УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГИДРОАГРЕГАТА РАБОТАЮЩЕГО НА АВТОНОМНУЮ НАГРУЗКУ ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОЛОМОК И ПОПАДАНИЯ ИНОРОДНОГО ТЕЛА В ГИДРОТУРБИНУ.

Устройства защиты синхронного гидроагрегата, работающего на автономную нагрузку, от механических поломок и попадания инородного тела, в гидротурбину.
Изобретение относится к устройствам защиты синхронного гидроагрегата, работающего на автономную нагрузку, от механических поломок и попадания инородного тела, в гидротурбину. Задачей изобретения является повышение быстро-действия и предупреждения аварийных ситуаций, связанных с механическими поломками или попадания инородного тела в гидротурбину, на ранних стадиях с целью минимизировать последствия аварий. Для этого устройство защиты включает в себя блок управления системами гидротурбины и синхронного генератора, датчик тока статора синхронного генератора для измерения тока в фазах синхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнения с нормальными значениями тока статора синхронного генератора, блок задания нормальных значений тока статора синхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнения с нормальными значения-ми тока статора синхронного генератора, датчик угла открытия задвижки в напорном водоводе для измерения угла открытия задвижки напорного водовода, выход которого соединен с блоком сравнения с нормальными значениями угла открытия задвижки напорного водовода, блок задания нормальных значений угла открытия задвижки напорного водовода, выход которого соединен с блоком сравнения с нормальными значениями угла открытия задвижки напорного водовода, датчик тока обмотки возбуждения синхронного генератора для измерения токаобмотки возбуждения синхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнения нормальных значения тока обмотки возбуждения синхронного генератора, блок задания нормальных значений тока обмотки возбуждения синхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнения нормальных значений тока обмотки возбуждения, датчик давления, для измерения давления в напорном водоводе, выход которого соединен с блоком сравнение нормальными значениями давления в напорном водоводе, блок задания нормальных значении давления в напорном водоводе, выход которого соединен с блоком сравнения с нормальными значениями давления в напорном водоводе, выход блока сравнения с нормальными значениями тока статора синхронного генератора соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по току статора синхронного генератора, блок задания уставок по току синхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по току статора синхронного генератора, выход блока сравнения с нормальными значениями углаоткрытия задвижки напорного водовода соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по углу открытия задвижки напорного водовода, блок задания уставок по углу открытия задвижки напорного водовода, выход которого соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по углу открытия задвижки напорного водовода, выход блока сравнения с нормальными значениями тока обмотки возбуждения синхронного генератора соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака от-клонения по току обмотки возбуждения, блок задания уставки по току обмотки возбуждения синхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по току обмотки возбуждения синхронного генератора, выход блока сравнения с нормальными значениями давленияв напорном водоводе соединен с блоком сравнения с уставка-ми и определения знака отклонения по давлению в напорном водоводе, блок задания уставок по давлению в напорной водоводе, выход которого со-единен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по давлению в напорной водоводе, выход блока сравнения с уставками и определения знака отклонения по току статора синхронного генератора соединен с блоком вы-работки аварийного сигнала, выход блока сравнения с уставками и определения знака отклонения по углу открытия задвижки напорного водо-вода соединен с вторым входом блока выработки аварийного сигнала, выход блока сравнения с уставками и определения знака отклонения по току обмотки возбуждения синхронного генератора соединен с третьим входом блока выработки аварийного сигнала, выход блока сравнения с уставками и определения знака отклонения по давлению в напорной водоводе соединен с четвертым входом блока выработки аварийного сигнала, выход блока выработки аварийного сигнала соединен с входом управления системами гидротурбины и синхронного генератора. 2 илл

Изобретение относится к устройствам защитыгидротурбины от механических поломок, в частности от попадания инородного тела в гидротурбину, выхода из строя направляющих подшипников, поломкой вращающихся частей гидротурбины или синхронного генератора, выхода из строя опорного подшипника.
Известно, что устройство защиты гидротурбиныв виде автоматизированной системы контроля вибрации, применяется во всех гидроагрегатах. Вибрационная защита основана на принципе контроля вибрационного состоянияагрегата. Измерения вибрации для автоматизированного контроля и зашиты гидротурбин и синхронных генераторов проводятся у следующих узлов турбины: крышка турбины, турбинный подшипник, крышки направляющих подшипников синхронного генератора. В зависимости от места установки в той или иной части гидротурбины, возможны сочетания стационарных и нестационарных датчиков контроля вибрации. (Государственный реестр средств измерений. Регистрационный №36537-07 ТУ 4277-001-55181848-06 область применения: непрерывный контроль вибрационного состояния турбоагрегатраслях промышленности и науки). Датчики состоят из собственно первичных преобразователей и преобразователей сигналов. На объект измерения устанавливается первичный преобразователь, который связан с блоком питания и обработки информации специальным кабелем. Увеличение вибрации в гидротурбине может быть вызвано попаданием инородного тела в рабочее колесо агрегата, поломкой лопастей рабочего колеса турбины, ослаблением крепления узлов турбины, заклиниванием направляющих подшипников гидротурбины и синхронного генератора, нарушением центровки агрегата, гидравлическими ударами в трубопроводе. Диапазон контроля вибрации на каждом участке гидротурбины и синхронного генератора определяется нормативными документами. Если величина вибрации больше нормативных показателей, то вырабатывается аварийный сигнал в схеме управления системами гидротурбины и синхронного генератора.
Недостатком данного устройства защиты является то обстоятельство, что реальный вибрационный процесс представляет сложную аддитивную комбинацию, вызванную действием нескольких факторов. Вычленение спектра вибрации, связанного с конкретной причиной, является затруднительным, а полученные слагающие вибрационного процесса не всегда могут быть однозначно классифицированы, как вызванные действием определенного фактора. В совокупности это может привести к неадекватной оценке реального процесса. Случайные ударные процессы, гидравлические шумы, происходящие один за другим с наложением резонансных откликов при-водят к тому, что использовать полученные оценки вибрационных процессов, как критерия уровня вибрации гидротурбины из-за той или иной аварийной ситуации, не корректно. Поэтому вибрационная зашита будет иметь малую чувствительность, не будет реагировать на значимые процессы в гидроагрегате или окажется слишком чувствительной к кратковременным изменениям, например при переходных процессах, что вызовет ложные срабатывания системы автоматической защиты.
Другим близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство защитыгидротурбины от перегрева сегментов “подпятника”. Смазка опорного подшипника гидротурбины – подпятника -осуществляется циркуляцией масла. В системе подачи смазки предусмотрен контроль температуры и давления мас-ла.(Государственный реестр средств измерений. Регистрационный №38553-08 ТУ 4212-001-70666137-2008 область применения: непрерывный контроль температуры и давления в маслонапорной системе гидроагрегата).В обратном трубопроводе маслостанцииустановлены датчики температурного контроля, которые измеряют температуру масла на выходе из узлов агрегата. Увеличение температуры зависит от силы трения в подпятнике. Причинами увеличения трения является выработка сегментов подпятника, нарушение масляного клина. При чрезмерном увеличении температуры масла, вырабатывается аварийный сигнал в схеме управления системами гидротурбины и синхронного генератора.
Недостатком устройства защиты от перегрева сегментов подпятника турбины является низкое быстродействие, зависящее от скорости нагрева масла в обратном трубопроводе и собственного временисрабатывания температурного датчика. Полное время срабатывания защиты составляет 7…9 секунд. Результатом низкого быстродействия являются аварии с тяжёлыми последствиями: выплавление баббитового слоя опорных сегментов, разрушение подшипника, нештатное отключение агрегата.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство защиты гидротурбины от выхода из строя опорного подшипника (№2566613 Заявка №201450744/06(081372) Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 29 сентября 2015 г.). Данное устройство определяет механическую неисправность, возникающую в узле опорного подшипника гидроагрегата. Устройство имеет: датчик тока, датчик давления, блок сравнения с нормальными значениями тока статора синхронного генератора, блок сравнения с нормальными значениями давления в напорном водоводе, блок задания нормальных значений по току статора синхронного генератора, блок задания нормаль-ного значения давления, блок сравнения с уставками и определения знака отклонения по току статора синхронного генератора, блок сравнения с уставками и определения знака отклонения давления в напорном водоводе, блок задания уставок по току статора синхронного генератора, блок задания уставок по давлению в напорном водоводе, блок выработки аварийного сигнала, блок управления системами гидротурбины и синхронного генератора.
Недостатком устройства защиты гидротурбины от выхода из строя опорного подшипника является невозможность применения данного устройства при работе синхронного гидроагрегата на автономную нагрузку.
Задачей настоящего изобретения является повышение быстродействия и предупреждении аварийных ситуации, связанных с механическими поломками или попаданием инородного тела в гидротурбину, на ранних стадиях с целью минимизировать последствия аварий при работе синхронного генератора на автономную нагрузку.
Решение задачи достигается тем, что устройства защиты синхронного гидроагрегата, работающего на автономную нагрузку, от механических поломок и попадания инородного тела, в гидротурбину включает в себя блок управления системами гидротурбины и синхронного генера-тора, датчик тока для измерения тока в фазах синхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнения с нормальными значениями тока статора синхронного генератора, блок задания нормальных значений тока статор асинхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнения с нормальными значениями тока статора синхронного генератора, датчик угла открытия задвижки напорного водовода, для измерения угла открытия задвижки в напорном во-доводе, выход которого соединен с блоком сравнение нормальными значениями угла открытия задвижки в напорном водоводе, блок задания нормальных значений угла открытия задвижки напорного водовода, выход которого соединен с блоком сравнение нормальными значениямиугла открытия задвижки в напорном водоводе, датчик тока обмотки возбуждения синхронного генератора, для измерения тока обмотки возбуждения, выход которого соединен с блоком сравнения с нормальными значениями тока обмотки возбуждения синхронного генератора, блок задания нормальных значений тока обмотки возбуждения синхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнение нормальными значениями тока обмотки возбуждения синхронного генератора, датчик давления, для измерения давления в напорномводоводе, выход которого соединен с блоком сравнение нормальными значениями давления в напорном водоводе, блок задания нормальных значении давления в напорном водоводе, выход которого соединен с блоком сравнения с нормальными значениями давления в напорном водоводе, выход блока сравнения с нормальными значениями тока статора синхронного генератора соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по току статора синхронного генератора, блокзадания уставок по току синхронного генератора, выход которого соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по току статора синхронного генератора, выход блока сравнения с нормальными значениями угла открытия задвижки в напорном водоводе соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по углу открытия задвижки в напорном водо-воде, блок задания уставок по углу открытия за-движки внапорном водоводе, выход которого соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по углу открытия за-движки в напорном водоводе, выход блока сравнения с нормальными значениями тока обмотки возбуждения синхронного генератора соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по тока возбуждения обмотки возбуждения синхронного генератора, блок задания уставок по току возбуждения обмотки возбуждения синхронного генератора, выходкоторого соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по обмотке возбуждения синхронного генератора, выход блока сравнения с нормальными значениями давления в напорном водоводе соединен с блоком сравнения с уставками и определения знака отклонения по давлению в напорном водоводе, блок задания уставок по давлению в напорном водоводе, выход которого соединен с блоком сравнения с уставка-ми и определения знака отклонения по давлению в напорном водоводе, выход блока сравнения с уставками и определения знака отклонения по току статора синхронного генератора соединен с блоком выработки аварийного сигнала, выход блока сравнения с уставками и определения знака отклонения по углу открытия задвижки в напор-ном водоводе соединен с вторым входом блока выработки аварийного сигнала, выход блока сравнения с уставками и определения знака отклонения по току возбуждения обмотки возбуждения синхронного генератора соединен с третьим входом блока выработки аварийного сигнала, выход блока сравнения с уставками и определения знака отклонения по давлению в напорном водоводе соединен счетвертым входомблока вы-работки аварийного сигнала, выход блока выработки аварийного сигнала соединен с входом управления системами гидротурбины и синхронного генератора
Функциональная схема заявленного устройство защиты гидротурбины от выхода из строя опорного подшипника приведена на фиг. 1.
На фиг. 2 (а – ж) приведены: а – угловая скорость вращения гидротурбины; б – ток статора синхронного генератора; в – ток обмотки возбуждения синхронного генератора; г – давление воды в напорном водоводе; д – угол открытие задвижки в напорном водоводе; е – исходный сигнал управления системами гидротурбины и синхронного генератора, ж – выход блока 11 выработки аварийного сигнала.
Устройства защиты синхронного гидроагрегата, работающего на автономную нагрузку, от механических поломок и попадания инородного тела, в гидротурбину содержит: датчик тока ста-тора синхронного генератора 1; датчик угла открытия задвижки в напорном водоводе 2; датчик тока обмотки возбуждения 3; датчик давления 4; блок сравнения с нормальными значениями тока статора синхронного генератора 5; блок сравнения с нормальными значениями угла открытия задвижки в напорном водоводе 6; блок сравнения с нормальными значениями тока возбуждения обмотки возбуждения синхронного генератора 7; блок сравнения с нормальными значениями давления в напорном водоводе 8; блок задания нормальных значении по току статора синхронного генератора 9; блок задания нормальных значении по углу открытия задвижки в напорном водоводе 10;блок задания нормальных значении по току обмотки возбуждения синхронного генератора 11; блок задания нормального значения давления 12; блок сравнения с уставками и определения знака отклонения по току статора синхронного генера-тора 13; блок сравнения с уставками и определения знака отклонения по углу открытия задвижки в напорном водоводе 14;блок сравнения с уставками и определения знака отклонения по току обмотки возбуждении 15; блок сравнения с уставками и определения знака отклонения давления в напорном водоводе 16; блок задания уставок по току статора синхронного генератора 17; блок задания уставок по углу открытия за-движки в напорном водоводе 18; блок задания уставок по току обмотки возбуждения синхронно-го генератора 19; блок задания уставок по давлению в напорном водоводе 20; блок выработки аварийного сигнала 21; блок управления системами гидротурбины и синхронного генератора 22.
Устройства защиты синхронного гидроагрегата, работающего на автономную нагрузку, от механических поломок и попадания инородного тела, в гидротурбину содержит блок 22 управления системами гидротурбины и синхронного генератора, датчик1 тока в цепи статора синхронного генератора, сигнал от датчика тока подается в блок5 сравнения с нормальным значениям тока, в блоке5 сравнения с нормальным значениям тока сравнивается текущее значение тока снормальными значениями тока статора синхронного генератора и определяется величина отклонения тока статора синхронного генератора, в блок5 сравнения с нормальным значением тока статора синхронного генератора нормальное значение тока подается с блока 9задания нормального значения, выход блока 5сравнения с нормальным значением тока статора синхронного генератора соединен с блоком13сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току статорасинхронного генератора, в блоке 13 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току статора величина отклонения сравнивается с уставкойтока статора синхронного генератора и определяется знак отклонения тока статора синхронного генератора, задание уставки в блок 13сравнения с уставками и определения знака отклонения подается с блока17 задания уставки по отклонению токастатора синхронного генератора, выход блока 13 сравненияс уставкой и определения знака отклонения по току статора соединен с блоком21 выработки аварийного сигнала, датчик 2 датчик угла открытия задвижки в напорном водоводе, сигнал от датчика угла открытия задвижки подается в блок 6 сравнения с нормальным значениям угла открытия задвижки, в блоке 6 сравнения с нормальным значениям угла открытия задвижки сравнивается текущее значение угла открытия задвижки с нормальными значениями угла открытия задвижки и определяется величина отклонения угла открытия задвижки напорного водовода, в блок 6 сравнения с нормальным значением угла открытия задвижки, нормальное значение угла открытия задвижки подается с блока 9 задания нормального значения, выход блока 6 сравнения с нормальным значением угла открытия задвижки напорного водовода соединен с блоком 14 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по углу открытия задвижки напорного водовода, в блоке 14 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по углу открытия задвижки величина отклонения сравнивается с уставкойугла открытия задвижки и определяется знак отклонения угла открытия задвижки напорного водовода, задание уставки в блок 14 сравнения с уставками и определения знака отклонения угла открытия задвижки подается с блока 18 задания уставки по отклонению угла открытия задвижки напорного водовода, выход блока 14 сравнения с уставкой и определения знака отклонения угла открытия за-движки соединен с блоком 21 выработки аварий-ного сигнала, датчик 2 датчик угла открытия задвижки в напорном водоводе, сигнал от датчика угла открытия задвижки подается в блок 6 сравнения с нормальным значениям угла открытия задвижки, в блоке 6 сравнения с нормальным значениям угла открытия задвижки сравнивается-текущее значение угла открытия задвижки с нормальными значениями угла открытия задвижки и определяется величина отклонения угла открытия задвижки напорного водовода, в блок 6 сравнения с нормальным значением угла открытия за-движки, нормальное значение угла открытия за-движки подается с блока 9 задания нормального значения, выход блока 6 сравнения с нормальным значением угла открытия задвижки напорного водовода соединен с блоком 14 сравнения су-ставкой и определения знака отклонения по углу открытия задвижки напорного водовода, в блоке 14 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по углу открытия задвижки величина отклонения сравнивается с уставкой угла открытия задвижки и определяется величина и знак отклонения угла открытия задвижки напорного во-довода, задание уставки в блок 14 сравнения с уставками и определения знака отклонения угла открытия задвижки подаетсяс блока 18 задания уставки по отклонению угла открытия задвижки напорного водовода, выход блока 14 сравнения с уставкой и определения знака отклонения угла открытия задвижки соединен с блоком 21 выработки аварийного сигнала, датчик 3 датчик тока обмотки возбуждения синхронного генератора, сигнал от тока обмотки возбуждения синхронного генератора 3 подается в блок 7 сравнения с нормальным значениям тока обмотки возбуждения, вблоке 7 сравнения с нормальным значениям тока обмотки возбуждения сравнивается текущее значение тока обмотки возбуждения с нормальными значениями тока обмотки возбуждения и определяется величина отклонения тока обмотки возбуждения синхронного генератора, в блок 7сравнения с нормальным значением тока обмотки возбуждения, нормальное значение тока об-мотки возбуждения задается с блока 11 задания нормального значения, выход блока 7 сравнения с нормальным значением тока обмотки возбуждения соединен с блоком 15 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току обмотки возбуждения синхронного генератора, в блоке 15 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току обмотки возбуждения величина отклонения сравнивается с уставкой тока обмотки возбуждения и определяется знак отклонения тока обмотки возбуждения синхронного генератора, задание уставки в блок 15 сравнения с уставками и определения знакаотклонения тока обмотки возбуждения подается с блока 19 задания уставки по отклонению тока обмотки возбуждения синхронного генератора, выход блока 15 сравнения с уставкой и определения знака отклонения тока обмотки возбуждения синхронного генератора соединен с блоком 21 выработки аварийного сигнала, датчик 4давления для непрерывного измерения давления в напорном водоводе, выход датчика 4давления соединен с блоком8 сравнения с нормальными значениями давления в напорном водоводе, в блоке 8 сравнения с нормальным значением давления в напорном водо-воде сравнивается текущее значение давления с нормальным значением давления в напорном во-доводе и определяется величина отклонения давления, в блок8сравнения с нормальным значением давления значение нормального давления в напорном водоводе задается с блока 12задания нормального значения давления, выход блока 8сравнения с нормальным значением давления в напорном водоводе соединен с блоком16 сравнения с уставкой и определения знака отклонения давления в напорном водоводе, в блоке 16сравнения с уставкой и определения знака отклонения давления в напорном водоводе величина отклонения давления сравнивается с уставкой давления и определяется знак отклонения давления в напорном водоводе, величина уставки по давлению в напорном водоводе в блок16 сравнения с уставкой и определения знака отклонения задается с блока 20задания уставки по давлению в напорном водоводе, выход блока 16сравнения и определения знака отклонения давления в водонапорной трубе соединен с вторым входом бло-ка21выработки аварийного сигнала, выход блока 21 выработки аварийного сигнала соединен с блоком 22 управления системами гидротурбины и синхронного генератора.
Устройства защиты синхронного гидроагрегата, работающего на автономную нагрузку, от механических поломок и попадания инородного тела, в гидротурбину работает следующим образом.
Включение системы (условно принято с момента времени t=0) происходит по сигналу “(Пуск гидротурбины)” поступающему с управляющего входа схемы управления гидротурбины. Сигнал управления подается с пульта управления опера-тором.
На фиг. 2а приведен график изменения угловой скорости вращения гидротурбины и синхронного генератора. Весь цикл работы состоит из четырех участков:
1. Первый участок (t0 до t1) – участок разгона, где гидроагрегат движется с ускорением до момента t1 набора номинальной скорости вращения гидроагрегата с включенной нагрузкой.
2. Второй участок (t1 до t2) – установившийся режим работы гидроагрегата и синхронного генератора.
3. Третий участок (от t2до t3) – режим работы при возникновении механической поломки или попадания инородного тела в гидротурбину.
4. Четвертый участок (от t3 до t4) – останов-ка синхронного гидроагрегата под нагрузкой. Для остановки синхронного гидроагрегата уменьшается напор в напорном водоводе, тем самым уменьшается скорость вращения синхронного гидрогенератора и уменьшается ток статора и ток обмотки возбуждения.
На фиг. 2б приведен график изменении действующих значений тока статора синхронного генератора. С момента t0 начинается процесс нагружении синхронного генератора до номинальной или заданной нагрузки, далее с момента времени t1до t2 установившийся режим работы на установленной нагрузке синхронного генератора. В момент времени t2происходит выход из строя опорного подшипника и увеличивается момент сопротивления на валу гидротурбины. Это при-водит к тому, что уменьшается скорости синхронного гидроагрегата, механический момент на валу синхронного генератора и уменьшается ток статора. Одновременно увеличивается давление в напорном водоводе и ток возбуждения (увеличение тока обмотки возбуждения производится системой управления синхронным генератором для подержания постоянно напряжения статора синхронного генератора). В момент времени t3 вырабатывается аварийный сигнал устройством защиты. Далее, впериод времени от t3до t3происходит процесс остановки синхронного гидрогенератора.
Выходное напряжениеU датчика 1 тока, пропорционально току статора синхронного генера-тора
,
где – передаточный коэффициент транс-форматора тока;
–передаточный коэффициент схемы датчика тока;
– ток статора синхронного генератора.
,
где – ток обмотки возбуждения синхронно-го генератора.
График изменения напряженийU датчиков тока повторяет динамику изменение действующих значений токов обмотки статора и обмотки возбуждения синхронного генератора . Выходы датчиков токов является информационнымивхо-дамиустройства защиты синхронного гидроагрегата, работающего на автономную нагрузку, от механических поломок и попадания инородного тела, в гидротурбину.
На фиг. 2в приведен график изменения тока обмотки возбуждения. Данное устройства разработано для синхронных генераторов с дополни-тельным обмоткой самовозбуждением для питания обмотки возбуждения. Начиная с момента времени t0 до t1,разгон гидротурбины до номинальной скорости и возрастания тока в обмотке возбуждения до номинального значения. В промежутке времени от t1 до t2 генератор работает в установившемся режиме и ток обмотки возбуждения не изменяется. Период времени от t2 до t3 про-исходит механическая поломка и увеличения тока в обмотке возбуждения для подержания постоянство напряжения статорной обмотки синхронного генератора. В момент времени t3 происходит срабатывание устройства защиты. С момента времени t3 начинается остановка гидроагрегата.
На фиг. 2г приведенграфик изменения давления в напорном водоводе. Начиная с момента времени t0до t1,разгон гидротурбины до номинальной скорости происходит за счет постепенно-го открытия задвижки напорного водовода и плавного роста давления до установленной мощности синхронного гидроагрегата. В промежутке времени от t1до t2генератор работает в установившемся режиме и давление остается неизменным. В момент времени t2 происходит механическая поломка или попадания инородного тела в гидротурбину и в период времени от давлениев напорном водоводе возрастает. Это связанно с увеличением момента сопротивления на валу гидротурбины. В момент времени t3 происходит срабатывание устройства защиты. С момента времени t3 начинается остановка гидроагрегата.
На фиг. 2д приведен график изменения угла открытия задвижки в напорном водоводе t0 до t1, разгон гидроагрегата под нагрузкой до установленной мощности за счет плавного открытия водяной задвижки в напорном водоводе. В промежутке времени от t1 до t2 генератор работает в установившемся режиме и угль открытия задвижки напорного водовода остается неизменным. В момент времени t2 происходит механическая поломка или попадания инородного тела в гидротурбину и в период времени от t2 до t3 угль открытия задвижки не изменяется. В момент времени t3 происходит срабатывание устройства защиты. С момента времени t3 начинается остановка гидроагрегата.
На фиг. 2е, 2ж приведены выходные сигналы блока 22 управления системами гидротурбины и синхронного генератора и сигнал бло-ка21выработки аварийного сигнала. В момент времени t3 блок 21 выработки аварийного сигнала вырабатывает аварийный сигнал на снятие нагрузки, отключение синхронного генератора и остановку гидротурбины.
Запуск гидроагрегата производится посредством релейной схемы, блока 22управления системами гидротурбины и синхронного генератора. Время пуска- это участок отt0 до t1. Начиная с момента времениt0сигналы датчиков 1, 2 тока статора и обмотки возбуждения синхронного генератора и датчика 3, 4давления и угла открытия задвижки в напорном водоводе подаются в бло-ки5, 6, 7, 8сравнения с нормальными значениями токов статора и обмотки возбуждения, угла открытия задвижки и давления в напорном водоводе.
В блоке 5 сравнения с нормальным значением тока статора сигнал, пропорциональный действующему значению тока статора, сравнивается с нормальным значением и определяется величина отклонения тока статора.
В блоке5 сравнения с нормальным значением тока статора синхронного генератора реализуется следующая функция
,
где – действующее значение тока статора синхронного генератора;
– нормальное значение тока статора синхронного генератора;
– выходной сигнал блока 3 сравнения с нормальным значением по току статора, показывает величину отклонения тока статора синхронного генератора.
В блоке 6 сравнения с нормальным значением угла открытия задвижки напорного водовода сигнал, пропорциональный действующему значению угла открытия задвижки, сравнивается с нормальным значением и определяется величина отклонения угла открытия задвижки.
В блоке 6 сравнения с нормальным значением угла открытия задвижки напорного водовода реализуется следующая функция
,
где – действующее значение угла открытия задвижки напорного водовода;
– нормальное значение угла открытия за-движки напорного водовода;
– выходной сигнал блока 3 сравнения с нормальным значением по углу открытия задвижки, показывает величину отклонения угла открытия задвижки напорного водовода.
В блоке 7 сравнения с нормальным значением тока обмотки возбуждения сигнал, пропорциональный действующему значению тока обмотки возбуждения, сравнивается с нормальным значением и определяется величина отклонения тока обмотки возбуждения.
В блоке 7 сравнения с нормальным значением тока обмотки возбуждения синхронного генератора реализуются следующая функция
,
где – действующее значение тока обмотки возбуждения синхронного генератора;
– нормальное значение тока обмотки возбуждения синхронного генератора;
– выходной сигнал блока 3 сравнения с нормальным значением по току обмотки возбуждения, показывает величину отклонения тока в обмотки возбуждения синхронного генератора.
В блоке 8 сравнения с нормальным значением давления в напорном водоводе сигнал, пропорциональный действующему значению давления в напорном водоводе, сравнивается с нормальным значением и определяется величина отклонения давления.
В блоке 8 сравнения с нормальным значением давления реализуются следующая функция
,
где – действующее значение давления в напорном водоводе;
– нормальное значение давления в напор-ном водоводе;
выходной сигнал блока 8 сравнения с нормальным значением по давлению в напорном водоводе, показывает величину отклонения давления в напорном водоводе.
Нормальные значения тока статора, тока обмотки возбуждения, угла открытия задвижки и давления в зависимости от величины нагрузки синхронного генератора подаются с блоков 9, 10, 11 и 12 задания нормальных значении тока статора, тока обмотки возбуждения, углы открытия задвижки и давления в напорном водоводе.
Далее сигнал от блока5сравнения с нормальным значением тока статора подается в блок 13сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току статора. В блоке13сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току статора, сравнивается входное значение отклонения с заданным отклонением.
В блоке13 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току статора реализуются следующие функции

где – выходной сигнал блока 7 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току статора синхронного генератора;
– величина уставки по изменению тока статора синхронного генератора;
– величина изменения тока статора синхронного генератора;
– величина и знак отклонения по току статора синхронного генератора.
Одновременно сигнал от блока 6 сравнения с нормальным значением угла открытия за-движки подается в блок 14 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по углу открытия задвижки. В блоке 14 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по углу открытия задвижки, сравнивается входное значение отклонения с заданным отклонением.
В блоке 14 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по углу открытия задвижки реализуются следующие функции

где – выходной сигнал блока 14 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по углу открытия задвижки напорного водовода;
– величина уставки по углу открытия за-движки напорного водовода;
– величина изменения угла открытия за-движки напорного водовода;
– величина и знак отклонения по углу открытия задвижки напорного водовода.

Одновременно сигнал от блока 7 сравнения с нормальным значением тока обмотки возбуждения подается в блок 15 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току обмотки возбуждения. В блоке 15 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току обмотки возбуждения, сравнивается входное значение от-клонения с заданным отклонением.
В блоке 15 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току обмотки возбуждения реализуются следующие функции

где – выходной сигнал блока 15 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току обмотки возбуждения синхронного генератора;
– величина уставки по изменению току-обмотки возбуждения синхронного генератора;
– величина изменения тока обмотки возбуждения синхронного генератора;
– величина и знак отклонения по току обмотки возбуждения синхронного генератора.
Одновременно сигнал с блока 8 сравнения с нормальным значением давления, подается блок16 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по давлению в напорном водоводе. В блоке 16 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по давлению в напорном водоводе сравнивается входное значение отклонения с за-данным отклонением.
В блоке 16 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по давлению в напор-ном водоводе реализуются следующие функции

где – выходной сигнал блока 16сравнения с уставками и определения знака отклонения по давлению в напорном водоводе;
величина уставки по давлению в напор-ном водоводе;
величина изменения давления в напор-ном водоводе;
величина и знак отклонения давления в напорном водоводе.
Величина уставок по току статора, тока об-мотки возбуждения, угла открытия задвижки и давлению в напорном водоводе задается блока-ми17, 18, 19 и 20 задания уставок.
Далее сигнал с блоков 13, 14, 15 и 16 сравнения и определения знака отклонения по току статора, тока обмотки возбуждения, угла открытия задвижки и давления в напорном водо-воде поступает в блок 21 выработки аварийного сигнала.
В блоке 21 выработки аварийного сигнала реализуются следующие логические функции
где – нормальный режим работы, аварийный сигнал на выходе блока 11 выработки аварийного сигнала не вырабатывается;
– режим увеличения вырабатываемой мощности синхронного генератора, аварийный сигнал на выходе блока 11 выработки аварийного сигнала не вырабатывается;
– режим снижения вырабатываемой мощности синхронного генератора, аварийный сигнал на выходе блока 11 выработки аварийного сигнала не вырабатывается;
– комбинация сигналов на входе бло-ка11 выработки аварийного сигнала соответствует аварийной ситуации механической поломки или попадания инородного тела турбину синхронного гидроагрегата. В этом случае увеличивается давление в напорном водоводе. Это связано с увеличением момента сопротивления, вызванным механической поломкой или попадания инородного тела в гидротурбину синхронного гидроагрегата. Ток статора уменьшается, ток обмотки возбуждения увеличивается потому, что вращающий момент и скорость на валу синхронного генератора уменьшается. На выходе блока 11 выработки аварийного сигнала вырабатывается аварийный сигнал.
Далее аварийный сигнал поступает в блок 22 управления системами гидротурбины и синхронного генератора и происходит процесс остановки и отключения синхронного гидроагрегата.
Появления аварийного сигнала обеспечивается последовательным срабатыванием девяти блоков при контроле величины тока статора, угла открытия задвижки, тока обмотки возбуждения и давления, при контроле величины отклонения. При собственном срабатыванием аналоговых блоков 5*10-6…10-5, полное время срабатывания устройств будет определятся в основном собственными временами срабатывания блока 22 управления системами гидротурбины и синхронного генератора, составляющим 0,07…0,09 с., и датчика 2 давления. Время срабатывания датчика давления составляет 0,12…0,14 с., а полное время срабатывания устройства составит 0,19…0,23 с.
Таким образом, предлагаемое устройства защиты синхронного гидроагрегата, работающего на автономную нагрузку, от механических поломок и попадания инородного тела, в гидротурбину позволяет распознать аварийную ситуацию на ранних стадиях и увеличивает быстродействие срабатывания защиты, что позволит минимизировать последствие аварии.

1. Государственный реестр средств измерений. Р/н. №36537-07 ЕУ 4277-001-55181848-06 область применения: непрерывный контроль вибрационно-го состояния турбоагрегатов, насосов, двигателей и другого промышленного оборудования в энергети-ческой, нефтегазовой и других отраслях промыш-ленности и науки.
2. Государственный реестр средств измерений. Р/н. №38553-08 ТУ 4212-001-70666137-2008 область применения: непрерывный контроль температуры и давления в маслонапорной системе гидроагрегата.
3. Патент RU №2566613. Устройство защиты гидротурбины от выхода из строя опорного подшипника. (Пугачёв Е.В.и др.)