УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ОБМОТКЕ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРА
DEVICE FOR PROTECTING OF GENERATOR STATOR WINDING AGAINST FAULT TO GROUND

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для защиты от замыканий на землю статора генератора, работающего в блоке с трансформатором и имеющего гальваническую связь с внешней сетью.
Известно устройство для защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора [Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - с.450], содержащее измерительный трансформатор напряжения, подключенный к выводам генератора, трансформатор тока, первый и второй токоограничивающие элементы, соединенные параллельно и подключенные последовательно с трансформатором тока к вторичной обмотке измерительного трансформатора напряжения, соединенной в разомкнутый треугольник, источник контрольного тока с частотой 20 Гц, полосовой фильтр, соединенные последовательно и подключенные параллельно первому токоограничивающему элементу, блок цифровой релейной защиты, подключенный к вторичной обмотке трансформатора тока и второму токоограничивающему элементу.
Данное устройство не позволяет осуществить селективную защиту от замыканий на землю в обмотке статора генератора, имеющего гальваническую связь с внешней сетью.
Известно устройство для защиты блока генератор-трансформатор от замыканий на землю [Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности. - Киев: Наукова думка, 1983. - с.89-90], содержащее первый измерительный трансформатор напряжения, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенные к выводам генератора, источник контрольного тока и первый выпрямитель, подключенные к вторичной обмотке первого измерительного трансформатора напряжения, соединенной в разомкнутый треугольник. Устройство содержит частотный фильтр и второй выпрямитель, подключенные к вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения, соединенной в разомкнутый треугольник. К выходам первого и второго выпрямителей подключена схема сравнения, к выходу которой подключены нуль-индикатор и прибор контроля сопротивления изоляции цепей статора относительно земли.
Данное устройство не позволяет осуществить селективную защиту от замыканий на землю в обмотке статора генератора, имеющего гальваническую связь с внешней сетью.
Известно устройство для защиты блока генератор-трансформатор от замыканий на землю [SU 1010690 А1, МПК 5 Н02Н 7/06, опубл. 07.04.1983], выбранное в качестве прототипа, содержащее пятистержневой трансформатор напряжения, источник контрольного тока непромышленной частоты, подключенный через токоограничивающий элемент к вторичной обмотке измерительного трансформатора напряжения, соединенной в разомкнутый треугольник, реагирующий орган, амплитудно-фазовый согласующий блок, вход которого подключен к токоограничивающему элементу, а его выход и вход реагирующего органа, соединенные последовательно, подключены к той же вторичной обмотке измерительного трансформатора напряжения.
Устройство-прототип не позволяет осуществить селективную защиту генератора, имеющего гальваническую связь с внешней сетью, потому что оно не обеспечивает контрольный ток на выводах генератора, достаточный для его надежного измерения в первичных цепях с помощью фильтра тока нулевой последовательности по следующей причине. Сопротивление токоограничивающего элемента току с частотой 50 Гц должно быть достаточно большим, чтобы замыкание цепи вторичной обмотки трансформатора напряжения, соединенной в разомкнутый треугольник, через источник контрольного тока, не оказывало влияния на режим рабочего заземления нейтрали. За счет большого сопротивления токоограничивающего элемента контрольный ток также существенно ограничивается. Увеличение контрольного тока путем увеличения напряжения источника контрольного тока приводит к тому, что при отсутствии замыкания на землю в обмотке статора генератора в первичной сети может наводиться напряжение с частотой контрольного тока, соизмеримое с рабочим напряжением, что недопустимо.
Задачей изобретения является обеспечение селективности защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора, имеющего гальваническую связь с внешней сетью.
Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора, так же как в прототипе, содержит источник контрольного тока непромышленной частоты и токоограничивающий элемент, соединенные последовательно, первый измерительный трансформатор напряжения, подключенный к выводам генератора, к вторичной обмотке которого, соединенной в разомкнутый треугольник, подключены источник контрольного тока непромышленной частоты и токоограничивающий элемент.
Согласно изобретению в устройство введен конденсатор, включенный последовательно с источником контрольного тока непромышленной частоты и токоограничивающим элементом, второй измерительный трансформатор напряжения, подключенный к выводам генератора, пусковой орган, подключенный к вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения, соединенной в разомкнутый треугольник, логический элемент «И», первый вход которого подключен к выходу пускового органа, фильтр тока нулевой последовательности, подключенный к выводам генератора, избирательный орган, вход которого подключен к выходу фильтра тока нулевой последовательности, а выход - ко второму входу логического элемента «И».
Заявленное выполнение устройства обеспечивает увеличение контрольного тока в первичной цепи до максимально возможного значения по условию термической стойкости первого измерительного трансформатора напряжения, за счет того, что последовательно соединенные токоограничивающий элемент и конденсатор настроены в резонанс на частоте контрольного тока. В этом случае сопротивление цепи источника контрольного тока имеет малое сопротивление к контрольному току и большое сопротивление к току с частотой 50 Гц. В результате предлагаемое устройство позволяет обеспечить селективность защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора, имеющего гальваническую связь с внешней сетью, например, при питании распределительной сети через реактор, подключенный к выводам генератора.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора.
Устройство для защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора содержит (фиг.1) источник контрольного тока непромышленной частоты 1, токоограничивающий элемент 2 и конденсатор 3, которые соединены последовательно, первый измерительный трансформатор напряжения 4, который заземлен, подключенный к выводам генератора 5, соединенного в блок с трансформатором 6. Распределительная сеть 7 подключена к генератору 5 через реактор 8. К вторичной обмотке первого измерительного трансформатора напряжения 4, соединенной в разомкнутый треугольник, подключены источник контрольного тока непромышленной частоты 1, токоограничивающий элемент 2 и конденсатор 3. Второй измерительный трансформатор напряжения 9, который заземлен, подключенный к выводам генератора 5, пусковой орган 10, подключенный к вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения 9, соединенной в разомкнутый треугольник. Логический элемент «И» 11, первый вход которого подключен к выходу пускового органа 10, фильтр тока нулевой последовательности 12, подключенный к выводам генератора 5, избирательный орган 13, вход которого подключен к выходу фильтра тока нулевой последовательности 12, а выход - ко второму входу логического элемента «И» 11.
Источник контрольного тока непромышленной частоты 1 представляет собой параметрический делитель частоты [SU 2268524 А1, МПК 5 Н02Н 3/16, опубл. 20.01.2006] или электронный генератор типа ШНЭ1150.
Токоограничивающий элемент 2 представляет собой линейный дроссель, выполненный на магнитопроводе с воздушным зазором.
Пусковой орган 10, избирательный орган 13, логический элемент «И» 11 могут быть выполнены на цифровом терминале релейной защиты типа ЭКРА200.
Фильтр тока нулевой последовательности 12 представляет собой три типовых трансформатора тока с параллельным соединением вторичных обмоток.
Устройство работает следующим образом (фиг.1). Источник контрольного тока непромышленной частоты 1 вырабатывает контрольный ток (например, с частотой 25 Гц), который протекает по последовательно соединенным токоограничивающему элементу 2 и конденсатору 3 и по вторичной обмотке первого измерительного трансформатора напряжения 4, который подключен к выводам генератора 5. Контрольный ток трансформируется в первичную цепь и распределяется между эквивалентной емкостью фаз относительно земли распределительной сети 7, которая подключена к генератору 5 через реактор 8, и эквивалентным сопротивлением фаз генератора 5, которое определяется емкостью и активным сопротивлением изоляции фаз генератора 5 относительно земли.
В нормальном режиме напряжение на вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения 9, соединенной в разомкнутый треугольник, пропорционально падению напряжения на эквивалентной емкости относительно земли распределительной сети 7 и генератора 5. При замыкании на землю в обмотке статора генератора 5 напряжение на вторичной обмотке второго измерительного трансформатора напряжения 9 уменьшается, а контрольный ток в первичной цепи генератора 5 значительно увеличивается за счет того, что последовательно соединенные токоограничивающий элемент 2 и конденсатор 3 настроены в резонанс на частоте контрольного тока. При этом пусковой орган 10 вырабатывает логический сигнал, который подается на первый вход логического элемента «И» 11. На выходе фильтра тока нулевой последовательности 12 появляется ток, пропорциональный контрольному току в первичной цепи генератора 5, и избирательный орган 13 вырабатывает логический сигнал, который подается на второй вход логического элемента «И» 11. При наличии сигналов на первом и втором входах логического элемента «И» 11 на выходе устройства формируется сигнал на отключение генератора.
В результате работы устройства происходит селективное отключение генератора при замыкании на землю в обмотке статора.