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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора, работающего на сборные шины.
Известно устройство для защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора [Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. - М.: Энергия, 1976, с.391-392], содержащее фильтр тока нулевой последовательности, подключенный к выводам генератора, токовое реле, подключенное к выходу фильтра тока нулевой последовательности.
Недостатком данного устройства является необходимость нарушения целостности ошиновки генератора для подключения фильтра тока нулевой последовательности, что снижает надежность работы устройства.
Для защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора также применяют устройство [Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. - М.: Энергия, 1976, с.393-394], содержащее трансформатор тока нулевой последовательности с подмагничиванием, трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключена к выводам генератора, а вторичная обмотка к дополнительной подмагничивающей обмотке трансформатора тока нулевой последовательности с подмагничиванием, токовое реле, к входам которой подключены вторичные обмотки трансформатора тока нулевой последовательности с подмагничиванием.
Недостатком данного устройства является необходимость нарушения целостности ошиновки генератора для подключения фильтра тока нулевой последовательности с подмагничиванием, что снижает надежность работы устройства.
Известно устройство для защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора [А.с. СССР №1492409, МПК 4 Н02Н 3/16 БИ. №25, 1989], выбранное в качестве прототипа, содержащее фильтр тока нулевой последовательности, подключенный к выводам генератора, преобразователь тока в напряжение, который подключен к фильтру тока нулевой последовательности, формирователь ортогональных составляющих, который подключен к преобразователю тока в напряжение, датчик линейного напряжения, который подключен к формирователю ортогональных составляющих, формирователь приращений, подключенный к формирователю ортогональных составляющих, датчик напряжения нулевой последовательности, блок управления, подключенный к датчику напряжения нулевой последовательности и к формирователю приращений, схему сравнения, подключенную к формирователю приращений и к блоку управления. Формирователь ортогональных составляющих содержит фазоповоротную схему, первый усилитель-ограничитель, входы которых соединены между собой и подключены к датчику линейных напряжений, первый детектор, второй детектор, информационные входы которых соединены и подключены к преобразователю тока в напряжение, второй усилитель-ограничитель, который подключен к фазоповоротной схеме, причем выходы первого усилителя-ограничителя и второго усилителя-ограничителя подключены к опорным входам соответственно первого и второго детекторов. Выходы первого и второго детекторов подключены к формирователю приращений.
Недостатком данного устройства является снижение чувствительности устройства из-за зависимости работы устройства от изменения частоты сети и влияния высших гармонических составляющих в токе нулевой последовательности, поступающего на вход формирователя ортогональных составляющих.
Задачей изобретения является повышение чувствительности устройства путем исключения зависимости работы устройства от изменения частоты сети и влияния высших гармонических составляющих в токе нулевой последовательности.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство для защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора, содержащее фильтр тока нулевой последовательности, подключенный к выводам генератора, преобразователь тока в напряжение, который подключен к фильтру тока нулевой последовательности, формирователь ортогональных составляющих, который подключен к преобразователю тока в напряжение, датчик линейного напряжения, который подключен к формирователю ортогональных составляющих, формирователь приращений, подключенный к формирователю ортогональных составляющих, датчик напряжения нулевой последовательности, блок управления, подключенный к датчику напряжения нулевой последовательности и к формирователю приращений, схему сравнения, подключенную к формирователю приращений и к блоку управления.
Согласно изобретению в формирователь ортогональных составляющих введены формирователь опорных сигналов, выходы которого соединены с опорными входами первого и второго перемножителей, выходы которых подключены к формирователю приращений, причем информационные входы первого и второго перемножителей соединены между собой и подключены к преобразователю тока в напряжение, а три входа формирователя опорных сигналов подключены к трем выходам датчика линейного напряжения.
Заявленное выполнение устройства обеспечивает повышение чувствительности устройства за счет устранения зависимости работы устройства от изменения частоты сети и влияния высших гармонических составляющих в токе нулевой последовательности за счет исключения фазоповоротной схемы и замены фазового детектирования на операцию перемножения в формирователе ортогональных составляющих, тем самым выполняется задача изобретения.
Предлагаемое устройство, по сравнению с известным прототипом, позволяет выделить абсолютное значение первой гармоники тока нулевой последовательности в условиях изменения частоты сети и наличия высших гармонических составляющих в токе нулевой последовательности, что повышает чувствительность защиты на 10-15%.
На фиг.1 представлена схема устройства для защиты от замыканий на землю обмотки статора, на фиг.2 - схема формирователя ортогональных составляющих, на фиг.3 - векторная диаграмма, поясняющая работу формирователя опорных сигналов.
Устройство содержит (фиг.1) фильтр тока нулевой последовательности 1, подключенный к выводам генератора, преобразователь тока в напряжение 2, который подключен к фильтру тока нулевой последовательности 1, формирователь ортогональных составляющих 3, который подключен к преобразователю тока в напряжение 2, датчик линейного напряжения 4, который подключен к формирователю ортогональных составляющих 3, формирователь приращений 5, который подключен к формирователю ортогональных составляющих 3, датчик напряжения нулевой последовательности 6, блок управления 7, который подключен к датчику напряжения нулевой последовательности 6 и к формирователю приращений 5, схему сравнения 8, которая подключена к формирователю приращений 5 и к блоку управления 7. Формирователь ортогональных составляющих содержит формирователь опорных сигналов 9 (фиг.2), выходы которого соединены с опорными входами первого перемножителя 10 и второго перемножителя 11, выходы первого перемножителя 10 и второго перемножителя 11 подключены к формирователю приращений 5, информационные входы первого перемножителя 10 и второго перемножителя 11 соединены между собой и подключены к преобразователю тока в напряжение 2, три входа формирователя опорных сигналов 9 подключены к трем выходам датчика линейного напряжения 4.
Фильтр тока нулевой последовательности 1 представляет собой три трансформатора тока, вторичные обмотки которых соединены параллельно.
Преобразователь тока в напряжение 2 может быть выполнен в виде резистора, включенного в нулевой провод фильтра тока нулевой последовательности 1.
Датчик линейного напряжения 4 представляет собой измерительный трансформатор напряжения, например три трансформатора типа ЗНОЛ-6, первичные и вторичные обмотки которых соединены в звезду.
Формирователь приращений 5 может быть выполнен на операционных усилителях, например типа К140УД7.
Датчик напряжения нулевой последовательности 6 представляет собой измерительный трансформатор напряжения, например три трансформатора типа ЗНОЛ-6, первичные обмотки которых соединены в звезду, а вторичные - в разомкнутый треугольник.
Блок управления 7 может быть выполнен на операционных усилителях, например, типа К140УД7.
Схема сравнения 8 представляет собой компаратор, выполненный на микросхеме 521СА3.
Формирователь опорных сигналов 9 представляет собой сумматор, выполненный на операционном усилителе К140УД7.
Первый перемножитель 10 и второй перемножитель 11 могут быть выполнены на микросхемах 525ПС3.
Устройство работает следующим образом.
AB
BC
CA
0
X
Y
В нормальном режиме, до возникновения замыкания на землю, на вход преобразователя тока в напряжение 2 с выхода фильтра тока нулевой последовательности 1 поступает ток небаланса, а при возникновении замыкания на землю обмотки статора - сумма тока небаланса и тока замыкания. Выходное напряжение преобразователя тока в напряжение 2, пропорциональное в нормальном режиме току небаланса, а при замыкании на землю сумме тока небаланса и тока замыкания, поступает на первый вход формирователя ортогональных составляющих 3. На второй, третий и четвертый входы формирователя ортогональных составляющих 3 поступают линейные напряжения U, U, U с выхода датчика линейного напряжения 4. В формирователе опорных сигналов 9 формируется вектор , опережающий вектор линейного напряжения  на 90° (фиг.3). Напряжение  поступает на вход первого перемножителя 10, а вектор  на вход второго перемножителя 11 и умножаются на сигнал с выхода преобразователя тока в напряжение 2 kIsin(ωt+β), где k - коэффициент пропорциональности, β - фазовый сдвиг тока нулевой последовательности. Таким образом, на выходе формирователя ортогональных составляющих 3 формируются два напряжения U и U, средние значения которых равны
где А - коэффициент пропорциональности.
X
Y
1
1
0
уст
1
0
уст
уст
0
На первый и второй входы формирователя приращений 5 поступают выходные сигналы U и U формирователя ортогональных составляющих 3. На третий вход формирователя приращений 5 подается логический сигнал X, сформированный на первом выходе блока управления 7, причем X=0 при 3U<U и X=1 при 3U>U, где U - порог срабатывания блока управления 7, U - напряжение нулевой последовательности с выхода датчика нулевой последовательности 6. На выходе формирователя приращений 5 формируется сигнал, пропорциональный току нулевой последовательности, который подается на вход схемы сравнения 8, где происходит сравнение тока нулевой последовательности с уставкой. За счет связи схемы сравнения 8 с блоком управления 7 обеспечивается выдержка времени работы защиты и ограничение длительности выходного логического сигнала на выходе схемы сравнения 8. Выход схемы сравнения 8 является выходом защиты.