Устройство для контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю

Союз СоветскихСоцнвпнстнческнхреспублик О П И С А Н И Е ( 1907669ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) УДК 62 316,925(088.8) ве делам изобретений к открытийДата опубликования описания 23.02.82Белорусский ордена Трудового Красного Зна политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАНИТЬ,ОБМОТКИ СТАТСРА БЛОЧНОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЬКАНИЙ НА ЗЕМЛОИзобретение относится к электро.1технике и может быть использовано в области релейной защиты электрических машин для оперативной диагностики состояния статорной изоляции и защиты от замыканий на землю мощных синхронных генераторов,Возрастание единичной мощности генераторов, номинальных токов и напряжений, усложнение конструкций приводит к увеличению возможного ущерба в случае их повреждения. Замыкания на землю в обмотке статора мощных синхронных генераторов, благодаря наличию значительных собственных емкостных связей с землей, способствуют с одной стороны развитию повреждения, с другой, будучи невыявленными из-за отсутствия защиты, либо из-за наличия зон нечувствительности, могут приводить при замыкании на землю во второй точке к тяжелому повреждению генера 1 ора. Для .современной релейной защитыхарактерна тенденция к переходуот защиты, реагирующей на уже происшедшие повреждения, к защите,носящей проФилактический характер,ф В связи с этим приобретает актуальность проблема разработки устройств, выполняющих не толькоФункцию защиты обмотки статорамощных генераторов от замыканийна землю без зон нечувствительности, обладающий повышенным быстродействием и достаточно высокой надежностью, но и позволяющих осуществлятьоперативный контроль состояния ста 15торной изоляции,Известна защита обмотки статораот замыканий на землю, основанные напринципе наложения постоянного или 2 Ввыпрямленного напряжения (тока) отпостороннего источника на защищаемый объект, обладающие рядом весьмасущественных достоинств.Наложение постоянного или выпрямленного напряжения позволяет до"вольно просто осуществить текущийконтроль состояния изоляции, цтоявляется совершенно невозможным прииспользовании других способов защиты. Защиты не имеют зон нечувствительности. Имеется вазможностьполучения высоких параметустройсте,а именно: высокой чувствительности 0и быстродействия. Защиты реагируютна замыкания через большие переходные сопротивления и, что немаловажна,на симметричное ухудшение изоляции.Внутренние процессы е защищаемых 1 ьобьектах мало сказываются на работезащит, что делает ненужным отстройку измерительных органов в нормальном режиме, Работоспособность защитобеспечивается на остановленном оборудовании или работающим на холостомходу.Известна также защита, основаннаяна принципе наложения выпрямленногонапряжения, через нулевые выводы 2трансформаторов напряжения 1 ,Однако недостатком устройства яв-.ляется налицие гальванической связиэлементов защиты и системы гене"раторного напряжения, 30Гальваническая связь не являетсянепосредственной, а осуществляетсячерез высокое индуктивное и активрое сопротивление первичных обмотоктрансформаторов напряжения, ограничивающее в сотни раз переменный ток вцепи заземления нейтрали, обусловленный несимметрией фазных напряженийпри замыканиях на землю на выводахгенератора. Величина этого тока впроводе заземления, измеренная приметаллических замыканиях на выводахгенераторов 165 и 320 ИВт, не превышает 0,1-0,15 А, при этом перенапря"жения (основной довод против применения принципа наложения) достигаютв нейтрали трансформаторов напряжения и на элементах защиты (конденсаторах) значения всего 20-30 В переменной составляющей. Тем не менее,50указанная гальваническая связь представляется нежелательной. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты от замыкания на землю и контроля изоля-. ции электроустановки переменного тока, в котором для обеспе,ения гальванической развязки элементов защиты и системы генераторного напряжения применен разделительный трансформатор, а измерительный орган защиты и орган контроля изоляции включены между первичной обмоткой разделительного трансформатора и выходом источника переменного напряжения21.Недостатком устройства является включение измерительного органа защиты в цепь между источником накладываемого напряжения и разделительным конденсатором вынуждает вводить отстройку защиты по времени от токов заряда конденсатора с целью исключения воэможности ложного срабатывания защиты при подаче накладываемого напряжения или при резких колебаниях напряжения источника питания.Ввиду того, что ток в этой цепи зависит от потенциала на разделительном конденсаторе, постоянная времени разряда которого зависит от велицины переходного сопротивления (при замыкании через это сопротивление), время срабатывания защиты е этом случае становится зависимым от величины переходного сопротивления, цто не позволяет сделать защиту быстродействующей. Не исклюцается также ложное срабатывание защиты при пробое разделительного конденсатора.Включение измерительного органа контроля изоляции в цепь первичной обмотки разделительного трансформатора, применение которого является также усложнением устройства, приводит к необходимости отстройки от тока намагничивания, а также от обратных токов вентилей выпрямителя и токов утечки изоляции элементов и проводников устройства. Необходимость выделения полезно-о сигнала на фоне токов намагничивания, обратных токов и токов утечки резко понижает точность измерения величины сопротивления контролируемой изоляции.Поскольку определение сопротивления изоляции осуществляется измерением тока, величина которого зависит также от значения наложенного напряжения, непредусмотренное отклонение величины последнего от номинального значения внесет погрешность. в измеряемую величину,Цель изобретения - устранение указанных недостатков, т,е, повышение чувствительности, быстродействия, надежности, а также упроще907669 ние устройства при обеспечениибезопасности его эксплуатации,Устройство основано на принципеналожения на цепь статора выпрямленного напряжения через нулевыевыводы первичных обмоток трансФорматоров напряжения и содержитисточник переменного напряжения,выпрямитель, разделительный конденсатор, включенный в цепь заземлениянулевых выводов первичных обмотоктрансформаторов напряжения,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство контроля изоляции и защиты измерительный органвыполнен в виде измерительного преобразователя постоянного тока присоединенного к шунту, включенному междуобъединенной нулевой точкой первичных обмоток трансформаторов напряжения и разделительным конденсатором,авыход измерительного органа черезпоследовательно соединенные цифровойпреобразователь и микро-ЭВИ подключенк исполнительному органу и цифровомуиндикатору. Для защиты разделительного конденсатора от перенапряженийприменен тиристор,катод которого заземлен, анод подключен между токоограничивающим резистором и разделительным диодом, а управляющий электрод - посредством резистора соединен с анодом. Параллельно тиристорув обратном направлении подключендиод,45 50 55 На выходе выпрямителя установлен полупроводниковый стабилизатор напряжения, выход которого через разделительный диод и токоограничивающий резистор подключен к разделительному конденсатору.На чертеже представлена схема устроиства.Устройство контроля изоляции и защиты содержит источник 1 переменного напряжения, выпрямитель 2, стабилизатор 3 напряжения, разделительный диод 1, защитный диод 5,тиристор 6 с резистором 7 в управляющей цепи, токоограничительный резистор 8, разделительный конденсатор 9, измеритель ный шунт 10 с измерительным преобразователем 11 постоянного тока, аналого-циФровой преобразователь 12, микро-ЭВИ 13, исполнительный орган 14 и цифровой индикатор 15.Устройство работает следующим образом. 5 о 15 2 о 15 эо 35 40 6Выпрямленное и эастабилизированное с помощью выпрямителя 2 и стабилизатора 3 напряжение источника 1 подводится к нулевым выводам 16 первичных обмоток трансформаторов напря" женив не показаны) параллельно батарее конденсаторов 9 и через первичные обмотки трансформаторов напряжения накладываются на цепь стато" ра генератора.При снижении сопротивления изоляции цепи статора или появлении замы" кания на корпус) создается контур для протекания постоянного тока через первичные обмотки трансформато-. ров напряжения, сопротивление изоляции или места замыкания) и измерительный шунт 10. При протекании токов утечки изоляции (или замыкания) через шунт 10 на нем происходит парение напряжения, которое подается на вход измерительного преобразователя 11 постоянного тока, осуществляющего гальваническое разделение первичных и измерительных цепей. С выхода пре" образователя 11 постоянное напряжение подается на вход аналого-цифрового преобразователя 12, осуществляющего преобразование входного аналогового сигнала в цифровой код, с целью его дальнейшей обработки мик- ро-ЭВИ 13 выдает информацию о сопротивлении изоляции на цифровой индикатор 15 в АСУ ТП электрической станции. При этом микро-ЭВИ 13 может производить в промежутках между за-, мерами тока и определения сопротивления изоляции обработку информации, не относящийся к данной защите (решение Фоновых задач) .Увеличением сопротивления шунта 10 можно повышать чувствительность защиты в значительной степени. Использование измерительного преобразователя постоянного тока 11, не реагирующего на переменную составляющую измеряемого тока, позволяет предотвратить неправильное срабатывание защиты от переменных токов, появление которых возможно в цепи заземления первичных обмоток трансформаторов напряжения, при возникновении несимметрии напряжений.Для ограничения перенапряжений на разделительном конденсаторе 9 параллельно конденсатору установлен тиристор 6 с токоограничивающим резистором 8, который действует следую 907669щим образом, При повышении напряже"ния до значения, определяемого величиной сопротивления резистора 7 вцепи управления тиристора 6 (например, до 300 В), последний открывается, шунтирует конденсаторы 9 ипропускает по разрядной цепи ток,величина которого во всех. возможныхрежимах не превышает допустимогодля данного типа. тиристора значения. 10Низкоомный резистор 8 предназначендля ограничения тока разряда черезтиристор, а разделительный диод чпредохраняет в этом режиме стабилитроны стабилизатора напряжения от 15перегрузки током, Возврат тиристорав закрытое состояние происходит автоматически после разряда конденсатора 9. Особенностью схемы включениятиристора в данном устройстве является то, что токоограничийающий резистор 8 включен не последовательнос тиристором, а между выходом выпрямителя (стабилизатора) и разделительным конденсатором, Благодаря 25этому пультисирующий ток выпрямителя,замыкающийся через тиристор после его открытия, не сглаживается конденсатором, а два раза за период снижается до нуля, чем обеспечивается 50 закрытие тиристора после разряда конденсатора. Таким образом, разрядникна основе тиристора может работать при длительных и многократных повышениях напряжения, надежно защищая разделительный конденсатор от повреждения. В случае повышения напряжения обратной полярности конденсатор 9 шунтируется диодом 5, обеспечивающим защиту стабилитронов стабилиза О тора напряжения 3 от повреждения.Для повышения надежности заземления цепи первичных обмоток трансформаторов напряжения измерительный преобразователь 1 присоединен к шунте 1 О. С целью исключения разрывов цепи заземления первичных обмоток трансформаторов напряжения конденсатор 9 и резистор 10 выполняются иэ нескольких элементов, соединенных параллель Оно.Предлагаемое устройство контроля изоляции и защиты имеет значительно улучшенные параметры в сравнении с известным. 551, Увеличивается быстродействие и чувствительность защиты.Вынос измерительного шунта иэ контура зарядного тока разделительного конденсатора и его установка в обьединенном нулевом проводе первичныхобмоток трансформаторов напряженияпозволяет контролировать ток в цепизаземления нейтрали, отказаться ототстройки защиты по времени и величину от токов заряда, а также получать практически мгновенное срабатывание, независимо от величины переходного сопротивления в месте замыкания.2, Повышается точность измерениясопротивления изоляции, благодаряприменению стабилизатора напряженияи устранению необходимости учета тока намагничивания разделительноготрансформатора, а также обратныхтоков вентилей выпрямителя, токовутечки изоляции элементов и проводников устройства.3. Повышается надежность.1Использование разрядника многократного действия на основе тиристорапредохраняет аппаратуру от повреждений, обеспечивая нормальную работузащиты в переходных режимах и темсамым повышая надежность работыустройства.Съем входного сигнала с измерительного шунта в цепи заземлениянейтрали первичных обмоток трансформаторов напряжения позволяет избежать ложного срабатывания защитыв случае пробоя разделительногоконденсатора,Обеспечивается безопасностьработы.Использование измерительногопреобразователя постоянного токаобеспечивает надежное гальваническое разделение цепей защиты и системы генераторного напряжения,5, Упрощается устройство защиты,благодаря сключению аппаратуры, предназначенной для отстройки от токовзаряда разделительного конденсатора,поскольку измерительный орган вынесен в цепь заземления нейтрали первичных обмоток трансформаторов напряжения и зарядные токи через негоне протекают. Также исключается изустройства высоковольтный разделительный трансформатор, имеющий значительные габаритные размеры. Формула изобретения1. Устройство для контроля изоляции и защиты обмотки статора блоч9 10подключен к исполнительному органуи цифровому индикатору, а упомянутыйразрядник выполнен на тиристоре,катод которого заземлен,анод подключенмежду токоограничивающим резистороми разделительным диодом, соединеннымипоследовательно и включенными на выходе источника выпрямленного напряжения,а управляющий электрод тиристора через резистор соединен с анодом.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюобеспечения высокой точности измерения сопротивления изоляции по величине токов утечки, источник выпрямленного напряжения снабжен стабилизатором напряжения, выход которого подключен к выходу выпрямителя, а выходстабилизатора через разделительныйдиод и токоограничивающий резисторприсоединен к разделительному конденсатору.Нсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРЬ" 279758, кл. Н 02 Н 7/061 19702. Авторское свидетельство СССРИф 69058 Й, кл. Н. 02 Н 3/16, 1977. 9 Ч 0766 ного генератора от замыканий на землю, основанное на принципе наложения на цепь статора выпрямленного напряжения через нулевые выводы транс-, Форматоров напряжения, содержащее источник выпрямленного напряжения, разделительный конденсатор с разрядником, включенный в цепь заземления нулевых выводов первичных обмоток транс форматоров напряжения, и измери тельный орган контроля защиты с исполнительным органом и цифровой индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и быстродействия,оно 15 снабжено цифровым преобразователем микро-ЭВМ и токоограничивающим резистором, а измерительный орган контроля изоляции и защиты выполнен в виде измерительного преобразова теля постояйного тока, присоединенного к шунту, включенному между обьединенной нулевой точкой первичных обмоток трансформаторов напряжения и разделительным конденсатором, а выход измерительного органа через последовательно соединенные цифровой преобразователь и микро-ЭВИ