를 제공한다. 광대역 필터의 출력도 점점커가는 발진을 검파하는 검파 회로에 의해서 처리되며 각 주파수를 위해 검파회로 및 협대역 필터를 포함할 수 있다.

이제 도면 제1, 2, 3도에 대해서 보면 3상 전력 시스템의 위상 전류에 보조 동기 발진의 존재는 기계적이거나 전기적 방해 또는 이들 둘의 결합에 기인할 수 있다. 제1도는 터어빈 발전기의 보조 동기 발진을 나타내는 곡선 10을 포함하고 있으며 상기 보조 동기 발진은 점(12)에서 기계적 방해에 의해 트리거 된다. 대부분의 기계적 방해는 기계적 발진이 기계에 손상을 입히기에 적당한 주파수도 아니고 추운히 심하지도 않다. 그러나, 그와같은 기계적 발진이 기계에 손상을 입히기에 적당한 주파수도 아니고 충분히 심하지도 않다. 그러나, 그와 같은 기계적 발진이 유도될 때, 기계에 대한 손상은 심각해질 수 있으므로, 그와같은 발진으로 부터 기계를 보호하는 것이 중요하다. 증기 공급에 있어서 갑작스런 변화는 공진을 트리거할 수있는 기계적 방해의 예가 된다.

제1도의 (12)에서 기계적 방해는 기계가 손상을 입을 때 까지 진폭이 계속 증가되는 위험한 보조 동기 주파수에서 기계적 공진으로 터어빈 발전기에 쇼크를 준다. 제1도는 또한 기계의 보조동기 발진에 의해 생긴 전기적 시스템내의 보조 동기 선 전류를 나타내는 곡선(14)를 포함하고 있다. 기계적 공진을 트리거하는 기계적 발진(12)의 선 전류내에 어떤 지시도 거의 없다는 것을 유의 해야 할 것이다. 이 보조 동기 전류 발진(14)는 매우 작은 진폭에서“스스로 여기된” 보조 동기 전류 발진으로 언급될 것이다.

기계의 보조 동기 발진도 기계에 연결된 전기적 시스템 또는 전송선내의 방해에 의해서 트리거될 수 있고, 그 방해는 발진 및 불안전을 초래하는 기계와 전기 시스템 사이에 상호 동작을 일으킨다. 예를 들어, 증기 발전기의 위험한 주파수들 중 하나 가까이에 주파수를 갖는 과도 보조 동기 전류발진은 즉, 도선대 도선, 또는 도선대 접지 단락회로는 기계적 보조 동기 발진을 쉽게커지는 진폭을 가진 기계안으로 유도할 수 있다. 이 경우에 전기 시스템의 위상 전류내의 보조 동기 전류 신호는 잘못 생긴 보조 동기과도 전류에 최해서 의초로 좌우된다. 잘못생긴 보조 동기 전류가 감조할 때 기계로 부터 반사된 보조동기 전류는 현저히 나타나게 된다. 제2도는 비교적 큰 진폭을 가지고(18)에서 시작한 후 감조하는 보조 동기 과도전류를 나타낸 곡선(18)로 이 상황을 도식적으로 나타낸 것이다. 이 과도 전류는 위험한 주파수 또는 보조 동기 공진에서 점점 커지는 발진으로 기계적 발진을 일으키도록 필요한 진폭 및 주파수를 갖는다.

곡선(20)은 점점 커지는 기계적 발진을 나타낸 것이다. 곡선(16)에서 보인 보조 동기 전류는 감소하게 되며 보조 동기전류는 (22)에서 점점 커지기 시작한다.

제3도는 스위칭의 급증 또는 더 높은 리액턴스의 잘못과 작은 전기적 방해에서도 기계의 기계적 보조동기 공진을 유도하기에 충분한 주파수와 주기를 갖는 과도 전류를 만들 수 있다. 곡선(24)는 전기적 장해에 의해 (26)에서 처음에 생겨감소하는 보조 동기 선 전류와 기계의 기계적 발진에 기인하여 (28)에서 점점 박ㄹ진이 커지기 시작하는 것을 나타내고 있다.

곡선(30)은 곡선(24)의 (28)에서 보조동기 전류내에서 증가를 일으키는 기계의 점점 커지는 보조동기발진을 나타낸다. 해로운 보조 동기 전류의 정확하고 믿을 만한 지시는 보조동기 신호의 협대역 필터링전후에 보조동기 전류의 양의 연속 성분을 모니터링하므로 제공된다.

이 협대역 필터링은 특정 터어빈 발전기의 기계적 공진 주파수가 보호되어야 하는 것으로 알려진 선택된 주파수 또는 특저으이 보조 동기 주파수를 선택한다. 정확성 및 신뢰성은 스스로 여기된 발진에 의해서 검사되는 주파수 혹은 모니터된 주파수로 또한 과도전류를 위해 조사되는광대 보조 동기 전류신호를 제공하므로확인된다. 다만 보조 동기 전류을 양의 연속 성분 때문에 더 신뢰할 만한 계전기가 이 성분을 조사하므로 제공된다. 더우기 양의 연속 성분의 결정에 의해서 요구되는 3상 접근은 보조 동기 전류의 완전한 표시에 의해 보여준다.

제4도는 본 발명에 따라 설계된 보호 계전 장치(32)의 개요도 및 블록다이어그램이다. 보호 계전기(32)는 신호 V_A, V_B, V_C를 함유하는 3상 레퍼런스 신호와 모니터된 3상 전력 시스템으로부터 관계된일 정한 전류 신호 I_A, I_B, I_C를 요구한다. 레퍼런스 신호 V_A, V_B, V_C는 전력시스템의 선 전압으로부터 또는 다음에 설명하는 바와같이 보호계전기의 한 부분인 분리된 3상 전압 발전기로부터 제공될 수 있다. 제4도는 보호되어야 할 터어빈 발전기에 연결된 도체 a, b, c 를 갖는 3상 전력 시스템(33)을 보여준다. 보호 계전기가 처으에는 터어빈 발전기의 보호를 위해있는 반면에 대형모터 및 유도발전기와 같은 전력시스템에 연결된 다른 타입의 기계를 보호하는데 사용될 수 있다는 것도 이해되어야 할 것이다. 터어빈 발전기는 60헤르쯔와 같은 동기 주파수에서 3상 전압을 만든다. 전류 변압기(34), (36) 및 (38)은 도체 a, b및 c에 흐르는 전류에 응답하는 전류 신호를 각각 제공하며 저항(40), (42) 및 (44)는 전류 신호를 전압형태로 변형시킨다. 도체 a, b, c에 흐르는 전류는 응답하는 신호 전압은 신호 상태 및 급증 보호회로(46), (48) 및 (50)에 각각 인가된다. 고주파수 잡음을 억제하고 저류급증을 제한하기위한 제너 다이오드 및 연산 증폭기 능동 필터를 포함할 수 있는 이 회로들을 완전한 이해를 위해 미합중국 특허 제4,125,884호에서 상세히 보여준다. 회로(46), (48) 및 (50)의 출력은 보호 계전기(32)를 위해 필요한 전류에 관련된 신호 I_A, I_B, I_C를 제공하며 전력 시스템(33)에 흐르는 어떤 보조 동기 전류 및 동기 소자들을 함유할 것이다.

레퍼런스 신호 V_A, V_B및 V_C는 동기 주파수에서 일정한 진폭을 갖는 3상 삼각함수 전압이다. 그들은 전도체에 연결된 제1권선과 신호상태 및 과전압 보호회로에 연경된 제2권선을 갖는 전위 변압기에 의해서 레퍼런스 신호 V_A와 같은 방법으로 각각 제공되어 질 수 있다. 이 조절된 전압 신호는 동기 주파수에서 일정크기의 구형파를 형성하는 리미터에 인가된다. 알맞는 신호상태, 제한 및 필터링 회로는 미합중국 특허 제4,12 5,884호에 나와있다. 그렇지 않으면, 제4도에 나타낸 바와 같이 신호 V_A, V_B, V_C를 동기 전력 주파수에서 3개의 신호를 만들어 내는 정밀 3상 전압 발전기(52)에 의해 제공되어 질 수 있다.

발전기(52)는 다음에 설명하는 바와같이 본 발명에 따라 전개된 보조 동기 전류신호로 부터 위상각에 관계된 어떠한 신호가 연속적으로 여과되는 것과 같이 전력 시스템(33)에 동위상으로 동기될 필요가 없다.

제4a도는 제4도에서 참조된 (52)기능을 이행하는데 사용될 수 있는 정밀 3상 (60)헤르쯔 전압 발전기(52)의 상세한 블록 다이어그램이다. 제4a도에 보인 배열은 저력 발전기 또는 전기시스템의 주파수를 이신호의주파수 및 진폭이 선정된 제한 내에 잇는 한 레퍼런스로서 사용되도록 한다. 만약 진폭 및 주파수가 이들 제한의 밖에 있다면, 크리스탈로 조절되는 잔압원은 (60)헤르쯔에서 적당한 크기의 전압 신호를 제공하기 위해 자동적으로 인계 받는다. 이 배열은 정상의동기 주파수로부터 이 주파수가 너무 떨어져 배회하지 않는 한, 전력 시스템이나 전기 발전기의 주파수에 정확한 응답하는 신호를 제공해주는 이점을 갖는다.

특히 레퍼런스 장치(53)은 생성된 주파수에 응답하는 주파수와 선정된 진폭을 갖는 신호를 제공한다. 예를들어 장치(53)은 보호되어야 할 전기 발전기의 기계적 구동 시스템에 응답하여 구동되는 톱니수레를 가지고 톱니에 응답하는 신호를 제공하는픽업 및 톱니수레를 포함할 수 있다. 장치(53)으로 부터 신호는 위상 록크된 루우프(55)에 인가된다. 위상 록크된 루우프(55)는 위상 비교기(57), 로우패스 필터(59)와 다음에 VCO(61)로 설명된 전압 제어 발전기(61) 및 (60)분주 카운터(63)을 포함한다. 장치(53)으로 부터 신호는 위상 비교기(57)의 한입력에 인가 되며 위상 비교기(57)의 출력은 로우패스 필터(59)에 인가되도 필터(59)의 출력은 VCO(61)의 출력 주파수를 제어하기 위해서 여과된 오차 신호를 제공한다. VCO(61)은 3.6KHz의 주파수를 갖는 신호를 제공한다. 그 출력은 (60분주 카운터(63)을 거쳐 비교기(57)의 다른 입력에 귀환된다. 장치(53)으로 부터 신호의 주파수와 VCO(61)의주파수 사이의 차는 장치(53)으로 부터 신호의 주파수를 VCO가 추적하도록 하는 오차 신호를 만든다.

VCO(61)의 출력은 RCA의 CD4016A와 같은 아날로그 스위치(65)의 입력단자에 인가도니다. 만약 장치(53)으로 부터 신호의 주파수 및 진폭이 원하는 범위내에 있다면, 전력 공급 모니터(67)은 스위치(65)의 입력제어를 위해 실제 신호 C를 제공하며 이것은 효과적으로 스위치를 닫는다. 스위치(65)의 출력에서 신호의주파수는 10분주 카운터(69)에서 10으로 나눠진다. 카운터(69)의 축력은 0에서 5까지 6개의 복호출력을 갖는 6분주 카우터(71)의 이력에 인가된다.

3개의 세트-리세트플립플롭(73), (75) 및 (77)은 카운터(71)에 응답한다. 플립플롭(73)의 세트-리세트 입력은 출력 1, 4에 각각 연결되어 있고, 플립플롭(75)의 세트-리세트 입력은 출력 3, 0에 각각 연결되어 있으며 플립플롭(77)의 세트-리세트 입력은 출력 5, 2에 각각 연결되어 있다.

플립플롭(73), (75) 및 (77)의 출력은 서로 120도 이위상의 3개의 구형파를 제공하며, 이것은 구형파를 사인파로 변환하기 위해 여과하지 않고 신호 V_A, V_B, V_C로서 직접 사용될 수 있다. 신호에 관련된 120헤르쯔의 전류 성분을 가지고 맥동하는 18 0헤르쯔의 구형파 고조파에 기인하는 (60)헤르쯔으 비이트 신호는 제4도의회로내에 연속광대역 여과로 충분히 감소되어야 한다. 만약 감소가 충분치 않다면, (60)헤르쯔에 동조된 단일 낫치 필터(notch filter)는 광대역 필터의 출력에제공될 수 있으며, 그렇게하므로 3개의 구형파를 사인파로 변환하는 것이 필요한 필터수 3개 보다 더 적게 소요된다.

후원 레퍼런스는 크리스탈 발진기(79), N분주(81) 및 아날로그(83)을 포함한다. 아날로그 스위치(83)은 전원 진폭 및 주파수모니터(67)로부터 낮은 신호 C에 응다하여 보통“오프”상태에 있다.

만약 장치(53)이 필요한 범위안의 진폭 및 주파수를 갖는 신호를 제공하지 못한다면, 모니터(67)은 스위치(65)를 열도록 낮은 신호 C를 또한 스위치(83)을 닫도록 높은 신호 C를 제공한다. 그러므로 카운터(69)는 필요한 진폭 및 주파수의 신호를 계속 받는다. 장치(53)으로부터의 신호가 정상으로 되돌아 올때 모니터(67)은 전원(53)앞에서 스위칭하기 전에 위상 록크된 루우프(55)가 안정되도록 선정된 주기 시간동안 기다린다.

3.6KHz주파수는, 스윗칭 시간에 3.6KHz신호에서 위상의 비정합에 기인하는 60헤르쯔 신호 V_A, V_B, V_C의 심각한 오차없이 달성되도록 2개의 다른 전원 사이에 스위칭할 수 있는 임의로 선택된 고주파수이다.

제4도에서, 신호에 관련된 전류 I_A, I_B, I_C는 각각동기 변조기 혹은 체배기(54), (56) 및 (58)내에 레퍼런스 신호 V_A, V_B, V_C각각에 의해서 체배된다. 상기한 바와 같이 체배된 신호들 사이의 위상각은 연속 필터링 때문에 중요치 않지만 위상관계는 같아야 한다. 즉, 일단 레퍼런스 신호가 위상 전류 신로를 수번 증폭하기 위해 선택되면, 페이저(phasor)회전으로 선택된 위상 전류 신호를 따르는 위상 전류 신호는 페이저 회전으로 선택된 레퍼런스 신호를 따르는 레퍼런스 신호에 의해서 체배되어야만 한다.

그 체배 기능은 인트로닉스 코오로레이숀의 M810시리즈 중의 하나와 같은 정밀 아날로그 체배기에 의해 이행될 수 있다. 이 체배 기능은 동기 주파수 성분 ω_O를 제거하고 다음 3개의 성분(1) 2배의 동기 주파수항 2ω_O, (2) 각 보조동기 전류 주파수를 위한 비이트 주파수항(ω_O+ω_S), (3) 각 보조 동기 전류주파수를 위한 비이트 주파수항(ω_O-ω_S)로 신호를 제공한다.

전력 시스템(33)에 흐르는 한 보조 동기 전류의 양의 연속 성분을 제공하기 위해 체배기(54), (56) 및 (58)의 출력은 합산 장치(60)내에서 선형적으로 합해진다. 합산장치(60)은 연산증폭기(62) 및 저항(64), (66), (68), (70)을 포함하고 있는 연산증폭기 애더일 수 있다. 저항(64), (66) 및 (68)은 연산증폭기(62)의 인버팅(inverti ng)입력에, 체배기(54), (56) 및 (58)의 출력에 각각 연결되어 있고, 저항(70)은 연산증폭기의 출력과 그 인버팅 입력에 연결된 귀환 저항이다. 논인버팅 입력은 공통 또는 접지에 연결되어있다. 4개의 저항값들이 서로 같을 때, 연산 증폭기 애더의출력은 입력의 합과 동일하다.

합산장치(60)의 출력은 (ω_O-ω_S)항을 통과시키는 반면 2ω_O및 (ω_O+ω_S)항과 위상각에 응답하는 항들을 감소시키기 위해서광대역 또는 밴드 패스 필터(72)에 인가된다. 합산 및 여과는 선형이므로 여과는 합산 장치전에 인가될 수 있다. 보여준 순서는 그것이 3개의 필터 대신에 하나의 광대역 필처만 필요하기 때문에 하드웨어 적인 면에 근거를 둔 것이다.

광대역 필터(72)은 약 30헤르쯔(15에서 45헤르쯔)의 대역폭을 갖는, 미합중국 특허 제4,125,884호에서 상세히 보여준 17차의 (3차는 로우패스이고 4차는 하이패스)수정된 버터워스 설계일 수 있다.

3상전원으로 부터 3개의 레퍼런스에 의한 3상 전류 각각의 체배와, 그 3개의 적의 합과, 그 합의 광대역 여과는 아래와 같이 전력 시스템에 흐르는 보조동기 전류들의 양의 연속성분을 만든다.

기정의 시스템에서 일정한 보조 동기 주파수 ω_S의 시이퀀스성분들이 다음과 같다고 가정하자：

그러므로 정의에 의해서 W_S의 위상 전류는 페이즈 표시법으로：

여기서 a=e^j120

(1)을 (2)에 대입하면

보조 동기 전류의 성분들은 (1), (2) 및 (3)에 의해 주어진 것으로 가정하면 3상 레퍼런스 전압들은：

체배 및 광대역 여과 후：

상기것은 양의 시이퀀스 검파를 제공한다.

기계의 기계적 공진 주파수가보호되어야 하는 것으로 알려진 일정의 다루기 힘든 보조 동기 주파수는 광대역 필터(72)의 출력을 여과학기 위해서 협대역 필터를 제공하므로 선택적으로 검사된다. 보통의 발전기 시스템에 있어서 단지 둘 내지 세개의 기계적 공진 주파수들은 흥미로울 것이다. 예를 들어, 협대역 필터(74, 76, 78) 및 (80)은 각각 보조 동기 주파수 F₁, E₂, F₃및 FN에 동조 된다.

각각의 협대역 필터는 3헤르쯔와 같이 단지 수헤르쯔의 대역폭을 갖는다. 예를들어 각각의 협대역 필터들은 요구되는 대역폭에서 가장 편편한 응답을 위해 스태거 동조된 (stagger tuned)2개의 2차 밴드 패스필터로 구성된 4차일 수 있다. 협대역필터의 전달함 수는：

여기서

, Q는 결합된 2개의 2차단의 원하는 선택도 W_1,2는 2차단의 중심 주파수.

미리 결정된 주파수에서 보조 동기 전류의 양의 시이퀀스 성분에 응답하는 신호를 이용하는 (820의 검마 시스템은 예를들어 각 중계된 주파수를 위해 스스로 여기된 검파기, 과도 검파기를 포함할 수있다. 1978. 11. 8출원된 심리중인 미합중국 출원번호 제959,045호는 사용될 수 있는 과도레벨 검파기에 관한 것이며, 미합중국 특허번호 제4,106,071호는 사용될 수 있는 자기 여기된 검파기에 관한 것이다. 임계 주파수를 갖는 보조 동기 전류의 검파는 적당한 보정을 함으로 사용될 수있는 신호를 제공하는 검파회로(82)에 기인한다. 예를들어, 검파회로에 의해서 제공된 출력 신호는 트립(trip)회로(84)에 인가될 수 있으며, 그것은 3상 전력 시스템(33)에 보호된 기계가 연결된 회로 차단기의 트립 코일(86)을 위해 트립 신호를 차례로 제공한다.

제5도는 개선된 검파 배열(82)를 나타낸 상세한 블록 다이어 그램이다. 이 배열은 협대역 필터의 출력과 또한 광대역 필터로 부터의 출력을 센싱하므로 과도 상태의 트립 시간을 감소한다.

만약 보조 동기 전류 신호들이 협대역 필터를 통해 통과하지 않는다면 그와같은 과도전류에 빠른 응답이 만들어질 수 있으며, 큰 과도전류의 제1펄스는 주파수 분별에 도움에 되지 않는다는 것이 인식되었다. 몇몇 과도전류들은 발전기 회로 차단기의 순간트립을 보증하기 위해 충분히 큰 최초의 진폭을 갖지않을 수 있으며, 그러나 그 과도전류들은 이 진폭이지만, 미리 결정된 임계 진폭 이상에서는 전력 시스템에 연결된 기계의 보조 동기 발진을 시작할 수있다. 본 발명은 그와 같은 중간 범위 과도 전류를 측정하기 위한 장치를 제공하고 있다.

특히 제5도는 터어빈 발전기의 다 알려진 보조 동기 전류 상태를 취급할 검파 시스템(82)를 나타낸 것이다. 협대역 필터에 의해서 15-45헤르쯔 통과대역으로 부터 여과된 각 특정 보조 동기 주파수는 진폭을 초과한다면 결정하기 위해 검사된다.

제1, 2및 3도에 대해 전에 설명한 바와같이, 점점 증대하는 보조 등기 전류는 기계의 보조 동기 발전의 결과일 수있으며 순수하 기계적 장치에 의해 시작되거나 전송 시스템내의 전기적 방해에 의해 생긴다. 만약 전기적 시스템의 과도전류에 의해 시작된다면, 검파회로의 과도적 부분은 만약 그것이 선정된 변수를 충족한다면 트립 신호를 제공할 수 있지만, 과도 전류가 보정을 요구하지 않을 때는 회로의 자기여기된 부분은 기계의 실제와 보도동기 발진을 검파할 것이다.

이 트립검파 시스템에는 2개의 기능적 부분이 있으며, 저율 상승트립(SRPT)와 고율상승 트립(FRTP)이다. SRPT기는은 주파수, F₁, F₂및 FN 각각을 위해 90, 92 및 (94)에서 지시된 바와 같은 각 보조 동기 주파수를 위해 제공되며, FRPT기능은 96, 98 및 100에서 지시된 바와 같이 각 보조 동기 주파수를 위해 제공된다. SPRT기능은 다음에 주어지는 주기 시간을 지나 SSC를 중계한다.

트립 시간 =T=T_O+K/I_S

여기서 T_O=고정된 시간 값으로 200ms이상에서 고정될 수있다.

K=상수

I_S=SSC의 전류 진폭

SRRT트립을 보증하기 위한 SSC는 다음 조건을 만족해야한다.

(1) Is는 트립시간 T를 시작하기 위해서 Iss로 표시된(Is는 임계에서 시작한다)임계보다 더 커야한다.

(2) Is의 피이크치는 곧 연속되는 피이크 이상이어야 한다.

Ip(n+1)≥Ip(n)

여기서 Ip(n)=n차 피이크에서 Is의 피이크 값

Ip(n+1)=(u+1)차 피이크에서 Is의 피이크 값

(3) t=T일때 Is는 Isf(Is는 임계가 끝난다)로 표시된 임계 레벨보다 커야 한다.

FRRT 검파는 SRRT와 유사하지만 빠른 성장율을 가진 SSC를 만나게 될때 더짧은 트립 시간을 일으키도록 설계 되었다. 이 경우의 트립 시간은 고정된 값이며 T₁으로 표시된다. FRRT검파의 요구조건은：

1. Is는 세트하는 Isfr보다 커야한다.

2. 각 피이크는 고정된 백분율에 의한 이전의 피이크 보다 더 커야 한다. 즉,

Ip(n+1)＞(1+δ/100)Ip(n)

3. 시간 T₁후, 하나이상의 선장 피이크는 트립신호 생성을 허락하기전 충족되어야 한다.

FRRT 및 SRRT 서로서로 제외하지는 않는 다는 것을 유의해야 한다. SSC는 먼저 SRRT에 있을 수 있고 다음 FRRT에 있을 수 있다. 만약 성장율이 느리다면 SRRT에 다시 돌아올 수있다.

주어진 사건을 위해 최대 트립 시간은 T에 한정되며, 최소트립 시간은 T₁이다. 만약 주어진 사건이 SRRT경우처럼 그 선장 시간의 나머지를 소비한다면 전체 트립 시간은 T₁과 T사이에서 떨어지게 된다.

SRRT 및 FRRT기능을 이행하기 위한 회로는 미합중국 특허 제4,106,071호에 상세히 설명되어 있지만 본 장치의 협대역 필터가 검사된 신호는 1또는 2헤르쯔의 매우좁은 주파수폭내에 있다는 것을 확인하는 것 처럼 신호의 보조 동기 주파수가 석정된 범위내에 있다는 것을 확인하기 위해 거기에 설명된 회로는 사용될 필요가 없다.

SRRT기능(90,92) 및(94)의 출력들이 OR회로(102)내에서 OR되며, 이 회로는 카운터나 플래그와 같은 트립 지시기(104) 및 트립 호로(84)에 트립 신호를 제공한다.

FRRT기능(96), (98) 및 (100)의 출력들은 OR회로(106)내에서 OR되며, 이 회로는 트립 회로(84) 및 트립 지시기(108)에 트립신호를 제공한다.

제1도는 성장하는 과도전류(10)에 SRRT 및 FRRT기능의 응용을 나타낸 것이다. 만일 시발임계 Iss가 (110)점을 초과한다면, (112)에 표시된 변화시킬 것이다. 예를 들어 만일 Isfr이 초과된다면 트립 시간을 더 짧은 값으로 변화시킬 것이다. 예를들어 만일 Isfr이(110)점에서 초과된다면 더 짧은 트립 시간은(114)에 표시될 것이다. FRRT기능을 위한 조건 그 다음 피이크는 (116)에 최소트립 시간을 가져올 것이며 트립핑 범위는 (118)로 표시된다.

검파 시스템(82)의 과도 트립 부분은“하이”에서“미디엄”진폭의 전송 시스템내의 방해에 의해 처음으로 생긴 보조동기 전류 발생을 포착하기 위해 고안되었다. 이 종류의 대표적인 보조 동기 전류 파형은 제2도에 도시하였다. 그와 같은 보조 동기 전류를 만날때 발전기는 샤프트 손상을 방지하기 위해 빨리 순서대로 트립되어야 한다. 일정한 인버스시간 특성은 과도적 트립을 위해 참을만하며 본 발명의 과도적 검파시스템을 형성하는데 중요한 요인이다.

과도적 트립 검파에는 트립 기능이 있다. 그 첫번째로는 (120)에 나타낸 순간적 과도트립(ITT)으로 그것을 2와 3PU사이에 트립레벨을 고정시킬 수 있다. 1978. 11. 8출원된 미합중국 특허출원번호 제959, 045호에서와 같이 단순히 연산증폭기 레벨검파기 일수 있는 이 트립회로는 보조 동기 전류 신호에 의해서 레벨세팅의 교차에 다른 트립을 시작한다. 두번째 기능은 (22)에 나타낸 중간 범우 과도 트립(MRTT)FH 0.5에서 1.5PU까지의 범위를 커버한다.

협대역 필터의 출력에 인가되는 대신에 광대역 필터(72)의 출력을 수신하기 위해 과도 트립 기능(120)과(122)가 연결되었다는 것을 주의해야할 것이다.

이 배열은 트립이 연관된 기계를 보호하기 위해 필요하다는 것을 상태들이 지시할때 좀더 빠른 트립을 허락하면서 협대역 필터에 의해 부가된 시간지연을 제거한다. 제5도와 같이광대역 필터(72)의 출력은 과도전류의 반싸이클의 실시를 돕기 위해서 과도 트립기능(120) 및 (122)에 인가되기 전에 전파정류기(123)에 인가될 수 있다. 과도 트립 검파기능(120) 및 (122)의 출력들은 트립회로(84)에 인가되고 또한 트립지시기(124) 및 (126)에 각각 인가된다.

중간 범위 트립 기능(122)는 제6도에 자세히 나타내고 있다. 일반적으로 MRT T타입의 타입을 시작하기 위해서, 보조 동기 전류 과도의 처음크기는 모니터링 레벨로 표시된 레벨보다 더 커야만 한다. 전파 정류기(122)의 출력은 레벨 검파기 회로(130)에 인가된다. 만일 전파 정류회로(123)의 출력이 선정된 진폭 I_M을 초과한다면, 그 출력은 하이로 가거나 논리 I레벨로 간다. 레벨 검파기(130)은 연산증폭기 레벨검파기일 수 있으며 다시 트리거 할 수 있는 단안정일 수 있으며 그것은 각 피이크가 I_M을 초과하는 한 논리 1신호를 제공한다. 하이일때 검파기 회로(130)의 출력은 듀얼입력 AND게이트(132)를 인에이블시킨다. AND게이트(132)에 연결된 또 다른 입력은 제로 크로싱검파회로(134)에 연결된다. 제로 크로싱 검파회로(134)는 정류기능(123)전에 광대역필터(72)로부터 보조 동기과도 출력신호에 응답한다. 제로크로싱검파회로는 그와 같은 각 패스에 응답하여 논리 1신호를 제공하는 완-샷(one shot) 및 매번 보조 동기 전류가 제로로 흐르는 펄스를 제공하는 연산 증폭 미분기를 포함할 수있다.

그러므로 만일 보조 동기 전류 신호가 임계 I_M을 초과하면 AND게이트(132)는 보조동기 전류 신호의 각 제로크로싱을 논리 1신호에 출력시킬 것이다.

AND게이트(132)의 출력은 PROM(138) 및 d/a변환기에 어드레스 하는 2진 카운터(136)에 인가된다. PROM또는 메모리(138)은 비교기(140)의 한 입력에 패턴을 제공하기 위해서 아날로그형태로 변환된 감소하는 디지탈 계단 신호를 제공하기 위해 프로그램된다.

비교기(140)의 다른 입력은 전파 정류기(122)의 출력에 연결되어 있다. 만일 전파 정류기(122)의 출력이 PROM(138)에 의해 제공된 패턴 신호를 초과한다면, 비교기(140)은 논리 1출력 신호를 제공한다. 비교기(140)의 논리 1출력 신호는 트립 신호로서 사용될 수 있으며 그 경우 그것은 트립회로(84)에 직접 인가될 수 있다. 그러나 보호될 기계의 공진 주파수들중 하나에 가까이 있는 주파수 범위내에 보조동기 전류신호가 있는 지시를 가지고 보조 동기 전류 신호가 패턴을 초과한다는 지시에 결합하는데 알맞을 것이다. 이 경우 주파수 결정회로(142)는 광대역 필터(72)의출력을 수신하도록 연결된 것이며, 여러가지 주파수 세팅은 주파수 범위의 변수나 범위를 고정하기 위해서 섬횔 스위치를 거쳐회로 안으로 호출될 것이다. 만일 보조 동기 전류가 선택된 주파수 대역내에 있다면 회로(142)는 논리 1신호를 출력한다.

주파수결정 회로는 보조 동기 전류 신호가(15)헤르쯔에서 (45)헤르쯔 사이에 있는지를 결정하기 위해서 그안에 사용된 미합중국 특허 제4,106,071호에 있는 것과 동일한 것일 수 있다. 비교기(140)의출력 및 주파수 결정회로(142)의 출력은 AND게이트(144)에 인가된다. 만일 비교기(140)이 보조 동기 전류가 패턴 신호를 초과하였다는 것을 지시한다면, 주파수 결정 회로는 성전된 주파수 폭내에 있는 보조동기 전류 신호를 지시하고, AND게이트(144)는 트립회로(84)에 출력신호를 제공할 것이다.

제7도는 중간 범위의 과도 트립 회로(122)의 동작을 보인 그래프이다. 곡선(14 6)은 광대역 필터(72)의 출력에 과도 보조 동기 전류신홀르 나타낸 것이고 점선곡선(1 48)은 보조 동기 전류신호의 전파정류를 나타낸 것이다. 제7도의 그래프로 부터 보조 동기 과도 전류(146)의 처음의 큰 펄스는 I_TT까지는 미치지 못하므로 순간적인 과도 트립 검파기(120)의 레벨 검파는 트립 신호를 나타내지 못할 것이다. 그러나 신호(146)은 레벨검파기(130)의 작은 임계고정 I_M을 초과하였으며, 카운터(136)은 PROM(138 )이 미리 결정된 계단 패턴밖을 클럭킹하기 시작하도록 가해질 것이다. 계단 특성(150 )은 역특성을 갖는다. 만약 모니터링 주기내에, 보조 동기 저류곡선(146)의 진폭이 감소하는 레퍼런스 패턴(150)보다 항상 더 작으며 트립 신호는 생기지 않을 것이며, 보조 동기 과도 전류의 이 특정한 발생은 그과도 행위로 위험하지 않다고 생각된다. 만약 보조 동기 전류 곡선(146)이 (152)에 나타낸 바와같이 패턴 신호를 초과한다면, 그리고 만약 보조 동기 전류 신호가 다루기 힘든 주파수 대역 내에 있다면, 트립 신호는 만들어질 것이다.

패턴신호(150)이 보조 동기 과도 전류에 응답하여 계단이 이뤄진다는 것을 유의해야 한다. 이것은 매우 바람직한 특성이지만, 보조 동기 전류 신호의 주파수에 관련이 없이 시간의 함수로서 서서히 감소하는 신호(154)를 제공하는 발전기를 레벨 검파기(130)이 단순히 가할 수 있도록 다른 실시예에서는 가능하다.

과도 트립 회로의 기능도 제2, 3도에서 보여주고 있다. 제2도에서 과도 전류(16 )의 제1펄스는 레벨세팅 I_TT를 초과하고 순간적 트립신호는 (156)에서 발하게 될 것이다. 주파수에 응답하는 중간범위과도 트립회로는 첫번재 제로 크로싱 순간적인 트릭의시간에 일어날 수없은 것처럼 그 패턴을 시작하지 않았을 것이다.

제3도에서 과도 전류(24)세팅 I_TT아래에 있지만 임계세팅 I_M을 초과한다. 그러므로 패턴신호(158)이 생성된다.만일 패턴신호(158) 및 보조동기 전류 신호(24)가 (160)에 보인 바와같이 교차한다면 비교기(140)은 출력신호를 제공할 것이다.

다음 표1은 본 발명에의해 제공된 완전한 보호를 표로 만든 것이다.

[표 1]

Claims (1)

1. 동기 전력 시스템에서 생성된 3상전압을 가진 3상전력 시스템 내에서 흐르는 보조 동기 전류에 응답하여 출력 신호들을 제공하는 장치로, 3상 전력 시스템의 3상내에 흐르는 전류에 응답하여 3개의 신호를 (I_A, I_B, I_C) 제공하는 제1장치[제4도(34,36,38 )]와, 일정한 진폭, 동기 주파수 및 3상의 정현파 신호로 되어 있는 3개의 레퍼런스 신호(V_A, V_B, V_C)를 제공하는 제2장치(52)와, 체배된 신호의 적에 응답하고 각각(1)동기 주파수의두배 2ω_O와, (2) 각 동기 주파수와 보조 동기 주파수의 합(ω_O+ω_S)와, (3) 동기 주파수와 각 보조 동기 주파수와의 차(ω_O-ω_S)에 각각 응답하는 주파수를 가진 제1, 제2 및 제3소자를 갖는 3개의 출력신호를 제공하기 위해서 제2장치의 다른 레퍼런스 신호에 의해서 제1장치의 신호에 관련된 각 전류를 체배하는 체배기 장치(54, 56, 58)와, 합신호를 제공하기 위해 상기 체배기 장치의 3개 출력 신호들을 합하고 상기 체배기 장치의 출력 신호의 3소자의 양의 시이퀀스 성분을 제공하는 합산장치(60)과, 상기 합신호에 응답하고 3상 전력 시스템에 흐르는 보조 동기 전류의 양의 시이퀀스 성분에 응답하는 보조동기 전류 신호를 제공하는 필터장치(72, 74, 76등)로 구성된 것을 특징으로 하는 보호 계전장치.

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