Система, компьютерный программный продукт и способ обнаружения внутренних неисправностей обмотки синхронного генератора

Система, компьютерный программный продукт и способ обнаружения внутренних неисправностей обмотки синхронного генератора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к системам для обнаружения неисправностей синхронного генератора и защиты от них. В частности, оно касается неисправностей обмоток синхронного генератора, например, в синхронном генераторе большой мощности для гидроэлектростанции, теплоэлектростанции или атомной электростанции.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Важным фактором, обеспечивающим высокую надежность в электростанциях, является снабжение генераторов, таких как генераторы большой мощности в гидроэлектростанциях или атомных электростанциях, системами контроля состояния, чтобы обнаруживать неисправности на ранней стадии. Задачей изобретения является усовершенствованный способ диагностики, обнаружения и защиты, позволяющий обнаруживать и идентифицировать неисправности обмоток в синхронном генераторе, в частности, межвитковые короткие замыкания в синхронном генераторе. Такие внутренние неисправности в зоне действия релейной защиты генератора могут приводить к серьезному повреждению, если их не обнаруживать и не устранять. Для обнаружения межвитковых коротких замыканий применяли несколько способов, включая поперечную дифференциальную защиту и анализ сигнатур гармоник.

Поперечная дифференциальная защита является широко применяемым способом и обеспечивает приемлемую чувствительность и надежность при защите от межвитковых коротких замыканий синхронного генератора. В этом способе применяют небалансный или дифференциальный ток между ветвями обмоток статора в каждой фазе для индикации присутствия межвиткового короткого замыкания. Для каждой обмотки, подвергаемой контролю, измеряют ток через обмотку в каждой ветви каждой фазы на обоих концах обмотки. Наличие специализированных измерительных устройств, таких как трансформаторы тока (ТТ), на каждом конце каждой обмотки требует многих измерительных устройств, что увеличивает общую стоимость защиты этого типа. Иногда ветви обмоток статора синхронного генератора находятся внутри машины из-за предпочтений изготовления и недоступны для установки ТТ, ограничивая тем самым применение этого способа.

В документе US7528611 (Д1) описаны способ и система для обнаружения неисправностей обмоток в генераторе с параллельными обмотками, в частности, межвитковых коротких замыканий между параллельными обмотками. Система включает в себя компоновку трансформаторов 24, 26, 28, 30, 32 и 34 тока на стороне выводов генератора, по одному трансформатору тока для каждой ветви катушек генератора (фиг. 1 в Д1) и по две ветви в каждой фазе. Трансформаторы тока выполнены с возможностью восприятия различия между катушками каждой фазы и выдачи сигнала тока расщепленной фазы для каждой фазы (Реферат, со строки 60 в столбце 5 по строку 2 в столбце 6). Сигналы тока расщепленной фазы подаются в реле (38) на основе микропроцессора, выполненное с возможностью обнаружения межвитковых коротких замыканий в зоне релейной защиты и выдачи сигнала тревоги или сигнала отключения (столбец 6, строки 5-14). В системе согласно Д1 используется меньше трансформаторов тока, чем при обычной поперечной дифференциальной защите; в частности, в системе согласно Д1 не используются трансформаторы тока на стороне нейтрали генератора. Системе согласно Д1 нужен один трансформатор тока для каждой обмотки катушки каждой фазы. На практике зачастую трудно получить доступ к обмотке для установки трансформатора тока.

Способ анализа сигнатур гармоник предусматривает использование гармонического спектра напряжений или токов синхронного генератора для обнаружения межвиткового короткого замыкания статора. Когда происходит межвитковое короткое замыкание статора, некоторые характеристические гармонические составляющие появляются в гармоническом спектре токов ротора и статора как сигнатуры межвиткового короткого замыкания. Однако мощные электронные устройства, используемые в электрической сети, такие как преобразователи и выпрямители, возмущения системы и несбалансированная работа внешних электрических сетей также могут индуцировать гармоники, которые смогут влиять на сигнатуры и тем самым снижать надежность этого способа.

В документе US7592772 описано обнаружение межвитковых коротких замыканий с помощью анализа гармоник, предусматривающего наличие испытательной катушки ротора для измерения тока обмотки возбуждения ротора. Испытательная катушка расположена у обмотки возбуждения ротора. В промышленных установках зачастую трудно или невозможно установить такую испытательную катушку. Кроме того, когда частота изменяется, нельзя точно измерить гармоническую составляющую. Изобретение обеспечивает альтернативу таким измерениям и анализ токов ротора.

В статье “A Robust On-Line Turn Fault Detection Technique for Induction Machines Based on Monitoring the Sequence Component Impedance Matrix” («Робастный метод поточного обнаружения витковых коротких замыканий для асинхронных машин на основе контроля матрицы полных сопротивлений составляющих последовательностей») описано обнаружение межвитковых коротких замыканий асинхронных двигателей на основе матрицы полных сопротивлений симметричных составляющих последовательности. Изменение недиагональных элементов полных сопротивлений симметричной последовательности указывает возникновение межвитковых коротких замыканий. Чтобы получить данные и параметры для алгоритма обнаружения, способ включает в себя этапы обучения, которые включают в себя несколько преднамеренно несбалансированных операций. См. статью “S. Lee, R. Tallam, T. Habetler, IEEE Transaction on Power Electronics “A robust on-line turn fault detection technique for induction machines based on monitoring the sequence component impedance matrix,” т. 18, № 3, 2003.

Такие несбалансированные этапы обучения непрактичны применительно к синхронным генераторам большой мощности во время их нормальной работы.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать способ обнаружения неисправностей обмоток, в частности межвитковых коротких замыканий обмоток, простой в применении и при этом надежный. В данном изобретении предложены способ и система для обнаружения неисправностей обмоток синхронного генератора, содержащего статор с обмотками и выводами для токов машины и ротор, который выполнен с возможностью вращения внутри статора. За счет обнаружения и идентификации неисправностей обмоток, в частности межвитковых коротких замыканий, таким образом, что оказывается возможной выдача команд отключения для отсоединения генератора в случае межвитковых коротких замыканий, облегчаются защита от неправильного функционирования генератора и ремонты генератора.

Для этих целей, в данном изобретении предложен способ обнаружения внутренней неисправности синхронного генератора, причем синхронный генератор содержит обмотки для каждой фазы электрической сети, по меньшей мере, один вывод для каждой фазы, расположенный на стороне выводов синхронного генератора и соединенный с соответствующими обмотками, при этом выводы на стороне выводов выполнены с возможностью соединения с электрической сетью, а синхронный генератор способен подводить мощность в электрическую сеть посредством выводов. Синхронный генератор предпочтительно представляет собой генератор, в котором каждая обмотка содержит, по меньшей мере, две ветви обмотки. Способ предусматривает измерение напряжения (V_a, V_b, V_c) каждой фазы на упомянутом, по меньшей мере, одном каждом выводе и тока (I_a, I_b, I_c) каждой фазы на упомянутом, по меньшей мере, одном каждом выводе, и определение того, подвергается ли синхронный генератор межвитковому короткому замыканию в любой из его фаз. Это определение включает в себя: преобразование измеренных фазных токов (I_a, I_b, I_c) и измеренных фазных напряжений (V_a, V_b, V_c) в симметричные токи (I₁, I₂, I₀) последовательности и симметричные напряжения (V₁, V₂, V₀) последовательности соответственно; контроль, по меньшей мере, одной из следующих четырех переменных: (i) остаточное напряжение (ΔV₂) отрицательной последовательности; (ii) остаточное напряжение (ΔV₀) нулевой последовательности; (iii) полное сопротивление (Z_2C) связи отрицательной последовательности; и (iv) полное сопротивление (Z_0C) связи нулевой последовательности, причем каждую из этих переменных вычисляют исходя из составляющих (I₁, I₂, I₀, V₂, V₀) последовательностей и, по меньшей мере, одного удельного полного сопротивления (Z₀₀, Z₂₂) генератора, и выясняют, подвергается синхронный генератор неисправности обмотки или нет, исходя из вычисления, по меньшей мере, одного остаточного напряжения (ΔV₀, ΔV₂) или полного сопротивления (Z_2C, Z_0C) связи.

В предпочтительном варианте осуществления способ предусматривает защиту синхронного генератора при определении, что синхронный генератор подвергается внутренней неисправности, а эта защита включает в себя, по меньшей мере, один из этапов, на которых: отображают визуальное указание межвиткового короткого замыкания для оператора; оповещают оператора посредством звукового сигнала тревоги; отключают автоматические выключатели синхронного генератора, отсоединяя генератор от электрической сети, отключают автоматические выключатели возбуждения стороны переменного тока схемы возбуждения для снятия напряжения возбуждения ротора и отключают турбины генератора.

В варианте осуществления, остаточное напряжение (ΔV₂) отрицательной последовательности контролируют посредством напряжения (V₂) отрицательной последовательности, тока (I₂) отрицательной последовательности и собственного полного сопротивления (Z₂₂) отрицательной последовательности; остаточное напряжение (ΔV₀) нулевой последовательности контролируют посредством напряжения (V₀) нулевой последовательности, тока (I₀) нулевой последовательности и собственного полного сопротивления (Z₀₀) нулевой последовательности; полное сопротивление (Z_2C) связи отрицательной последовательности контролируют посредством напряжения (V₂) отрицательной последовательности, тока (I₂) отрицательной последовательности, тока (I₁) положительной последовательности и собственного полного сопротивления (Z₂₂) связи отрицательной последовательности; и/или полное сопротивление (Z_0C) связи нулевой последовательности (с положительной последовательностью) контролируют посредством напряжения (V₀) нулевой последовательности, тока (I₀) нулевой последовательности, тока (I₁) положительной последовательности и собственного полного сопротивления (Z₀₀) нулевой последовательности.

В варианте осуществления, способ предусматривает определение направляющего угла, по меньшей мере, одной фазы (a, b, c) и заключение, что внутренняя неисправность является межвитковым коротким замыканием при обнаружении, что этот угол составляет приблизительно 180 градусов, 60 градусов или минус 60 градусов.

Способ предпочтительно предусматривает идентификацию того, какая фаза (a, b, c) подвергается межвитковому короткому замыканию, осуществляемую исходя из имеющегося угла, причем значение 180 градусов указывает ту же фазу (A), что и измеряемая, значение минус 60 градусов указывает последующую фазу (B), а значение 60 градусов указывает предыдущую фазу (C).

Этот способ осуществляют во время работы синхронного генератора.

Обычно три фазы синхронного генератора построены симметрично. Изобретение предназначено главным образом для симметричных синхронных генераторов. В исправном состоянии, трехфазные токи статора синхронного генератора хорошо сбалансированы и симметричны. Поэтому анализ составляющих симметричных напряжений и токов статора дает составляющие положительной последовательности без или при наличии малых составляющих отрицательной и нулевой последовательностей.

В состоянии такой внутренней неисправности обмотки, как межвитковое замыкание, трехфазные токи выводов статора не симметричны из-за внутреннего небаланса в синхронном генераторе. Поэтому появляются напряжения и токи отрицательной последовательности, которые могут быть обнаружены на выводах синхронного генератора.

В изобретении также предложена система для обнаружения внутренних неисправностей обмоток синхронного генератора и защиты от них. Система для обнаружения предусмотрена для обнаружения внутренних неисправностей обмоток синхронного генератора, а синхронный генератор содержит обмотки для каждой фазы электрической сети, вывод для каждой фазы, расположенный на стороне выводов синхронного генератора и соединенный с соответствующей обмоткой, при этом выводы на стороне выводов выполнены с возможностью соединения с электрической сетью, а синхронный генератор выполнен с возможностью подвода мощности в электрическую сеть посредством выводов. Система для обнаружения предпочтительно выполнена с возможностью обнаружения неисправностей обмоток в генераторе, имеющем обмотки, в котором каждая обмотка содержит, по меньшей мере, две ветви обмотки. Система для обнаружения содержит входную измерительную схему, включающую в себя аналого-цифровые преобразователи, выполненную с возможностью измерения аналоговых значений фазных напряжений выводов и фазных токов выводов, приспособленную для стороны второго контура устройств для измерения тока и напряжения, получающую измерения от устройств для измерения напряжения и устройств для измерения тока, расположенных у выводов синхронного генератора. Система для обнаружения и защиты дополнительно содержит блок обеспечения математического преобразования для преобразования фазных напряжений в составляющие симметричных напряжений последовательностей и фазных токов в составляющие симметричных токов последовательностей и определитель неисправностей обмоток, способный обнаруживать внутренние неисправности обмоток в синхронном генераторе исходя из составляющих отрицательной последовательности, а предпочтительно, и составляющих нулевой последовательности, напряжений и токов.

В варианте осуществления, определитель неисправностей обмоток способен обнаруживать внутреннюю неисправность обмотки на основании, по меньшей мере, одной из следующих четырех переменных: (i) остаточное напряжение (ΔV₂) отрицательной последовательности; (ii) остаточное напряжение (ΔV₀) нулевой последовательности; (iii) полное сопротивление (Z_2C) связи отрицательной последовательности; и (iv) полное сопротивление (Z_0C) связи нулевой последовательности. Каждую из этих переменных предпочтительно вычисляют исходя из симметричных составляющих (I₁, I₂, I₀, V₂, V₀) последовательностей и, по меньшей мере, одного удельного полного сопротивления (Z₀₀, Z₂₂) генератора.

В варианте осуществления, остаточное напряжение (ΔV₂) отрицательной последовательности вычисляют исходя из напряжения (V₂) отрицательной последовательности, тока (I₂) отрицательной последовательности и собственного полного сопротивления (Z₂₂) отрицательной последовательности; остаточное напряжение (ΔV₀) нулевой последовательности вычисляют исходя из напряжения (V₀) нулевой последовательности, тока (I₀) нулевой последовательности и собственного полного сопротивления (Z₀₀) нулевой последовательности; полное сопротивление (Z_2C) связи отрицательной последовательности вычисляют исходя из напряжения (V₂) отрицательной последовательности, тока (I₂) отрицательной последовательности, тока (I₁) положительной последовательности и собственного полного сопротивления (Z₂₂) отрицательной последовательности, а полное сопротивление (Z_0C) связи нулевой последовательности вычисляют исходя из напряжения (V₀) нулевой последовательности, тока (I₀) нулевой последовательности, тока (I₁) положительной последовательности и собственного полного сопротивления (Z₀₀) нулевой последовательности.

В варианте осуществления, система дополнительно включает в себя определитель межвитковых коротких замыканий, способный обнаруживать межвитковое короткое замыкание путем анализа направляющего угла, по меньшей мере, одного тока отрицательной последовательности относительно соответствующего тока положительной последовательности той же фазы.

В варианте осуществления, определитель межвитковых коротких замыканий включает в себя идентификатор фаз, способный идентифицировать, какая фаза подвергается межвитковому короткому замыканию, путем анализа направления тока отрицательной последовательности, и при этом, в частности, значение 180 градусов указывает ту же фазу, что и измеряемая, значение минус 60 градусов указывает последующую фазу, а значение 60 градусов указывает предыдущую фазу.

В варианте осуществления, система содержит детектор симметричных неисправностей, способный контролировать величины напряжений отрицательной последовательности и токов отрицательной последовательности, а также обнаруживать симметричные короткие замыкания, предусматривая использование, по меньшей мере, одного из следующих критериев:

- когда токи отрицательной последовательности превышают первый малый порог (2-5%) наряду с тем, что напряжения отрицательной последовательности ниже второго малого порога (0,5-2%), определяют, что синхронный генератор подвергается внутренней неисправности;

- когда токи отрицательной последовательности превышают третий малый порог (2-5%) наряду с тем, что напряжения отрицательной последовательности выше четвертого малого порога (0,5-5%), диагностируют симметричное короткое замыкание, возникающее либо потому, что синхронный генератор подвергается внутренней неисправности, либо потому, что электрическая сеть подвергается небалансу.

В данном изобретении токи и напряжения стороны выводов статора используются для определения симметричных составляющих последовательности, таких как токи и напряжение отрицательной последовательности, токи и напряжение положительной последовательности, полное сопротивление связи отрицательной последовательности и полное сопротивление связи нулевой последовательности, чтобы обнаружить изменения в этих составляющих. В предпочтительном варианте, изобретение также позволяет обеспечить обнаружение межвитковых коротких замыканий. В данном способе измерения на стороне выводов в статорах генераторов используются для обнаружения внутренних неисправностей обмоток, и способ пригоден для осуществления - на основе измерений, обеспечиваемых для выработки электроэнергии посредством устройств для измерения тока и напряжения, используемых для контроля, - обнаружения вырабатываемой электроэнергии без необходимости установки специализированных устройств для измерения тока с обнаружением коротких замыканий. В предпочтительном варианте, контроль, включая обнаружение, выводов статора используется совместно с сигналами тока с выводом схемы возбуждения ротора, и поэтому довольно практичен для воплощения в системах защиты генераторов и приемлем для промышленных приложений.

В изобретении также предложен компьютерный программный продукт для определения внутренней неисправности, в частности, межвитковых коротких замыканий, синхронного генератора. Этот компьютерный программный продукт предложен для защиты синхронного генератора, который содержит обмотку для каждой фазы электрической сети, вывод для каждой фазы, расположенный на стороне выводов синхронного генератора и соединенный с соответствующей обмоткой, причем выводы на стороне выводов выполнены с возможностью соединения с электрической сетью, а синхронный генератор способен подводить мощность в электрическую сеть посредством выводов. Компьютерный программный продукт, при выполнении на компьютере, который принимает измерения тока (I_a, I_b, I_c) и напряжения (V_a, V_b, V_c) от измерительных устройств, расположенных у выводов фаз синхронного генератора, побуждает компьютер осуществлять следующие этапы, на которых: (i) преобразуют (302, 502) измеренные фазные токи (I_a, I_b, I_c) и измеренные фазные напряжения (V_a, V_b, V_c) в симметричные токи (I₁, I₂, I₀) последовательности и симметричные напряжения (V₁, V₂, V₀) последовательности соответственно; (ii) контролируют, по меньшей мере, одну из следующих переменных: остаточное напряжение (ΔV₂) отрицательной последовательности; остаточное напряжение (ΔV₀) нулевой последовательности; полное сопротивление (Z_2C) связи отрицательной последовательности; и полное сопротивление (Z_0C) связи нулевой последовательности остаточного напряжения (ΔV₂) отрицательной последовательности;, причем каждую из этих переменных вычисляют исходя из симметричных составляющих (I₁, I₂, I₀, V₂, V₀) последовательности и, по меньшей мере, одного остаточного напряжения (ΔV₀, ΔV₂) или полного сопротивления (Z_2C, Z_0C) связи; и (iii) определение (306, 504, 506) того, подвергается ли синхронный генератор неисправности обмотки или нет, исходя из вычисленного, по меньшей мере, одного остаточного напряжения (ΔV₀, ΔV₂) или полного сопротивления (Z_2C, Z_0C) связи.

В варианте осуществления, остаточное напряжение (ΔV₂) отрицательной последовательности контролируют посредством напряжения (V₂) отрицательной последовательности, тока (I₂) отрицательной последовательности и собственного полного сопротивления (Z₂₂) отрицательной последовательности; остаточное напряжение (ΔV₀) нулевой последовательности оперативно контролируют посредством напряжения (V₀) нулевой последовательности, тока (I₀) нулевой последовательности и собственного полного сопротивления (Z₀₀) нулевой последовательности; сопротивление (Z_2C) связи отрицательной последовательности контролируют посредством напряжения (V₂) отрицательной последовательности, тока (I₂) отрицательной последовательности, тока (I₁) положительной последовательности и собственного полного сопротивления (Z₂₂) отрицательной последовательности; и/или сопротивление (Z_0C) связи нулевой последовательности контролируют посредством напряжения (V₀) нулевой последовательности, тока (I₀) нулевой последовательности, тока (I₁) положительной последовательности и собственного полного сопротивления (Z₀₀) нулевой последовательности.

В варианте осуществления, этапы предусматривают определение направляющего угла (альфа) тока отрицательной последовательности относительно угла тока положительной последовательности, по меньшей мере, одной фазы (a, b, c), и заключение, что внутренняя неисправность является межвитковым коротким замыканием при обнаружении, что этот угол (альфа) составляет приблизительно 180 градусов, 60 градусов или минус 60 градусов.

В предпочтительном варианте идентификация того, какая фаза (a, b, c) подвергается межвитковому короткому замыканию, осуществляется исходя из имеющегося угла (альфа), причем значение 180 градусов указывает ту же фазу (A), что и измеряемая, значение минус 60 градусов указывает последующую фазу (B), а значение 60 градусов указывает предыдущую фазу (C).

В варианте осуществления, компьютерный программный продукт также позволяет заставить компьютер осуществлять, по меньшей мере, один из этапов, на которых: (a) отображают визуальное указание межвиткового короткого замыкания для оператора; (b) выдают звуковой сигнал тревоги для оператора; (c) выдают сигнал отключения для отсоединения синхронного генератора от электрической сети при определении, что синхронный генератор подвергается внутренней неисправности.

Преимущественные признаки, обеспечиваемые данным изобретением, являются следующими:

(1) полное сопротивление связи (или остаточное напряжение) отрицательной последовательности, которое свидетельствует о значительности внутреннего небаланса машины, обуславливаемого межвитковым коротким замыканием;

(2) направление тока отрицательной последовательности относительно тока положительной последовательности, которое выявляет не только межвитковое короткое замыкание, но и фазу, ему подверженную; и

(3) составляющая переменного тока ротора, вычисленная исходя из параметров стороны схемы возбуждения переменного тока, также обеспечивает меру степени небаланса машины в случае межфазных коротких замыканий.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1а показана система контроля и защиты синхронного генератора в соответствии с изобретением.

На фиг. 1b показаны части системы, используемые для дополнительного измерения, осуществляемого с целью оперативного контроля, токов ротора.

На фиг. 2 изображены подробности обмоток синхронного генератора согласно фиг. 1.

На фиг. 3 иллюстрируется способ контроля и защиты синхронного генератора в соответствии с изобретением.

На фиг. 4 изображен контролер для контроля и защиты синхронного генератора в соответствии с изобретением.

На фиг. 5 иллюстрируется дополнительный способ защиты синхронного генератора в соответствии с изобретением.

На фиг. 6 иллюстрируется обнаружение токов отрицательной последовательности во время короткого замыкания.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 изображена компоновка для защиты синхронного генератора 1. Синхронный генератор 1 соединен с электрической сетью 3, такой как единая национальная электрическая сеть 3, и выполнен с возможностью генерирования и передачи электрической энергии в электрическую сеть 3. Синхронный генератор 1 имеет сторону 2 нейтрали, на которой обмотки синхронного генератора 1 взаимосвязаны в соединении звездой и заземлены посредством полного сопротивления или заземляющего трансформатора. Синхронный генератор также содержит сторону 4 выводов, на которой каждая обмотка генератора соединена с соответствующим проводником 5 - по одному для каждой фазы. Синхронный генератор соединен с электрической сетью 3 посредством проводников 5, таких как электрические шины или провода, и автоматических выключателей 7, выполненных с возможностью соединения синхронного генератора 1 с электрической сетью 3 и разъединения с ней. Синхронный генератор представляет собой трехфазный синхронный генератор 1, соединенный с трехфазной сетью 3, и для каждой фазы a, b, c предусмотрены один проводник 5 и один автоматический выключатель 7. Соединение между синхронным генератором 1 и электрической сетью 3 также включает в себя устройство 9 повышающего трансформатора, так что энергию низкого уровня напряжения на стороне генератора можно преобразовать в энергию высокого уровня напряжения для электрической сети 3 с целью возможной передачи на дальнее расстояние. Синхронный электрический генератор 1 механически подключен к турбинной системе 6, например - к гидроэлектрической турбине или паровой турбине ядерного реактора или котла, работающего на органическом топливе.

Установка также содержит систему 10-17 оперативного контроля и защиты, содержащую устройства 10 для измерения тока в форме трансформаторов 10 тока и устройства 11 для измерения напряжения в форме трансформаторов 11 напряжения, по одному для каждой фазы 10a-c и 11a-c соответственно. Каждое измерительное устройство 10-11 соединено посредством вторичных проводов с блоком 12 защиты и выполнено и приспособлено для передачи замеров токов и напряжений в блок защиты, причем измерительные устройства предусмотрены для передачи каждого фазного тока (I_a, I_b, I_c) и каждого фазного напряжения (V_a, V_b, V_c) в блок 12 защиты. Кроме того, блок 12 защиты оперативно соединен вторичными проводами 13 с автоматическими выключателями 7a-c и выполнен с возможностью избирательной передачи команд отключения в каждый автоматический выключатель 7a-c и выполнен с возможностью избирательного соединения синхронного генератора 1 с электрической сетью 3 и разъединения его с ней. Блок 12 защиты оперативно соединен вторичными проводами (такими, как обозначенные позициями 17 и 36) с другими частями генерирующей системы, включая турбину 6 и систему 30 возбуждения ротора, для избирательного соединения и разъединения турбины 6 и системы 30 возбуждения ротора. Блок 12 защиты включает в себя аппаратные средства компьютера, экранный дисплей 14, систему 15 сигнализации неисправностей и систему связи, которая соединяет блок 12 защиты с системой 16 автоматизации подстанций, где операторы 19 получают сигналы неисправностей при обнаружении неисправности. Система для обнаружения и защиты способна измерять фазные токи и фазные напряжения на стороне 4 выводов синхронного генератора 1. Система для обнаружения и защиты способна анализировать замеры и - если обнаруживается неисправность - принимать меры, такие как оповещение оператора посредством изображения на экране, посредством звука через громкоговоритель, отключение генератора 1 от электрической сети 3, отсоединения турбины и отсоединения системы возбуждения ротора синхронного генератора.

Изобретение направлено на обнаружение неисправностей обмоток синхронного генератора и защиту от этих неисправностей, но может с выгодой предусматривать и средства обнаружения и защиты других типов, хотя они здесь и не описаны. Поэтому система 10-17 для обнаружения и защиты в соответствии с изобретением способна анализировать измеренные токи и напряжения с целью выявления неисправностей обмоток, в частности, межвитковых коротких замыканий, а также для защиты от таких неисправностей путем принятия мер при обнаружении такой неисправности. Система 10-17 для обнаружения и защиты может оказаться подходящей для встраивания в уже существующую систему защиты электрического генератора путем воплощения способа диагностики неисправностей обмоток и способов защиты согласно изобретению. Такое воплощение можно реализовать посредством компьютерной программы, дополняющей существующую систему защиты, например, когда аппаратные средства, подобные устройствам 10 и 11 для измерения тока и напряжения, блоку 12 защиты и выходному устройству, такому как монитор 14, уже включены в состав системы.

Блок 12 защиты также соединен со схемой 30 возбуждения ротора, принадлежащей ротору (сигнальное соединение 18), и обмоткой (32) возбуждения ротора, принадлежащей синхронному генератору 1. По причинам ясности изображения, схема (30) возбуждения показана «пунктирными линиями», но изображена еще и на фиг. 1b. Блок 12 защиты способен измерять фазные переменные токи выводов 14 фаз d, e, f возбуждения и включает в себя средства для обнаружения межвитковых коротких замыканий исходя из этих измерений. Это дополнительное обнаружение будет подробнее описано ниже со ссылками на фиг. 1b и фиг. 5, где иллюстрируются этапы способа, предусматривающие анализ токов обмотки возбуждения ротора.

На фиг. 2 подробнее изображены обмотки 20, 23, 26 синхронного генератора и положения устройств 10 и 11 для измерения тока и напряжения. Синхронный генератор 1 включает в себя по две ветви обмоток, то есть, 21, 22, 24, 25, 27, 28, на фазу и по одному устройству 10a, b, с для измерения тока и одному устройству 11a, b, с для измерения напряжения на фазу. Таким образом, устройства 10 для измерения тока измеряют три фазных тока I_a, I_b или I_c из всех обмоток, в этом случае - из обеих ветвей для каждой фазной обмотки.

Изобретение применимо к синхронным генераторам, имеющим лишь по одной ветви на фазу. Изобретение применимо к синхронным генераторам, имеющим по три или четыре или более ветвей на фазу. Однако вычисления основаны лишь на токах и напряжениях выводов, например трех фазных токах и напряжениях. Нет необходимости располагать трансформаторы тока, которые измеряют ток через обмотку каждой ветви (или расщепленной фазы), в каждой ветви обмотки.

На фиг. 3 иллюстрируется способ контроля и защиты для синхронного генератора в соответствии с изобретением. Способ начинается измерением (этап 301) каждого фазного тока I_a, I_b, I_c и каждого фазного напряжения V_a, V_b, V_c на стороне 4 выводов синхронного генератора 1. Измеренные токи (I_a, I_b, I_c) и напряжения (V_a, V_b, V_c) преобразуются на этапе 302 в их так называемые симметричные составляющие (I₁, I₂, I₀, V₂, V₀) последовательности, называемые также основными составляющими. В состоянии отсутствия неисправностей, синхронный генератор оказывает симметричное влияние на электрическую сеть, а составляющие (I₁; V₁) положительной последовательности являются ненулевыми, тогда как составляющие (I₀; V₀) нулевой последовательности и составляющие (I₂; V₂) отрицательной последовательности являются нулевыми. На следующем этапе 305 вычисления, определяют остаточное напряжение отрицательной последовательности, остаточное напряжение нулевой последовательности, полное сопротивление связи отрицательной последовательности и/или полное сопротивление связи нулевой последовательности. На этапе 306 диагностирования осуществляют контроль остаточных параметров (или остатков) и/или полного сопротивления связи (или полных сопротивлений связи), и если любое из остаточного напряжения (остаточных напряжений) или полного сопротивления связи (полных сопротивлений связи) отклоняется от нуля, т.е. от состояния отсутствия неисправностей, на значительную величину, то обнаруживается короткое замыкание обмотки. Если короткое замыкание обнаружено, способ продолжается этапом 313 и обеспечивает защиту электрического устройства, т.е. защиту генератора 1 и электрической сети 3. Если короткое замыкание не обнаружено, способ возвращается к первому этапу - этапу 301 измерения - и обеспечивает измерение всех фазных токов и напряжений, снова последовательно проводя следующие этапы 302, 305 и 306.

На фиг. 1b подробнее изображены части схемы 30 возбуждения ротора согласно фиг. 1. Схема 30 возбуждения ротора соединена с обмоткой возбуждения ротора и способна выдавать постоянный ток I_r в обмотку возбуждения. Для этой цели выводы 34 схемы 30 возбуждения ротора выполнены с возможностью выдачи фазных токов d, e, f выводов в выпрямитель 31 схемы 30 возбуждения 30. Выпрямитель 31 предусмотрен для выпрямления фазных токов I_d, I_e, I_f выводов переменного тока в постоянный ток I_r ротора.

На фиг. 4 подробнее изображен блок 12 защиты, который может быть воплощен в аппаратных средствах компьютера, известных как интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ). Блок 12 защиты содержит аналоговую входную измерительную схему 40 (включающую в себя аналого-цифровые преобразователи), соединенную с устройствами 10 и 11 для измерения тока и напряжения, причем аналоговая входная измерительная схема 40, включающая в себя аналого-цифровые преобразователи, выполненные с возможностью оцифровывания измерительных сигналов, выполнена и приспособлена для приема фазных напряжений (V_a, V_b, V_c) и фазных токов (I_a, I_b, I_c) выводов, т.е., измерительных сигналов каждого фазного напряжения и фазного тока. Блок 12 защиты дополнительно включает в себя средства для оценки оцифрованных измерений фазных токов (I_a, I_b, I_c) и фазных напряжений (V_a, V_b, V_c). Блок 12 защиты включает в себя блок 42 обеспечения математического преобразования для математической обработки измерений, который способен преобразовывать фазные токи (I_a, I_b, I_c) и фазные напряжения (V_a, V_b, V_c) в их симметричные составляющие последовательности или основные составляющие (I₁, I₂, I₀, V₂, V₀), содержащие напряжения и токи (V₁, I₁) положительной последовательности, напряжения и токи (V₂, I₂) отрицательной последовательности и напряжения и токи (V₀, I₀) нулевой последовательности. Симметричные составляющие последовательности затем используются блоком 12 защиты, чтобы обнаружить, подвергается ли синхронный генератор 1 внутренней неисправности обмотки.

Блок 12 защиты дополнительно включает в себя определитель 44 симметричных коротких замыканий для определения того, указы