Устройство для контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю Советский патент 1992 года по МПК H02H7/06 G01R27/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в области релейной защиты синхронных генераторов, для оперативной диа ностики состояния статорной изоляции и защиты от замыканий на землю.

Известны мегаомметры для измерения сопротивления изоляции у генераторов с водяным охлаждением обмотки статора. Недостатком этих устройств является то, что измерение сопротивления изоляции осуществляется не в рабочем режиме, а при профилактических осмотрах и ремонтах генератора. При этом генератор отключается от сети, развозбуждается, вода ио системы охлаждения сливается. Таким образом,

мегаомметры не могут быть использованы для непрерывного контроля состояния изоляции генератора в рабочем режиме и определения дефектов изоляции на ранней стадии их развития.

Известны устройства релейной защиты блоков генератор-трансформатор от замыкания на землю, выявляющие катастрофически развивающееся повреждение изоляции статора - замыкание на землю. Эти устройства выполняются путем наложения на обмотку статора постоянного тока, как например, в устройстве РЗГ-100 или в устройстве Земля-100, или путем наложения на обмотку статора переменного тока второй гармоники, или переменного тока частотой 20 Гц. Все упомянутые устройства релейной защиты содержат один источник накладываемого напряжения, который присоединен к измерительному трансформатору напряжения и реагирующий орган. Недостатком этих устройств является то, что все они реагируют на такое большое измерение сопротивления изоляции, которое приведет к ее повреждению, пробою, т.е. они не могут выявить раннюю стадию возникновения повреждения изоляции, не являющуюся аварийным режимом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю, содержащее стабилизированный источник выпрямленного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, присоединенный ко входу микро- ЭВМ, выход которой присоединен к цифровому индикатору и исполнительному органу, измерительный орган, выполненный в виде измерительного преобразователя постоянного тока, присоединенного к шунту, включенному между объединенной нулевой точкой пераичных обмоток измерительного трансформатора напряжения к од- ним из полюсов стабилизированного источника выпрямленного напряжения, второй полюс которого заземлен, причем между полюсами стабилизированного источника выпрямленного напряжения включен разделительный конденсатор с разрядником. Через первичные обмотки измерительного трансформатора напряжение на изоляцию блока генератор-трансформатор накладывается постоянное напряжение, создающее ток в изоляции. При этом на измерительном шунте создается пропорциональное току падение напряжения, которое через измерительный преобразователь постоянного тока поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, осуществляющего преобразований входного аналогового сигнала в цифровой код с целью его дальнейшей обработки на ЭВМ. Последняя осуществляет расчет сопротивления изоляции и выдает информацию о нем на цифровой индикатор.

Недостатком этого устройства является невозможность получить более полную информацию о состоянии изоляции ввиду того,

что на постоянном положении тока измеряется только активное сопротивление изоляции.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка путем повышения достоверности контроля и расширение

функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, ч го в устройство, содержащее стабилизированный источник выпрямленного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, присоединенный ко входу микроЭВМ, выход которого присоединен к цифровому индикатору и исполнительному органу, измерительный орган, выполненный в виде измерительного преобразователя постоянного тока, присоединенного к шунту, включенному между объединенной нулевой точкой первичных обмоток измерительного трансформатора напряжения к одним из полюсов стабилизированного источника выпрямленного напряжения, второй полюс которого заземлен, причем между полюсами стабилизированного источника выпрямленного напряжения включен разделительный конденсатор с разрядником, введены стабилизированный источник переменного напряжения, присоединенный через второй шунт к выводам соединенных в разомкнутый треугольник вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения,

первое и второе устройство выборки-хранения, переключатель, а в измерительный органдополнительновведеныприсоединенный ко второму шунту преобразователь переменного напряжения, выход которого через последовательно включенные полосовой фильтр и формирователь средневыпрямленного значения присоединен ко входу первого устройства выборки-хранения, причем вход второго устройства выборки-хранения присоединен к выходу упомянутого измерительного преобразователя постоянного тока, выходы обоих устройств выборки-хранения через переключатель присоединены ко входу упомянутого аналого-цифрового преобразователя, управляющие входы обоих устройств выборки-хранения присоединены к первому управляющему выходу микроЭВМ, а управляющий вход переключателя - ко второму управляющему выходу микроЭВМ.

На чертеже изображена структурная схема устройства для контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю.

Устройство содержит синхронный генератор 1, блочный трансформатор 2, стабили- зированный источник 3 выпрямленного напряжения, измерительный трансформатор 4 напряжения, первичные обмотки которого соединены в звезду и подключены пофазно к выводам синхронного генератора, а вторичные обмотки соединены в разомкнутый треугольник, первый шунт 5, включенный между объединенной нулевой точкой первичных обмоток измерительного трансформатора 4 напряжения и одним из полюсов стабилизированного источника 3 выпрямленного напряжения, разделительный конденсатор 6, измерительный преобразователь 7 постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь 8, мик- роЭВМ 9, исполнительный орган 10, цифровой индикатор 11, стабилизированный источник 12 переменного напряжения, соединенный со вторым шунтом 13, выход которого через преобразователь переменного напряжения 14, подлключен к полосовому фильтру 15, формирователь 16 средневып- рямленного значения, первый блок 17 выборки-хранения, второй блок 18 выборки-хранения, переключатель 19.

Устройство работает следующим образом.

Выпрямленное стабилизированное напряжение от источника 3 подводится к объединенным нулевым выводам первичных обмоток измерительного трансформатора 4 напряжения, и через эти первичные обмотки накладывается на цепь статора. При этом создается контур для протекания постоянного тока через первичные обмотки транс- Форматора напряжения, первый измерительный шунт 5 и сопротивление изоляции Ни. Создаваемое этим постоянным током падение напряжения на первом шунте 5 поступает на вход измерительного преобразователя 7 постоянного тока, осуществляющего гальваническое разделение первичной и вторичной измерительных цепей. С выхода преобразователя 7 постоянное напряжение подается на вход второго блока 18 выборки-хранения. Величина этого напряжения равна

U7- тг Кп, Ки

(D

где U - напряжение источника 7 постоянного накладываемого напряжения;

RH - сопротивление изоляции;

Кп - коэффициент передачи преобразователя постоянного напряжения,

Учитывая, что сопротивление первого шунта 5 пренебрежимо мало, а внутреннее сопротивление источника 3 велико, действующее значение переменного тока в изоляции статора равно

10

Uv-K

ЦХтн-3 Xep)+(G+jBM)

(2)

где U-v - действующее значение напряжения источника 12 переменного напряжения;

К - коэффициент трансформации измерительного трансформатора 4 напряжения; Хтн - индуктивное сопротивление измерительного трансформатора 4 напряжения; Си - активная проводимость изоляции

генератора;

, Ви - емкостная проводимость изоляции генератора;

Хер - емкостное сопротивление разделительного конденсатора, коэффициент 3

при этом введен вследствие того, что указанный конденсатор включен в нейтраль измерительного трансформатора, поэтому сопротивление его в схеме замещения нулевой последовательности учитывается утроенным значением.

При этом во вторичных обмотках измерительного трансформатора 4 напряжения будет протекать переменный ток, действующее значение которого равно

,(3)

указанный ток создает на втором шунте 13 падение напряжений le Ruja, где КШ2 - активное сопротивление второго шунта. Это напряжение через преобразователь 14 напряжения в напряжение, имеющий коэффициент передачи Кн. и полосовой частотный фильтр 15, имеющий коэффициент передачи Кф и настроенный на частоту f источника 12 переменного накладываемого напряжения,

подается на формирователь средневыпрям- ленного значения 16, величина напряжения на выходе которого равна:

ию-и-К-Нцй Кн-Кф(4)

Это напряжение подается на вход первого блока выборки-хранения 17.

На блоке выборки-хранения, таким образом, подаются напряжения Uy и Die, про- порциональные постоянному и переменному токам, создаваемые в изоля-

ции обмотки статора генератора источниками постоянного и переменного накладываемых напряжений.

Блоки выборки-хранения 17,18 управляются от микроЭВМ 9 и подают одновременно управляющий сигнал, по которому они запоминают свои выходные напряжения, соответствующие одному моменту времени, и хранят его в течение времени, достаточного для работы аналого-цифрового преобразователя 8.

После подачи управляющего сигнала на блоки выборки-хранения 17,18 микроЭВМ подает сигналы управления на переключатель 19 и на аналого-цифровой преобразователь. При этом осуществляется поочередное присоединение выходов блоков выборки-хранения 17 и 18 к аналого- цифровому преобразователю и выполняется преобразование аналоговых сигналов в цифровые и вывод их в микро- ЭВМ. Таким образом, в микроЭВМ вводятся цифровые значения (коды) U и U ш, соответствующие напряжениям U и Uie с выходов первого и второго блоков выборки-хранения.

Далее ЭВМ осуществляет вычисление активного сопротивления изоляции Ни и тангенса угла диэлектрических потерь tg б про нижеописанному алгоритму.

Сопротивление изоляции статора RM, измеренное на постоянном токе, может быть рассчитано по формуле, следующей из

(1):

U . U т

Си

(5)

Проводимость изоляции рассчитывается по формуле:

U U m где m

Си;

(6)

U- Кп - постоянная величина (для стабилизированного источника выпрямленного напряжения).

Полное сопротивление Z цепи переменного тока, создаваемого источником 12, определяется по выражению:

где п - коэффициент, пропорциональный значению напряжения llv стабилизированного источника переменного напряжения 12. Это сопротивление, как следует из (2) и (3), равно

Z - I j(X™ - 3 Хер) + (Си + ВиГ I -К . (8)

Введя обозначение X™ - ЗХер X и учитывая, что Z рассчитывается по выражению (7), а Си -по выражению (6), получим, после возведения обеих частей выражения (8) в квадрат и преобразований, уравнение для определения неизвестного Ви

(ZV-X2)BV2XB3H+,

+{2(Z2K4 - Х2)С2И - 11 В2и +

+2ХС2иВи - С2И + (ZV - X2) -С2И - 0 . (9)

Решив это уравнение относительно Ви, можно вычислить tg 6 изоляции по формуле:

(Ю)

Таким образом, вводя в ЭВМ цифровые

значения (коды) напряжений U 7 и , полученные аналого-цифровым преобразователем после преобразования аналоговых сигналов с выходов устройств выборки-хранения 17 и 18, ЭВМ осуществляет расчет Си и tg д по следующему алгоритму:

-рассчитываются RM по выражению (5) и Си по выражению (6)

-рассчитывается Z по выражению (7); - вычисляются коэффициенты нелинейного уравнения:

A4 ZV-X2, Аз 2Х. А2 2А4С2и-1, А1 2Х -GV

Ао А гС2и-С2и

-решается численным методом уравнение:

А4В4И + АзВ3и + А2В2И + А1ВИ + А0 О,

в результате чего определяется величина емкостной проводимости изоляции; вычисляется tg д по выражению (10).

Рассчитанные значения Ри и Ви, а также tg д выводится из ЭВМ на исполнительный

орган 10 и цифровой индикатор 11, Исполнительный орган сравнивает значение Ни и tg д с допустимыми их значениями и выдает сигнал при снижении Ни или росте tg д, либо действует на отключение генератора при

значительном снижении RH и росте , Цифровой индикатор позволяет вести визуальный контроль за параметрами изоляции в составе АСУ ТП электростанции.

Данное устройство имеет более широкие функциональные возможности, т.к. позволяет контролировать не один, а три параметра изоляции, за счет чего повышается достоверность контроля состояния изоляции.

Устройство контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю промакетировано на интегральных и специальной микроЭВМ, собранной на базе микропроцессорного

комплекта КР580. Экспериментальные исследования макета в лаборатории показали его работоспособность.

Формула изобретения Устройство для контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю, содержащее стабилизированный источник выпрямленного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, присоединенный к входу микро- ЭВМ, выход которой присоединен к цифровому индикатору и исполнительному органу, измерительный орган, выполненный в виде измерительного преобразователя постоянного тока, соединенного с шунтом, включенным между объединенной нулевой точкой первичных обмоток измерительного трансформатора напряжения и од- ним из полюсов стабилизированного источника выпрямленного напряжения, второй полюс которого подключен к клемме заземления, причем между полюсами стабилизированного источника выпрямленного напряжения включен разделительный конденсатор с разрядником, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля и расширения функциональных возможностей, в него введены стабилизированный источник переменного напряжения, присоединенный через второй шунт к выводам соединенных в разомкнутый треугольник вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения, первый и второй блоки выборки и хранения, переключатель, а в измерительный орган

дополнительно введены последовательно соединенные и присоединенные к второму шунту преобразователь переменного напряжения, полосовой фильтр и формирователь средневыпрямленного значения,

который присоединен к входу блока выборки и хранения, причем вход первого блока выборки и хранения присоединен к выходу упомянутого измерительного преобразователя постоянного тока, выходы обоих блоков выборки и хранения через переключатель присоединены к входу упомянутого аналого-цифрового преобразователя, управляющие входы обоих блоков выборки и хранения присоединены к первому управляющему выходу микрсЭВМ, а управляющий вход переключателя - к второму управляющему выходу микроЭВМ.

Использование: повышение достоверности контроля и расширение функциональных возможностей. Сущность изобретения: в устройство введены стабилизированный источник переменного напряжения, присоединенный через второй шунт к выводам соединенных в разомкнутый треугольник вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения, первое и второе устройства выборки-хранения, переключатель, а в измерительный орган дополнительно введены присоединенный ко второму шунту преобразователь переменного напряжения, выход которого через последовательно включенные полосовой фильтр и формирователь средневыпрямленного значения присоединен к входу первого устройства выборки-хранения, причем вход второго устройства выборки-хранения присоединен к выходу измерительного преобразователя постоянного тока, выходы обоих устройств выборки-хранения через переключатель присоединены ко входу аналого- цифрового преобразователя, управляющие входы обоих устройств выборки-хранения присоединены к первому управляющему выходу микроЭВМ, а управляющий вход переключателя - к второму управляющему выходу микроЭВМ, что позволяет вычислить значение RH и Ви а также tg 5. Эти значения выводятся из ЭВМ на исполнительный орган и цифровой индикатор. 1 ил. VJ VJ СП VI 8