Устройство для защиты статора генератора от замыкания на землю Советский патент 1992 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты электрических машин.

Известно устройство защиты, основанное на принципе наложения постоянного напряжения на контролируемую цепь статора, которое содержит блок питания, измери- тельный трансформатор напряжения и разделительный конденсатор, включенный между нейтралью и землей. Ухудшение изоляции фиксируется по величине ток§,

Недостатком известного устройства я§- ляе,тря невозможность прямого контроле

проводимости изоляции обмоток статора генератора с непосредственным водяным ох лаждением. Это связано с тем, что удельная проводимость дистиллята в условиях эксплуатации изменяется в широких пределах и, следовательно, также изменяется и экой валентное сопротивление системы охлаждения обмотки статора, приводящее к тому что не представляется возможным однозначно отстроиться от шунтирующего дей ствия дистиллята, а поэтому при ухудшении его качества возможна ложная работа уст ройства В устройстве не предусмотрено

XJ

со XI о о XJ

прямое измерение сопротивления изоляции, так как измеряемый ток находится в обратно пропорциональной зависимости от сопротивления изоляции, что приводит к сужению диапазона измерения сопротивле- ния.

Известно устройство защиты, которое также основано на наложении постоянного напряжения на защищаемую цепь. В этом устройстве с помощью одного блока нели- нейности формируется напряжение, пропорциональное полной проводимости контролируемой цепи, равной сумме проводимости изоляции статора и полной проводимости охлаждающей жидкости - дистиллята. С помощью другого блока нелинейности формируется напряжение, пропорциональное полной проводимости дистиллята. Выделение рабочего сигнала, пропорционального только проводимости изоляции обмотки статора, осуществляется сумматором. Непосредственный контроль проводимости изоляции позволил исключить основной недостаток устройства без однозначной отстройки от проводимости дистиллята - ложное срабатывание защиты при ухудшении качества дистиллята.

Недостатком известного устройства является низкая точность определения полной проводимости дистиллята системы охлаждения, что в конечном итоге обусловливает невысокую точность контроля прово- димости изоляции. Погрешность обусловлена зависимостью удельной проводимости дистиллята от его температуры, а также обратно пропорциональной зависимостью измеряемого тока от значения сопротивления изоляции, что приводит к сужению диапазона ее измерения. Кроме того, отсутствует цифровая индикация зна- чений сопротивления изоляции.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для релейной защиты блока генератор-трансформатор от увеличения проводимости, содержащее измери- тельный трансформатор напряжения, подключенный к выводам обмотки статора, конденсатор, включенный между нейтралью первичной обмотки измерительного трансформатора напряжения и землей, ис- точник накладываемого постоянного напряжения, подсоединенный одним полюсом к нейтрали первичной обмотки трансформатора напряжения, а другим - через преобра- зователь тока в напряжение к земле, первый сумматор и делительный блок, одни входы которых подключены к выходу преобразователя тока в напряжение, другой вход первого сумматора подключен к выходу преобразователя напряжения в напряжение, входы которого подключены параллельно источнику накладываемого постоянного напряжения, второй сумматор и исполнительный элемент с двумя выходами.

В устройстве на выходе делительного блока, реализованного на основе аналогичного перемножителя сигналов, включенного в обратную связь операционного усилителя, под действием выходных сигналов первого сумматора и преобразователя тока в напряжение формируется сигнал, пропорциональный суммарной проводимости контролируемой цепи. Выделение из этого сигнала напряжения, пропорционального только проводимости изоляции, осуществляется на выходе третьего сумматора использованием напряжения, пропорционального полной проводимости системы охлаждения. Напряжение формируется на выходе второго сумматора использованием сигнала с двух датчиков удельной проводимости, установленных соответственно на входе и выходе системы охлаждения генератора.

Недостатком этого устройства является узкий диапазон измерения сопротивления изоляции и отсутствие его цифровой индикации в результате обратно пропорциональной зависимости измеряемого тока от сопротивления изоляции.

Цель изобретения - увеличение диапазона измерения значения сопротивления изоляции и расширение функциональных возможностей устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что ток на выходе датчика тока имеет обратно пропорциональную зависимость от сопротивления изоляции. Из этого тока вычитается ток, пропорциональный значению сопротивление охлаждающего дистиллята. Полученная разность равна току, протекающему через сопротивления изоляции. Взяв отношение значения напряжения источника постоянного тока к току протекающему через сопротивление изоляции, получаем прямую зависимость этого тока от значения сопротивления изоляции. В результате расширяется диапазон измерения, просто исполняется цифровая индикация.

Цель изобретения достигается тем, что в устройство для защиты статора генератора от замыкания на землю, содержащее конденсатор, включенный между зажимом для подключения к нейтрали первичных обмоток измерительноготрансформатора напряжения и землей, источник накладываемого постоянного напряжения, подсоединенный первым полюсом к зажиму для подключения к нейтрали первичных обмоток трансформатора напряжения, а другим - через преобразователь ток-напряжение к зажиму для соединения с клеммой заземления, выход преобразователя тока в напряжение к первому входу первого сумматора, первый и второй датчики удельной проводимости предназначены для включения соответственно на входе и выходе системы охлаждения статора генератора, выходы которых подключены к входам второго сумматора, блок деления, вход знаменателя которого соединен с выходом первого сумматора и исполнительный орган с двумя выходами, действующими на отключение и сигнал, дополнительно введены пороговый элемент, блок уставок, блок индикации, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход- с входом блока индикации и через блок уставок с первым входом исполнительного органа, второй вход которого через пороговый элемент соединен с выходом преобразователя ток-напряжение, выход второго сумматора соединен с вторым входом первого сумматора, вход числителя блока деления соединен с первым полюсом источника накладываемого постоянного напряжения, а первый и второй датчики удельной проводимости выполнены в виде датчиков тока через подводящий и отводящий дистиллят.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Синхронный генератор 1 при помощи шинопровода соединен с блочным трансформатором 2 и измерительным трансформатором 3 напряжения или трансформаторами, в зависимости от того сколько их установлено. Нейтраль этого трансформатора (трансформаторов) через конденсатор 4 соединен с контуром заземления. Параллельно конденсатору 4 через преобразователь 5 ток-напряжение подсоединен источник 6 постоянного напряжения, выходное напряжение которого стабилизировано. Выход преобразователя 5 ток-напряжение через пороговый элемент 7 соединен с первым входом исполнительного органа 8.

Первый вход сумматора 9 подключен к выходу преобразователя ток-напряжение 5 и входу порогового элемента. Второй вход сумматора 9 соединен с выходом (второго) сумматора 10, на входы которого подключены соответственно датчики 11 и 12 тока через подводящий и отводящий дистиллят. Выход сумматора 9 соединен с входом знаменателя блока 13 деления, на вход числителя которого подается напряжение источника постоянного тока.

Блок 13 деления может быть выполнен на аналоговом перемножителе 525 ПС2 (3), включенном в обратную связь операционного усилителя. Выход блока деления 13 через аналого-цифровой преобразователь 14 и блок 15 уставок подключен к второму входу исполнительного органа 8. Вход блока 16 индикации подключен к выходу аналого- цифрового преобразователя 14. Блок индикации 16 может быть выполнен на дешифраторе, преобразующем двоичный код в десятичный и воздействующем на цифровые индикаторы. Блок уставок может быть реализован на цифровых компаратоpax, например, типа К 555СП1, в которых сравнивается входной цифровой код с заданным.

Устройство работает следующим образом.

При сопротивлении статора генератора

больше верхнего измеряемого предела, на выходе преобразователя 5 ток-напряжение появляется ток

I 2 из + под + IOTB,

а на выходе сумматора 10 0хл под + IOTB. Ток на выходе сумматора 9 равен разности токов I 2 и loxn., которая равна 1из. Так как

эта величина мала, то на выходе блока 1

деления формируется напряжение, пропорциональное значению сопротивления изоляции, и больше верхнего предела аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 14. Блок 16 индикации показывает, что значение сопротивления изоляции больше верхнего предела. На выходах блок 15 уставок сигналы отсутствуют. Если сопротивление изоляции снизилось ниже верхнего измеряемого предела, но больше срабатывания

блока уставок, то напряжение на выходе блока 13 деления находится в пределах диапазона обработки сигнала АЦП 14, на выходе которого двоичный код соответствует значению сопротивления изоляции, больше

верхнего предела. На выходах блока 15 уставок сигналы отсутствуют. Если сопротивление изоляции снизилось ниже верхнего измеряемого предела, но больше срабатывания блока установок, то напряжение на

выходе блока 13 деления находится в пределах диапазона обработки сигнала АЦП 14, на выходе которого двоичный код соответствует значению сопротивления изоляции. В блоке индикации 16 индицируется его

значение. На выходах блока 15 уставок сигналы отсутствуют. Снижение сопротивления изоляции ниже порога срабатывания сигнальной ступени блока 15 уставок приводится к появлению на обоих выходах блока 8 логической единицы и защита отключает

генератор его от сети и сигнализирует об этом, а также в блоке индикации индицируется значение сопротивления изоляции. При переходных режимах замыкания на землю через перемежающуюся дугу, когда на разделительном конденсаторе 4 возникают перенапряжения, полярность которых совпадает с полярностью источника 6 накладываемого постоянного напряжения, разделительный конденсатор 4 становится источником ЭДС, напряжение которого превосходит напряжение источника накладываемого напряжения. При этом вновь возникший источник ЭДС вызывает протекание тока в преобразователе ток-напряже- ние в направлении, противоположном току наложения источника 6 напряжения в установившемся режиме, В этом случае срабатывает пороговый элемент 7, на выходе которого появляется логическая единица, появление которой на первом входе исполнительного органа вызывает отключения генератора от сети.

Технико-экономический эффект от использования данного устройства состоит в том, что оно позволяет обеспечить раннюю диагностику изоляции статора генератора и дает возможность оперативному персоналу принять необходимые меры для того, чтобы избежать аварийного отключения генерато- ра и связанного с этим недоотпуском электроэнергии потребителям,

Формула изобретения Устройство для защиты статора генера- тора от замыкания на землю, содержащее конденсатор, включенный между зажимами для подключения к нейтрали первичных обмоток измерительного трансформатора на

пряжения и землей, источник накладываемого постоянного напряжения, подсоединенный одним полюсом к зажиму для подключения к нейтрали первичных обмоток трансформатора напряжения, а другим через преобразователь тока в напряжение к зажиму для соединения с клеммой заземления, выход преобразователя тока подключен к первому входу первого сумматора, первый и второй датчики удельной проводимости, предназначенные для включения соответственно на входе и выходе системы охлаждения статора генератора, выходы которых подключены к входам второго сумматора, блок деления, вход знаменателя которого соединен с выходом первого сумматора, и исполнительный орган с двумя выходами, действующим на отключение и сигнал, от л ичающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измерения сопротивления изоляции и расширения функциональных возможностей устройства, дополнительно введены пороговый элемент, блок уставок, блок индикации и аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - с входом блока индикации и через блок уставок - с первым входом исполнительного органа, второй вход которого через пороговый элемент соединен с выходом преобразователя ток-напряжение, выход второго сумматора соединен с вторым входом первого сумматора, вход числителя блока деления соединен с первым полюсом источника накладываемого постоянного напряжения, а первый и второй датчики удельной проводимости выполнены в виде датчиков тока через подводящий и отводящий дистиллят.

О

Использование устройства релейной защиты. Увеличение диапазона измерения сопротивления изоляции и расширение функциональных возможностей Сущность изобретения: при глубоком снижении сопротивления изоляции на выходе блока 15 уставок и на обоих выходах исполнительного органа 8 появляется логическая единица , и защита отключает генератор от сети, сигнализируя об этом, а в блоке 16 индикации индицируется значение сопротивления изоляции. При переходных режимах замыкания на землю через перемежающуюся дугу, когда на разделительном конденсаторе 4 возникают перенапряжения, полярность которых совпадает с полярностью источника 6 накладываемого постоянного напряжения, разделительный конденсатор становится источником ЭДС, напряжение которого превосходит напряжение источника накладываемого напряжения При этом вновь возникший источник ЭДС вызывает протекание тока в преобразователе ток-напряжение в направлении, противоположном току наложения источника 6 напряжения в установившемся режиме В этом случае срабатывает пороговый элемент 7, на выходе которого появляется логическая единица, появление которой на втором входе исполнительного органа 8 вызывает отключение генератора от сети. 1 ил & (Л С