СПОСОБ ЗАЩИТЫ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ
PROTECTION METHOD OF SYNCHRONOUS GENERATORS AGAINST FAULT TO GROUND AT ONE POINT OF EXCITATION CIRCUIT

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите синхронных генераторов, и может быть использовано на электрических станциях для защиты синхронных генераторов от замыкания обмотки возбуждения на землю в одной точке, а также для контроля сопротивления изоляции.
Известен способ [1] защиты цепей возбуждения от замыкания на землю, выполненный с использованием измерительного моста, в состав одного из плеч которого входит обмотка возбуждения, когда в одну из диагоналей моста включается вспомогательный источник напряжения, а в другую - измерительный орган.
Основным недостатком этого способа является сложность его технической реализации, в том числе обусловленная использованием вспомогательного источника напряжения. Кроме того, на точность измерительного органа негативно влияет возможное в эксплуатации изменение емкости цепи возбуждения.
Наиболее близким заявленному техническому решению, выбранным в качестве прототипа, является способ определения эквивалентного сопротивления изоляции электрической цепи постоянного тока [2], при котором периодически и поочередно с помощью высоковольтного коммутатора на основе электронных ключей шунтируют добавочным сопротивлением определенного значения полюса контролируемой цепи и измеряют напряжение на каждом полюсе сети в установившемся режиме, усредняют измеряемые напряжения и вычисляют эквивалентное сопротивление изоляции сети постоянного тока.
Существенным недостатком прототипа является необходимость применения высоковольтных полупроводниковых ключей, к которым предъявляются повышенные требования по допустимым напряжениям, что усложняет и удорожает схему, понижает ее надежность.
Цель изобретения заключается в упрощении системы контроля состояния изоляции и релейной защиты цепей возбуждения, повышении надежности ее работы. Поставленная цель достигается тем, что снижают уровень напряжений на шунтирующих ключах путем разделения их с выводами обмотки возбуждения при помощи высокоомных сопротивлений, а сами ключи для осуществления контроля их исправности подключают параллельно к сопротивлениям, на которых измеряют напряжения.
На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого способа.
Схема включает в себя обмотку возбуждения 1; контролируемое сопротивление изоляции 3; два шунтируемых ключами сопротивления 6 и 8; два управляемых ключа 5 и 9, шунтирующих сопротивления 6 и 8 соответственно; добавочные высокоомные сопротивления 2 и 4, разделяющие полюса обмотки возбуждения и ключи 5 и 9; заземляющее сопротивление 7; блок 10 управления ключами; блок измерения 11; выходной релейный блок 12; блок 13 контроля исправности ключей.
Способ реализуется следующим образом.
<mrow><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mrow><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
Блок 10 выдает сигнал управления
, где t - текущее время, посредством которого осуществляется периодическая коммутация ключей 5 и 9. Периодический сигнал управления
с периодом τ представлен на фиг.2. Когда
, ключ 5 замкнут, а ключ 9 разомкнут. Когда
, ключ 5 разомкнут, а ключ 9 замкнут. Период τ выбирается исходя из условия полного затухания переходных процессов, обусловленных коммутацией ключей, за время τ/2. Блок измерения 11 измеряет напряжения на сопротивлениях 6, 7 и 8 в установившемся режиме, усредняет измеряемые напряжения и производит вычисление сопротивления изоляции по формуле:
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>и</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>R</mi><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mn>12</mn></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mn>21</mn></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mn>32</mn></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mn>31</mn></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>−</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow>
,
из
где R - величина сопротивления изоляции 3;
R - величина добавочных высокоомных сопротивлений 2 и 4;
1
R - величина шунтируемых сопротивлений 6 и 8;
2
R - величина заземляющего сопротивления 7;
21
<mrow><mi>s</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
U - усредненное напряжение на сопротивлении 8 при шунтировании ключом 5 сопротивления 6, когда
;
31
<mrow><mi>s</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
U - усредненное напряжение на сопротивлении 7 при шунтировании ключом 5 сопротивления 6, когда
;
12
<mrow><mi>s</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
U - усредненное напряжение на сопротивлении 6 при шунтировании ключом 9 сопротивления 8, когда
;
32
<mrow><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
U - усредненное напряжение на сопротивлении 7 при шунтировании ключом 9 сопротивления 8, когда
;
в1
21
31
U - напряжение на обмотке возбуждения в момент измерения напряжений U и U;
в2
12
32
U - напряжение на обмотке возбуждения в момент измерения напряжений U и U.
в1
в2
в1
в2
На точность расчета сопротивления изоляции не влияет изменение напряжения возбуждения, поскольку учитывается, что U≠U. Напряжения U и U вычисляются блоком 11 по следующим формулам:
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><msub><mi>U</mi><mrow><mn>21</mn></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mi>R</mi><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><msub><mi>U</mi><mrow><mn>31</mn></mrow></msub></mrow>
;
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>R</mi><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><msub><mi>U</mi><mrow><mn>12</mn></mrow></msub><mo>−</mo><mfrac><mi>R</mi><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><msub><mi>U</mi><mrow><mn>32</mn></mrow></msub></mrow>
.
При выявлении блоком 13 неисправности ключей 5 или 9 выдается сигнал о неисправности и блокируется срабатывание блока 12. Может быть несколько критериев выявления неисправности ключей. К примеру, о неисправности свидетельствует наличие напряжения на сопротивлении 6 или 8 при его шунтировании или отсутствие напряжения на сопротивлении 6 или 8 при его дешунтировании.
Выходной релейный блок 12 осуществляет сравнение вычисленного блоком 11 сопротивления изоляции со значением параметра срабатывания и формирование выходного сигнала срабатывания защиты при снижении сопротивления ниже допустимого предела. Формирование выходного сигнала в блоке 12 обеспечивается только при устойчивом снижении сопротивления изоляции, т.е. наблюдаемом в течение заданного промежутка времени.
Способ может применяться для контроля состояния изоляции и релейной защиты цепей возбуждения, обеспечивая независимость результатов от изменения напряжения возбуждения, величины емкости цепи возбуждения и места ухудшения изоляции.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №612338, кл. Н02Н 7/06, 1978, бюл. №23.
2. Авторское свидетельство СССР №1569745, кл. G01R 27/18, 1990, бюл. №21.