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

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты синхронных генераторов.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности определения сопротивления изоляции.

Измерение тока в цепи вспомогательного источника напряжения и напряжения на переходном сопротивлении изоляции позволяет повысить точность определения величины сопротивления изоляции независимо от величины .емкости цепи возбуждения и величины напряжения вспомогательного-источника напряжения. Вве- дение тактового генератора позволяет периодичехки обнулять счетчик импульсов и, если число импульсов превысит законное

число (установленное в счетчике импульсов) за период тактового генератора, то на выходе блока фиксации нарушения контакта щетка-вал генератора появляется сигнал, и сигнал будет отсутствовать, если число импульсов будет меньше заданного числа, т.е. повышается достоверность обнаружения нарушения контакта щетка-вал генератора. Введение элемента И позволяет повысить помехозащищенность блока фиксации.

На чертеже приведена структурная схема устройства, состоящая из вспомогательного источника напряжения 1, вывод которого через трансформатор тока 2, дроссель 3 и конденсатор 4. соединен с зажимом 5 для подключения к цепи возбуждения, выход трансформа тора тока 2 через первый

00

о о

СП

N

Ч

полосовой фильтр 6 соединен с первым входом блока перемножения 7. Вход преобразователя напряжение-напряжение 8 соединен с зажимом 5 для подключения к цепи возбуждения, выход преобразователя напряжение-напряжение через второй полосовой фильтр 9 соединен с вторым входом блока перемножения 7 и через квадратор 10 с входом числителя блока деления 11, вход знаменателя которого через фильтр низкой частоты 12 соединен с выходом блока перемножения 7. Выход блока деления 11 соединен с блоком индикации 13 и входом исполнительного органа 14, состоящего из двух идентичных каналов, содержащих по- следовательно соединенные первый 15 и второй 16 реагирующие элементы и первый 17 и второй 18 элементы выдержки времени. Выходы последних являются выходами исполнительного органа, а входы блоки- ровки элементом выдержки времени объединены. Блок 19 фиксации нарушения контакта щетка-вал генератора состоит из блока 20 выделения приращения тока (дифференцирующего звена), вход которого я в- л яется входом блока 19 фиксации нарушения контакта щетка-вал генератора, а выход блока 20 через первый 21 и второй 22 пороговые элементы соединен соответственно с первым и вторым входами тригге- ра 23, выход которою соединен с счетным входом счетчика импульсов 24 и через третий элемент выдержки времени 25 с первым входом элемента ИЛИ 26. Выход тактового генератора -27 соединен с входом сброса счетчика импульсов 24 и через логический элемент 28 .И с вторым входом элемента ИЛИ, на выходе которого появляется сигнал Нарушение контакта щетка-вал, выход счетчика 25 соединен с вторым входом эле- мента И. Выход второго полосового фильтра 9 через первый компаратор 29, элемент ЗАПРЕТ 30 подсоединен к входу четвертого элемента выдержки времени 31, выход которого действует на цепь отключения гене- ратора. Вход блокировки элемента ЗАПРЕТ 30 подключен к входу блокировки исполнительного элемента 14 и выходу второго компаратора 32, а сигнал с выхода последнего говорит о неисправности защиты. Вход ком- паратора 32 подключен к выходу источника наложенного переменного напряжения 1. Цель возбуждения представлена обмоткой возбуждения 33, емкостью 34 и сопротивлением 35 относительно контура, заземления (земли).

Устройство работает следующим образом. Вспомогательный источник 1 напряжения с частотой f присоединен через

первичную обмотку трансформатора тока 2, дроссель 3 и разделительный конденсатор 4 к зажиму 5 цепи возбуждения. Под действи-. ем вспомогательного источника 1 через емкость 34 цепи возбуждения Св и активное сопротивление 35 изоляции цепи возбуждения протекает ток I частоты f. Дроссель 3 и разделительный конденсатор 4 образуют фильтр, настроенный на частоту f вспомогательного источника 1. Ток выхода трансформатора тока 2 через первый полосовой фильтр 6 поступает на первый вход блока перемножения 7, на второй вход которого через преобразователь напряжение-напряжение 8 и второй полосовой фильтр 9 подается напряжение, которое накладывается на цепь возбуждения, т.е. то напряжение, которое приложено к сопротивлению изоляции. Такое подключение позволяет не учитывать колебание напряжения вспомогательного источника, падение напряжения в активном сопротивлении дросселя при изменении величины емкости цепи возбуждения 34 и величины сопротивления изоляций 35. На выходе блока перемножения 7 напряжение пропорционально полной мощности. Из теоретических основ электротехники известно, что нагрузка носит активно-емкостный (индуктивный) характер, то напряжение на выходе блока перемножения 7 будет иметь переменную и постоянную составляющие, при этом постоянная составляющая пропорциональна активной мощности. Поэтому напряжение на выходе фильтра низкой частоты 12 пропорционально активной мощности, и подается на вход числителя блока 11 деления, на вход знаменателя которого подается напряжение, пропорциональное квадрату напряжения U , накладываемого на цепь возбуждения с выхода квадратора 10. Напряжение на выходе блока 11 деления будет.пропорционально

отношению

U

Риз т.е. сопротивление

изоляции цепи возбуждения. Это напряжение поступает на вход блока индикации 13, где отображается величина сопротивления изоляции, и на вход исполнительного органа 14. В реагирующих .элементах 15 и 16 исполнительного органа 14 происходит сравнение выходного напряжения блока 11 с заданным значением и, если оно превышает последнее, то на выходе исполнительного органа 14 появляется напряжение на сигнал или отключение. Если величина сопротивления изоляции будет близка к нулю (металлическое замыкание), то напряжение на сопротивлении изоляции будет также близко к нулю. К нулю приближается и активная мощность. Поэтому на входах блока 11 напряжение будет приближаться к нулю, что может привести к отказу устройства защиты, т.к. это приведет к неопределенности

Риз - . Для того чтобы это исключить, на

выходе второго полосового фильтра 9 вводится первый компаратор 29, при срабатывании которого сигнал через элемент ЗАПРЕТ 30 и четвертый элемент выдержки времени 31 действует на цепь отключения генератора. Напряжение срабатывания компаратора 29 выбирается меньше половины напряжения вспомогательного источников 1, а выдержка времени элемента выдержки вре- мени 21 выбирается меньше выдержки времени первого элемента выдержки времени 17. Для того, чтобы не было ложного отключения генератора при исчезновении напряжения на выходе вспомогательного источника напряжения 1 включен второй компаратор 32, вход которого соединен с выходом вспомогательного источника напряжения 1, а выход компаратора подключен к входу запрет элемента ЗАПРЕТ 30 и входу блокировки исполнительного органа 14. Появление напряжения на выходе компаратора 32 блокирует устройство защиты, исключая ложную работу, и сигнализирует о неисправности защиты.

Вход блока 19 фиксации нарушения контакта щетка-вал генератора соединен с выходом первого полосового фильтра 6. При нарушении контакта щетка-вал генератора ток изменяется скачком, что приводит к резкому изменению напряжения на выхо- де полосового фильтра 6. Это выявляется блоком 20 выделения приращения тока, на выходе которого появляются кратковременные отрицательные импульсы при исчезновении тока (т.е. при нарушении контакта), и кратковременные положительные импульсы, при возникновении тока в момент восстановления контакта щетка-вал генератора. Вывод блока 20 соединен с входами пороговых элементов 21 и 22, реагирующих на входной сигнал разной полярности, и имеющих регулируемые.уров- ни срабатывания. На выходе триггера 22 устанавливается 1 при поступлении сигнала с выхода порогового элемента 21, а при поступлении сигнала с выхода порогового элемента 22, на выходе триггера 23 устанавливается О. Сигнал с выхода триггера поступает на входы элемента выдержки времени 25 и счетчика 24. Если сигнал на входе элемента выдержки времени 25 присутствует по времени дольше, чем выдерж- -ка времени элемента 25, то на его выходе появляется сигнал, поступающий на вход элемента 26 ИЛИ и на выходе блока 19 появляется сигнал нарушение контакта Щетка-вал. Если нарушение контакта щетка- вал носит неустойчивый характер и количество импульсов, поступающих с выхода триггера 23, превышает уставку счетчика 24 за один такт тактового генератора 27, то на выходе счетчика 24 появляется сигнал, который поступает на первый вход элемента И 28, на другой вход которого поступает сигнал с тактового генератора 27. При поступлении сигнала с выхода элемента И 28 на вход элемента ИЛИ 26 на выходе блока 19 появляется сигнал Нарушение контакта щетка-вал. В случае, если число импульсов меньше уставки счетчика 23, то сигнал на выходе блока 19 будет отсутствовать.

Применение предлагаемого устройства для защиты цепей возбуждения позволяет упростить настройку и эксплуатацию за счет исключения влияния емкости цепи возбуждения, а также более четкого выявления нарушения контакта щетка-вал генератора, а если при нарушении контакта щетка-вал происходит снижение сопротивления изоляции, то работает канал о снижении сопротивления изоляции. При металлическом замыкании на землю отключение генератора происходит с наименьшей выдержкой времени.

Формула изобретения Устройство для защиты синхронного генератора от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения, содержащее вспомогательный источник напряжения, подсоединенный через последовательно включенные трансформатор тока, дроссель и разделительный конденсатор, образующие фильтр, настроенный на частоту вспомогательного источника напряжения, к зажиму для подключения к цепи возбуждения, первый и второй пол.осовые фильтры, при этом вход первого подключен к выходу трансформатора тока, блок индикации, вход которого соединен с входом исполнительного органа, состоящего из двух идентичных каналов, выполненных в виде последовательно соединенных первого и второго реагирующих элементов, первого и второго элементов выдержки времени, выходы последних соответственно являются выходами исполнительного органа, а входы блокировки, элементов выдержки времени объединены и являются входом блокировки исполнительного органа, входом которого являются объединенные входы реагирующих органов, блок фиксации нарушения контакта щетка-вал генератора, состоящий из блока выделения приращения тока, вход которого является входом блока фиксации нарушения .контакта щетка-вал генератора, а выход блока выделения приращения тока

через первый и второй пороговые элементы соединен соответственно с первым и вторым входами триггера, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности определения сопротивления изоляции, дополнительно введены блок перемножения, фильтр низкой частоты, блок деления, преобразователь напряжение-напряжение, квадратор, первый и второй компараторы, элемент ЗАПРЕТ, третий и четвертый элементы выдержки времени, счетчик импульсов, тактовый генератор, ло- гические элемента И и ИЛИ, при этом выход первого полосового фильтра через первый вход блока перемножения, фильтр низкой частоты подсоединен к входу знаменателя блока деления, а вход числителя через квадратор соединен с вторым входом блока перемножения, выходом второго полосового фильтра, входом первого компаратора, а вы- ход которого через элемент ЗАПРЕТ соединен с входом четвертого элемента выдержки времени, вход блокировки элемента ЗАПРЕТ подключен к входу блокировки исполнительного органа и выходу

второго компаратора, вход которого соединен с выходом вспомогательного источника напряжения, вход преобразователя напряжение-напряжение соединен с зажимом для подключения к цепи возбуждения, выход преобразователя напряжение-напряжение соединен с входом.второго полосового фильтра, выход блока деления подключен к входу исполнительного органа, выход первого полосового фильтра соединен с входом блока фиксации нарушения контакта щетка- вал генератора, выход тактового генератора соединен с первым входом элемег а И и входом счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом триггера и , входом третьего элемента выдержки време- ни, выход счетчика импульсов.соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента в.ыдержки времени, на выходе элемента ИЛИ появляется сигнал Нарушение контакта щетка-вал, а выход четвертого элемента выдержки времени действует на цепь отключения генератора.

Назначение: устройство предназначено для защиты цепей возбуждения от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения мощных синхронных генераторов, двигателей, определения сопротивления изоляции и регистрации нарушения контакта щетка-вал релейной и статической щеток. Сущность изобретения заключается в измерении тока в цепи вспомогательного источника напряжения и напряжения на переходном сопротивлении изоляции, что позволяет повысить точность определения величины сопряжения изоляции независима от величины емкости цепи возбуждения и величины напряжения вспомогательного источника напряжения. Введение тактового генератора позволяет периодически обсудить счетчик импульсов, что повышает до- .стоверность обнаружения нарушения контакта щетка-вал генератора, а введение элемента И позволяет повысить помехозащищенность блока фиксации. 1 ил. с/