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

 

Союз Советских

Соцнвпнстнческнх республик

О П И С А Н И Е 907669

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22)Заявлено 09.06.80 (21) 2937428/24-07 (51)Я. Кл.

Н 02 Н 7/06

Н 02 Н 3/16

G 01 R 27/16 с присоединением заявки М (23) Приоритет

3Ьвударстванвый кемнтет

СССР

Опубликовано 23. 02.82- Бюллетень Юе 7 (53 ) УД К 621. 316.

925(088.8) ве делам изобретений к открытий

Дата опубликования описания 23.02.82 (72) Авторы изобретения

B.È. Новаш, В.К. Мороз, Е.И. Иевцов и О.А. Романюк

Белорусский ордена Трудового Красного Зна политехнический институт (71) Заявитель ени -;. . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАЦИТЬ, ОБМОТКИ СТАТСРА БЛОЧНОГО ГЕНЕРАТОРА

ОТ ЗАМЬ!КАМИЙ НА ЗЕМЛЮ

Изобретение относится к электроI технике 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 генераз ора.

Для .современной релейной защиты характерна тенденция к переходу от защиты, реагирующей на уже происшедшие повреждения, к защите,носящей профилактический характер.

В связи с этим приобретает актуальность проблема разработки устройств, выполняющих не только функцию защиты обмотки статора мощных генераторов от замыканий на землю без зон нечувствительности, обладающий повышенным быстродействием и достаточно высокой надежностью, но и позволяющих осуществлять оперативный контроль состояния ста1% торной изоляции.

Известна защита обмотки статора от замыканий на землю, основанные на принципе наложения постоянного или

20 выпрямленного напряжения (тока) от постороннего источника на защищаемый объект, обладающие рядом весьма существенных QëñòîèíñòB.

907669

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

Наложение постоянного или выпрямленного напряжения позволяет довольно просто осуществить текущий контроль состояния изоляции, что является совершенно невозможным при использовании других способов защиты. Защиты не имеют зон нечувствительности. Имеется возможность получения высоких параметустройств, а именно: высокой чувствительности !0 и быстродействия. Защиты реагируют на замыкания через большие переходные сопротивления и, что немаловажна, на симметричное ухудшение изоляции.

Внутренние процессы в защищаемых 1s обьектах мало сказываются на работе защит, что делает ненужным отстройку измерительных органов в нормальном режиме. Работоспособность защит обеспечивается на остановленном о6орудовании или работающим на холостом ходу.

Известна также защита, основанная на принципе наложения выпрямленного напряжения, через нулевые выводы трансформаторов напряжения (1 ).

Однако недостатком устройства яв-. ляется наличие гальванической связи элементов защиты и системы гене" раторного напряжения. 30

Гальваническая связь не является непосредственной, а осуществляется через высокое индуктивное и активрое сопротивление первичных обмоток трансформаторов напряжения, ограничивающее в сотни раз переменный ток в цепи заземления нейтрали, обусловленный несимметрией фазных напряжений при замыканиях на землю на выводах генератора. Величина этого тока в проводе заземления, измеренная при металлических замыканиях на выводах генераторов 165 и 320 ИВт, не превышает 0,1-0,15 А, при этом перенапряжения (основной довод против применения принципа наложения) достигают в нейтрали трансформаторов напряжения и на элементах защиты (конденсаторах) значения всего 20-30 В переменной составляющей. Тем не менее, 50 указанная гальваническая связь представляется нежелательной. 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 напряжения (2).

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 возможности 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 величины переходного сопротивления (при замыкании через это сопротивление), время срабатывания защиты в этом случае становится зависимым от величины переходного сопротивления, что не позволяет сделать защиту быстродействующей. Не исключается 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 обеспечении безопасности его эксплуатации.

Устройство основано на принципе наложения на цепь статора выпрямленного напряжения через нулевые выводы первичных обмоток трансформаторов напряжения и содержит источник переменного напряжения,выпрямитель, разделительный конденсатор, включенный в цепь заземления нулевых выводов первичных обмоток трансформаторов напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля изоляции и защиты измерительный орган выполнен в виде измерительного преобразователя постоянного тока присоединенного к шунту, включенному между объединенной нулевой точкой первичных обмоток трансформаторов напряжения и разделительным конденсатором,а выход измерительного органа через последовательно соединенные цифровой преобразователь и микро-ЭВИ подключен к исполнительному органу и цифровому индикатору. Для защиты разделительного конденсатора от перенапряжений применен тиристор,катод которого заземлен, анод подключен между токоограничивающим резистором и разделительным диодом, а управляющий электрод - посредством резистора соединен с анодом. Параллельно тиристору в обратном направлении подключен диод.

На выходе выпрямителя установлен полупроводниковый стабилизатор напряжения, выход которого через разделительный диод и токоограничивающий резистор подключен к разделительному конденсатору.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство контроля изоляции и защиты содержит источник 1 переменного напряжения, выпрямитель 2, стабилизатор 3 напряжения, разделительный диод 4, защитный диод 5,тиристор

6 с резистором 7 в управляющей цепи, токоограничительный резистор S, разделительный конденсатор 9, измеритель ный шунт 10 с измерительным преобразователем 11 постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь 12, микро-3ВМ 13, исполнительный орган

14 и цифровой индикатор 15.

Устройство работает следующим образом.

IO I5

2о

15 зо

6

Выпрямленное и эастабилиэированное с помощью выпрямителя 2 и стабилизатора 3 напряжение источника 1 подводится к нулевым выводам 16 первичных обмоток трансформаторов напря" жения (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 замыкания 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 следую907669 щим образом. При повышении напряже" ния до значения, определяемого величиной сопротивления резистора 7 в цепи управления тиристора 6 (например, до 300 В), последний открывается, шунтирует конденсаторы 9 и пропускает по разрядной цепи ток, величина которого во всех. возможных режимах не превышает допустимого для данного типа. тиристора значения.

Низкоомный резистор 8 предназначен для ограничения тока разряда через тиристор, а разделительный диод 4 предохраняет в этом режиме стабилитроны стабилизатора напряжения от 5 перегрузки током. Возврат тиристора в закрытое состояние происходит автоматически после разряда конденсатора 9. Особенностью схемы включения тиристора в данном устройстве являет- 20 ся то, что токоограничийающий резистор 8 включен не последовательно с тиристором, а между выходом выпрямителя дестабилизатора) и разделительным конденсатором. Благодаря 25 этому 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, разрядник на 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- 4Q тора напряжения 3 от повреждения.

Для повышения надежности заземления цепи первичных обмоток трансформаторов напряжения измерительный преобразователь 1 присоединен к шунте

10. С целью исключения разрывов цепи заземления первичных обмоток трансформаторов напряжения конденсатор 9 и резистоР 10 выполняются иэ нескольких элементов, соединенных параллель- 5@ но.

Предлагаемое устройство контроля изоляции и защиты имеет значительно улучшенные параметры в сравнении с известным. 55

1. Увеличивается быстродействие и чувствительность защиты.

Вынос измерительного шунта иэ контура зарядного тока разделительного конденсатора и его установка в объединенном нулевом проводе первичных обмоток трансформаторов напряжения позволяет контролировать ток в цепи заземления нейтрали, отказаться от отстройки 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 измерения сопротивления изоляции, благодаря применению стабилизатора напряжения и устранению необходимости учета тока намагничивания разделительного трансформатора, а также обратных токов вентилей выпрямителя, токов утечки изоляции элементов и проводников устройства.

3. Повышается надежность.

Использование разрядника многократного действия на основе тиристора предохраняет аппаратуру от повреждений, обеспечивая нормальную работу защиты в переходных режимах и тем самым повышая надежность работы устройства.

Съем входного сигнала с измерительного шунта в цепи заземления нейтрали первичных обмоток трансформаторов напряжения позволяет избежать ложного срабатывания защиты в случае пробоя разделительного конденсатора.

4. Обеспечивается безопасность работы.

Использование измерительного преобразователя постоянного тока обеспечивает надежное гальваническое разделение цепей защиты и системы генераторного напряжения.

Упрощается устройство защиты, благодаря сключению аппаратуры, предназначенной для отстройки от токов заряда разделительного конденсатора, поскольку измерительный орган вынесен в цепь заземления нейтрали первичных обмоток трансформаторов напряжения и зарядные токи через него не протекают. Также исключается из устройства высоковольтный разделительный трансформатор, имеющий значительные габаритные размеры.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля изоляции и защиты обмотки статора блоч9 10 подключен к исполнительному органу и цифровому индикатору, а упомянутый разрядник выполнен на тиристоре,катод которого заземлен,анод подключен между токоограничивающим резистором и разделительным диодом, соединенными последовательно и включенными на выходе источника выпрямленного напряжения, а управляющий электрод тиристора через резистор соединен с анодом.

2. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения высокой точности измерения сопротивления изоляции по величине токов утечки, источник выпрямленного напряжения снабжен стабилизатором напряжения, выход которого подключен к выходу выпрямителя, а выход стабилизатора через разделительный диод и токоограничивающий резистор присоединен к разделительному конденсатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

h 279758, кл. Н 02 H 7/06, 1970

2. Авторское свидетельство СССР

N 690584, кл. H. 02 H 3/16, 1977

9 Ч0766 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- 10 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- 20 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-3ВМ