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

 

Использование: повышение достоверности контроля и расширение функциональных возможностей. Сущность изобретения: в устройство введены стабилизированный источник переменного напряжения, присоединенный через второй шунт к выводам соединенных в разомкнутый треугольник вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения, первое и второе устройства выборки-хранения, переключатель , а в измерительный орган дополнительно введены присоединенный ко второму шунту преобразователь переменного напряжения , выход которого через последовательно включенные полосовой фильтр и формирователь средневыпрямленного значения присоединен к входу первого устройства выборки-хранения, причем вход второго устройства выборки-хранения присоединен к выходу измерительного преобразователя постоянного тока, выходы обоих устройств выборки-хранения через переключатель присоединены ко входу аналогоцифрового преобразователя, управляющие входы обоих устройств выборки-хранения присоединены к первому управляющему выходу микроЭВМ, а управляющий вход переключателя - к второму управляющему выходу микроЭВМ, что позволяет вычислить значение RH и Ви а также tg 5. Эти значения выводятся из ЭВМ на исполнительный орган и цифровой индикатор. 1 ил. VJ VJ СП VI 8

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ . ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

F (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4913938/07 (22) 22.02.91 (46) 15.11.92. Бюл, ¹ 42 (71) Ленинградский государственный технический университет и Псковский филиал Ленинградского государственного технического университета (72) А.И.Таджибаев, Н.С.Соловьев, С.В.Головкин и Г.Ф.Риос (56) Вавин В.Н. Релейные защиты блоков турбогенератор-трансформатор. M: Энергоиздат, 1982, с. 257.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1035003, кл. Н 02 Н 7/06, 1980.

Авторское свидете1ьство СССР № 907669, кл. Н 02 Н 7/06, Н 02 Н 3/16, G 01

R 27/16, 1978, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАЩИТЫ ОБМОТКИ СТАТОРА

БЛОЧНОГО ГЕНЕРАТОРА OT 3AMbIKAНИЙ НА ЗЕМЛЮ (57) Использование: повышение достоверности контроля и расширение функциональных возможностей. Сущность изобретения: в устройство введены стабилизированный источник переменного напряжения, присоединенный через второй шунт к выводам

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в области релейной защиты синхронных генераторов, для оперативной диагностики состояния статорной изоляции и защиты от замыканий на землю.

Известны мегаомметры для измерения сопротивления, изоляции у генераторов с во„„5U„1775790 А1 (я)з Н 02 Н 7/06. G Ot R 27/16 соединенных в разомкнутый треугольник вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения, первое и второе устройства выборки-хранения, переключатель, а в измерительный орган дополнительно введены присоединенный ко второму шунту преобразователь переменного напряжения, выход которого через последовательно включенные полосовой фильтр и формирователь средневыпрямленного значения присоединен к входу первого устройства выборки-хранения, причем вход второго устройства выборки-хранения присоединен к выходу измерительного преобразователя постоянноготока, выходы обоих устройств выборки-хранения через переключатель присоединены ко входу анаИогоцифрового преобразователя, управляющие входы обоих устройств выборки-хранения присоединены к первому управляющему выходу микроЭВМ, а управляющий вход переключателя — к второму управляющему выходу микроЭВМ, что позволяет вычислить. значение Я» и В а также tg д. Эти значения выводятся из ЭВМ на.исполнительный орган и цифровой индикатор. 1 ил. дяным охлаждением обмотки статора. Недостатком этих устройств является то, что измерение сопротивления изоляции осуществляется не в рабочем режиме, а при про-. филактических осмотрах и ремонтах генератора. При этом генератор отключается от сети, развозбуждается, вода из системы охлаждения сливается. Таким образом, 1775790 мегаомметры не могут быть использованы для непрерывного контроля состояния изоляции генератора в рабочем режиме и определения дефектов изоляции на ранней стадии их развития.

Известны устройства релейной защиты блоков генератор-трансформатор от замыкания на землю, выявляющие катастрофически развивающееся повреждение изоляции статора — замыкание на землю.

Эти устройства выполняются путем наложения на обмотку статора постоянного тока, как например, в устройстве РЗГ-100 или в

- устройстве Земля-100, или путем наложения на обмотку статора переменного тока второй гармоники, или переменного тока частотой 20 Гц. Все упомянутые устройства релейной защиты содержат один источник накладываемого напряжения, который присоединен к измерительному трансформатору напряжения и реагирующий орган.

Недостатком, этих устройств является то, что все они реагируют на такое большое измерение сопротивления изоляции, которое приведет к ее повреждению, пробою, т.е. они не могут выявить раннюю стадию возникновения повреждения изоляции, не являющуюся аварийным режимом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю, содержащее стабилизированный источник выпрямленного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, присоединенный ко входу микроЭВМ, выход которой присоединен к цифровому индикатору и исполнительному органу, измерительный орган, выполненный в виде измерительного преобразователя постоянного тока, присоединенного к шунту, включенному между объединенной нулевой точкой первичных обмоток измерительного трансформатора напряжения к одним иэ полюсов стабилизированного источника выпрямленного напряжения, второй полюс которого эаземлен, причем между полюсами стабилизированного источника выпрямленного напряжения включен разделительный конденсатор с разрядником. Через первичные обмотки измерительного трансформатора напряжение на изоляцию блока генератор-трансформатор накладывается постоянное напряжейие, создающее ток в изоляции. При этом на измерительном шунте создается пропорциональное току падение напряжения, которое через измерительный преобразователь постоянного тока поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, осуществ5

20 п5 рованного источника выпрямленного на30 пряжения, второй полюс которого

55 ляющего преобразование входного аналогового сигнала в цифровой код с целью его дальнейшей обработки на ЭВМ. Последняя осуществляет расчет сопротивления изоляции и выдает информацию о нем на цифровой индикатор.

Недостатком этого устройства является невозможность получить более полную информацию о состоянии изоляции ввиду того, что на постоянном положении тока измеряется только активное сопротивление изоляции.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка путем повышения достоверности контроля и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее стабилизированный источник выпрямленного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, присоединенный ко входу микроЭВМ, выход которого присоединен к цифровому индикатору и исполнительному органу, измерительный орган, выполненный в виде измерительного преобразователя постоянного тока, присоединенного к шунту, включенному между объединенной нулевой точкой первичных обмоток измерительного трансформатора напряжения к одним из полюсов стабилизизаземлен, причем между полюсами стабилизированного источника выпрямленного напряжения включен разделительный конденсатор с разрядником, введены стабилизированный источник переменного напряжения, присоединенный через второй шунт к выводам соединенных в разомкнутый треугольник вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения, первое и второе устройство выборки-хранения, переключатель, а в измерительный орган дополнительно введены присоединенный ко второму шунту преобразователь переменного напряжения, выход которого через последовательно включенные полосовой фильтр и формирователь средневыпрямленного значения присоединен ко входу первого устройства выборки-хранения, причем вход второго устройства выборки-хранения присоединен к выходу упомянутого измерительного преобразователя постоянного тока, выходы обоих устройств выборки-хранения через переключатель присоединены ко входу упомянутого аналого-цифрового преобразователя, управляющие входы обоих устройств выборки-хранения присоединены к первому управляющему выходу микроЭВМ, а управ1775790 и,.к

10 (2) 15

25

55 ляющий вход переключателя — xo второму управляющему выходу микроЭВМ.

На чертеже изображена структурная схема устройства для контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю.

Устройство содержит синхронный генератор 1, блочный трансформатор 2, стабилизированный источник 3 выпрямленного напряжения, измерительный трансформатор 4 напряжения, первичные обмотки которого соединены в звезду и подключены пофазно к выводам синхронного генератора, а вторичные обмотки соединены в разомкнутый треугольник, первый шунт 5, включенный между объединенной нулевой точкой первичных обмоток измерительного трансформатора 4 напряжения и одним из полюсов стабилизированного источника 3 выпрямленного напряжения, разделительный конденсатор б, измерительный преобразователь 7 постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь 8, мик-. ро3ВМ 9, исполнительный орган 10, цифровой индикатор 11, стабилизированный источник 12 переменного напряжения, соединенный со вторым шунтом 13, выход которого через преобразователь переменного напряжения 14, подлключен к полосовому фильтру 15, формирователь 16 средневыпрямленного значения, первый блок 17 выборки-хранения, второй блок 18 выборки-хранения, переключатель 19.

Устройство работает следующим образом, Выпрямленное стабилизированное напряжение от источника 3 подводится к объединенным нулевым выводам первичных обмоток измерительного трансформатора 4 напряжения, и через эти первичные обмотки накладывается на цепь статора. При этом создается контур для протекания постоянного тока через первичные обмотки трансформатора напряжения, первый измерительный шунт 5 и сопротивление изоляции R . Создаваемое этим постоянным током падение напряжения на первом шунте 5 поступает на вход измерительного преобразователя 7 постоянного тока, осуществляющего гальваническое разделение первичной и вторичной измерительных цепей. С выхода преобразователя 7 постоянное напряжение подается на вход второго блока 18 выборки-хранения. Величина этого напряжения равна

U7- — Кп, U (1)

Йи где U — напряжение источника 7 постоянного накладываемого напряжения;

Rè — сопротивление изоляции;

Кп — коэффициент передачи преобразователя постоянного напряжения, Учитывая, что сопротивление первого шунта 5 пренебрежимо мало, а внутреннее сопротивление источника 3 велико. действующее значение переменного тока в изоляции статора равно где U — действующее значение напряжения источника 12 переменного напряжения;

К вЂ” коэффициент трансформации измерительного трансформатора 4 напряжения;

X>< — индуктивное сопротивление измерительного трансформатора 4 напряжения;

Ои — активная проводимость изоляции генератора;, Bg — емкостная проводимость изоляции генератора;

Хер — емкостное сопротивление разделительного конденсатора, коэффициент 3 при этом введен вследствие того, что указанный конденсатор включен в нейтраль измерительного трансформатора, поэтому сопротивление его в схеме замещения нулевой последовательности учитывается утроенным значением.

При этом во вторичных обмотках измерительного трансформатора 4 напряжения будет протекать переменный ток, действующее значение которого равно

1в =1 К, (3) указанный ток создает на втором шунте 13 падение напряжений 1в R<2, где R 2 — активное сопротивление второго шунта. Это напряжение через преобразователь 14 на40 пряжения в напряжение, имеющий коэффи. циент передачи Кн, и полосовой частотный фильтр 15, имеющий коэффициент передачи

Кф и настроенный на частоту f источника 12 переменного накладываемого напряжения, 45 подается на формирователь средневыпрямленного значения 1б, величина напряжения на выходе которого равна:

016 = 1,: К Вш2 Кн Кф (4)

Это напряжение подается на вход первого блока выборки-хранения 17.

На блоке выборки-хранения, таким образом, подаются напряжения U7 и U16, пропорциональные постоянному и переменному токам, создаваемые в изоляции обмотки статора генератора источниками постоянного и переменного накладываемых напряжений.

Блоки выборки-хранения 17,18 управляются от микроЭВМ 9 и подают одновремен1775790 но управляющий сигнал. по которому они запоминают свои выходные напряжения, соответствующие одному моменту времени, и хранят его в течение времени, достаточного для работы аналого-цифрового преобразователя 8.

После подачи управляющего сигнала на блоки выборки-хранения 17,18 микроЭВМ подает сигналы управления на переключатель 19 и на аналого-цифровой преобразователь. П ри этом осуществляется поочередное присоединение выходов бло. ков выборки-хранения 17 и 18 к аналогоцифровому преобразователю и выполняется преобразование аналоговых сигналов в цифровые и вывод их в микроЭ ВМ. Таким образом, в микроЭВМ вводятся цифровые значения (коды) 0*7 и 0*1в, соответствующие напряжениям U7 и U16 с выхо дов первого и „второго блоков выборки-хранения.

Далее ЭВМ осуществляет вычисление активного сопротивления изоляции Ви и тангенса угла диэлектрических потерь

tg д про нижеописанному алгоритму.

Сопротивление изоляции статора йи, измеренное на постоянном токе, может быть рассчитано по формуле, следующей из (1):

Ои

U7 U7 (5)

U= Kl m

Проводимость изоляции рассчитывается по формуле:

М О

U= Кп (6) где m = U- Кн — постоянная величина (для стабилизированного источника выпрямленного напряжения).

Полное сопротивление Z цепи переменного тока, создаваемого источником 12, определяется по выражению: о (7) где n — коэффициент, пропорциональный значению напряжения 0старилизированного источника переменного напряжения 12.

Это сопротивление, как следует из (2) и (3), равно

Z = I)(Хтн " 3 Хер) + (би + /Ви) K ° (8)

Введя обозначение Хтн - ЗХер = Х и учитывая, что 2 рассчитывается по выражению (7), а 6и -ло выражению (6), получим, после возведения обеих частей выражения (8) в квадрат и преобразований, уравнение для опред2еления неизвестного Ви (Z К -Х)В и+2ХВ и+

Раки x2lG2 1) 82 +

+2XG иВи-G и+(Z К"-X) G и=0. (9) Решив это уравнение относительно В,, можно вычислить tg д изоляции по формуле: сдд= —6и (10)

Ви

5 Таким образом, вводя в ЭВМ цифровые значения (коды) напряжений U 7 и 0*1в, полученные аналого-цифровым преобразователем после преобразования аналоговых сигналов с выходов устройств выборки-хра10 нения 17 и 18, ЭВМ осуществляет расчет GL и tg д по следующему алгоритму: — рассчитываются Ви по выражению (5) и G> по выражению(6) — рассчитывается Z по выражению (7);

15 — вычисляются коэффициенты нелинейного уравнения:

A4 =-РК4- Х2

Аз =2X, A2=2A4G 2и-1, 2

20 A1=2X 6 и, AO = A4 G и - G u

2 2 — решается численным методом уравнение:

А4В и+ АЗВ и+ А2В и+ А1Ви+ Ао = О, 4 3 2 в результате чего определяется величина емкостной проводимости изоляции; вычисляется tg д по выражению (10).

Рассчитанные значения Ru и Ви, а также

tg д выводится из ЭВМ на исполнительный

З0 орган 10 и цифровой индикатор .11, Исполнительный орган сравнивает значение йи и

tg д с допустимыми их значениями и выдает сигнал при снижении йи или росте tg д, либо действует на отключение генератора при

З5 значительном снижении Ки и росте 1дд, Цифровой индикатор позволяет вести визуальный контроль за параметрами изоляции в составе АСУ ТП электростанции, Данное устройство имеет более широ40 кие функциональные возможности, т.к. позволяет контролировать не один, а три параметра изоляции, за счет чего повышается достоверность контроля состояния изоляции.

45 Устройство контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю промакетировано на интегральных и специальной микроЭВМ, собранной на базе микропроцессорного

50 комплекта КР580. Экспериментальные исследования макета в лаборатории показали

его работоспособность, Формула изобретения

Устройство для контроля изоляции и защиты обмотки статора блочного генератора от замыканий на землю, содержащее стабилизированный источник выпрямленного напряжения, аналого-цифровой и реобразо1775790

Составитель А.Тэджибаев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В.Петраш

Редактор

Заказ 4038 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ватель, присоединенный к входу микроЭВМ, выход которой присоединен к цифровому индикатору и исполнительному органу, измерительный орган, выполненный в виде измерительного преобразователя постоянного тока, соединенного с шунтом, включенным между объединенной нулевой точкой первичных обмоток измерительного трансформатора напряжения и одним из полюсов стабилизированного источника выпрямленного напряжения, второй полюс которого подключен к клемме заземления, причем между полюсами стабилизированного источника выпрямленного напряжения включен разделительный конденсатор с разрядником, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля и расширения функциональных возможностей, в него введены стабилизированный источник переменного напряжения, присоединенный через второй шунт к выводам соединенных в разомкнутый треугольник вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения, первый и второй блоки выборки и хранения, переключатель, а в измерительный орган

5 дополнительно введены последовательно соединенные и присоединенные к второму шунту преобразователь переменного напряжения, полосовой фильтр и формирователь средневыпрямленного значения, 10 который присоединен к входу блока выборки и хранения, причем вход первого блока выборки и хранения присоединен к выходу упомянутого измерительного преобразователя постоянного тока, выходы обоих бло15 ков выборки и хранения через переключатель присоединены к входу упомянутого аналого-цифрового преобразователя, управляющие входы обоих блоков выборки и хранения присоединены к перво20 му управляющему выходу микрсЭВМ, а управляющий вход переключателя — к второму управляющему выходу микроЭВМ.