Устройство для защиты статора генератора от замыкания на землю

ВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Всесоюзн ы й научно-исследо вател ьский институт электроэнергетики и Черепецкая ГРЭС(56) Авторское свидетельство СССР ЛЬ 970545, кл. Н 02 Н 7/06, 1978.Авторское свидетельство СССР Мт 1259393, кл, Н 02 Н 7/06, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ (57) Использование: устройства релейной защиты. Увеличение диапазона измерения сопротивления изоляции и расширение фун кцион ал ьн ых возможностей. Сущность изобретения: при глубоком снижении сопротивления изоляции на выходе блока 15 уставок и на обоих выходах исполнительного органа 8 появляется логическая единица 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, измерительный трансформатор напряжения и разделительный конденсатор, вклю енный между нейтралью и землей, Ухудшение изоляции фиксируется по величине тощНВДцствткРм известноГО устрдйсгтва Яр= ляЕтЕя НЕвозмокнрсть Прямого Контраля 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 б 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,проводимости изоляции обмоток статора генератора с непосредственным водяным охлаждением, Это связано стем, что удельная проводимость дистиллята в условиях эксплуатации изменяется в широких пределах и, следовательно, также изменяется и эквивалентное сопротивление системы охлаждения обмотки статора, приводящее к таму, что не представляется возможным однозначно отстроиться от шунтирующего действия дистиллята, а поэтому при ухудшении его качества возможна ложная работа устройства, Н устройстве Ие предусмотрено5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 прямое измерение сопротивления изоляции, так как измеряемый ток находится в обратно пропорциональной зависимости от сопротивления изоляции, что приводит к сужению диапазона измерения сопротивления.Известно устройство защиты, которое также основано на наложении постоянного напряжения на защищаемую цепь. В этом устройстве с помощью одного блока нелинейности 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 проводимости 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 значений сопротивления изоляции,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для релейной защиты блока генератор-трансформатор от увеличения проводимости, содержащее измерительный трансформатор напряжения, подключенный к выводам обмотки статора, конденсатор, включенный между нейтралью первичной обмотки измерительного трансформатора напряжения и землей, источник накладываемого постоянного напряжения, подсоединенный одним полюсом к нейтрали первичной обмотки трансформатора напряжения, а другим - через преобразователь 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 измерительного трансформатора 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 стабилизирована, 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 дис-иллят. Выход сумматора 9 соединен с входом знаменателя блока 13 деления, на вход числителя которого подается напряжение источника постоянного тока.5 10 15 Блок 13 деления может быть выполнен на аналоговом перемножителе 525 ПС 2 (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 аналогоцифрового 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 компараторах, например, типа К 555 СП 1, в которых сравнивается входной цифровой код с заданным. Устройство работает следующим образом.20 При сопротивлении статора генераторабольше верхнего измеряемого предела, навыходе преобразователя 5 ток-напряжениепоявляется ток= из+ под+ отв,25а на выходе сумматора 10 охл = под+ отв,Ток на выходе сумматора 9 равен разноститокови охл., которая равна из. Так какэта величина мала, то на выходе блока 1деления формируется напряжение, пропорциональное значению сопротивления изоляции, и больше верхнего пределааналого-цифрового преобразователя (АЦП)14. Блок 16 индикации показывает, что значение сопротивления изоляции больше верхнего предела, На выходах блок 15 уставоксигналы отсутствуют. Если сопротивлениеизоляции снизилось ниже верхнего измеряемого предела, но больше срабатывания40 блока уста вок, то напряжение на выходеблока 13 деления находится в пределах диапазона обработки сигнала АЦП 14, на выходе которого двоичный код соответствуетзначению сопротивления изоляции, больше45 верхнего предела. На выходах блока 15 ус. тавок сигналы отсутствуют. Если сопротивление изоляции снизилось ниже верхнегоизмеряемого предела, но больше срабатывания блока установок, то напряжение навыходе 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 егозначение. На выходах блока 15 уставок сигналы отсутствуют. Снижение сопротивления изоляции ниже порога срабатываниясигнальной ступени блока 15 уставок приводится к появлению на обоих выходах блока8 логической единицы и защита отключает1737607 45 50 55 генератор его от сети и сигнализирует обэтом, а также в блоке индикации индицируется значение сопротивления изоляции.При переходных режимах замыкания наземлю через перемежающуюся дугу, когда 5на разделительном конденсаторе 4 возникают перенапряжения, полярность которыхсовпадает, с полярностью источника 6 накладываемого постоянного напряжения,разделительный конденсатор 4 становится 10источником ЭДС, напряжение которогопревосходит напряжение источника накладываемого напряжения, При этом вновьвозникший источник ЭДС вызывает протекание тока в преобразователе ток-напряжение в направлении, противоположном токуналожения источника 6 напряжения в установившемся режиме, В этом случае срабатывает пороговый элемент 7, на выходекоторого появляется логическая единица, 20появление которой на первом входе исполнительного органа вызывает отключения генератора от сети,Технико-экономический эффект от использования данного устройства состоит в 25том, что оно позволяет обеспечить раннююдиагностику изоляции статора генератора идает возможность оперативному персоналупринять необходимые меры для того, чтобыизбежать аварийного отключения генератора и связанного с этим недоотпуском электроэнергии потребителям,Формула изобретенияУстройство для защиты статора генера тора от замыкания на землю, содержащее конденсатор, включенный между зажимами для подключения к нейтрали первичных обмоток измерительного трансформатора на 40 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,отл и чаю щееся тем,что, с целью увеличения диапазона измерения сопротивления изоляции и расширения функциональных возможностей устройства, дополнительно введены пороговый элемент, блок уста вок, 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.1737607Составитель С,Евдокимов едактор С.Лисина, Техред У.Моргенталектор Н.Король аз 1900 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101