Устройство для защиты синхронной машины от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке

 

Изобретение относится к злектротехнике, и частности к защитам синхронных машин. Цель изобретения - повьппение надежности путем повышения точности измерения. Это достигается за счет того, что импульсы напряжения прямоугольной формы с выхода генератора низкой частоты 14 поступают на вход источника переменного напряжения 1 и на ключевой элемент 38 блока измерения . Падение напряжения на измерительном резисторе 5 поступает на вход блока гальванической развязки 6, с выхода которого напряжение, пропорциональное входному, поступает на вход выпрямителя 29. Выходное напряжение с выпрямителя поступает в сумматор 23, на выходе которого напряжение не зависит от величины напряжения возбуждения и от точки пробоя изоляции , а зависит только от величины сопротивления изоляции. С сумматора 23 напряжение поступает на вход интегратора 21, на другой вход которого поступают Прямоугольные импульсы с выхода формирователя 19, на вход которого поступают импульсы с генератора 18. С интегратора 21 напряжение поступает на компаратор 34, который переключается при достижении напряжением опорного напряжения н управляет работой ключевого элемента 43, а на выходе сумматора 38 формируется сигнал , пропорциональный величине изоляции . 5 ил. сл со 00 а tpuel

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 1И1

А1

< 1) 4 Н 02 Н 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

glue /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4047137/24-07 (22) 07.04.86 (46) 15.09.87. Бюп. 11 34 (71) Производственное объединение

"Уралэлектротяжмаш" им. В.И. Ленина (72) А.С. Шелепов и В.М. Катунин (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 612338, кл. Н 02 Н 7/06, 1978.

Тиристорный возбудитель ТВ. Техническое описание ИБПД. 651.431.002.ТО, М., 1978, 19,20. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОЙ

МА111ИНЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ НА ЗАЗЕМЛЕННЫЙ КОРПУС В ОДНОЙ

ТОЧКЕ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к защитам синхронных машин. Цель изобретения — повьппение надежности путем повышения точности измерения. Это достигается за счет того, что импульсы напряжения прямоугольной формы с выхода генератора низкой частоты 14 поступают на вход источника переменного напряжения

1 и на ключевой элемент 38 блока измерения. Падение напряжения на измерительном резисторе 5 поступает на вход блока гальванической развязки 6, с выхода которого напряжение, пропорциональное входному, поступает на вход выпрямителя 29. Выходное напряжение с выпрямителя поступает в сумматор 23, на выходе которого напряжение не зависит от величины напряжения возбуждения и от точки пробоя изоляции, а зависит только от величины сопротивления иэопяции. С сумматора 23 напряжение поступает на вход интегратора 21, на другой вход которого поступают прямоугольные импульсы с вы-. хода формирователя 19 на вход которого поступают импульсы с генератора

18. С интегратора 21 напряжение поступает на компаратор 34, который переключается при достижении напряжением опорного напряжения и управляет работой ключевого элемента 43, а на выходе сумматора 38 формируется сигнал, пропорциональный величине изоляции. 5 ил.

1 133

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите электрооборудования, и может быть использовано для релейной защиты синхронных электрических машин от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения.

Цель изобретения — повышение надежности путем повышения точности измерения °

На фиг.l представлена функциональная схема устройства для защиты синхронной машины от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке; на фиг.2 — функциональная схема источника переменного напряжения; на фиг.3 — функциональная схема исполнительного органа; на фиг.4 — функциональная схема блока хранения и выборки информации; на фиг.5 — функциональная схема блока потенциальной развязки.

Устройство для защиты синхронной машины от замыкания обмотки возбужцения на заземленный корпус в одной точке (фиг.11 содержит источник 1 переменного напряжения, вывод 2 которого подключен к обмотке 3 возбуждения синхронной машины (на фиг.l не показана), вывод 4 — через измерительный резистор 5 к клемме "Земля". Измерительный резистор 5 подключен к входу блока 6 потенциальной развязки, выход последнегс подключен к входу 7 блока 8 измерения, у которого входы

9, 10 и 11 подключены соответственно к входу 12 исто ника I переменного напряжения и выходу 13 генератора 14 низкой частоты, к выходу 15 генератора 14 низкой частоты, к входу 16 источника 1 переменного напряжения и выходу источника 17 постоянного напряжения. Блок 8 измерения соцержит генератор 18 высокой часто ы, выход которого через формирователь 19 импульсов подключен к входу 20 интегратора 21, вход 22 последнего соединен с выходом сумматора 23. Входы

24 и 25 сумматора 23 подключены к выходам соответственно блоков 26 и 27 хранения и выборки информации, входы

28 которых объединены между собой и подключены к выходу выпрямителя 29; формирователи 30 и 31 импульсов, выходы которых подключены соотв тственно к управляющим входам 32 блоков 26 и 27 хранения и выборки информации.

Выход интегратора 21 подключен к вхо7960 2

55. )

?5

4.") ду 33 компаратора 34, вход 35 которого подключен к выхоцу источника 36 опорных напряжений, входу 37 сумматора 38 и входу 39 компаратора 40.

Выход компаратора 34 подключен к управляющему входу 42 ключевого элемента 43, выход которого через фильтр

44 поцключен к входу 45 сумматора 38.

Вход 46 ключевого элемента 43, входы формирователей 30 и 31 импульсов и выпрямителя 29 являются соответственно входами 11, 10, 9 и 7 блока 8 измерения. Выходы сумматора 38 и компаратора 40 являются выходами 47 и 48 блока 8 измерения и подключены к входам 49 и 50 исполнительного органа 51.

Источник 1 переменного напряжения (фиг.2 ) содержит логический элемент

lII. 5?., вход которого является входом

12 источника l переменного напряжения. 53 высокой частоты, выход которого подключен к входам 54 схем 55 0 56 управления, входы 57 которых объединены между собой через логический элемент НЕ 52. Выходы 58 и 59 блоков 55 и 56 управления подключены к управляющим входам 60 соответственно ключевых элементов 61-64, входы 65 которых объединены между собой и являются входом 16 источника

1 переменного напряжения. Выходы ключевых элементов 61-64 подключены к выводам 66 и 67 первичных обмоток

68 трансформаторов 69 и 70, вторичные обмотки 71 которых подключены соответственно к входам выпрямителей

72 и 73. Вывод 75 выпрямителя 72 объединен с выводом 74 выпрямителя

73 и является выходом 4 источника 1 переменного напряжения, выход 2 которого через токоограничительные резисторн 76 и 77 подключен соответственно к выводам 74 и 75 выпрямителей

72 и 73.

Каждый блок управления 55 и 56 содержит логический элемент И-НЕ 78> вход 79 которого является входом 54, а вход 80 — входом 57 блока 55 управления и подключен к входу 81 логического элемента И-НЕ 82, вход 83 которого подключен к выходу логического элемента И-НЕ 78 и входу .логического элемента НЕ 84, выход последнего является выходом 59 блока 55 управления, а его выход 58 является выходом логического элемента НЕ 85, вход ко1337960 торого подключен к выходу логического элемента И-НЕ 82.

Исполнительный орган 51 (фиг.3) содержит тиристор 86 с диодом.87 в цепи управляющего электрода ° Анод тиристора 86 через резистор 88 и обмотку реле 89 подключен к источнику питания. Обмотка реле 89 зашунтирована диодом 90. Компаратор выполнен на операционном усилителе 91 с диодами 92 и 93 и резисторами 94-97 на входе. Выход операционного усилителя

91 через резистор 98 подключен к управляющему электроду тиристора 99, катод которого через диод 100 подключен к аноду тиристора 86. Анод тиристора 99 через обмотку реле IOI, эа- . шунтированную диодом 102, подключен к источнику питания.

Блок 26 хранения и выборки информации (фиг.4) содержит операционный усилитель 103 с диодами 104 и 105, конденсатором 106 и полевым транзистором 107 на входе. В обратной связи операционного усилителя 103 включен резистор 108.

Блок 6 гальванической развязки (фиг.5) содержит усилитель 109 сигналов, ключевые элементы 110 — 113.

Выходы ключевых элементов 110 и lll u входы ключевых элементов 112 и 113 подключены к выводам соответственно первичной и вторичной обмоток разделительного трансформатора 114. Управляющие входы 115 ключевых элементов

110 — 113 подключены к вторичным обмоткам 116 разделительного трансформатора 117, вторичная обмотка 118 которого подключена к входу выпрямителя 119, выход последнего подключен к усилителю 109 сигналов. Выводы первичной обмотки 120 разделительного трансформатора 117 подключены к коллекторам транзисторов 121 и 122. Коллектор транзистора 121 через резистор

123 подключен к базе транзистора 122, выводы 124 и 125 задающего генератора 126 подключены к выходным зажимам источника 127 питания.

Устройство работает следующим образом.

С выхода 13 генератора 14 низкой частоты (фиг.l) импульсы напряжения прямоугольной формы частотой 1 Гц поступают на вход 12 источника 1 переменного напряжения и на вход 57 блока

56 управления и через ло ический эле10

50 мент HE 52 на вход 57 схемы 55 управления (фиг.2). С выхода генератора

53 высокой частоты импульсы напряжения прямоугольной формы частотой

10 кГц поступают на входы 54 блоков

55 и 56 управления. На время действия импульса частотой 1 Гц на входе 80 логического элемента И-НЕ 78 на его выходе формируются импульсы напряжения прямоугольной формы частотой 10 кГц. В результате на выходах логических элементов НЕ 84 и 85 и на выходах

59 и 58 блока 55 управления появляются прямоугольные импульсы напряжения частотой 10 кГц, сдвинутые друг относительно друга на 180 эл.град. Аналогичные импульсы формируются на выходах 59 и 58 блока 56 управления. Импульсы с выходов 58 и 59 блока 56 управления поступают на управляющие входы 60 ключевых элементов 61-64, что приводит к их коммутации с частотой 10 кГц. В результате первичные обмотки 68 трансформаторов 69 и 70 поочередно с частотой 10 кГц подключаются через вход 16 к источнику 17 постоянного напряжения (фиг.l). Этот процесс продолжается с частотой 1 кГц, задаваемой генератором 14 низкой частоты. Импульсы напряжения прямоугольной формы частотой IO кГц индуктируются во вторичных обмотках 71 трансформаторов 69 и 70, которые затем выпрямляются выпрямителями 72 и 73 и через токоограничительные резисторы

76 и 77 и выходы 2 и 4 источника переменного напряжения прикладываются к положительной шине обмотки 3 возбуждения синхронной машины, через измерительный резистор 5 — к заземленному корпусу (фиг.l), Таким образом, между положительной шиной обмотки 3 возбуждения синхронной машины и заземленным корпусом присутствует переменное напряжение прямоугольной формы частотой I Гц и амплитудой, превышающей величину напряжения возбуждения.

Ток, протекающий через иэмерительный резистор 5, зависит от величины сопротивления изоляции, величины напряжения возбуждения и точки пробоя изоляции. Падение напряжения на иэ55 мерительном резисторе 5 поступает на вход усилителя 109 сигналов блока 6 гальванической развязки (фиг.5), Задающий генератор 126 формирует прямоугольные импульсы частотой IO кГц.

1337960

?5

35

55 которые коммутируют транзисторы 121 и 122, подключающие первичную обмотку 120 разделительного трансформатора 117 к источнику 127 напряжения, В результате во вторичных обмотках 116 и 118 разделительного трансформатора

117 индуктируются прямоугольные импульсы частотой 10 кГц, которые поступают на управляющие входы 115 ключевых элементов 110 — 113 и на вход выпрямителя 119 для питания усилителя 109 сигналов, Усиленный сигнал с выхода усилителя 109 поступает через ключевые элементы 110 и ll! на первичную обмотку разделительного трансформатора 114 с вторичной обмотки которого сигнал через ключевые элементы 112 и 113 поступает на выход блока 6 гальванической развязки.

С выхода блока 6 напряжение, пропорциональное входному, поступает на вход выпрямителя 29 (фиг.l) ° Это напряжение поступает с частотой 1 Гц, один полупериод которого пропорционален сумме напряжения источника 1 переменного напряжения и величины, определяемой напряжением возбуждения синхронной машины и точкой пробоя изоляции, другой полупериод — разности этих напряжений. Кроме того, вер; шины импульсов экспоненциальны из-за емкостной составляющей тока, обуслонленной наличием емко=ти обмотки возбуждения синхронной машины о гноси— тельно заземленного корпуса, С выхода выпрямителя 29 выпрямленное напряжение поступает и . входы 28 блоков

26 и 27 хранения и выборки информации, на управляющие входы 32 которых поступают импульсы управления с выходов формирователей 30 и 31. Эти импульсы находятся в противофазе, так как входы формирователей 30 и 31 подключены соответственна к входам 15 и

13 генератора 14 низкой частоты, на которых импульсы находятся н противофазе. При поступлении положительного импульса по входу 32 блока 26 на затвор транзистора 107 (фиг.4) он открывается и напряжение с ныхода выпрямителя 29 поступает на конденсатор 106 и вход операционного усилителя 103. Импульсы поступают н моменты окончания одного полупериода входного напряжения. В блок 27 импульсы поступают после окончания другого полупериода входного напряжения. Напряжения с выходов блокон 26 и 27 постулают на входы 24 и 25 сумматора 23.

Измерение выходного напряжения с выхода выпрямителя 29 в конце полупериода позволяет исключить влияние емкости между обмоткой 3 возбуждения синхронной машины и заземленным корпусом, так как за время полупериода смкостный ток успевает затухнуть.

Таким образом, на выходе сумматора 23 напряжение не зависит от величины напряжения возбуждения и от точки пробоя изоляции, а зависит только от величины сопротивления изоляции, напряженил и выходного сопротивления источника 1 переменного напряжения.

С выхода сумматора 23 напряжение поступает на вход 22 интегратора 21, на вход 20 которого поступают прямоугольные импульсы с выхода формирователя 19. На вход формирователя 19 поступают прямоугольные импульсы с выхода генератора 18. Прямоугольные импульсы на выходе формирователя 19 формируются по окончании периода напряжения с выхода генератора 18 высокой частоты и интегратор 21 разряжается н эти моменты времени. В результате на выходе интегратора 21 напряжение пилообразной формы и угол наклона этого напряжения определяются ныхо;цп, и напряжением сумматора 23, которое пропорционально току, протекающему через сопротивление изоляции.

llапряжение с выхода интегратора

21 поступает на вход 33 компаратора

34, на вход 35 которого поступает опорно» напряжение с выхода источника 36 опорных напряжений. Компаратор 34 переключается при достижении напряжением на входе 33 величины, равной опорному напряжению по входу

35. Ilëïðÿæåíèå с выхода компаратора

34 поступает на управляющий вход 42 ключеногo элемента 43, управляет им и подключает выход источника 17 напряжения на вход фильтра 44, где оно фильтруется. С выхода ключевого элемента 43 снимается последовательность импульсон, ширина которых обратно пропорциoнальна выходному напряжению сумматора 23, т.е. пропорциональна сумме сопротивления изоляции и последовательно с ним включенных токоограничинающих сопротивлений 76 и 77 (фиг.2) источника 1 переменного напряжения, а амплитуда — величине напряжения источника 17 питания, опре1 337960 с, 10

20 целяющего напряжение на выходе источника переменного напряжения.

С выхода фильтра 44 напряжение поступает на вход 45 сумматора 38, на вход 37 которого поступает опорное напряжение с выхода источника 36, пропорциональное величине сопротивлений 76 и 77 источника 1 переменного напряжения. В сумматоре 38 происходит вычитание величин сопротивлений 76 и 77.

Таким образом, напряжение на выходе сумматора 38 пропорциона- ьно величине сопротивления изоляции.

Напряжение с выхода сумматора 38 поступает на вход 50 исполнительного органа 51 и на вход 41 компаратора

40, на вход 39 которого подае:гся опорное напряжение с выхода источника 36 опорного напряжения. Г выхода компаратора 40 напряжение поступает на вход 49 исполнительного органа 51.

Величина напряжения на входе 39 ком-. паратора 40 определяет первую ступень срабатывания защиты, включение тиристора 86 и срабатывание реле 89 исполнительного органа 51 (фиг.3).

Вторая ступень срабатывания защиты определяется напряжением, снимаемым с движка резистора 97 и поступающим через резистор 95 на вход операционного усилителя 91.

В нормальном режиме работы, когда величина сопротивления изоляции обмотки 3 возбуждения синхронной маши- ны не превышает заданной величины, напряжение на выходе сумма" îð,à 38 не превышает опорного напряжения на входе 39 компаратора 40 и напряжение на его выходе отрицательное, тиристор

86 (фиг.3) не включен. На входе операционного усилителя 91 напряжение положительное, на выходе отрицате Th ное и тиристор 99 также не включен, В аварийном режиме, когда сопротивление изоляции обмотки 3 возбуждения относительно заземленного корпуса уменьшится и станет меньше заданной величинь|, напряжение на выходе компаратора 40 становится положительным, тиристор 86 включается и включается реле 89, которое выдает сигнал персоналу о снижении сопротивления изоляции.

Если сопротивление изоляции и

I дальше уменьшается, то при значении,1 равном заданному, на выходе операционного усилителя 9! исполнительного

55 органа 51 (фиг.31 появляется положительное напряжение, срабатывает тиристор 99 через включенный тиристор

86 и срабатывает реле 101, сигнал которого может действовать уже на отключение синхронной машины из работы. ля измерения величины сопротивления изоляции обмотки 3 возбуждения синхронной машины относительно заземленного корпуса на выход сумматора 38 может быть подключен прибор.

Ф о р м у л а и з о 6 р е т е и и я

Устройство для защиты синхронной машины от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке, содержащее генератор низкой частоты и источник постоянного напряжения, выходы каждого из которых подключены соответственно к входам источника переменного напряжения, один выход которого имеет вывод для подключения к обмотке возбуждения, а другой выход через измерительный резистор ппдк:тючается к клемме "Земля", кроме того, измерительный резистор через блок потенциальной развязки подключен к первому входу блока измерения с первым компаратором, выход которого является первым выходом блока измерения и подключен к входу испо инггельногп пргa«a, и т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем повьпиения точности иэмерения, н блок измерения до-. полнительно введены генератор высокой частоты, первый, второй и третий формирователи импульсов, выпрямитель, первый и второй блоки хранения и выборки информации каждый с основным и управляющим входами, первый и второй сумматоры, интегратор, источник опорных напряжений, второй компаратор, ключевой элемент с основным и управляющим входами, фильтр, при этом первыми, вторыми, третьими, четвертыми входами блока измерения являются соответственно входы выпрямителя, первого и второго формирователей, подключенные к выходам генератора низкой частоты, и основной вход ключевого элемента, подключенного к выходу источника постоянного напряжения, кроме того, выход генератора высокой частоты через третий формирователь импульсов подключен к первому входу интегратора, второй вход которого подключен к выходу первого сум9 133796 матора, выход выпрямителя подключен

1 к основным входам первого и второго блоков хранения и выборки информации, управляющие входы которых подключены !

i к выходам соответственно первого и второго формирователей импульсов, а выходы блоков хранения и выборки информации подключены к входам первого сумматора, выход источника опорных напряжений подключен к одному из входов первого, второго компараторов

1О и второго сумматора, выход которого является вторым выходом блока измерения и подключен к другому входу первого компаратора, выход интегратора подключен к другому входу второго компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, выход которогочерез фильтр соединен с вторым входомвторого сумматора, выход которогоподключен квторому входу исполнительного органа.

13379бО

f57 ча

Pve 5

Составитель Т. Ц1еголькова

Редактор M. Дыпын Техред Л.Олийнык Корректор Н. Король

Закаэ 4138/51 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4