СПОСОБ ЗАЩИТЫ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H02H7/06 

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

Известен способ защиты синхронных генераторов от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения [1], основанный на измерении активной составляющей тока, наложенного на защищаемую цепь от вспомогательного источника напряжения. Основной недостаток этого способа заключается в том, что измерительная схема не рассчитана на большие перенапряжения, вызванные высокочастотными составляющими напряжения возбуждения, характерными для тиристорной и высокочастотной систем возбуждения.

Разработанное на основе способа [1] устройство защиты цепей возбуждения КЗР-3 [2] отличается тем, что измерительная схема ограждена от проникновения высокочастотных составляющих напряжения возбуждения комплектом частотных фильтров. Такая реализация приводит к искажению определяемого напряжения на изоляции цепей возбуждения из-за не скомпенсированного падения напряжения на сопротивлениях частотных фильтров, тем самым снижая точность измерения сопротивления изоляции. По данной причине КЗР-3 не может применяться при емкостях цепей возбуждения, превышающих 2 мкФ. При этом указанная емкость может достигать значения 5 мкФ и более.

С целью устранения недостатка, присущего КЗР-3, была разработана защита БЭ-1104 [3], имеющая компенсирующую ветвь и измерительный орган, реагирующий на разность полного тока замыкания цепи возбуждения на землю и тока в компенсирующей ветви. Такой принцип действия позволяет применять защиту при любой возможной емкости цепей возбуждения, однако наличие компенсирующей ветви предполагает настройку ее параметров для каждой системы возбуждения, основной и резервных, в отдельности и необходимость переключения компенсирующих ветвей при переходе генератора на резервную систему возбуждения.

Для рассмотренных способов защит цепей возбуждения [1-3] характерным является то, что неполное нарушение контакта щеток с валом может приводить к существенному занижению замера сопротивления изоляции и, как следствие, к ложной работе защиты [4]. Полная же потеря контакта может привести к ложному срабатыванию только защиты [3], поэтому в ней используется специальная схема блокировки. Ложное срабатывание защит [1, 2] в этом режиме исключается по принципу действия, однако они полностью теряют свою работоспособность до тех пор, пока персонал самостоятельно не выявит нарушение и не восстановит контакт.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ, по которому работает устройство защиты цепей возбуждения КЗР-3 [2]. Данный способ является более простым в сравнении с [3], так как не требует использования компенсирующей ветви и не нуждается в измерении параметров цепей возбуждения.

Целью изобретения является повышение точности измерения сопротивления изоляции без усложнения схемы защиты, как при работе с большими емкостями цепей возбуждения, так и в условиях неполного нарушения контактов щеток с валом ротора. Методическая погрешность измерения сопротивления, присущая прототипу и достигающая недопустимо больших значений при емкости цепи возбуждения более 2 мкФ, устраняется в заявляемом способе введением компенсации падения напряжения от дополнительного источника на пассивном частотном фильтре. Повышение точности в условиях неполного нарушения контакта щеток достигается путем использования в измерении сопротивления изоляции напряжения, непосредственно приложенного к изоляции цепей возбуждения, определяемого с учетом компенсации падения напряжения между релейной щеткой и землей.

На фиг. 1 приведена схема подключенного к защищаемой цепи возбуждения устройства, реализующего предлагаемый способ.

Схема замещения цепи возбуждения 1 содержит обмотку возбуждения 6; эквивалентные сопротивления изоляции системы возбуждения 2 и обмотки возбуждения 3; эквивалентные емкости системы возбуждения 4 и обмотки возбуждения 5; сопротивления в местах контакта с валом генератора релейной 8 и заземляющей 9 щеток. Устройство защиты 9, подключаемое к одному из полюсов обмотки возбуждения 10 и к релейной щетке 11, представлено ограничителем напряжения 12; пассивным частотным фильтром 13, настроенным в резонанс на частоте источника напряжения; источником напряжения низкой частоты 14; блоком измерения 15; блоком контроля контакта релейной и заземляющей щеток с валом 16; выходным релейным блоком 17.

Способ реализуется следующим образом.

Источник наложения низкой частоты порядка 17 Гц последовательно через фильтр 13 и измерительный блок 15 подключается к цепи возбуждения одним выводом к потенциалу обмотки возбуждения 10, а другим к релейной щетке 11. С помощью блока 15 измеряются комплексы напряжения и тока с частотой наложения. Определение напряжения , приложенного непосредственно к сопротивлению изоляции, осуществляется при допущении, что напряжение , измеряемое относительно релейной щетки и потенциала земли, компенсирует падение напряжения на сопротивлениях в местах контакта релейной и заземляющей щеток, по следующей формуле

где - измеряемый комплекс напряжения источника наложения низкой частоты; - измеряемый комплекс тока низкой частоты; - предварительно измеренное комплексное сопротивление частотного фильтра на частоте наложения.

Таким образом, эквивалентная проводимость изоляции, состоящая из емкостной и резистивной составляющих, определяется как

при этом реальная часть этой проводимости обратно пропорциональна эквивалентному сопротивлению изоляции цепи возбуждения

В конечном итоге, сопротивление изоляции, рассчитываемое на основе измеренных электрических величин и известных параметров устройства защиты

Точность измерения сопротивления изоляции напрямую зависит от точности определения падения напряжения на изоляции. В прототипе этот замер напряжения подвержен искажению из-за падения напряжения на частотных фильтрах. Именно по этой причине занижается замер сопротивления защиты КЗР-3, и это занижение тем значительнее, чем больше емкость цепи возбуждения. Устранение данного недостатка в предлагаемом способе достигается путем программной компенсации указанного падения напряжения, определяемого как .

Замер падения напряжения на изоляции также искажается в случае неполного нарушения контакта релейной или заземляющей щеток из-за того, что возникает падение напряжения на сопротивлениях 7 и 8 в местах контакта с валом. Устранение данного недостатка в предлагаемом способе достигается путем программной компенсации указанного падения напряжения, определяемого как . Следует отметить, что при таком подходе появление сопротивления 7 вносит некоторую погрешность измерения сопротивления изоляции, однако эта погрешность из-за своей незначительности не приводит к ложному срабатыванию защиты при небольших сопротивлениях в местах контакта щеток. А при больших сопротивлениях в местах контакта щеток надежно срабатывает блок контроля целостности контактов релейной и заземляющей щеток с валом 16.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет избавиться от ложных срабатываний защиты в случаях появления малых переходных сопротивлений в местах контакта релейной и заземляющей щеток с валом. При полной потере контакта щеток с валом надежно отработает блокировка 16, основанная, к примеру, на сравнении величины с установленной пороговой величиной.

Способ может применяться для контроля состояния изоляции и релейной защиты цепей возбуждения, обеспечивая независимость результатов от состояния контакта щеток с валом ротора, величины емкости цепи возбуждения.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №189484, кл. Н02Н 7/06, 1966, бюл. №24.

2. Вавин В.Н. Релейная защита блоков турбогенератор - трансформатор/ В.Н. Вавин. – М.: Энергоиздат, 1982. - 256 с. (с. 90-946 рис. 3.19).

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

4. Алексеев, В.Г. Отказ защиты ротора из-за ненадежного контакта релейной щетки с валом/ В.Г. Алексеев, А.И. Левиуш, А.Н. Белозор, И. Ахмадов// Электрические станции. - 2013. - №1. - с. 34-36.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности измерения сопротивления изоляции без усложнения конструкции устройства защиты. Способ защиты синхронных генераторов от замыкания на корпус (землю) в одной точке цепи возбуждения заключается в воздействии источником наложения переменного напряжения низкой частоты через пассивный частотный фильтр на изоляцию цепи возбуждения относительно корпуса, измерении комплексов тока и первого напряжения на выходе этого источника, преобразовании измеренных комплексов первого напряжения и тока в замер сопротивления изоляции цепей возбуждения и сравнении полученного замера сопротивления с параметрами срабатывания измерительных органов. С целью повышения точности защиты, предварительно определяют комплексное сопротивление пассивного частотного фильтра на частоте источника наложения, фиксируют протекающий через него комплекс тока, определяют комплекс второго напряжения как падение напряжения на этом фильтре, определяют комплекс третьего напряжения как разность комплексов первого и второго напряжений, измеряют комплекс четвертого напряжения между контактами релейной и заземляющей щеток с валом генератора, определяют комплекс пятого напряжения как сумму комплексов третьего и четвертого напряжений и производят замер сопротивления изоляции по комплексам пятого напряжения и тока. 1 ил.

Способ защиты синхронных генераторов от замыкания на корпус (землю) в одной точке цепи возбуждения, заключающийся в воздействии источником наложения переменного напряжения низкой частоты через пассивный частотный фильтр на изоляцию цепи возбуждения относительно корпуса, измерении комплексов тока и первого напряжения на выходе этого источника, преобразовании измеренных комплексов первого напряжения и тока в замер сопротивления изоляции цепей возбуждения и сравнении полученного замера сопротивления с параметрами срабатывания измерительных органов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности защиты, предварительно определяют комплексное сопротивление пассивного частотного фильтра на частоте источника наложения, фиксируют протекающий через него комплекс тока, определяют комплекс второго напряжения как падение напряжения на этом фильтре, определяют комплекс третьего напряжения как разность комплексов первого и второго напряжений, измеряют комплекс четвертого напряжения между контактами релейной и заземляющей щеток с валом генератора, определяют комплекс пятого напряжения как сумму комплексов третьего и четвертого напряжений и производят замер сопротивления изоляции по комплексам пятого напряжения и тока.