Устройство для защиты синхронного генератора от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения Советский патент 1988 года по МПК H02H7/06 

Мосигнол

сл

Yl

со

4 и дроссель 5, настроенные в резонанс на частоте вспомогательного источника напряжения, введены вспомогательный источник напряжения наложенной частоты 7, трансформатор тока 12, к цепи нагрузки которого подключены последовательно через выпрямитель 23 и сглаживающий фильтр 24 реагирующий орган 25 с регулируемым порогом срабатывания, элемент выдержки времени на срабатывание 27 и указательное реле 29, действующее на сигнал при срабатывании данной ступени защиты. Параллельно реагирующему органу 25 включен блок измерения величины сопротивления изоляции 32 и дополнительный реагирующий орган 26, соединенный последовательно с дополнительным элементом выдержки времени на срабатывание 28, указательным 30 и промежуточным 31 реле, действующими на отключение

генератора при срабатывании дополнительной ступени защиты. К выходам двух пороговых элементов 18, 19 подключен триггер 20, к выходу которого подключен сигнальный элемент. Первый пороговый элемент 18 срабатывает кратковременно в момент потери контакта щетка-вал. Когда емкость цепи возбуждения 3 снова увеличится скачком, ток в цепи первичной обмотки трансформаторов б, 12 возрастает. При этом триггер 20 переключается в состояние «Ноль по его выходу. При переключении триггера 20 в состояние «Един1 ца на выходе сигнального элемента 21 появляется сигнал «Единица, который блокирует срабатывание элементов выдержки времени 27, 28, благодаря чему предотвращается ложная работа обеих ступеней защиты в этом режиме. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам защи- . ты синхронных генераторов. Цель - повышение точности измерения сопротивления изоляции цепи возбуждения в широком диапазоне изменения емкости цепей возбуждения. Это достигается тем, что в устройство для защиты синхронных генераторов, содержащее соединенные последовательно обмотку возбуждения 1, разделительный конденсатор

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты синхронных генераторов, в частности к защите их цепей возбуждения от замыкания на землю в одной точке.

Целью изобретения является повыщение точности измерения сопротивления изоляции цепей возбуждения в щироком диапазоне изменения емкости цепей возбуждения, надежная фиксация нарущения контакта перехода щетка - вал генератора.

На чертеже приведена блок-схема устройства защиты синхронных генераторов от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепей возбуждения.

Устройство содержит обмотку i возбуждения, сопротивление 2 изоляции и емкость 3 цепи возбуждения, последовательно с обмоткой 1 возбуждения включены разделительный конденсатор 4 и дроссель 5, составляющий с конденсатором 4 фильтр, настроенный в резонанс на частоте источника наложенной частоты.

Устройство снабжено дополнительным трансформатором 6 тока и содержит также вспомогательный источник 7 напряжения наложенной частоты, резистор 8 и конденсатор 9, компенсирующий влияние емкости 3 цепи возбуждения, одинаковые первичные обмотки одного трансформатора 12 тока, включенные встречно для получения разности токов, вторичную обмотку 13 трансформатора 12 тока. К вторичной обмотке трансформатора 6 тока подключены последовательно соединенные полосовой фильтр 14, пропускающий наложенную частоту, двухполупериодньш выпрямитель 15, выполненный на двух операционных усилителях, сглаживающий активный фильтр 16, блок 17 выделения напряжения приращения и два пороговых элемента 18, 19 с разной полярностью напряжения срабатывания, на выходе которых включен триггер 20 и сигнальный элемент 21, на выходе трансформатора 12 тока включены последовательно соединенные полосовой фильтр 22, выпрямитель 23, сглаживающий фильтр 24, реагирующие органы 25, 26 с регулируемым порогом срабатывания, элементы 27, 28 выдержки времени на срабатывание, имеющие вход блокировки их срабатывания, указательные реле 29, 30, промежуточные реле 31, блок 32 измерения величины сопротивления изоляции со встроенным прибором, вспомогательный источник напряжения выполнен в виде промежуточного трансформатора 33 напряжения, усилителя 34 мощности, генератора 35 напряжения наложенной частоты и блока 36 питания цепей защиты.

Принцип действия устройства защиты генератора от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения

заключается в следующем.

От источника 7 вспомогательного напряжения наложенная частота порядка 18- 20 Гц поступает через дроссель 5 и разделительный конденсатор 4 в цепь обмотки 1 возбуждения. В зависимости от величины

сопротивления изоляции 2 и емкости 3 цепи возбуждения на землю через первичные обмотки трансформаторов 6 и 12 тока протекает полный ток замыкания цепи возбуждения на землю. Конденсатор 4 и дроссель 5 настроены в резонанс на частоте наложения, поэтому падение напряжения в них на этой частоте определяется только активным сопротивлением дросселя 5, которое равно сопротивлению резистора 8, включенному в контур компенсации емкостного тока, содержащий конденсатор 9. Ток, протекающий по первичной обмотке 10 трансформатора 12 тока, будет равен составляющей емкостного тока замыкания на землю на частоте наложения. Так как обе первичные обмотки 10 и И трансформатора 12 тока равны по числу витков и включены встречно, то в токе вторичной обмотки 13 трансформатора 12 тока будет содержаться только составляющая активного тока замыкания на землю. Для составляющих высших гармоник в напряжении цепи возбуждения дроссель 5 представляет значительную величину сопротивления, которое ограничивает величину тока с частотой сети и высших гармоник, поступающего из сети возбуждения в данное устройство. Кроме того, ослабление этих составляющих тока также осуществляется полосовыми фильтрами 14 и 22, включенными в цепь вторичной нагрузки трансформаторов 6 и 12 тока. Постоянная составляющая напряжения ротора в устройство не проходит благодаря наличию разделительного конденсатора 4.

Данная схема осуществляет гальваническую развязку цепей возбуждения генератора от полупроводниковой части защиты при помощи трансформаторов 6, 12 тока и трансформатора 33. С выхода полосовых фильтров 14 и 22 напряжение наложенной частоты поступает на двухполупериодные выпрямители 15, 23, выполненные на двух операционных усилителях каждый.

С выхода выпрямителей 15, 23 выпрямленное напряжение сглаживается активными фильтрами 16, 24, также выполненными на операционных усилителях. Сглаженное постоянное напряжение, пропорциональное активному току, поступает на входы реагирующих органов 25, 26 с регулируемым порогом срабатывания и на вход блока 32 измерения величины сопротивления изоляции, который представляет собой операционный усилитель с вольтметром, включенным на его выходе, встроенных в общий блок. Поскольку напряжение на приборе обратно пропорционально величине активного сопротивления цепи возбуждения на землю, то щка- ла прибора калибруется в кОм.

На выход реагирующего органа 25 чувствительной ступени защиты включен элемент 27 выдержки времени на срабатывание, а на выход реагирующего органа 26 грубой ступени защиты - элемент 28 выдержки времени на срабатывание. На выход обоих элементов выдержки времени включены указательные реле 29, 30, а на выход грубой ступени - и промежуточное реле 31. Оба элемента времени имеют вход блокировки их срабатывания сигналом «1, а пуска-сигна- лом «О. Таким образом, при снижении величины сопротивления изоляции ниже 100 кОм прибор блока 32 позволяет эксплуатационному персоналу фиксировать его величину. При дальнейщем снижении сопротивления изоляции ниже величины уставки

О по сопротивлению изоляции чувствительной ступени она срабатывает с действием на сигнал, а при дальнейщем снижении сопротивления изоляции ниже уставки срабатывания грубой ступени защиты она срабаты5 вает с действием на отключение генератора.

В случае нарушения контакта перехода щетка - вал генератора уменьщается емкость 3 цепи возбуждения на землю на величину емкости обмотки ротора генерато0 ра на землю. Это приводит к увеличению сопротивления цепи возбуждения на землю, что при неизменной величине напряжения вспомогательного источника 7 приводит к скачкообразному уменьщению тока в первич5 ной обмотке трансформаторов 6 и 12 тока. При этом возрастает напряжение на выходе сглаживающего фильтра 24 и ступени защиты могут ложно сработать. Для предотвращения этого в цепь нагрузки вторичной обмотки трансформатора 6 тока включены по0 следовательно полосовой фильтр 14, выпрямитель 15, сглаживающий фильтр 16 и блок 17 выделения напряжения приращения. В рассматриваемом режиме на выходе блока 17 в момент скачкообразного уменьшения или увеличения тока появляются короткие им5 пульсы напряжения разной полярности. Это используется для выделения режима нарушения контакта перехода щетка - вал генератора. Реагирующий орган содержит два пороговых элемента 18, 19 с разной полярностью напряжения срабатывания и регули руемым уровнем напряжения срабатывания, выходы которых соединены с входами триггера 20. Первый пороговый элемент 18 срабатывает кратковременно в момент потери контакта и переключает триггер 20 в состоя5 ние «1 по его выходу. Второй пороговый элемент 19 срабатывает только при восстановлении контакта щетка - вал, когда емкость 3 цепи возбуждения снова увеличивается скачком и ток в цепи первичной обмотки трансформаторов 6 и 12 тока воз0 растает. При этом триггер 20 по второму входу переключается в состояние «О по его выходу.

При переключении триггера 20 в состояние «1 на выходе сигнального элемента 21 появляется сигнал «1, который блокирует

5 срабатывание элементов 27, 28 выдержки времени, чем предотвращается ложная работа обеих ступеней защиты в этом режиме.

Одновременно на щит подается сигнал .ежурному персоналу о нарушении контакта ерехода щетка - вал с выхода сигналь- ого элемента 21. Сигнальный элемент 21 одержит несколько последовательно соеди- енных логических элементов ИЛИ-НЕ и ветовую индикацию.

Наличие полосовых фильтров 14 и 22 поз- оляет исключить влияние возрастания амп- итуды высщих гармоник в напряжении 1,епи возбуждения в режиме работы форси- овки возбуждения на работу обеих ступе- ей защиты и четко выделяет режим нарушения контакта щетка - вал генератора. В режиме снижения сопротивления 2 изоляции до величины уставки срабатывания , гюлнительный реагирующий орган, дополнио/I Jи.

10

одной первичной и одной вторичной обмотками, которая связана через последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр с реагирующим органом с регулируемым порогом срабатывания, на выходе которого включены последовательно соединенные элемент выдержки времени на срабатывание и указательное реле, действующее на сигнал при срабатывании данной ступени защиты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения сопротивления изоляции цепи возбуждения в широком диапазоне изменения емкости цепей возбуждения, в устройство защиты дополнительно введены полосовой фильтр, доувствительной ступени (уставка реагирующего органа 25) и ниже с выхода органа 25 la вход блокировки сигнального элемента 21 поступает сигнал, запрещающий блокировку рабатывания обеих ступеней защиты даже три нарущении контакта перехода щетка - зал генератора.

Следовательно, данная схема устройства 5ащиты синхронных генераторов от замыкания на землю в одной точке цепей воз- уждения обеспечивает возможность фиксации обслуживающим персоналом начала ава- зийного уменьшения сопротивления изоляции цепи возбуждения на землю и конт- )оль его величины от 100 кОм и ниже. Обеспечивается также большая точность (по- решность до 10%) срабатывания обеих сту- 1еней защиты в широком диапазоне изме- ения емкости сети возбуждения на землю Ю 5 мкФ. Эксплуатационный персонал 1меет возможность обнаружить нарушение онтакта щетка - вал генератора и приять меры по устранению этого явления ре- улировкой щеточного аппарата. При этом тредотвращается неправильная работа за- ||циты в этом режиме работы. I Все это позволяет своевременно выяв- Аять аварийное снижение сопротивления

25

тельный элемент времени на срабатывание, дополнительное указательное и промежуточное реле и блок измерения величины сопротивления изоляции, а параллельно вспомогательному источнику напряжения включен

20 компенсирующий конденсатор, соединенный последовательно с резистором, а трансформатор тока снабжен дополнительной первичной обмоткой трансформатора тока, включенной встречно с первой обмоткой этого трансформатора тока, между выходом вто рич- ной обмотки трансформатора тока и выпрямителем включен полосовой фильтр, а к выходу сглаживающего фильтра параллельно реагирующему органу включен блок измерения величины сопротивления изоляции, и допол2Q кительный реагирующий орган, соединенный последовательно с дополнительным элементом выдержки времени на срабатывание, указательным и промежуточным реле, действующим на отключение генератора при срабатывании дополнительной ступени защиты. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью надежной фиксации нарущения контакта перехода щетка - вал генератора, последовательно с дросселем включен дополнительный трансформатор тока с нагрузкой Б цепи вторичной обмотки, к ко35

Изоляции обмотки ротора генератора на зем- 0 торой подключены дополнительно соединен- Лю и резко уменьшить эксплуатационные издержки на ремонт генераторов.

Формула изобретения

; дросселем, которые образуют фильтр, на- (ртроенный в резонанс на частоту вспомога- (ельного источника напряжения, подключенного к дросселю и трансформатору тока с

на срабатывание обеих ступеней защиты, а выход реагирующего органа чувствительной ступени защиты соединен с входом блокировки сигнального элемента.

одной первичной и одной вторичной обмотками, которая связана через последовательно соединенные выпрямитель и сглаживающий фильтр с реагирующим органом с регулируемым порогом срабатывания, на выходе которого включены последовательно соединенные элемент выдержки времени на срабатывание и указательное реле, действующее на сигнал при срабатывании данной ступени защиты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения сопротивления изоляции цепи возбуждения в широком диапазоне изменения емкости цепей возбуждения, в устройство защиты дополнительно введены полосовой фильтр, доI Jи.

25

тельный элемент времени на срабатывание, дополнительное указательное и промежуточное реле и блок измерения величины сопротивления изоляции, а параллельно вспомогательному источнику напряжения включен

20 компенсирующий конденсатор, соединенный последовательно с резистором, а трансформатор тока снабжен дополнительной первичной обмоткой трансформатора тока, включенной встречно с первой обмоткой этого трансформатора тока, между выходом вто рич- ной обмотки трансформатора тока и выпрямителем включен полосовой фильтр, а к выходу сглаживающего фильтра параллельно реагирующему органу включен блок измерения величины сопротивления изоляции, и допол2Q кительный реагирующий орган, соединенный последовательно с дополнительным элементом выдержки времени на срабатывание, указательным и промежуточным реле, действующим на отключение генератора при срабатывании дополнительной ступени защиты. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью надежной фиксации нарущения контакта перехода щетка - вал генератора, последовательно с дросселем включен дополнительный трансформатор тока с нагрузкой Б цепи вторичной обмотки, к ко35

0 торой подключены дополнительно соединен-

торой подключены дополнительно соединен-

ные последовательно полосовой фильтр, выпрямитель, сглаживающий фильтр, блок выделения напряжения приращения, два пороговых элемента с разной полярностью сра- батывания, включенные параллельно на выход блока выделения напряжения приращения, а к выходам обоих пороговых элементов включены входы триггера, к выходу которого включен вход сигнального элемента, выход которого соединен с входами блокировки элемента выдержки времени

на срабатывание обеих ступеней защиты, а выход реагирующего органа чувствительной ступени защиты соединен с входом блокировки сигнального элемента.