Устройство для защиты синхронного генератора от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения Советский патент 1983 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите электрооборудования, и может быть использовано для контроля состояния изоляции цепей оперативного постоянного тока и защиты синхронных генераторов от замыкания на землю цепи возбуждения. Известны устройства для защит{ 1 синхронных генераторов от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения, основанные на наложении на защищаемую цепь напряжения переменного тока от вспомогательного источника (1 - 4. Чувствительность устройств защиты, выполненных на основе указанного способа, зависит от колебаний напряжения и частоты вспомогательного источника и от величины емкости цепи возбуждения, при этом чувствитьность устройств по 3 и 4 оказывается недостаточной, так как требуется отстройка от составляющих высщих частот в выпрямительном напряжении цепи возбуждения. Чувствительность устройства, описанного в 4 и 5 зависит от колебаний напряжения вспомогательного источника. Они имеют минимальную уставку 5 кОм, хотя для двухступенчатой защиты может потребоваться уставка меньще 5 кОм (см. экплуатационный циркуляр № Э-12/76 Известны также устройства защиты синхронных генераторов от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения, основанные на наложении на защищаемую цепь постоянного напряжения, в которых производят сравнение тока с заданной величиной, причем по величине тока судят о величине переходного сопротивления изоляции, и когда ток в цепи превысит заданную величину, устройство защиты срабатывает. Постоянное напряжение, накладываемое на защищаемую цепь, получают либо при помощи выпрямления гармонических составляющих напряжения цепи возбуждения 6, либо от вспомогательного источника 7. Наиболее близким к изобретению является устройство защиты синхронного генератора, содержащее источник возбуждения синхронного генератора, обмотку возбуждения синхронного генератора, пере;ходное сопротивление изоляции - емкость на землю цепи возбуждения, выпрямитель, отрицательный полюс которого через компаратор, выполненный на реле тока, присоединен к положительному выводу обмотки воз-буждения, а положительный - к контуру заземления. Вывод компаратора подключен к исполнительному органу, промежуточный трансформатор подключен к сети, а вывод его подключен к выпрямителю 7. Однако это устройство защиты имеет зависимость чувствительности от величины напряжения возбуждения и от расположения места замыкания. Это связано со еледующим. Чувствительность защиты, характеризуемая значением переходного сопротивления Гд , на которое она реагирует, определяется выражением UMCT Увозб г - где UJ,C.T напряжение вспомогательного источника; -напряжение в месте повреждения, определяемое напряжением возбуждения; 1ср - ток срабатывания реле тока; Гр - сопротивление обмотки реле тока. Первое из слагаемых числителя (напряжение вспомогательного источника) практически изменяется незначительно (±10- 15%). Второе слагаемое (напряжение в месте повреждения) - величина переменная и меняется от нуля до номинального напряжения возбуждения и не может быть непосредственно измерена. Для мощных генераторов номинальное напряжение возбуждения превыщает напряжение вспомогательного источника в раз (например, при напряжении вспомогательного источника UHCT 100 В). Без учета сопротивления обмотки реле тока имеем .ci ilH« iТак как защита срабатывает при одном и том же значении тока, то первое слагаемое есть величина постоянная, а второе слагаемое - величина переменная и может превыщать постоянную величину в щесть раз. Следовательно, величина переходного сопротивления, при котором работает защита, может отличаться от истинного в семь раз. При замыкании на землю в любом месте обмотки возбуждения невозбужденного генератора, защита имеет минимальную чувствительность- к переходным сопротивлениям. Таким образом, недостатком известного устройства является зависимость чувствительности защиты от места замыкания и величины напряжения цепи возбуждения синхронных генераторов, а следовательно, снижение надежности работы. Цель изобретения - повыщение надежности работы защиты путем исключения зависимости чувствительности от места замЫ кания и величины напряжения цепи возбуждения синхронных генераторов. Поставленная цель достигается благодаря тому, что в известное устройство, содержащее выпрямитель, вход которого соединен, с первым выходом промежуточного трансформатора, компаратор и исполнительный орган, дополнитьно введены первый и второй резисторы, генератор прямоугольных импульсов, генератор ступенчатого напряжения, ключ, блоки задержки и управления, обработки данных, уставок и дещифратор,

при этом отрицательный вывод выпрямителя через первый резистор соединен с положительным выводом обмотки возбуждения генератора, положительный вывод выпрямителя подключен к первому входу компаратора и через второй резистор - к заземлению, второй вход компаратора соединен с выходом генератора ступенчатого напряжения, основной вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, к которому подсоединены также вход блока управления и первый вход блока обработки данных, второй вход которого подключен к второму выходу промежуточного трансформатора, вход останова блока обработки данных и вход блока задержки соединены с выходом компаратора, управляющий вход ключа подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с пусковым входом блока обработки данных, третий и четвертый выходы блока управления соединены соответственно с входами «Установки на нуль генератора ступенчатого напряжения и объединенными входами «Установки на нуль блока обработка данных и блока уставок, выход блока обработки данных, через дешифратор соединен с первым входом блока уставок, со вторым входом которого соединен пятый выход блока управления, пусковой вход блока уставок соединен с выходом блока задержки, а выход блока уставок соединен с входом исполнительного органа, вход промежуточного трансформатора через ключ соединен с источником питания.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на выходах блока управления.

Источник возбуждения 1 подсоединен к обмотке возбуждения 2 синхронного генератора. Обмотки и источник возбуждения синхронного генератора имеют относительно земли (корпуса) переходное сопротивление изоляции 3 и распределенную емкость, представленную на блок-схеме сосрёдоточенной емкостью 4. Отрицательный вывод выпрямителя 5 через первый резистор 6 соединен с положительным выводом обмотки возбуждения синхронного генератора 2 и источника возбуждения 1, а положительный вывод содинен с первым входом компаратора 7 и через второй резистор 8 - с заземлением. Вход промежуточного трансформатора 9 через электронный ключ 10 соединен с источником питания. Выход генератора 11 ступенчатого напряжения соединен со вто,рым входом компаратора 7. В компараторепроисходит сравнение напряжения, падающего на втором резисторе 8, со ступенчатым напряжением. Выход генератора 12 прямоугольных импульсов соединен со входами генератора 11 ступенчатого напряжения, блока управления 13 и с первым входом блока 14 обработки данных. Генератор, ступенчатого напряжения

служит для преобразования прямоугольных и 5пyльcoв, поступающих на его вход, в ступенчатое напряжение, при этом каждому входному, импульсу соответствует вполне определенная ступень выходного напряжения. Первый выход блока 13 управления соединен с управляющим входом электронного ключа 10, второй выход блока 13 соединен с пусковым входом блока 14 обработки данных, третий выход соединен со входом установки, в нулевое состояние генератора 11 ступенчатого напряжения, четвертый выход - со входами установки в нулевое состояние блока 14 обработки данных и блока

15уставок, пятый выход - со вторым входом блока уставок 15. Выход компаратора 7 соединен со входом остановки блока 14 обработки данных и через блок 16 задержки - с пусковым входом блока 15 уставок. Блок

16задержки подсчитывает приходящие на его вход импуль-сы с компаратора и после прихода второго импульса с небольшой задержкой посылает сигнал на пусковой од, блока уставок. -Выход блока 14 обработки данных через дешифратор 17 соединен с первым входом блока 15 уставок. В блоке уставок осуществляется сравнение величины переходного сопротивления -изоляции с уставкой устройства защиты. Выход блока уставок соединен со входом исполнительного органа 18, запоминающего импульс, приходящий с выхода блока уставок. Второй вход блока 14 обработки данных соединен с выходом промежуточного трансформатора 9. Блок обработки данных производит преобразование количества импульсов в двоичный код; делит величину напряжения, поступающего на второй вход, на разность токов 2 и Ij, протекающих в разный момент времени через постоянньш резистор 10, а из полученного результата вычитает величину, соответствующую суммарному внутреннему сопротивлений блока 5 и резисторов 6 и 8.

Работа устройства рассматривается в следующих двух случаях:

переходное сопротивление изоляции больше сопротивления уставки;

переходное сопротивление изоляции меньше сопротивления уставки;

Переходное сопротивление изоляции боль ше сопротивления уставки.

Управление работой устройства защиты обеспечивает блок управления 13. Пусть в какой-то момент времени напряжение на третьем выходе блока управления равно логической «1, а на остальных выходах - логическому «О (фиг. 2). Сигнал с третьего выхода блока управления поступает на вход установки в нулевое состояние генератора 11 ступенчатого напряжения, при этом на выходе генератора напряжение равно нулю до конца действия входного сигнала. В момент времени, когда сигнал на третьем выходе блока 13 равен логическому «О, на выходе генератора 11 напряжение начнет ступенчато возрастать и одновременно на втором выходе блока управления напряжение станет равным логической «1, блок 14 обработки данных записывает количество импуль.сов, поступающих на его первый вход от генератора прямоугольных импульсов 12. Когда ступенчатое напряжение на втором входе компаратора 14 стает равным или больше напряжения на его первом входе, то на его выходе появляется сигнал, а в блоке обработки данных записывается количество нмпульсов, поступивших на. его первый вход за промежуток времени между появлением напряжения логической ,«1 до появления сигнала на выходе компаратора. В следующий момент времени, когда напряжения на первом и третьем выходах блока 13 равны логической «1, а на втором, четвертом и пятом выходах - логическому «О, напряжение на выходе генератора 11 стает равным нулю, электронный ключ 10 замыкается и на выходе выпрямителя 5 появляется напряжение. При этом длительность импульсов напряжения на третьем выходе блока 13 выбрана такой, что за это время емкость 4 цепи возбуждения полностью заряжается. Когда напряжение на втором выходе блока 13 стает равным логической «1, а на третьем выходе - логическому «О, напряжение на выходе генератора 11 ступенчатого напряжения станет ступенча-. то возрастать пропорционально количеству импульсов, пришедших на его вход. В блоке 14 обработки данных записывается количество импульсов, поступающих на его вход. При равенстве напряжений на первом и втором входе компаратора 7, на его выходе появляется сигнал, в блоке обработки данных прекращается запись количества поступающих импульсов. В блоке 14 обработки данных выделяется разность количества импульсов, записанных в первый и во второй раз, берется отношение величин, соответствующих напряжению на втором входе блока обработки данных (со второго выхода промежуточного трансформатора), и указанной выше разности. А из полученного результата вычитается величина, соответствующая суммарному сопротивлению элемента 5 и резисторов 6 и 8. С выхода блока обработки данных через дешифратор 17 полученная величина поступает на первый вход блока уставок 15. Сигнал, который появляется с небольшой выдержкой времени на выходе блока задержки 16 после двух срабатываний компаратора 7, не проходит на выход блока уставок 15, так как величина переходного сопротивления изоляция больше величины сопротивления уставки, и на выходе исполнительного органа 18 сигнала не будет - устройство защиты не срабатывает. Появление сигнала на четвертом выходе блока 13 управления устанавливает в нулевое состояние блок 14 обработки данных и блока уставок 15. После установления на четвертом выходе блока 13 нулевого

потенциала цикл работы устройства повторяется сначала.

Переходное сопротивление изоляции меньще,сопротивления уставки.

Устройство защиты работает как и в предыдущем случае, однако, если в случае трех следующих один за другим циклов работы устройства величина переходного сопротивления изоляции остается меньше уставки, то на выходеблока уставок появляется сигнал, который на выходе исполнительного органа 18 формирует импульс. Это необходимо для того, чтобы отстроиться от переходных процессов системе возбуждения. Если за время трех циклов работы устройства защиты величина переход5 кого сопротивления изоляции окажется больше сопротивления уставки, то на выходе блока уставок сигнала не будет. Во время четвертого цикла работы устройства сигнал с пятого выхода блока 13 управления стирает информацию, запомненную ранее в блоке уставок в течение циклов работы устройства, при которых величина переходного сопротивления изоляции была меньше уставки устройства защиты.

Измеренная величина сопротивления изоляции нз зависит от величины напряжения возбуждения и от места замыкания.

Величина тока I,, протекающего через резистор 8 при напряжении на выходе выпрямителя, равном нулю.

Ео.й

I,

Гп-t- Г

Величина тока 1 протекающего через резистор 8 при напряжении на выходе выпрямителя, равном и

1 . Гп + гв

гдеУвоз напряжение в месте повреждения, определяемое напряжением воз,буждения;

TT, -величина переходного сопротивления изоляции;

г -внутреннее суммарное сопротиввление выпрямителя и двух резисторов 6 и 8

UBoji ii(ni ); (Гт, + г)-и

4

Приравняем эти выражения

Ii (-„+ г) Iz (г. + rj- и.

отсюда г равно

и:

i,-r,

2-Il

55 Так как в последнем выражении нет V то и Гр не зависит от . е. чувствительность защиты не зависит от места замыкания и значения напряжения возбуждения. В последнем выражении для Гп заменяем токи I, и 12 через падение напряжения в резисторе 8 .т,У - U2-U, где К. - величина сопротивления тора 8; - п ли iT гдеДи - напряжение одной ступени генератора 11 ступенчатого напряжения;PI,Т12И п - число импульсов, и величина переходного сопротивления равна г - R - - ь Таким . образом, данное устройство для защиты синхронных генераторов от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения не имеет зависимости чувст вительности от места замыкания и значения напряжения цепи возбуждения, что обеспечивает достижение цели изобретения - увс личения надежности работы защиты по сравнению с устройством-прототипом. По сравнению с базовым объектом (защитой генераторов типа КЗР-3) предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью производить замер переходных сопротивлений в диапазоне до 200 кОм и более, в то время как защита КЗР-3 - только до 10 кОм. Это преимущество предлагаемого устройства дает возможность выявить повреждения на ранней их стадии и принять соответствующие меры по сохранению генератора в работе. При этом контроль состояния изоляции цепи возбуждения осуществляется непрерывно и автоматически, так как устройство может быть снабжено блоком индикации и легко связано с управляющими микропроцессорами. Проведенные лабораторные испытания макета устройства показывают его надежную работу

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ (КОРПУС) В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ, содержащее выпрямитель, вход которого соединен с первым выходом промежуточного тра нсформатора, компаратор и исполнительный, орган, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности работы защиты путем исключения зависимости чувствительности от места замыкания и величины напряжения цепи возбуждения, оно дополнительно содержит первый и второй резисторы, генератор прямоугольных импульсов, генератор ступенчатого напряжения, ключ, блок задержки, блок управления, блок обработки данных, блок уставок и дещифратор, при этом отрицатьный вывод выпрямителя через первый резистор содинен с положительным выводом обмотки возбуждения генератора, положительный вывод выпрямителя подключен к первому входу компаратора и через второй резистор- к заземлению, второй вход компаратора соединен, с выходом генератора ступенчатого напряжения, основной вход которого подсоединен к выходу генератора прямоугольных импульсов, к которому подсоединены также вход блока управления и первый вход блока обработки данных, второй вход которого подключен к второму выходу промежуточного трансформатора, вход останову блока обработки данных и вход блока задержки соединены с выходом компаратора, управляющий вход ключа подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с пусковым входом блока обработки данных, третий и четвертый к выходы блока управления соединены соответственно с входами «Установки на нуль ср генератора ступенчатого напряжения и объсо единенными входами «Установки на нуль блока обработки данных и блока уставок, выход блока обработки данных через дещифратор соединен с первым входом блока уставок, второй вход которого соединен с пятым выходом блока управления, пусковой вход блока уставок соединен с выходом блока задержки, а выход блока уставок со- , единен с входом исполнительного органа, вход промежуточного трансформатора через ключ соединен с источником питания.

./

фиг. 2