СПОСОБ ЗАЩИТЫ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H02H7/06 G01R27/18 

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите синхронных генераторов, и может быть использовано на электрических станциях для защиты синхронных генераторов от замыкания обмотки возбуждения на землю в одной точке, а также для контроля сопротивления изоляции.

Известен способ [1] защиты цепей возбуждения от замыкания на землю, выполненный с использованием измерительного моста, в состав одного из плеч которого входит обмотка возбуждения, когда в одну из диагоналей моста включается вспомогательный источник напряжения, а в другую - измерительный орган.

Основным недостатком этого способа является сложность его технической реализации, в том числе обусловленная использованием вспомогательного источника напряжения. Кроме того, на точность измерительного органа негативно влияет возможное в эксплуатации изменение емкости цепи возбуждения.

Наиболее близким заявленному техническому решению, выбранным в качестве прототипа, является способ определения эквивалентного сопротивления изоляции электрической цепи постоянного тока [2], при котором периодически и поочередно с помощью высоковольтного коммутатора на основе электронных ключей шунтируют добавочным сопротивлением определенного значения полюса контролируемой цепи и измеряют напряжение на каждом полюсе сети в установившемся режиме, усредняют измеряемые напряжения и вычисляют эквивалентное сопротивление изоляции сети постоянного тока.

Существенным недостатком прототипа является необходимость применения высоковольтных полупроводниковых ключей, к которым предъявляются повышенные требования по допустимым напряжениям, что усложняет и удорожает схему, понижает ее надежность.

Цель изобретения заключается в упрощении системы контроля состояния изоляции и релейной защиты цепей возбуждения, повышении надежности ее работы. Поставленная цель достигается тем, что снижают уровень напряжений на шунтирующих ключах путем разделения их с выводами обмотки возбуждения при помощи высокоомных сопротивлений, а сами ключи для осуществления контроля их исправности подключают параллельно к сопротивлениям, на которых измеряют напряжения.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого способа.

Схема включает в себя обмотку возбуждения 1; контролируемое сопротивление изоляции 3; два шунтируемых ключами сопротивления 6 и 8; два управляемых ключа 5 и 9, шунтирующих сопротивления 6 и 8 соответственно; добавочные высокоомные сопротивления 2 и 4, разделяющие полюса обмотки возбуждения и ключи 5 и 9; заземляющее сопротивление 7; блок 10 управления ключами; блок измерения 11; выходной релейный блок 12; блок 13 контроля исправности ключей.

Способ реализуется следующим образом.

Блок 10 выдает сигнал управления $$s\left(t\right)$$ , где t - текущее время, посредством которого осуществляется периодическая коммутация ключей 5 и 9. Периодический сигнал управления $$s\left(t\right)$$ с периодом τ представлен на фиг.2. Когда $$s\left(t\right)=1$$ , ключ 5 замкнут, а ключ 9 разомкнут. Когда $$s\left(t\right)=0$$ , ключ 5 разомкнут, а ключ 9 замкнут. Период τ выбирается исходя из условия полного затухания переходных процессов, обусловленных коммутацией ключей, за время τ/2. Блок измерения 11 измеряет напряжения на сопротивлениях 6, 7 и 8 в установившемся режиме, усредняет измеряемые напряжения и производит вычисление сопротивления изоляции по формуле:

$$R_{из}=\frac{R_2}{R_1}\frac{R_1{U}_{в1}{U}_{в2}-(R+R_1)(U_{12}{U}_{в1}+U_{21}{U}_{в2})}{U_{32}{U}_{в1}-U_{31}{U}_{в2}}-R_2$$ ,

где R_из - величина сопротивления изоляции 3;

R - величина добавочных высокоомных сопротивлений 2 и 4;

R₁ - величина шунтируемых сопротивлений 6 и 8;

R₂ - величина заземляющего сопротивления 7;

U₂₁ - усредненное напряжение на сопротивлении 8 при шунтировании ключом 5 сопротивления 6, когда $$s(t)=1$$ ;

U₃₁ - усредненное напряжение на сопротивлении 7 при шунтировании ключом 5 сопротивления 6, когда $$s(t)=1$$ ;

U₁₂ - усредненное напряжение на сопротивлении 6 при шунтировании ключом 9 сопротивления 8, когда $$s(t)=0$$ ;

U₃₂ - усредненное напряжение на сопротивлении 7 при шунтировании ключом 9 сопротивления 8, когда $$s\left(t\right)=0$$ ;

U_в1 - напряжение на обмотке возбуждения в момент измерения напряжений U₂₁ и U₃₁;

U_в2 - напряжение на обмотке возбуждения в момент измерения напряжений U₁₂ и U₃₂.

На точность расчета сопротивления изоляции не влияет изменение напряжения возбуждения, поскольку учитывается, что U_в1≠U_в2. Напряжения U_в1 и U_в2 вычисляются блоком 11 по следующим формулам:

$$U_{в1}=\frac{2R+R_1}{R_1}{U}_{21}+\frac{R}{R_2}{U}_{31}$$ ;

$$U_{в2}=\frac{2R+R_1}{R_1}{U}_{12}-\frac{R}{R_2}{U}_{32}$$ .

При выявлении блоком 13 неисправности ключей 5 или 9 выдается сигнал о неисправности и блокируется срабатывание блока 12. Может быть несколько критериев выявления неисправности ключей. К примеру, о неисправности свидетельствует наличие напряжения на сопротивлении 6 или 8 при его шунтировании или отсутствие напряжения на сопротивлении 6 или 8 при его дешунтировании.

Выходной релейный блок 12 осуществляет сравнение вычисленного блоком 11 сопротивления изоляции со значением параметра срабатывания и формирование выходного сигнала срабатывания защиты при снижении сопротивления ниже допустимого предела. Формирование выходного сигнала в блоке 12 обеспечивается только при устойчивом снижении сопротивления изоляции, т.е. наблюдаемом в течение заданного промежутка времени.

Способ может применяться для контроля состояния изоляции и релейной защиты цепей возбуждения, обеспечивая независимость результатов от изменения напряжения возбуждения, величины емкости цепи возбуждения и места ухудшения изоляции.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №612338, кл. Н02Н 7/06, 1978, бюл. №23.

2. Авторское свидетельство СССР №1569745, кл. G01R 27/18, 1990, бюл. №21.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите синхронных генераторов, и может быть использовано на электрических станциях для защиты синхронных генераторов от замыкания обмотки возбуждения на землю в одной точке, а также для контроля сопротивления изоляции. Технический результат - повышение надежности работы системы контроля состояния изоляции и релейной защиты цепей возбуждения. Полюса обмотки возбуждения шунтируют сопротивлениями, часть которых периодически шунтируется управляемыми ключами с целью изменения состояния измерительной схемы, измеряют напряжения на определенных элементах схемы и вычисляют сопротивление изоляции по формуле, приведенной в описании изобретения. Блок-схема способа включает в себя обмотку возбуждения (1); контролируемое сопротивление изоляции (3); два шунтируемых сопротивления (6) и (8); два управляемых ключа (5) и (9), шунтирующих сопротивления (6) и (8) соответственно; добавочные высокоомные сопротивления (2) и (4), включенные между полюсами обмотки возбуждения и ключами (5) и (9); блок (10) управления ключами; блок измерения 11; выходной релейный блок (12); блок (13) контроля исправности ключей; заземляющее сопротивление (70. Технический результат получают путем снижения уровня напряжений на шунтирующих ключах путем разделения их с выводами обмотки возбуждения при помощи высокоомных сопротивлений, а сами ключи для осуществления контроля их исправности подключают параллельно к сопротивлениям, на которых измеряют напряжения. 2 ил.

Способ защиты синхронных генераторов от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения, заключающийся во включении между полюсами обмотки возбуждения генератора и землей измерительной схемы, состоящей из активных сопротивлений, управляемых ключей, блока измерения и выходного релейного блока, измерении напряжений на определенных активных сопротивлениях при затухании переходных процессов в измерительной схеме, обусловленных периодической коммутацией ключей, последующем расчете сопротивления изоляции из измеренных напряжений и выдаче сигнала срабатывания защиты в случае, когда в результате сравнения рассчитанное сопротивление изоляции оказывается меньше значения параметра срабатывания выходного релейного блока, отличающийся тем, что, с целью упрощения системы контроля состояния изоляции и релейной защиты цепей возбуждения и повышения надежности ее работы, между полюсами обмотки возбуждения и ключами включают добавочные высокоомные активные сопротивления, позволяющие снизить уровень напряжения на ключах, тем самым снизив требования к ним, а сами ключи для осуществления контроля их исправности подключают параллельно к активным сопротивлениям, на которых измеряют напряжения.