RU2066910C1 - Способ релейной защиты цепей генераторного напряжения блока генератор - трансформатор с непосредственным водяным охлаждением и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Использование: для повышения чувствительности защиты и достоверности определения параметров изоляции. Сущность изобретения: способ заключается в том, что на цепи генераторного напряжения накладывают переменные токи двух частот и определяют эквивалентную активную проводимость изоляции и охлаждающей среды G_э по формуле:
G_э=(I $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ n²-I $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{2}}$ )^1/2•(n²-1)^-1/2•k,
где I₁, I₂ - наложенные токи частот f₁ и f₂ соответственно, n = f₂/f₁ - кратность частот, К - постоянный коэффициент,
определяют тангенс угла диэлектрических потерь и вырабатывают команду отключения, если хотя бы один из этих параметров превысит допустимое значение. Проводимость изоляции G_и определяют как разность эквивалентной проводимости G_э и проводимости охлаждающей среды G_o. Устройство, реализующее этот способ, содержит два источника напряжения частот f₁ и f₂, присоединенных через измерительный трансформатор напряжения 1 к цепям генераторного напряжения, преобразователь тока в напряжение 4, к выходу которого присоединены два блока вычисления квадрата проводимости (полной 10 и 11). Выходы последних через сумматоры 8, 12 и блоки извлечения квадратного корня 13, 14 присоединены ко входам первого сумматора 5, вычисляющего значения проводимости и емкости изоляции, и делителя 15, вычисляющего тангенс угла потерь. Выходы сумматора 5 и делителя 15 через блоки сравнения 16 и 17 и логический элемент ИЛИ 18 присоединены ко входу исполнительного органа 8. 1 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на электрических станциях для защиты от замыканий на землю цепей генераторного напряжения блоков генератор-трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмоток статора.

Известны способ и устройство [1, с. 387] защиты обмоток статора генератора от замыканий на землю, использующие искусственное смещение напряжения от нейтрали статорной обмотки. Способ заключается в подаче на нейтраль генератора защищаемого блока напряжения смещения и измерении напряжения нулевой последовательности на статоре генератора. Недостатком этого способа является большое значение напряжения смещения нейтрали (порядка 15% от номинального). Устройство, реализующее этот способ, выполнено в виде однофазного трансформатора, первичная обмотка которого включена между одной из фаз и нейтралью генератора, а вторичная между нейтралью и активным заземляющим сопротивлением, к выводам которого через трансформатор напряжения присоединено реле максимального напряжения.

Известны способ и устройство защиты цепей генераторного напряжения блока генератор-трансформатор, основанные на использовании третьих гармоник нулевой последовательности в ЭДС генератора [1, с. 388] Способ заключается в измерении и сравнении напряжения нулевой последовательности третьей гармоники на зажимах статора и на нейтрали генератора. При возникновении однофазного замыкания напряжение третьей гармоники на нейтрали близко к нулю и значительно ниже напряжения третьей гармоники на зажимах статора. Недостатком этого способа является его низкая чувствительность при замыканиях, близких к середине обмотке; по принципу действия защиты имеет мертвую зону в середине обмотки генератора. Устройство защиты содержит реагирующий орган и два трансформатора напряжения, у первого из которых первичные обмотки присоединены к зажимам обмоток статора, у второго включены между нейтралью обмотки статора защищаемого генератора и землей, а вторичные обмотки первого трансформатора напряжения соединены по схеме разомкнутого трансформатора. Реагирующий орган (реле напряжения) присоединен через фильтр третьей гармоники к выводам вторичных обмоток первого и второго трансформаторов по дифференциальной схеме.

Известны способ и устройство защиты цепей генераторного напряжения от замыканий на землю, основанные на использовании наложенных переменного или постоянного токов [1, 3, 4] Способ заключается в присоединении к нейтрали источника постоянного тока или переменного тока непромышленной частоты и измерении наложенного на изоляцию обмоток статора тока, по величине которого судят о наличии замыкания на землю в цепях статора. Недостатками этого способа являются низкая чувствительность и невысокая достоверность определения активного сопротивления (или активный проводимости) изоляции у генераторов с непосредственным водяным охлаждением обмоток статора в условиях изменения проводимости охлаждающей воды, значительно влияющей на величину наложенного тока. Недостатком способа при использовании постоянного наложенного тока является наличие гальванической связи между силовой высоковольтной и измерительной частями устройства, что снижает его надежность. Недостатком способа при использовании переменного наложенного тока является зависимость последнего не только от оси сопротивления изоляции, то также и от ее емкости. Устройство, выполненное по этому способу, содержит реагирующий орган, измерительный наложенный ток и один источник напряжения, присоединяемый к нейтрали суммарного трансформатора напряжения (при постоянном напряжении тока) или к выводам вторичных обмоток измерительного трансформатора напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник (при переменном наложенном токе).

Наиболее близким по технической сущности способом к заявляемому изобретению является способ релейной защиты цепей генераторного напряжения блока генератор-трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмоток, реализованный в устройстве защиты [5] Способ заключается в наложении величины эквивалентной активной проводимости изоляции и охлаждающей среды G_э как величины, обратно пропорциональной наложенному току, определении активной проводимости охлаждающей среды G_o и нахождении активной проводимости изоляции G_и как разности эквивалентной активной проводимости G_э и проводимости охлаждающей среды G_o, формировании уставки на величину предельно допустимой активной проводимости изоляции и формировании сигнала срабатывания в случае превышения найденной активной проводимостью изоляции G_и величины установки.

Недостатком способа является невозможность измерения тангенса угла диэлектрических потерь, являющегося важным параметром изоляции, который совместно с сопротивлением (проводимостью) изоляции наиболее достоверно характеризует ее состояние, причем рост тангенса угла диэлектрических потерь при неизменном сопротивлении изоляции является свидетельством ухудшения и состояния [6] Измерение сопротивления изоляции и тангенса угла диэлектрических потерь позволило бы повысить чувствительность защиты, выявляя повреждения на более ранней стадии их возникновения.

Устройство, реализующее этот способ [5] содержит измерительный трансформатор напряжения, подсоединенный к выводам обмотки статора, конденсатор, включенный между нейтралью первичной обмотки измерительного трансформатора напряжения и землей, источник накладываемого постоянного напряжения, подсоединенный одним плюсом к нейтрали первичной обмотки измерительного трансформатора напряжения, а другим через преобразователь тока в напряжение к земле, первый сумматор, к выходу которого подключен исполнительный орган, а ко входам датчик проводимости охлаждающей среды и выход делительного блока, преобразователь напряжения в напряжение, подключенный своими входными зажимами и выводом источника постоянного накладываемого напряжения, а выходом к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя тока в напряжение, а выход соединен с первым входом делительного блока, второй вход которого подключен к выходу преобразователя тока в напряжение, причем датчик проводимости охлаждающей среды содержит сумматор, ко входам которого присоединены два датчика удельной проводимости охлаждающей среды, установленные на входе и выходе системы охлаждения. Недостатками устройства являются невысокая чувствительность защиты и невысокая достоверность определения параметров изоляции в тех случаях, когда ухудшение состояния изоляции, сопровождающееся ростом тангенса угла диэлектрических потерь, слабо отражается на изменении сопротивления (проводимости) изоляции.

Целью предлагаемого изобретения является повышение чувствительности защиты и достоверности определения параметров изоляции.

Поставленная цель достигается тем, что в способе релейной защиты цепей генераторного напряжения блока генератор-трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмоток, основанном на наложении на эти цепи тока, изменении наложенного тока и напряжения, определении величины эквивалентной активности проводимости и изоляции охлаждающей среды G_э, определении величины проводимости охлаждающей среды G_o и нахождении активной проводимости изоляции как разности эквивалентной активной проводимости G_э и проводимости охлаждающей среды G_o, формировании установки на величину допустимой активной проводимости изоляции и сигнала срабатывания, если величина активной проводимости изоляции G_и станет больше уставки, дополнительно на цепи генераторного напряжения накладывают ток другой частоты, измеряют дополнительный наложенный ток и его напряжение, определяют тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции tgδ, формируют вторую уставку на величину допустимого значения тангенса угла диэлектрических потерь и второй сигнал срабатывания, если величина tgδ станет больше второй уставки, и сигнал на отключение блока при наличии первого или второго сигнала срабатывания, причем эквивалентную активную проводимость изоляции и охлаждающей среды определяют в соответствии с формулой:

где I₁, I₂ измеренные наложенные токи частот f₁, f₂ соответственно;
U₁, U₂ изменение напряжения частот f₁, f₂ соответственно;
n f₂/f₁ кратность частот наложенных токов;
K постоянный коэффициент, а tgδ определяют в соответствии с формулой

где m постоянный коэффициент.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются дополнительное наложение тока другой частоты, измерение дополнительного наложенного тока и его напряжения, определение тангенса угла диэлектрических потерь в изоляции tgδ, формирование второй уставки на величину допустимого значения тангенса угла диэлектрических потерь и второго сигнала срабатывания, если величина tgδ станет больше второй уставки и сигнала на отключение блока при наличии первого или второго сигнала срабатывания, причем эквивалентную активную проводимость изоляции и охлаждающей среды определяют в соответствии с формулой (1), а tgδ в соответствии с формулой (2). Изобретение обладает существенностью отличий, так как подобного способа в литературе не найдено.

C этой же целью в устройство релейной защиты цепей генераторного напряжения блока генератор-трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмоток, содержащее измерительный трансформатор напряжения, высоковольтные обмотки которого соединены в звезду с заземленной нейтралью и пофазно присоединены к фазным выводам обмотки статора, основной источник наложенного тока, к зажимам которого присоединены входные зажимы преобразователя напряжения в напряжение, преобразователь тока в напряжение, первый сумматор, к первому входу которого присоединены датчик проводимости охлаждающей среды, второй сумматор и исполнительный орган, введены дополнительный источник наложенного тока другой частоты, первый и второй блоки вычисления квадрата проводимости, третий сумматор, первый и второй блоки вычисления квадратного корня, делитель, первый и второй блоки сравнения, логический элемент, основной и дополнительный источники наложенного тока соединены параллельно и своими зажимами подключены к входным зажимам преобразователя напряжения в напряжение и к выводам низковольтных обмоток измерительного трансформатора напряжения, соединенным в разомкнутый треугольник, причем к одному из выводов непосредственно, а к другому через преобразователь тока в напряжение, первые входы блоков вычисления квадрата проводимости присоединены к выходу преобразователя тока в напряжение, вторые входы к выходу преобразователя напряжения в напряжение, выходы первого блока вычисления квадрата проводимости присоединены к первым входам второго и третьего сумматоров, вторые входы которых присоединены к выходу второго блока вычисления квадрата проводимости, выход второго сумматора через первый блок вычисления квадратного корня присоединен ко второму входу первого сумматора, выход которого присоединен ко входу первого блока сравнения и к первому входу делителя, выход третьего сумматора через второй блок вычисления квадратного корня присоединен ко второму входу делителя, выход которого присоединен ко входу второго блока сравнения, выходы первого и второго блоков сравнения присоединены ко входам логического элемента, выход которого присоединен ко входу исполнительного органа, причем каждый из блоков вычисления квадрата проводимости содержит первый и второй селективные фильтры, входы которых являются соответственно первым и вторым входами блока, блок деления, выход которого является выходом блока вычисления квадрата проводимости, первый формирователь средневыпрямленного значения, вход которого присоединен к выходу первого селективного фильтра, а выход к первому входу блока деления, второй формирователь средневыпрямленного значения, вход которого присоединен к выходу второго селективного фильтра, а выход ко второму входу блока деления, при этом частота пропускания первого и второго селективных фильтров первого блока вычисления квадрата проводимости равна частоте основного источника, а частота пропускания первого и второго селективных фильтров второго блока вычисления квадрата проводимости равна частоте дополнительного источника.

Отличительным признаком предлагаемого устройства является то, что в него введен дополнительный источник наложенного тока другой частоты, первый и второй блоки вычисления квадрата проводимости, третий сумматор, первый и второй блоки вычисления квадратного корня, делитель, первый и второй блоки сравнения, логический элемент, основной и дополнительный источники наложенного тока соединены параллельно, своими зажимами подключены к входным зажимам преобразователя напряжения в напряжение и к выводам низковольтных обмоток измерительного трансформатора напряжения, соединенным в разомкнутый треугольник, причем к одному из выводов непосредственно, а к другому через преобразователь тока в напряжение, первые входы блоков вычисления квадрата проводимости присоединены к выходу преобразователя тока в напряжение, вторые входы к выходу преобразователя напряжения в напряжение, выход первого блока вычисления квадрата проводимости присоединен к первым входам второго и третьего сумматоров, вторые выходы которых присоединенны к выходу второго блока вычисления квадрата проводимости, выход второго сумматора через первый блок вычисления квадратного корня присоединен ко второму входу первого сумматора, выход которого присоединен ко входу первого блока сравнения и к первому входу делителя, выход третьего сумматора через второй блок вычисления квадратного корня присоединен ко второму входу делителя, выход которого присоединен ко входу второго блока сравнения, выходы первого и второго блоков сравнения присоединены ко входам логического элемента, выход которого присоединен ко входу исполнительного органа, причем каждый из блоков вычисления квадрата проводимости содержит первый и второй селективные фильтры, входы которых являются соответственно первым и вторым входами блока, блок деления, вход которого является выходом блока вычисления квадрата проводимости, первый формирователь средневыпрямленного значения, вход которого присоединен к выходу первого селективного фильтра, а выход к первому входу блока деления, второй формирователь средневыпрямленного значения, вход которого присоединен к выходу второго селективного фильтра, а выход ко второму входу блока деления, при этом частота пропускания первого и второго селективного фильтров первого блока вычисления квадрата проводимости равна частоте основного источника, а частота пропускания первого и второго селективных фильтров первого блока вычислений квадрата проводимости равна частоте основного источника, а частота пропускания первого и второго селективных фильтров второго блока вычисления квадрата проводимости равна частоте дополнительного источника.

Предложенное устройство релейной защиты цепей генераторного напряжения блока генератор-трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмоток обладает существенными отличиями, так как других известных технических решений с подобными признаками заявитель не обнаружил.

При реализации способа выявленные отличительные признаки в совокупности с другими существенными признаками обеспечивают получение положительного эффекта, заключающееся в повышении чувствительности защиты и достоверности определения параметров изоляции. Повышение достоверности определения параметров изоляции достигается вследствие использования двух источников переменного наложенного тока с последующим измерением наложенных токов и напряжений двух частот и вычислением по выражению (1) эквивалентной активной проводимости изоляции и охлаждающей среды, при этом вычисляется путем исключения емкостная составляющая полной проводимости. Дополнительно определяется по выражению (2) тангенс угла диэлектрических потерь, при этом защита реагирует на два параметра изоляции: активную проводимость и tgδ, увеличение каждого из которых свидетельствует об ухудшении состояния изоляции, а резкое возрастание о замыкании в цепях генераторного напряжения. Использование двух этих параметров повышает достоверность контроля, а подача сигнала на отключение блока при наличии превышения одним из этих параметров значения уставки повышает чувствительность защиты.

На чертеже приведена структурная схема устройства для реализации способа релейной защиты цепей генераторного напряжения блока генератор-трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмотки.

Устройство содержит измерительный трансформатор напряжения 1, основной источник 2 наложенного тока частоты f₁, преобразователь 3 напряжения в напряжение, преобразователь 4 тока в напряжение, первый сумматор 5, датчик проводимости охлаждающей среды 6, второй сумматор 7, исполнительный орган 8, дополнительный источник наложенного тока 9 частоты f₂, первый 10 и второй 11 блоки вычисления квадрата проводимости, третий сумматор 12, первый 13 и второй 14 блоки вычисления квадратного корня, делитель 15, первый 16 и второй 17 блоки сравнения, логический элемент 18, первый 19 и второй 20 селективные фильтры, первый 21 и второй 22 формирователи квадрата средневыпрямленного значения, блок 23 деления, кроме того на чертеже показаны генератор и силовой трансформатор защищаемого блока, активная проводимость изоляции G_и, активная проводимость охлаждающей среды G_o, которые включены параллельно и образуют эквивалентную активную проводимость изоляции и охлаждающей среды G_э, и эквивалентная емкость изоляции и охлаждающей среды С_э.

Высоковольтные обмотки измерительного трансформатора напряжения соединены в звезду с заземленной нейтралью и пофазно присоединены к фазным выводам отметки статора. Основной 2 и дополнительный 9 источники наложенного тока соединены параллельно и присоединены к выводам низковольтных обмоток измерительного трансформатора напряжения, соединенным в разомкнутый треугольник, причем к одному из выводов непосредственно, а к другому через преобразователь 4 тока в напряжение, выход которого присоединен к первым выходам первого 10 и второго 11 блоков вычисления квадрата проводимости, т.е. к входам первых селективных фильтров 19 соответствующих блоков. Преобразователь 3 напряжения в напряжение своими входными зажимами подключен к зажимам основного 2 и дополнительного 9 источников наложенного напряжения, а выходом ко вторым входам первого 10 и второго 11 блоков вычисления квадрата проводимости, т. е. ко входам вторых селективных фильтров 20 соответствующих блоков. Первый 19 и второй 20 селективные фильтры первого блока 10 имеют частоту пропускания f₁ и выделяют напряжение, пропорциональное напряженному току и напряжению этой частоты f₁. Селективные фильтры 19, 20 второго блока имеют частоту пропускания f₂ и выделяют напряжение, пропорциональное наложенному току и напряжению частоты f₂. Выход первого селективного фильтра 19 присоединен через первый формирователь 21 квадрата средневыпрямленного значения к первому входу блока деления 23, а ко второму входу этого блока присоединены через второй формирователь 22 квадрата средневыпрямленного значения выход второго селективного фильтра 20. Первый формирователь 21 в первом блоке 10 предназначен для формирования напряжения, пропорционального квадрату средневыпрямленного значения тока I $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ частоты f₁. Второй формирователь 22 в первом блоке 10 предназначен для формирования напряжения, пропорционального квадрату средневыпрямленного значения напряжения U $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ частоты f₁. Делитель 23 предназначен для вычисления напряжения, пропорционального I $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ /U $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ , т.е. квадрату полной эквивалентной проводимости изоляции и охлаждающей среды на частоте f₁.

Первый блок 10 вычисления квадрата проводимости, таким образом, осуществляет вычисление квадрата полной эквивалентной проводимости изоляции и охлаждающей среды I $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ /U $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ на частоте f₁ основного источника 2, а второй блок 11 вычисления квадрата проводимости I $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{2}}$ /U $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{2}}$ на частоте f₂ дополнительного блока источника 9.

Выходы блока 10 присоединены к первым входам второго 7 и третьего 12 сумматоров, а выходы блока 11 присоединены ко вторым входам этих сумматоров. При этом коэффициент передачи второго сумматора 7 по первому входу равен

а по второму входу 1, и этот сумматор предназначен для вычисления напряжения U₇, равного

Коэффициент передачи третьего сумматора 12 по первому входу равен -1, по второму входу +1. Этот сумматор предназначен для вычисления напряжения U₁₂, равного

Выходы второго 7 и третьего 12 сумматоров присоединены ко входам соответственно первого 13 и второго 14 блоков вычисления квадратного корня. Выход первого блока вычисления квадратного корня 13 присоединен ко второму входу первого сумматора 5, имеющего коэффициент передачи (n² - 1)^-1/2, ко второму входу которого с коэффициентом передачи -1 присоединен датчик проводимости окружающей среды 6. Последний предназначен для формирования напряжения, пропорционального активной проводимости охлаждающей среды, и выполнен, например, [4, 5] в виде погруженных в охлаждающую среду электродов, к которым прикладывается постоянное напряжение, а ток между этими электродами пропорционален удельной проводимости охлаждающей среды, а преобразователь тока в напряжение на выходе датчика 6, имеющий соответствующий коэффициент передачи, преобразует измерительный постоянный ток в напряжение, пропорциональное проводимости охлаждающей среды G_o. Первый сумматор 5, таким образом, осуществляет вычисление активной проводимости изоляции
G_и G_э G_o
При этом эквивалентная активная проводимость изоляции и охлаждающей среды G_э вычисляется первым сумматором по выражению (1).

Выход первого сумматора 5 присоединен ко входу первого блока 16 сравнения, выполненного в виде компаратора, уставка срабатывания которого выбирается равной предельно допустимому значению активной проводимости изоляции. Выход первого блока 16 сравнения присоединен к первому входу логического элемента 18.

Первый вход делителя 15 присоединен к выходу первого сумматора 5, а второй вход к выходу второго блока 14 вычисления квадратного корня. Таким образом, делитель 15 предназначен для вычисления тангенса угла диэлектрических потерь в соответствии с выражением (2).

Выход делителя 15 присоединен ко входу второго блока 17 сравнения, выполненного в виде компаратора, уставка срабатывания которого выбирается равной предельно допустимому значению тангенса угла диэлектрических потерь. Выход второго блока 17 сравнения присоединен ко второму входу логического элемента 18. Последний является логическим элементом ИЛИ, выход которого присоединен ко входу исполнительного органа 8 (например, выходного промежуточного реле защиты генератора), который предназначен для подачи сигнала отключения блока в случае выполнения одного из условий: превышения проводимостью изоляции допустимого значения или превышения тангенсом угла диэлектрических потерь допустимого значения.

Предложенный способ реализуется в устройстве, которое работает следующим образом. На изоляцию цепей генераторного напряжения и охлаждающую среду накладываются токи двух частот f₁ от основных 2 и f₂ от дополнительного 9 источников, которые присоединены к фазным обмоткам генератора через измерительный трансформатор напряжения 1, имеющий коэффициент трансформации К_т. При этом на цепи генераторного напряжения подаются напряжения U₁K_т и U₂K_т, где U₁ и U₂ - напряжения основного и дополнительного источников соответственно. В изоляции и охлаждающей среде протекают токи I_1г и I_2г частоты f₁ и f₂ соответственно, величина которых, если пренебречь малыми по сравнению с сопротивлением изоляции значениями индуктивностей измерительного трансформатора и обмоток генератора, может быть определена выражениями (3), (4):

На стороне низковольтных обмоток измерительного трансформатора протекают вторичные токи I₁, I₂:

Преобразователь 3 напряжения в напряжение, имеющий коэффициент передачи K₃, подает на вторые входы блоков 10, 11 напряжение, пропорциональное накладываемым напряжениям. При этом второй селективный фильтр 20 первого блока 10 выделяет составляющую напряжения основной частоты f₁, которая далее вторым формирователем квадрата средневыпрямленного значения 22 выпрямления сглаживается и возводится в квадрат. На выходе формирователя 22 при этом образуется напряжение
u₂₂=K₃U $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ K_ф1,
где K_ф1 коэффициент передачи формирователя 23.

Преобразователь 4 тока в напряжение, имеющий коэффициент передачи K₄, подает на первые входы блоков 10, 11 напряжения, пропорциональные накладываемым токам частот f₁, f₂. При этом первый селективный фильтр 19 первого блока 10 выделяет составляющую, пропорциональную току основной частоты f₁, которая далее первым формирователем квадрата средневыпрямленного значения 21 выпрямляется, сглаживается и возводится в квадрат. На выходе формирователя 21 при этом образуется напряжение
u₂₁=K₄I $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ K_ф,
где K_ф коэффициент передачи формирователя 21.

Делитель 23 первого блока 10 вычисляет отношение U₂₁/U₂₂:

которое в соответствии с (5) пропорционально квадрату полной эквивалентной проводимости изоляции и охлаждающей среды на основной частоте f₁:

т.е.

Аналогично на выходе второго блока 11, селективные фильтры которого настроены на дополнительную частоту f₂, образуется напряжение, пропорциональное квадрату полной эквивалентной проводимости изоляции и охлаждающей среды на частоте f₂:

Напряжения с выходов блоков 10, 11 поступают на входы второго сумматора 7, имеющего коэффициенты передачи соответственно n²=ω $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{2}}$ /ω $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ и -1, на выходе сумматора 7 при этом образуется напряжение U₇

поступающее далее на первый блок вычисления квадратного корня 13, имеющего коэффициент передачи (n² 1)^-1/2, на выходе которого образуется напряжение U₁₃, пропорциональное эквивалентной активной проводимости изоляции и охлаждающей среды:

Таким образом, в соответствии с (8), (10), (11), (12) вычисляется по формуле (1):

где

Напряжение с выхода датчика 6 проводимости охлаждающей среды, пропорциональное активной проводимости охлаждающей среды G_o, и с выхода блока 13, пропорциональное G_э, поступает на входы первого сумматора 5, на выходе которого появляется напряжение, пропорциональное активной проводимости изоляции G_и,
G_и G_э G_o,
которое далее сравнивается на блоке сравнения 18 с уставкой максимально допустимого значения проводимости изоляции. В случае превышения допустимого значения проводимости изоляции блоком выдается сигнал срабатывания, поступающий через логический элемент ИЛИ 18 на исполнительный орган, вырабатывающий команду на отключение блока.

Напряжения с выходов блоков 10, 11 поступают также на входы третьего сумматора 12, имеющего коэффициенты передачи соответственно -1 и +1, при этом на его выходе образуется напряжение U₁₂

поступающее далее на второй блок 14 извлечения квадратного корня, вычисляющий напряжение, пропорциональное эквивалентной емкости С_э изоляции и охлаждающей среды:

Напряжения с выхода первого сумматора 5, пропорциональное G_и, и второго блока вычисления квадратного корня 14, пропорциональное G_э, поступают на входы делителя 15, на выходе которого образуется напряжение U₁₅, пропорциональное tgδ:

где tgδ=G_и/ω₁C_э, при этом считается, что величина емкости системы охлаждения С_o < C_и, т.е. C_э C_и + C_o ≈ C_и [7]
С учетом (7), (8), (12), (13), (14) вычисление tgδ осуществляется устройством по формуле

где

Далее вычисленное значение tgδ c выхода делителя 15 поступает на второй блок сравнения 17, выдающий сигнал срабатывания, если tgδ превысит допустимое значение. Сигнал срабатывания через логический элемент 18 поступает на вход исполнительного органа 8, вырабатывающего команду на отключение блока.

В случае нарушения изоляции (короткого замыкания на землю) или недопустимого ухудшения ее состояния, когда значения проводимости изоляции или tgδ превысят допустимые значения, вырабатывается сигнал на отключение генератора.

В предлагаемом изобретении по сравнению с прототипом достигнут положительный эффект, который заключается в повышении чувствительности защиты и достоверности определения параметров, изоляции, который обеспечивается тем, что выполняется вычисление параметров изоляции G_и и tgδ, в отличие от прототипа, где осуществляется измерение только G_и. Информационная избыточность при этом позволит обеспечивать более высокие чувствительность и достоверность определения параметров изоляции.

Устройство по способу релейной защиты цепей генераторного напряжения блока генератор-трансформатор с непосредственным водяным охлаждением промакетировано на интегральных микросистемах и испытано в лаборатории кафедры электрических станций.

Claims (2)

1. Способ релейной защиты цепей генераторного напряжения блока генератор-трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмоток, основанный на наложении на эти цепи тока, измерении наложенного тока и напряжения, определении величины эквивалентной активной проводимости изоляции и охлаждающей среды G_э, определении величины проводимости охлаждающей среды G_о и нахождении активной проводимости изоляции как разности эквивалентной активной проводимости G_э и проводимости охлаждающей среды G_о, формировании установки на величину допускаемой активной проводимости изоляции и сигнала срабатывания, если величина активной проводимости изоляции G_и станет больше уставки, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности защиты и достоверности определения параметров изоляции, на цепи генераторного напряжения дополнительно накладывают ток другой частоты, измеряют дополнительный наложенный ток и его напряжение, определяют тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции tgδ, формируют вторую уставку на величину допустимого значения тангенса угла диэлектрических потерь и второй сигнал срабатывания, если величина tgδ станет больше второй уставки, и сигнал на отключение блока при наличии первого или второго сигнала срабатывания, причем эквивалентную активную проводимость изоляции и охлаждающей среды определяют в соответствии с формулой

где I₁, I₂ измерительные наложенные токи частот соответственно;
U₁, U₂ измеренные напряжения частот f₂, f₂ соответственно;
n=f₂/f₁ кратность частот наложенных токов;
k постоянный коэффициент,
а tgδ определяют в соответствии с формулой

где m постоянный коэффициент.

2. Устройство релейной защиты цепей генераторного напряжения блока генератор-трансформатор с непосредственным водяным охлаждением обмоток, содержащее измерительный трансформатор напряжения, высоковольтные обмотки которого соединены в звезду с заземленной нейтралью и пофазно присоединены к фазным выводам обмотки статора, основной источник наложенного тока, к зажимам которого присоединены входные зажимы преобразователя напряжения в напряжение, преобразователь тока в напряжение, первый сумматор, к первому входу которого присоединен датчик проводимости охлаждающей среды, второй сумматор и исполнительный орган, отличающееся тем, что в него введены дополнительный источник наложенного тока другой частоты, первый и второй блоки вычисления квадрата проводимости, третий сумматор, первый и второй блоки вычисления квадратного корня, делитель, первый и второй блоки сравнения, логический элемент ИЛИ, основной и дополнительный источники наложенного тока соединены параллельно и своими зажимами подключены к входным зажимам преобразователя напряжения в напряжение и к выводам низковольтных обмоток измерительного трансформатора напряжения, соединенным в разомкнутый треугольник, причем к одному из выводов непосредственно, а к другому через преобразователь тока в напряжение, первые входы блоков вычисления квадрата проводимости присоединены к выходу преобразователя тока в напряжение, вторые входы к выходу преобразователя напряжения в напряжение, выход первого блока вычисления квадрата проводимости присоединен к первым входам второго и третьего сумматоров, вторые входы которых присоединены к выходу второго блока вычисления квадрата проводимости, выход второго сумматора через первый блок вычисления квадратного корня присоединен к второму входу первого сумматора, выходы которого присоединены к входу первого блока сравнения и к первому входу делителя, выход третьего сумматора через второй блок вычисления квадратного корня присоединен к второму входу делителя, выход которого присоединен ко входу второго блока сравнения, выходы первого и второго блоков сравнения присоединены к входам логического элемента ИЛИ, выход которого присоединен к входу исполнительного органа, причем каждый из блоков вычисления квадрата проводимости содержит первый и второй селективные фильтры, входы которых являются соответственно первым и вторым входами блока, блок деления, выход которого является выходом блока вычисления квадрата проводимости, первый формирователь средневыпрямленного значения, вход которого присоединен к выходу первого селективного фильтра, а выход к первому входу блока деления, второй формирователь средневыпрямленного значения, вход которого присоединен к выходу второго селективного фильтра, а выход ко второму входу блока деления, при этом частота пропускания первого и второго селективных фильтров первого блока вычисления квадрата проводимости равна частоте основного источника, а частота пропускания первого и второго селективных фильтров второго блока вычисления квадрата проводимости равна частоте дополнительного источника.