Устройство для защиты цепей возбуждения от замыкания на землю в одной точке Советский патент 1993 года по МПК H02H7/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты электрооборудования.

Известно устройство для защиты цепей возбуждения от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения, содержащее обмотку возбуждения, сопротивление изоляций (и емкоёть цепи возбуждений, пос едЙватель но с обмоткой возбуждения вклю чё Ш раЗд1л14те|1ьный конденсатор и дроссель, Cpefafляющий с конденсатором фильтр, настроенный в резонанс на частоте вспомогательного источника, два трансформатора тбка, резистор и конденсатор, ком- пенсирующий влияние емкости цепи возбуждения. Одинаковые первичные обмотки одного трансформатора тока включены встречно для получения разности токов. К вторичной обмотке трансформатора тока подключены последовательно соединенные полосовой фильтр, пропускающий напряжение с частотой вспомогательного источника, выпрямитель, сглаживающий фильтр, реагирующие органы с регулируемым порогом срабатывания, элементы выдержки времени на срабатывание, имеющие вход блокировки срабатывания, указательные реле, блок измерения величины сопротивления изоляции со встроенным прибором. К выхо- ДУ другого трансформатора тока подключе- ны последовательно соединенные полосовой фильтр, выпрямитель, сглаживающий фильтр, блок выделения напряжения приращения и два пороговых элемента с равной полярностью напряжения срабатывания, на выходе которых включен триггер и сигнальный элемент. Защита реагирует на понижение сопротивления изоляции, а также блокируется при нарушении контакта щетка-вал турбогенератора и сигнализирует об этом. Недостаток этого устройства заключается в том, что напряжение на входе реагирующего органа резко падает с увеличением переходного сопротивления изоляции. Это ограничивает верхний предел измеряемого сопротивления изоляции (ограниченная чувствительность), а показания прибора приходится пересчитывать на таблице или по графику.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты синхронного генератора от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения, содержащее реле времени, вход которого связан с выходом компаратора, один из входов компаратора связан с отрицательным выходом выпрямителя, исполнительный орган, нуль-индикатор, цифроанало- говый преобразователь, генератор прямоугольных импульсов, первый, второй и третий ключи, блок вычитания, счетчик импульсов, дешифратор и блок уставок, при этом выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входами цифроаналогового

5 преобразователя, первого и второго ключей, входы управления последних и вход останова цифроаналогового преобразователя подсоединены к выходу компаратора, к которому подключен также пусковой вход

10 блока уставок, выход первого ключа соединен с входом реле времени, выход второго ключа через третий ключ соединен с основным входом блока вычитания, выход которого соединен с основным входом счетчика

15 импульсов, основной выход которого через дешифратор подключен к первому входу блока уставок, второй вход которого и управляющий вход третьего ключа соединены с выходом нуль-индикатора, подключенного

0 одним выводом к заземлению, а вторым - к компаратору, положительный вывод выпрямителя с положительным выводом обмотки возбуждения, выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом выпрями5 теля, выход блока уставок подключен к входу исполнительного органа, выход реле времени, входы установки на нуль блока уставок, счетчика импульсов, блока вычитания и цифроаналогового преобразователя

0 объединены между собой и с выходами переполнения цифроаналогового преобразователя с счетчика импульсов. Недостатки этого устройства - низкие быстродействие и точность, Это связано с тем, что переход5 ное сопротивление изоляции шунтировано емкостью цепи возбуждения относительно земли, а для этого чтобы зарядный ток был мал, необходимо выбирать низкую скорость нарастания выходного напряжения цифроа0 налогового преобразователя. Это приводит кувеличению времени измерения сопротивления изоляции, а если это время уменьшать, то увеличивается погрешность измерения.

5 Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения сопротивления изоляции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты цепей возбужде0 ния от замыкания на землю в одной точке, содержащее замыкающий ключ, выход которого через блок вычитания и счетчик соеди- нены со входом блока уставок, вход размыкающего ключа подключен к выходу

5 генератора, а вход управления ключа к выходу компаратора и к второму входу блока уставок, реле времени, выход которого соединен со входами установки на нуль блока вычитания и счетчика импульсов и цифроа- налогового преобразователя, выпрямитель

и исполнительный орган, дополнительно введены второе и третье реле времени, второй выпрямитель, логический элемент ИЛИ, блок индикации, второй компаратор, полосовой фильтр, блок сравнения, пороговый элемент, блок компенсации, первый, второй, третий трансформаторы тока, дроссель и разделительный конденсатор, при этом один вывод конденсатора соединен с клеммой для подключения к цепи возбуждения, а другой через дроссель с первым выходом цифроаналогового преобразователя и через блок компенсации, состоящего из последовательно соединенных резистора и конденсатора, первичные обмотки первого, второго и третьего трансформаторов тока с клеммой для подключения релейной щетки, а вывод середины первичной обмотки второго трансформатора тока соединен со вто- рым выходом цифроаналогового преобразователя, вторичная обмотка второго трансформатора тока через полосовой фильтр соединена со входами первого и второго компараторов, вторичные обмотки первого и третьего трансформаторов тока через соответственно первый и второй выпрямители соединены с первым и вторым входами блока сравнения, выход которого через пороговый элемент подключен ко входу третьего реле времени, на выходе которого появляется сигнал нарушение контакта щетка-вал и соединен со вторым входом второго реле времени, первый вход которого подключен к выходу блока уставок, а выход со входом исполнительного органа, действующего на сигнал или отключение, блок индикации соединен с выходом счетчика импульсов, выход первого компаратора подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с третьим выходом цифроаналогового преобразователя, выход логического элемента ИЛИ соединен со входом первого реле времени, выход второго компаратора соединен со входом управления замыкающего ключа, вход которого связан с выходом размыкающего ключа и первым входом цифроаналогового преобразователя, а его второй вход подключен к дополнительному выходу генератора.

Сущность заявленного изобретения состоит в том, что вместо нарастающего во времени однополярного напряжения, на защищаемую цепь накладывается переменное напряжение пониженной частоты, а из полного тока вычитают емкостную составляющую, фиксируют напряжение, накладываемое на защищаемую цепь при первом и втором фиксированных значениях тока, а

разность этих напряжений пропорциональна сопротивлению изоляции.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит замыкающий ключ 1, выход которого через блок вычитания 2 и счетчик 3 соединен со входом блока уставок 4, вход размыкающего ключа 5 подключен к выходу генератора б, а выход уп0 равления ключа 5 к выходу компаратора 7 и к второму входу блока 4 уставок, реле времени 8, выход которого соединен со входами установки на нуль блока вычитания 2, счетчика импульсов 3 и цифроаналогового

5 преобразователя 9, выпрямитель 10 и исполнительный орган 11, второй 12 и третье 13 реле времени, второй выпрямитель 14, логический элемент ИЛИ 15, блок индикации 16, второй компаратор 17, полосовой

0 фильтр 18, блок сравнения 19, пороговый элемент 20, блок компенсации 21, первый 22, второй 23, третий 24 трансформаторы тока, дроссель 25 и разделительный конденсатор 26, при этом один вывод конденсато5 ра соединен с клеммой 27 для подключения к цепи возбуждения, а другой через дроссель 25 с первым выходом цифроаналогового преобразователя 9 и через блок компенсации 21, состоящего из последова0 тельно соединенных резистора 28 и конденсатора 29, первичные обмотки первого 22, второго 23 и третьего 24 трансформаторов тока с клеммой 30 для подключения релейной щетки, а вывод от середины первичной

5 обмотки второго 23 трансформатора тока соединен со вторым выходом цифроаналогового преобразователя 9, вторичная обмотка второго 23 трансформатора тока через полосовой фильтр 13 соединена со входами

0 первого 7 и второго 17 компараторов, вторичные обмотки первого 23 и третьего 24 трансформаторов тока через соответственно первый 10 и второй 14 выпрямители соединены с первым и вторым входами блока

5 сравнения 19, выход которого через пороговый элемент 20 подключен ко входу третьего реле времени 13, на выходе которого появляется сигнал Нарушение контакта щетка-вал и соединен с вторым входом вто0 рого 12 реле времени, первый вход которого подключен к выходу блока уставок 4, а выход - с входами исполнительного органа 11, действующего на сигнал или отключение, блок индикации 16 соединен с выходом

5 счетчика импульсов 3, выход первого 7 и компаратора подключен к первому входу логического элемента ИЛИ 15, второй вход которого соединен с третьим выходом цифроаналогового преобразователя 9, выход логического элемента ИЛИ 15 соединен со

входом первого реле времени 8, выход второго компаратора 17 соединен со входом управления замыкающего ключа 1, вход которого связан с выходом размыкающего ключа 5 и первым входом цифроаналогового преобразователя 9, а его второй вход подключен к дополнительному выходу генератора 6. Цепь возбуждения представлена на чертеже обмоткой возбуждения 31, сопротивлением изоляции 32 и емкостью 33 отно- сительно земли (корпуса).

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение пониженной частоты с дополнительного выхода ге- нератора 6 поступает на второй вход цифроаналогового преобразователя ЦАП 9, являющегося входом опорного напряжения. Прямоугольные импульсы с частотой примерно в 100 раз больше, чем напряже- ние с дополнительного выхода генератора, 6 через размыкающий ключ 5 поступают на цифровые входы ЦАП 9 и на вход замыкающего ключа 1. Каждому импульсу, поступающему на вход ЦАП 9, соответствует вполне определенная по величине ступень напряжения на выходе. Это напряжение накладывается на цепь возбуждения 31-33 и на блок компенсации 21. При хорошей изоляции цепи возбуждения элементы блока компенса- ции 28 и 29 подбираются так, чтобы напряжение на выходе полосового фильтра было наименьшим (напряжение небаланса).

При хорошей изоляции цепи возбуждения компараторы 7 и 17 не срабатывают, и импульсы от генератора 6 на блок вычитания 2 не поступают, и исполнительный орган 11 не срабатывает. Если напряжение достигло на первом выходе ЦАП 9 максимального значения, на третьем выходе по- является сигнал, реле времени 8 срабатывает и на его выходе появляется импульс обнуления. При пониженном сопротивлении изоляции, сначала срабатывает компаратор 18, ключ 1 замыкается. Импуль- сы поступают на блок вычитания 2. Здесь вычитается из общего числа импульсов, поступающих на вход блока вычитания количество импульсов, пропорциональное внутреннему сопротивлению источника на- кладываемого напряжения (сюда входит сопротивление дросселя 25 и внутреннее сопротивление выходного каскада ЦАП 9). Импульсы с выхода блока вычитания 2 поступают на счетчик импульсов 3.

После срабатывания компаратора 7, размыкается ключ 5 и импульсы на входы ключа 1 и ЦАП 9 не поступают, а на выходе последнего устанавливается неизменное по величине напряжение. В блоке уставок 4

происходит сравнение двоичного хода количества импульсов, поступивших на вход сигнала импульсов 3 с заданным значением, если это значение меньше записанного (заданного) в блоке уставок 4, реле времени 12 срабатывает и на выходе исполнительного органа 11 появляется сигнал, а в блоке индикации 16 индицируется сопротивление изоляции. После срабатывания реле времени 8, импульс обнуления поступает на входы установки на нуль ЦАП 9, блока вычитания 2 и счетчика импульсов 3. Компараторы 7 и 17 возвращаются в исходное состояние и весь цикл повторяется.

Выходное напряжение ЦАП 9 в момент срабатывания компаратора 7

11вых п Ди,

где п - число импульсов поступивших на вход ЦАП;

ДП - напряжение одной ступени.

Напряжение на выходе ЦАП в момент срабатывания компенсатора 17

Увых n AU,

где п - число импульсов, поступивших на вход ЦАП в момент срабатывания компаратора 17.

Разность этих напряжений

U IW - ивых AU(n - п )

Риз + RBH AU(n - n )K, где К - коэффициент пропорциональности:

А

К

где А - постоянная величина, 11 и la - фиксированные токи через сопротивление изоляции при срабатывании компараторов 7 и 17;

RM3 K(AUn-n AU)-UBH

но

Рвн Д UnBB

где ПБВ - уставка блока вычитания, тогда

Риз К AU(n - п - ПБВ).

Из работы устройства следует, что на вход счетчика импульсов поступает число импульсов

Ап п -п ПБЗ

Принимая произведения КДи 0,1 кОм, окончательно получим

RM3 0,1 -Лл КОм

При нарушении контакта щетка-вал турбогенератора напряжение на выходе выпрямителя 10 становится больше напряжения на выходе выпрямителя 14, появляется сигнал на выходе блока сравнения 19, срабатывает пороговый элемент 20 с выдержкой времени реле времени 13, которое своим сигналом блокирует работу реле времени 12, что исключает ложную работу устройства и сигнализирует о нарушении контакта щетка-вал.

Применение настоящего устройства по сравнению с известным позволяет исключить ложную работу при нарушении контакта щетка-вал, выявлять снижение изоляции на ранней стадии, что облегчает эксплуатацию систем возбуждения.

Устройство может быть легко связано с управляющим микропроцессором, а использование устройства совместно с блоком индикации позволит осуществить непрерывный контроль изоляции цепи возбуждения.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и я

Устройство для защиты цепей возбуждения от замыкания на землю в одной точке, содержащее замыкающий ключ, выход которого через последовательно соединенные блок вычитания и счетчик соединен с входом блока уставок, вход размыкающего ключа подключен к выходу генератора, а вход управления ключа - к выходу первого компаратора и к второму входу блока уставок, выход первого реле времени соединен с входами установки на нуль блока вычитания, счетчика импульсов и цифроаналогово- го преобразователя, выпрямитель и исполнительный орган, отличающее - с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения сопротивления изоляции, дополнительно введены второе и третье реле времени, второй выпрямитель,

логический элемент ИЛИ, блок индикации, второй компаратор, полосовой фильтр, блок сравнения, пороговый элемент, блок компенсации, первый, второй, третий трансформаторы тока, дроссель и разделительный конденсатор, при этом один вывод конденсатора соединен с клеммой для подключения к цепи возбуждения, а другой через дроссель - с первым выходом

цифроаналогового преобразователя, и через блок компенсации, состоящий из последовательно соединенных резистора и конденсатора, соединен через первичные обмотки первого, второго и третьего трансформаторов тока с клеммой для подключения релейной щетки, а вывод середины первичной обмотки второго трансформатора тока соединен с вторым выходом цифро- аналогового преобразователя, вторичная

обмотка второго трансформатора тока через полосовой фильтр соединена с входами первого и второго компараторов, вторичные обмотки первого и третьего трансформаторов тока через соответственно первый и второй выпрямители соединены с первым и вторым входами блока сравнения, выход которого через пороговый элемент подключен к входу третьего реле времени, на выходе которого появляется сигнал нарушение

контакта щетка-вал, и соединен с вторым входом второго реле времени, первый вход которого подключен к выходу блока уставок, а выход - с входом исполнительного органа, действующего на сигнал или отключение,

блок индикации соединен с выходом счетчика импульсов, выход первого компаратора подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с третьим выходом цифроаналогового преобразователя, выход логического элемента ИЛИ соединен с входом первого реле времени, выход второго компаратора соединен с входом управления замыкающего ключа, вход которого связан с выходом размыкающего

ключа и первым входом цифроаналогового преобразователя, а его второй вход подключен к дополнительному выходу генератора.

Использование: в устройствах релейной защиты электрооборудования для повышения быстродействия и точности измерения сопротивления изоляции. Сущность изобретения: при хорошей изоляции цепи возбуждения компараторы 7 и 17 не срабатывают, импульсы от генератора 6 на блок вычисления 2 не поступают. Если сопротивление изоляции понижено, сначала срабатывает компаратор 17, ключ 1 замыкается, Импульсы поступают на блок вычитания 2. Здесь вычитается из общего числа импульсов, поступающих на вход блока вычитания, количество импульсов, пропорциональное внутреннему сопротивлению источника накладываемого напряжения. Импульсы с выхода блока вычитания 2 поступают на счетчик импульсов 3. После срабатывания компаратора 7 размыкаются ключ 5, и импульсы на входы ключа 1 и ЦАП 9 не поступают, а на выходе последнего устанавливается неизменное по величине напряжение. В блоке уставок 4 происходит сравнение двоичного кода количества импульсов, поступающих на вход счетчика импульсов 3, с заданным значением, и, если это значение меньше записанного (Заданного) в блоке уставок 4, реле времени сраба- тывает, и на выходе исполнительного органа 11 появляется сигнал, а в блоке 16 индицируется сопротивление изоляции. При нарушении контакта щетка-вал турбогенератора напряжение на выходе выпрямителя 10 становится больше напряжения на выходе выпрямителя 14, появляется сигнал на выходе блока сравнения 19, срабатывает пороговый элемент 20 с выдержкой времени реле времени 13, которое своим сигналом блокирует работу реле времени 12, что исключает ложную работу устройства и сигнализирует о нарушении контакта щетка-вал. 1 ил. Ё VI 00 С ел 00 о