Устройство для защиты синхронного генератора от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения Советский патент 1982 года по МПК H02H7/06 

расположения места замыкания. Это свя зано со следующим. Чуйствительность защиты, характеризуемая значением переходного сопротивления trt , ив которое, она реагирует, определяется выражением J- -. JucT. -Ш ot. ). где ОСР - ток срабатывания реле тока; М - напряжение вспомогательного игт источника; и . - напряжение между точкой замыкания и точкой присоединен вспомогательного источника} Гр - сопротивление обмотки реле тока. Первое из слагаемых числителя - напряжение вспомогателйного источника практ1гчески изменяется незначительно (±10-15%). Второе слагаемое - напряжение в месте повреждения - величина перемершая и меняется от О до минимал ного напряжения возбуждения и не може быть непосредственно измерена. Для мо ных генераторов номинальное напряжени возбуждения нревышает напряжение вспо могательного источника в 3-6 раз (например, при напрялсении вспомогательног источника UH.-T - ® учета со противле1шя обмотки реле тока имеем Г - Цист ) Так как защита срабатьшает при одном и том же значении тока, то первое слагаемое есть величина постоянная, а второе слагаемое - величина переменная и может превышать постоянную - величину в 6 раз. Следовательно, величина переходного сопротивления, при котором работает защита, может отличаться от истшшогчэ в 7 раз. При замыкании на землю в любом месте обмотюи возбужде ния невозбужденного генератора, зашита имеет минимальную чувствительность к переходным сопротивдениям Цель изобретения - повышение точности рзаботы защиты за счет исключени зависимости чувствительности от места замьпсания и величины напряжения цепи возбуждения синхронных генераторов. Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для защиты синхронного генераачэра от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения, содержащее реле времени, вход кото го связан с выходом компаратора, один ИЗ входов .компаратора связан с отрицате ным вьтодом выпрямителя и исполнительный орган, дополнительно содержит нуль-индикатор, цифроаналоговый преобразователь, генератор прямоугольных импульсов, первый, второй и третий ключи, блок вычитания, счетчик импульсов, дешифратор и блок уставок, при этом генератора прямоугольных импульсов соединен с входами цифроаналогового преобразователя, первого и второго ключей, входы управления последних и вход останова цифроаналогового преобразователя подсоединены к выходу компаратора, к которому подключен также пусковой вход 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 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 одним вьшодом к заземлению,. а вторым - к компаратору, положительный вьтод выпрямителя соединен с положительным вьшодом обмотки возбуждения, выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом вьшрямителя, выход блока ус(гавок подключен к входу исполнительного органа, выход реле времени, входы установка на нуль блока-уставок, счетчика импульсов, блока вычитания и цифроаналогового преобразователя объединены между собой и с выходами перепотаения цифрйаналогового преобразователя и счетчика импульсов. На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - напряжение на выходе преобразователя. Источник возбуждения 1 подключен к обмотке возбуждения 2 синхронного генера тора. Обмотка и источник возбуждения синхронного генератора имеют относительно земли (корпуса) переходное сопротивление изоляции 3 и распределительную емкость, представленную на блок-юхеме. сосредоточенной емкостью 4. Положительный вьтод вьшрямителя 5 соединен с положительным вьюодом обмотки возбуждения синхронного генератора и источника возбуждения, .а отрицательный выход через ко.мпаратор 6 и нуль щдикатор 7 соединен с контуром заземления, В компараторе происходит сравнение тока, протекающего по контуру: сопротивление изоляции обмот ка возбуждения, вьшрямитель, компаратор 1Чль-шщикатор, контур заземления с заданным значением тока. В нуль-индикаторе сравнивается ток, протекающий по опи санному выше контуру, с заданным значением тока. Он срабатывает при изменении отрицательной полярности тока на положительную. Вход выпрямителя соединен с. выходом цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 8 и ШШ 8 служит для преобразования входных импульсов в ступенчатое напряжение на выходе. Основной вход ЦАП подключен к генератору прямоугольных импульсов 9. Каждо импуль- су, поступающему на этот вход, соответ счдаует определенная ступень ли в выход ном напряжении. Вход останова соединен с выходом компаратора и служит для прекращения нарастания выходного напряжени при поступлении очередных импульсов на основной вход. Вход установки на нуль и вькод переполнения ЦДП соединены вместе и объединяются с выходом реле 1О времени, выходом переполнения счетчика 11, входами установки в нулевое состояние счетчика импульсов, блока 12 вычитания и блока 13 уставок. Вход установк на нуль ЦАП служит для установки на вы ходе нулевого потенциала а на выходе переполнения появится импульс в том слу чае, когда напряжение на выходе ЦДЛ . достигло максимума, а на основной вход проходит последующий импульс. Основные входы электронных ключей 14 и 15 подключены к выходу генератора 9 прямоугольных импульсов, входы управления ключами подключены к выходу компаратора 6. Выход ключа 15 соединен с входом ключа 16, а вход управления ключа 16 соединен с выходом нупь-индикатора 8. Реле 10 времени своим входом соединено с выходом ключа 14. Блок 12 вычи тания предназначен для вычитания из общего числа импульсов, поступивших на. его вход, числа импульсов, соответствующего уставке блока и пропорционального суммарному внутреннему сопротивлению вьщрямителя, компаратора и нуль-индикатора (l VtVTP ° входу установки, в нуЛевое состояние осуществляется сброс записанного (уставки) числа импульсов перед каждым новым циклом работы устройства. Вход блока 12 вычитания соединен с выходом ключа 16. Счетчик 11 импульсов подсчитывает количество импульсов, пропорциональное переходному сопротивлению изоляции. Вход установки в нулевое состохшие и выход переполне- ия блока 11 объединены и соединены с выходом реле 10 времени, выходом ереполнения ЦАП 8, входами установки в нулевое состояние ЦАП, блока вычитания и блока уставок. Икшульс переполнения появится на указанном выходе блока 11 после прихода на вход очередного импульса, и счетчик возвратится в исходное состояние (нулевое). Вход дешифратора 17 соединен с основньтм выходом счетчика 11. В блоке 13 устгивки осуществляется сравнение величины переходного сопротивления изоляшш с уставкой защктьь Первъгй вход блока уставок соединен с выходом дешифратора 17, второй вход - с въкодом нульнащдикатора 7, пусковой вход - с выходом KbMnapaixjpa 6. Исполнительный орган 18 запомюшет импульс, проходящий с выхода блока 13 уставок. Работа устройства рассматривается в следующих четырех случаях: переходкое сопротивление изоляции цепи возбуждения приближается к бесконечности; переходное сопротивление изоляции меньше порога чувствительности устройства, но больше предельного измеряемого ссетротивления; пер.еходное сопро-гавление изоляции бооплие . сопротивления уставок, но меньше предедь ного измеряемого сопротивлений} переходное сопротивление изозмдйи меньше сопротивления уставки. Переходное сопротивлетие изоляции цепи возбуждения приближается к бесконечности. Импульсы от генератора прямоугольных импульсов 9, работающего неирерыь-, но, поступа рт на вход ЦАП 8, на вход . разомкнутого ключа 14 и на вход ключа 16 через за1лкнутый ключ 15. Выходное прямоугольное напряжение, промодулированное ступенчатым напряжением (фиг. 2) преобразователя 8 поступает на вход вь прямителя 5. Выпрямленное ступенчатое напряжение прикладъшается к обмотке цепи возбуждения. Гак как напряжение имеет ступенчатую форму, то с появлением новой ступени начинает протекать зар5зднъ1й ток по контуру: выпрямитель, компаратор, нуль-индикатор, заземление и емкость цепи возбуждения. Время между двумя импульс.ами генератора, и, следовательно, длительность одной ступенк, выбрано так, что за это время емкость цепи возбуждения полностью зарядится. Компаратор и нуль-индикатор вьшолнены так, что они могут срабатывать только перед началом новой ступени и, следовательно, не реагирует на зарядный ток.

Импульсы, приходящие на вход преобразователя 8, вьюывают повышение напря-. жения на его выходе, а, следовательно, и на выходе, выпрямителя 5, Однако величина максимального выходного напря- 5 жения Бьшрямителя вследствие высокого сопротивления изоляции недостаточна для ; получения в цепи нуль-индикатора и компаратора тока, необходимого для их сраба- . тывания, и сигнал на их выходе отсутст - О вует. После прихода у -го импульса на вход преобразователя, напряжение на BI ходе достигает максимального значения, а после прихода ( И )-го импульса на выходе переполнения появляется сигна который устанавливает в нулевое состояние блок-уставок, счетчик импульсов, и блок вычитания. Так как на входы этих блоков никакой информации за время цикла работы не поступало, то этот сигнал не изменит состоящие блоков. Однако если на вход какого-нибудь блока поступила помеха, то сигнал установки в нулевое состояние установит блок в нулевое состо ние. Таким образом, повышается помехозащищенность устройства защиты. С приходом последующего импульсу описанный процесс начинается сначала. На выходе исполнительного органа сигнала нет и устройство защиты не срабатывает. Максимальное напряжение на выходе выпрямителя

J BblXNVWC, ГЛОК-С,

; - максимальное число ступеней щэеобразователя, равное числу импульсов на его входе, - напряжение одной ступени. Переходное сопротивление изоляции меньше порога.чувствительности устройства, но больше предельного изме ряемого сопротивления. Как и в первом случае вьшрямленное напряжение накладьшается на цепь возбуждения и ступенчато возрастает, G рос том ступенчатогч напряжения наступит момент, когда ток в нуль-индикаторе изменит направление, и в момент его перехода через нуль на выходе нуль -индикато ра появится сигнал, вызьтающий замыкание электронного ключа 16, Прямоугольные импульсы поступают- на вход блока 12 вычитания. На выходе блока вычитани импульсы появятся в том случае, когда число импульсов превысит уставку этого блока 7, С выхода блока вычитания импульсы поступают на вход счетчика 11 импульсов, через дешифратор 17 на

блок 13 уставок. При превышении числа импульсов, поступивших на счетчик, его емкости, на выходе переполнения появляется сигнал, который устанавливает в ну-, левое состояние блока 13 уставок, 11АП 8 и блок 12 вычитания. С приходом послерутощего импульса описанный процесс начинается сначала. Так как величина сопротивления изоляции превышала величину уставки, то на выходе блока уставок и исполнительного йргана сигналов не было и устройство защиты не срабатывает.

Переходное сопротивление изоляции

уставок, счетчика импульсЬв, блока вычитания и ШШ. С приходом последующего больше сопротивления уставки, но меньше предельного измеряемого сопротивления. Т Цикл работы устройства начинается как и в предьщущем случае. Однако когда ток в цепи нуль-вддикатора, компаратора, выпрямителя и переходного сопротив« ления изоляции станет равным заданному значению 3 j, на выходе koMnapaTopa появится сигнал, при этом ключ 14 замыкается, а ключ 15 размыкается, и на выходе преобразователя 8 напряжение перестанет расти. Импульсы не будут поступать на счетчик 11 икшульсов, так как ключ 15 разомкнут. Через замкнутый ключ 14 прямоугольные импульсы поступают на реле 1О времени и при достижении заданной уставки формируется сигнал установки в нулевое соетояние блока импульса описанный процесс начинается сначала. Так как величина сопротивления изоляции больше величины уставок, то на выходе блока уставок и исполнитега ного органа сигналов не бьшо, устройство защиты не срабатывает, Покажем, что количество импульсов пропорционально величине сопротивления изоляции. Выходное напряжение выпрямителя в момент срабатътания компаратора 6 %х--ИАи. - выходное нйшряжение вьшрямителя;И - число импульсов, поступивших на вход ШШ; ди - напряжение одной ступени. Напряжение на выходе вьшрямитепя в момент срабатътания нуль-индикатора , ибмх и, где VI - число импульсов, поступивших ва вход ЦАП, с начала цикла до момента срабатьтания нуль-4пздикатора. Разностй этих напряжений J--JuWx-Uebjx U,,,., . Ранее было показано, что сопротквле ние изоляции пропорционально напряжени Ij , поэтому n bHVrp..M-H) -величина переходного сопроти ления ИЗОЛЯЦИИ -суммарное эквивалентное сопротивление выпрямителя, ком паратора и нуль-индикатора; I/ .- коэффициент пропррциональнос Гтд-(л1) ). Уставка блока 12 настраивается так, чтобы соблюдалось условие BHVrp- UMgg, где Ига - уставка блока питания. Тогда (V -W-nee.) Вьаие было nojtaaaHo, что счетчик 11 импульсов 4яксирует количесавво импульсов от генератора прямоугольных импульсов за вычетом количества импульсов от генератора 9 прямоугольных импульсов до момента срабатьшания нульиндикатора 7 и количества импульсов, записанных в блоке, 12 вычитания, т.е. ; Следовательно, счетчик импульсов фиксирует количество импульсов пропорциональное сопротивлению изоляци Гп . Принимая коэффициент О,1 кО получим V-O.- -McnCKOfAl , где у - число импульсов, фиксируемое счетчикам 11 импульсов. Г Проведенный анализ показывает, что для данного устройства не требуется генератор прямоугольных импульсов со стабиль ной частотой, так как величина переходного сопротивления изоляции пропорциональна количеству импульсов, а не их частоте следования. Переходное сопротивление изоляции меньше сопротивления уставок. Устройство работает как и в преды- , дущем случае. Однако если в случае тре следующих один за другим циклов работы 9 4.10 устройства величина переходного сопротивления изоп5шии остается меньше или равной уставке, то на выходе бпока уста вок появится сигнал и на выходе испол- „ тельного органа 8 сформируется импульс. Это необходимо для того, чтобы отстроиться от переходных процессов в системе возбуждения. Если за время трех циклов работы устройства защиты величина переходного сопротивления изоляции окажется больше сопротивления уставок, то на выходе блока уставок сш нала не будет. Во время следующего цикла работы устройства сигнал с нуль- индикатора сотрет информацию, запом- ненную ранее в блоке уставок в течениетех циклов работы устройства, когда величина переходного сопротивления изоляции была равна или меньще уставки защиты. После появлений сигнала на ыходе исполнительного органа повторяется очередной цикл работы устройства защиты. Таким образом, предлагаемые способ и устройство для защиты синхронных генераторов от замьпсаний на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения не имеет зависимости чувствительности оТ места и величины напряжения цетги возбукденил Применение :в эксплуатации данного устройства позволяет значительно увеличить чувствительность защиты по сравнению с применяемым в настоящее время для этой цели устройством типа КЗР-3. Предлагаемое устройство может легко быть связано с управляющими микропроцессорами, и использование устройства совместно с блоком индикации позволит . осуществить непрерывный контроль изоляции цепи возбуждения. Формула изобретения Устройство для защиты синхронного генератора от замьпшния 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 вьшрямителя и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности путем исключения зависимости чувствительности от места замыкания и величи- ны напряжения цепи возбуждения, оно дополнительно содержит нуль-индикатор, цифроаналоговый преобразователь,. гене- ратор прямоугольных импульсов, первый.

второй н третий ключи, блок вычитания, счетчик импульсов, дешифратор и блок

уставок, при этом выход renepaTopia прямоугольных импульсов соединен с входами аифроаналогового преобразователя, $ первого и второго ключей, входы управлем ния последних и вход останова цифроана- логового преобразователя подсоединены к выходу компаратора, к которому подключен также пусковой вход блока уста- 10 вок выход первого ключа соединен с входом реле времени, вьпсод второго ключа через третий ключ соединен с основным входом блока вьиитаяия, выход которого соединен с основным входом счетчика ts импульсов, основной вьгход которого через дешифратор подключен к первому входу блока уставок, второй вход которого и управляющий вход третьего ключа соединены с выходом нуль-ивдикатора, 20 подключенного выводом к заземлению, а вторым - к компаратору, полоителыалй вывод вьшрямителя соединен с положительным вьтодом обмотки возбуждения, вькод цифроаналЬгового прео&- 25 азователя соединен с входом вьшрямителя, выход блока уставок подключен к

входу исполнительного органа, выход реОе времени, входы установки на нуль . блока уставок, счетчика импульсов, блок вычитания н пифроаналотювого преобразователя объединены между собой и с выходами переполнения цифроаналогового преобразователя и счетчика импульсов.

Источники ннформашш, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское сввдетельство № 189594, ки. Н 02 F 7AD6, 1966

2.Авторское свидетельство СССР № 612338, кл. Н О2 Н 7/06, 1978.

3.Гуганов Д В. Чувствительная защита цепей возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов от замыкания на землю в одной точке. Опыт эксплуатации релейной защи1Ы, автоматики и телемеханики в системе Днепроэнерго, БТИ ОРГРЭС, 1964, с. 92-96.

4.Патент ФРГ № 2545325, кл. С O1R 27/18/ 1979.

5.Авторское свидетельство СССР № 402114, кл. Н О2 Н 7/О6, 1973.

6.Руководящие указания по релейной защите, вьш. 5, 1963, с. 39,

j-,i0i-фиг.2