УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ


RU (11) 2014702 (13) C1

(51) 5 H02H7/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4953911/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.06.27 
(45) Опубликовано: 1994.06.15 
(71) Заявитель(и): Ленинградский государственный технический университет 
(72) Автор(ы): Таджибаев А.И.; Соловьев Н.С.; Ворохобин С.Б. 
(73) Патентообладатель(и): Санкт-Петербургский государственный технический университет 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ 

Использование: для защиты генераторов, мощных синхронных двигателей от замыкания на землю цепей возбуждения с повышеннием чувствительности защиты путем повышения точности измерения сопротивления изоляции. Сущность изобретения: в устройство для защиты синхронного генератора от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения, содержащее источник наложенного переменного напряжения, селективный преобразователь тока в напряжение, фильтр присоединения, блок индикации сопротивления изоляции, реагирующие органы чувствительной и грубой ступеней защиты, блок фиксации нарушения контакта щетка-вал генератора, сигнальный элемент, введены дополнительный источник наложенного напряжения, дополнительный селективный преобразователь, дополнительный фильтр присоединения, первый и второй селективные преобразователи напряжения в напряжение, первый и второй блоки определения активной и реактивной составляющей эквивалентного сопротивления, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй делители, блок перемножения. Определение эквивалентного сопротивления изоляции осуществляется вычислительным путем с отстройкой от изменения наложенного напряжения, емкости цепи возбуждения и активного сопротивления фильтра присоединения. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике/ А именно к устройствам защиты синхронных генераторов/ и может быть использовано на электрических станциях и подстанциях для защиты синхронных генераторов и компенсаторов/ а также мощных синхронных двигателей от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке.

Известно устройство для защиты цепей возбуждения синхронной машины осуществляющее защиту от замыкания обмотки возбуждения на заземленный корпус в одной точке. Устройство содержит два токоограничивающих резистора и два управляемых ключа/ два корректирующих конденсатора/ измерительный преобразователь/ формирователь абсолютного значения/ блоки выборки-хранения/ сравнения/ запрета/ управления и выходной орган. Измерительный преобразователь тока в напряжение представляет собой шунт/ один конец которого непосредственно соединен с валом ротора/ а другой через измерительные цепи управляемых ключей и токоограничивающие резисторы присоединен к разноименным полюсам цепи возбуждения. Выход измерительного преобразователя через формирователь абсолютного значения присоединен к входам блока сравнения/ причем к первому - непосредственно/ а к второму - через блок выборки-хранения. Выход блока сравнения присоединен через блок запрета к выходному органу. Между каждым полюсом обмотки возбуждения и корпусом включены корректирующие конденсаторы. Блок управления формирует сигналы/ управляющие измерительной частью устройства: сигналы на поочередное замыкание и размыкание управляемых ключей в цепи измерительного преобразователя; сигнал на размыкание ключа блока выборки-хранения (запоминание входной величины) и размыкание этого ключа (обнуление блока); сигнал на блок запрета/ разрешающий прохождение выходного импульса заданной длительности от блока сравнения на выходной орган [1].

Недостатком этого устройства защиты является наличие гальванической связи устройства с защищаемой цепью/ необходимость включения корректирующих конденсаторов для растягивания процесса во времени/ что снижает точность работы/ учитывая значительный диапазон изменения емкости обмотки возбуждения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для защиты синхронного генератора от замыкания на землю (корпус) в одной точке цепи возбуждения. Устройство содержит источник наложенного переменного напряжения/ присоединенный одним выводом к обмотке возбуждения через последовательно включенные первичную обмотку дополнительного трансформатора тока/ дроссель и разделительный конденсатор/ образующие фильтр/ настроенный на частоту источника переменного напряжения/ а другим выводом - через первую первичную обмотку основанного трансформатора тока - к корпусу; кроме этого между выводами упомянутого источника наложенного напряжения включены последовательно соединенные контур компенсации емкостного тока и вторая первичная обмотка основного трансформатора тока/ включенная встречно с его первичной обмоткой/ причем контур компенсации емкостного тока состоит из последовательно включенных резистора и компенсирующего конденсатора. Вторичная обмотка основного трансформатора тока через последовательно включенные полосовой фильтр/ выпрямитель и сглаживающий фильтр присоединена к входу блока индикации сопротивления изоляции и к входам реагирующих органов чувствительной и грубой ступени. Выход реагирующего органа грубой ступени через элемент выдержки времени присоединен к указательному и промежуточному реле/ действующему на отключение генератора. Выход реагирующего органа чувствительной ступени присоединен через второй элемент выдержки времени к второму указательному реле/ а также присоединен с блокировочному входу сигнального элемента/ срабатывающего при нарушении контакта щетка-вал генератора. Вторичная обмотка дополнительного трансформатора тока через блок фиксации нарушения контакта щетка-вал генератора/ содержащий последовательно включенные полосовой фильтр/ двухполупериодный выпрямитель/ сглаживающий фильтр/ блок выделения напряжения приращения присоединена к входам двухпороговых элементов с разной полярностью срабатывания/ выходы которых присоединены к входу триггера/ соединенного с входом упомянутого сигнального элемента/ выход которого присоединен к входам блокировки срабатывания названных элементов выдержки времени чувствительной и грубой ступеней защиты.

Величина емкости компенсирующего конденсатора подбирается равной емкости цепи возбуждения/ таким образом в одной первичной обмотке основного трансформатора тока при замыкании цепи возбуждения на корпус протекает полный ток/ а в другой первичной обмотке - ток/ равный емкостной составляющей тока замыкания на корпус. Во вторичной обмотке/ таким образом/ ток пропорционален активной составляющей тока замыкания на корпус обмотки возбуждения/ т. е. обратно пропорционален сопротивлению изоляции. При нарушениях контакта щетка-вал генератора ток в первой первичной обмотке исчезает/ а во второй - остается/ что может привести к ложной работе защиты/ для исключения которой предусмотрена блокировка по факту скачкообразного изменения тока/ измеряемого дополнительным трансформатором тока.

Недостатком этого устройства является сложность устройства/ а также низкая точность измерения сопротивления изоляции. О нем судят по величине активной составляющей тока/ зависящей от величины амплитуды напряжения источника наложенного переменного напряжения и от точности компенсации емкостной составляющей тока путем подстройки компенсирующего конденсатора. Колебания амплитуды напряжения источника наложенного переменного напряжения и изменение величины емкости цепи возбуждения могут привести к неправильной работе защиты.

Цель изобретения - повышение чувствительности защиты путем повышения точности измерения сопротивления изоляции при изменениях наложенного напряжения/ емкости цепей возбуждения и активного сопротивления фильтра присоединения.

Поставленная цель достигается тем/ что устройство для защиты синхронного генератора от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения/ содержащее источник наложенного переменного напряжения/ первый вход которого присоединен через последовательно включенные первичную обмотку селективного преобразователя тока в напряжение и фильтр присоединения к обмотке возбуждения/ а второй вывод заземлен/ блок индикации сопротивления изоляции/ реагирующие органы чувствительной и грубой ступеней защиты/ блок фиксации нарушения контакта щетка-вал генератора/ присоединенный к выводу селективного преобразователя тока в напряжение и содержащий формирователь среднего значения/ выход которого присоединен через блок выделения напряжения приращения к входам первого и второго пороговых элементов с разными полярностями срабатывания/ выходы которых присоединены к входам триггера/ а выход последнего - к входу сигнального элемента/ содержит также дополнительный источник наложенного напряжения/ частота которого отлична от частоты упомянутого источника наложенного переменного напряжения/ и первый вход которого присоединен через последовательно включенные первичную обмотку дополнительного селективного преобразователя тока в напряжение и дополнительный фильтр присоединения к обмотке возбуждения/ а второй вывод заземлен/ а также первый и второй селективный преобразователи напряжения в напряжение/ первый и второй блоки определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ первый/ второй и третий сумматоры/ первый и второй делители/ блок перемножения/ выход которого присоединен к входам блока индикации сопротивления изоляции/ реагирующих органов чувствительной и грубой степеней защиты/ причем входы первого селективного преобразователя напряжения присоединены к выводам источника наложенного напряжения/ а выход - к первому входу первого блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ второй вход которого присоединен к выходу селективного преобразователя тока в напряжение/ входы второго селективного преобразователя напряжения в напряжение присоединены к выводам дополнительного источника наложенного напряжения/ а выход - к первому взоду второго блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ второй вход которого присоединен к выходу дополнительного селективного преобразователя тока в напряжение/ первый вход первого сумматора присоединен к первому выходу первого блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ второй выход которого присоединен к первому входу второго сумматора/ второй вход первого сумматора присоединен к первому выходу второго блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ второй выход которого присоединен к второму входу второго сумматора/ выходы первого и второго сумматоров присоединены к входам первого и второго делителей/ причем выход первого сумматора подсоединен к первому входу первого делителя и к второму входу второго делителя/ а выход второго сумматора - к второму входу первого делителя и первому входу второго делителя/ выходы первого и второго делителей подключены к входам третьего сумматора/ выход которого соединен с первым входом блока перемножения/ второй вход которого подключен к второму выходу второго блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ а выход - с входами блока индикации сопротивления изоляции и реагирующих органов чувствительной и грубой ступеней защиты; блок определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления содержит блоки определения активной и реактивной мощностей/ блок вычисления квадрата действующего значения тока/ первый и второй блоки деления/ выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ причем первые входы блоков определения активной и реактивной мощностей объединены и являются первым входом блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ вторые входы блоков определения активной и реактивной мощности и вход блока вычисления квадрата действующего значения тока объединены и являются вторым входом блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ первый вход первого блока деления присоединен к выходу блока определения активной мощности/ первый вход второго блока деления присоединен к выходу блока определения реактивной мощности/ а вторые входы первого и второго блоков деления присоединены к выходу блока определения квадрата действующего значения тока.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство подключено к обмотке 1 возбуждения и содержит источник 2 наложенного переменного напряжения/ селективный преобразователь 3 тока в напряжение/ фильтр 4 присоединения/ блок 5 индикации сопротивления изоляции/ реагирующие органы грубой 6 и чувствительной 7 ступеней защиты/ блок 8 фиксации нарушения контакта щетка-вал генератора/ формирователь 9 среднего значения/ блок 10 выделения напряжения приращения/ первый 11 и второй 12 пороговые элементы разными полярностями срабатывания/ триггер 13/ сигнальный элемент 14/ дополнительный источник 15 наложенного напряжения/ дополнительный селективный преобразователь 16/ дополнительный фильтр 17 присоединения/ первый 18 и второй 19 селективные преобразователи напряжения в напряжение/ первый 20 и второй 21 блоки определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления/ первый 22/ второй 23 и третий 26 сумматоры/ первый 24 и второй 25 делители/ блок 27 перемножения/ блок определения активной 28 и реактивной 29 мощностей/ блок 30 выделения квадрата действующего значения тока/ первый 31 и второй 32 блоки деления.

Устройство работает следующим образом.

Источник 2 имеет частоту 1/ а источник 15 - частоту 2. Напряжение на выходе первого селективного преобразователя 18 пропорционально падению напряжения на эквивалентном сопротивлении изоляции обмотки 1 возбуждения и имеет вид

U1= U1msin1t

Это падение напряжения создается током

i1= I1msin(1t+1) напряжение/ пропорциональное которому имеет место на выходе селективного преобразователя 3.

Аналогично/ напряжение на выходе второго селективного преобразователя 19 равно

U2= U2msin2t

а на выходе преобразователя 16 напряжение пропорционально току от дополнительного источника 15

i2= I2msin(2t+2)

На выходах блоков 28 и 29 первого блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления 20 формируются напряжения/ пропорциональные активной Р1и реактивной Q1 мощностей на частоте 1. После деления этих напряжений на напряжение/ пропорциональное квадрату действующего значения наложенного тока I21/ а на выходах первого 31 и второго 32 блоков деления имеем напряжения/ пропорциональные активной и реактивной составляющим эквивалентного сопротивления изоляции обмотки возбуждения на частоте 1/ т.е.

R1= P1/I21, X1= Q1/I21.

Аналогично на выходах второго блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления 21 изоляции обмотки возбуждения на частоте 2/ имеем напряжения/ пропорциональные

R2= , X2= 

Исходя из схемы замещения эквивалентное сопротивление изоляции на частоте 1

Z1=R1+jX1=r+ - j

а на частоте 2

Z2= R2+jX2= r+ - j где R - активное сопротивление изоляции;

С - емкость изоляции;

r - активное сопротивление фильтров 4 и 17.

Учитывая/ что коэффициенты передачи по входам первого сумматора 22 составляют +1 и -1 соответственно/ на его выходе имеем напряжение/ пропорциональное

R=R1-R2= - 

На выходе второго сумматора 23 при коэффициенте передачи его первого входа 2/1 и второго входа - 1 присутствует напряжение/ пропорциональное

X=X + X2= -2R2C - 

Тогда на выходах первого 24 и второго 25 делителя напряжения пропорциональные величинам R/X и X/R

= , = -2RC

На выходе третьего сумматора 26 напряжение равно

- + 2RC/

а на выходе блока 27 перемножения сформировано напряжение/ пропорциональное активному сопротивлению изоляции обмотки возбуждения

R=- + 2RC-

Расчеты относительной погрешности измерения сопротивления изоляции для защиты КЗР-3 показывают/ что эта погрешность при изменении емкости цепи возбуждения в пределах 0-5 мкФ может изменяться в диапазоне от 1 до 50% . Более того погрешность может быть разная в зависимости от величины сопротивления фильтра присоединения (например/ при r = 100 Ом и С = 5 мкФ R= 21% / а при r = 510 Ом R= 48%). Эти расчеты справедливы и для прототипа/ поскольку в нем отстройка от r и С производится аналогично. Как видно из приведенного выше описания/ предлагаемое устройство для вычисления R отстроено от емкостной проводимости и активного сопротивления фильтров присоединения/ что исключает погрешность/ связанную с компенсацией r и С. Такая отстройка позволяет более точно измерять эквивалентное сопротивление изоляции/ что повышает чувствительность защиты и выявить наступающее ухудшение изоляции на более ранней стадии/ предотвращая тем самым разрушения/ которые могут возникнуть в процессе короткого замыкания/ и снизить затраты на ремонт.

В настоящее время ведется подготовка к установке устройства на Березовской ГРЭС. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ, содержащее источник наложенного переменного напряжения, первый вход которого присоединен через последовательно включенные первичную обмотку селективного преобразователя тока в напряжение и фильтр присоединения к клемме для соединения с обмоткой возбуждения, а второй вывод соединен с клеммой заземления, блок индикации сопротивления изоляции, реагирующие органы чувствительной и грубой ступеней защиты, блок фиксации нарушения контакта щетка - вал генератора, присоединенный к выводу селективного преобразователя тока в напряжение и содержащий формирователь среднего значения, выход которого присоединен через блок выделения напряжения приращения к входам первого и второго пороговых элементов с разными полярностями срабатывания, выходы которых присоединены к входам триггера, а выход последнего - к входу сигнального элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности защиты путем повышения точности измерения сопротивления изоляции при изменениях наложенного напряжения, емкости цепей возбуждения и активного сопротивления фильтра присоединения, устройство содержит дополнительный источник наложенного напряжения, частота которого отлична от частоты источника наложенного переменного напряжения, и первый вход которого присоединен через последовательно включенные первичную обмотку дополнительного селективного преобразователя тока в напряжение и дополнительный фильтр присоединения к обмотке возбуждения, а второй вывод заземлен, а также первый и второй селективные преобразователи напряжения в напряжение, первый и второй блоки определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй делители, блок перемножения, выход которого присоединен к входам блока индикации сопротивления изоляции, реагирующих органов чувствительной и грубой ступеней защиты, причем входы первого селективного преобразователя напряжения присоединены к выводам источника наложенного напряжения, а выход - к первому входу первого блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления, второй вход которого присоединен к выходу селективного преобразователя тока в напряжение, вход второго селективного преобразователя напряжения в напряжение присоединен к выводам дополнительного источника наложенного напряжения, а выход - к первому входу второго блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления, второй вход которого присоединен к выходу дополнительного селективного преобразователя тока в напряжение, первый вход первого сумматора присоединен к первому выходу первого блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления, второй выход которого присоединен к первому входу второго сумматора, второй вход первого сумматора присоединен к первому выходу второго блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления, второй выход которого присоединен к второму входу второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров присоединены к входам первого и второго делителей, причем выход первого сумматора подсоединен к первому входу первого делителя и к второму входу второго делителя, а выход второго сумматора - к второму входу первого делителя и первому входу второго делителя, выходы первого и второго делителей подключены к входам третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом блока перемножения, второй вход которого подключен к второму выходу второго блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления содержит блоки определения активной и реактивной мощностей, блок вычисления квадрата действующего значения тока, первый и второй блоки деления, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления, причем первые входы блоков определения активной и реактивной мощностей объединены и являются первым входом блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления, вторые входы блоков определения активной и реактивной мощностей и вход блока вычисления квадрата действующего значения тока объединены и являются вторым входом блока определения активной и реактивной составляющих эквивалентного сопротивления, первый вход первого блока деления присоединен к выходу блока определения активной мощности, первый вход второго блока деления присоединен к выходу блока определения реактивной мощности, а вторые входы первого и второго блоков деления присоединены к выходу блока определения квадрата действующего значения тока.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru