Защита синхронных компенсаторов.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 7Следующая ⇒

Синхронным компенсатор является генератором реактивной мощности. Важной особенностью СК является пуск. Простой способ пуска – это асинхронный. Включение СК на напряжение сети осуществляется при отсутствии возбуждения в цепи ротора (как асинхронный двигатель). После пуска, когда скорость вращения ротора приближается к синхронной включается возбуждение и СК входит в синхронизм. В момент включения СК на напряжение сети возникает бросок тока (пусковой ток). Для уменьшения этого тока мощные СК пускаются через реактор.

АГП – это автоматы гашения поля разрывающими цепь возбуждения и замыкающими обмотку ротора на сопротивление R.

На СК устанавливаются все защиты от внутренних повреждений, как и у генераторов той же мощности.

Основной защитой от внутренних повреждений СК является диф.защита и защита от замыканий на землю. Защита от витковых замыканий с параллельными ветвями в фазах по соображениям упрощения не применяется. Защита от внешних к.з. на СК не ставится. защита от перегрузки возможна при продолжительном уменьшении напряжения, вызывающим действие регулятора напряжения форсировку возбуждения СК. Для устранения этого применяется разгрузочное устройство, снижающее ток возбуждения и отключающее регулятор. Устройство реагирует на фазный ток примерно через 1 мин.

Для того, чтобы предотвратить подачу напряжения на остановленный СК, когда его выключатель остался включенным, устанавливается защита минимального напряжения.

Защита отключает СК при длительном отсутствии напряжения на его выводах. Кроме того, т.к. при близких к.з. напряжение на шинах будет снижаться, защита минимального напряжения защищает СК от перегрузки, вызванной внешним 3-х ф. замыканием. Контакты реле напряжений соедены последовательно для исключения ложной работы при перегорании предохранителей в цепях напряжения.

Уставка по напряжению рассчитывается:

Время срабатывания защиты составляет 8-9сек. Она должна на 1-2 ступени превышать максимальное время действия резервных защит отходящих ЛЭП.

На СК, как и на гидрогенераторах, должна быть выполнены защиты от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения.

Зашиты генераторов.

12.1. Виды повреждений и ненормальные режимы.

К электрическим повреждениям относятся однофазные и многофазные замыкания в обмотках статора и замыкания на землю. Опасность для генератора при повреждениях в обмотке статора – это дуга. Дуга, перекинувшись на корпус статора, вызывает оплавление активной стали корпуса. Может потребоваться серьезный ремонт. Замыкание на землю в одном месте цепи возбуждения непосредственной опасности не представляет, однако возникновение пробоя в втором месте приводит к тяжелому повреждению. В этом случае необходима быстрая ликвидация аварии. Основные ненормальные режимы работы: сверхтоки при внешних к.з., перегрузка, потеря возбуждения, недопустимое увеличение напряжения (для гидрогенераторов). Особенно опасны для генераторов внешние несимметричные к.з. и несимметричные перегрузки.

1. Повреждение обмотки статора.

Многофазные к.з. относятся к наиболее тяжелым повреждениям генератора. Они сопровождаются большими токами, в несколько раз превышающие номинальный ток. Для защиты от м.ф.к.з. на всех генераторах мощностью выше 1000кВт при наличии выводов отдельных фаз со стороны нейтрали устанавливается продольная дифференциальная защита, действующая на отключение генератора. На генераторах малой мощности устанавливаются более простые защиты: МТЗ, токовая отсечка, устанавливаемые со стороны выводов генератора, а также автоматы и плавкие предохранители.

Однофазные замыкания на землю (корпус генератора) в крупных генераторах напряжением 2кВ и выше, работающих с изолированной нейтралью, сопровождаются в месте повреждения прохождением небольших токов по сравнению с токами многофазных к.з. Однако длительное протекание тока и горение дуги в месте замыкания на корпус генератора могут привести к выгоранию изоляции и значительному оплавлению стали статора, после чего придется проводить продолжительные ремонты.

На основании опыта эксплуатации и специальных испытаний установлено, что при повреждениях в обмотке статора ток замыкания на землю до 5А не приводит к значительному повреждению стали. Поэтому при токах меньше 5А защита от о.ф.к.з. ан землю действует, как правило, на сигнал, а при токах превышающих 5А – на отключение. Генераторы мощностью 150МВт и более при замыканиях на землю должны немедленно автоматически отключаться. Работа генераторов мощностью меньше 150МВт допускается при наличии замыкания на землю обмотке статора до 2 часов, а в исключительных случаях до 6 часов (когда к.з. не в обмотке статора). На генераторах малой мощности напряжением 500В, работающих с заземленной нулевой точкой, защита от о.ф.к.з. действует на отключение.

В статоре генератора могут возникать замыкания между витками одной фазы. Токи, проходящие при этом в месте повреждения, соизмеримы с токами при м.ф.к.з. На генераторах, имеющих выведенные параллельные ветви, для защиты от витковых замыканий устанавливается поперечная диф.защита, действующая на отключение выключателя генератора. На генераторах, не имеющих выведенных параллельных ветвей, защита от витковых замыканий не устанавливается, т.к. это весьма сложно и еще потому, что витковые замыкания, как правило, сопровождаются однофазными или многофазными к.з. обмотки статора.

2. Повреждение обмотки ротора.

Замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения не оказывает влияния на нормальную работу генератора, ток в месте повреждения не проходит и симметрия магнитного поля не нарушается. Однако наличие одного замыкания на землю уже представляет некоторую опасность для генератора, т.к. в случае замыкания на землю во второй точке цепи возбуждения часть обмотки окажется замкнутой накоротко.

Замыкание на землю в двух точках цепи возбуждения сопровождается сильной вибрацией из-за несимметрии магнитного потока. Дуга в месте замыкания может привести к значительному повреждению обмотки ротора и стали ротора.

Из-за сильной вибрации замыкание в двух точках цепи возбуждения особенно опасно для синхронных машин с выступающими полюсами, какими являются гидрогенераторы и синхронные компенсаторы. Вследствие этого на генераторах с выступающими полюсами и на синхронных компенсаторах устанавливается защита от замыканий в одной точке цепи ротора, а от замыканий в двух точках такие генераторы и СК должны быть выведены из работы.

Синхронные машины без выступающих полюсов (турбогенераторы) с косвенным охлаждением обмоток ротора в большинстве случаев могут работать некоторое время при наличии двойного замыкания на землю в цепи возбуждения без существенных повреждений. Поэтому турбогенератор остается в работе при наличии на нем замыкания в цепи возбуждения водной точке и на нем устанавливается защита от двойного замыкания в цепи ротора, которая у большинства машин с косвенным охлаждением обмоток включается с действием на сигнал.

На мощных турбогенераторах с непосредственным охлаждением проводников обмотки ротора защита от двойных замыканий на землю в цепи возбуждения действует на отключение. СГ с ионной или тиристорной системой возбуждения при к.з. в одной точке на роторе переводят на резервное возбуждение.

3. Ненормальные режимы.

Перегрузка статора током больше номинального влечет за собой перегрев и разрушение изоляции обмотки, что может, в конечном счете, привести к м.ф.к.з. и замыканию на землю. В эксплуатацию все больше внедряются мощные турбогенераторы с непосредственным или как говорят, с фразированным охлаждением обмоток, в которых охлаждающая среда (водород или вода) циркулирует внутри токоведущих стержней, благодаря чему обеспечивается лучше охлаждение и более высокие плотности тока. Эти генераторы допускают значительную меньшую перегрузку, чем генераторы с косвенным охлаждением. Для того, чтобы дежурный персонал своевременно принял меры к разгрузке генератора, устанавливается токовая защита от перегрузки, действующая на сигнал.

Для предотвращения повреждения генератора в случае, если к.з. не будет отключено защитами линий или трансформаторов, служит МТЗ с пуском или без пуска по напряжению, действующая на отключение генератора. Наиболее тяжелые последствия для генератора могут иметь место при внешних несимметричных к.з. В этом случае неравенство токов в фазах статора вызывает повышенный нагрев ротора и вибрацию генератора, что может привести к его повреждению. Защита генератора от внешних несимметричных к.з. и несимметричных режимов (несимметричное включение выключателя) осуществляется токовой защитой обратной последовательности, действующей на сигнал и на отключение.

Перегрузка по току ротора генераторов и СК с косвенным охлаждением определяется допустимой перегрузкой статора, а для турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмотки ротора ограничивается следующими временами:

Кратность перегрузки ротора	1, 05	1, 1	1, 15	1, 2	1, 5
Продолжительность перегрузки ротора с непосредственным охлаждением, мин.						0, 3

Для предотвращения повреждения ротора при перегрузке его обмотки во время форсировки возбуждения с непосредственным охлаждением предусматривается автоматическое ограничение длительности форсировки. Допускается перегруз статора на 30% для генератора с непосредственным охлаждением и 50% с косвенным охлаждением.

Повышение напряжения на выводах обмотки статора может привести с пробою изоляции и возникновению в генераторе многофазных к.з. Опасное повышение напряжения возникает вследствие увеличения скорости вращения при сбросе нагрузки. На турбогенераторах при увеличении скорости до 110% срабатывает автомат безопасности и прекращается доступ пара в турбину. Напротив, на гидрогенераторах при сбросе нагрузки могут иметь место увеличение скорости вращения на 40-50% выше нормальной и соответствующее повышение напряжения статора. Поэтому защита от повышения напряжения (ЗПН) устанавливается только на гидрогенераторах с действием на отключение генератора и автомата гашения поля (АГП).

К нормальным режимам относятся также работа синхронного генератора без возбуждения (например, при отключении АГП), так называемый асинхронный режим. При работе в асинхронном режиме увеличивается скорость вращения генератора и возникает пульсация тока статора. В некоторых случаях потеря возбуждения может послужить причиной нарушения устойчивости параллельной работы энергосистемы. Обычно в таких случаях осуществляется блокировка, при отключении АГП отключается генератор тоже самое на синхронном генераторе.

12.2. Продольная диф.защита.

Основной защитой генератора от м.ф.к.з. в обмотки статора является продольная диф.защита. В настоящее время на генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, применяются, главным образом, две схемы продольной диф.защиты. В первой из них, которая применяется на генераторах мощностью меньше 30 МВт, используются два токовых реле и 4 ТТ.

Недостатком этой схемы защиты является то, что она не будет срабатывать при двойном замыкании на землю (одно в сети, другое в обмотке статора) на фазе, не имеющей ТТ. Для отключения генератора в этом случае предусматривается дополнительное токовое реле в схеме защиты от замыканий на землю, действующее без выдержки времени на отключение. Поэтому продольная диф.защита может быть выполнена в двух фазах только на генераторах, имеющих защиту от замыканий на землю, действующую на отключение и обеспечивающую отключение генератора без выдержки времени при двойных замыканий на землю.

Если генератор не имеет защиты от замыканий на землю, действующей на отключение, продольная диф.защита должна устанавливаться в трех фазах.

Для повышения надежности защиты генераторов мощностью выше 30МВт продольна диф.защита на них выполняется, как правило, в 3-х фазном исполнении независимо от того имеется защита от замыканий на землю или нет.

Расчет уставок продольной диф.защиты.

Ток срабатывания продольной диф.защиты выбирается по условию отстройки от тока небаланса, проходящего в реле при внешних к.з.:

где к_н – коэффициент надежности равный 1, 2-1, 3;

I_{нб.расч.} – наибольшее значение тока небаланса при внешнем к.з. или асинхронном ходе. Определяется согласно следующему выражению:

к_ап – коэффициент апериодичности, учитывающий дополнительную погрешность ТТ в переходном процессе и принимается равный 1 при использовании реле РНТ-565 и 1, 5-2 для защит с реле РТ-40 или с реле прямого действия РТМ;

к_одн – коэффициент однозначности, принимаемый равный 0, 5;

f_i – относительная величина погрешности ТТ равная 0, 1;

I_к.з._max – периодическая составляющая тока к.з. (при t=0), которая проходит по ТТ при внешнем металлическом к.з. на шинах генераторного напряжения.

Для уменьшения тока небаланса подбирают ТТ с одинаковыми характеристиками намагничивания. С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления диф.защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей и включать последовательно с токовыми реле добавочные сопротивления 5-10 Ом. Для уменьшения тока небаланса и повышения чувствительности диф.защиты наиболее целесообразно использовать реле с БНТ.

Для сигнализации обрыва токовых цепей диф.защиты в нулевой провод включается токовое реле КА1, ток срабатывания которого устанавливается равным (0, 2-0, 3)Iном.

Продольная диф.защита генератора во всех случаях должна обеспечивать к_ч> 2 при к.з. на выводах генератора:

Расчетный ток к.з. определяется для двух режимов: повреждение при обычно работающем генераторе (ток только от генератора) и повреждение генератора включаемого методом самосинхронизации, когда ток к месту к.з. подходит только от сети. По наименьшему определяется к_ч.

12.3. Продольная поперечная защита.

Продольная диф.защита не действует при витковых замыканиях в обмотке статора. Для защиты генератора, имеющего две параллельные ветви и более, применяется специальная поперечная диф.защита, которая реагирует на разность токов проходящих в параллельных ветвях обмотки статора. Принцип действия такой же, как у поперечной диф.защиты линий. В нормальном режиме в параллельных ветвях проходят равные токи, в реле попадает только ток небаланса. При замыкании между ветвями одной из параллельных обмоток равенство токов нарушается, и реле срабатывает.

Фильтр Ф пропускает ток только основной частоты 50Гц. В этой схемы токовых реле подключено к ТТ, установленному в цепи между нулевыми токами соединительных в звезду параллельных ветвей обмотки статора. С целью повышения чувствительности токовые реле включаются через фильтр Ф для отстройки от воздействия гармоник, кратных трем, наличие которых обусловлены искажением формы кривой ЭДС генератора. В результате ток срабатывания реле при частоте 150 Гц (3-я гармоника) примерно в 10 раз больше, чем при частоте 50 Гц.

На генераторах с непосредственным охлаждением защита выполняется без выдержки времени. На генераторах с косвенным охлаждением устанавливается дополнительно реле времени. Нормально на этих генераторах поперечная диф.защита работает без выдержки времен, а замедление порядка (0, 5-1)сек вводится в схему при появлении замыкания в одной точке цепи возбуждения.

Ток срабатывания рассчитывается по формуле:

12.4. Защита от однофазных замыканий на землю.

Генераторы с напряжением выше 2кВ выполняется с изолированной нейтралью. Защита от однофазных замыканий на землю выполняется с ТТ нулевой последовательности, имеющими подмагничивание.

Поскольку токи замыкания на землю малы по сравнению с токами нулевой последовательности, которые обеспечивают работу защиты при малых токах замыкания на землю.

В эксплуатации используется ТТ нулевой последовательности двух типов: для защиты генераторов имеющих кабельные выводы – кабельного типа (ТНП); для защиты генераторов с шинными выводами (ТНПШ) – шинного типа.

По принципу действия ТНП аналогична ТЗР(ТЗЛ), которые применяются в схемах защит от замыканий на землю кабельных линий. Обмотка подмагничивания, расположенная на обоих сердечниках, предназначена для увеличения мощности отдаваемой ТНП, что достигается подмагничиванием переменным током. Потоки Фп1 и Фп2 направлены в противоположные стороны и ЭДС в реле КА1 равна нулю. Для увеличения мощности отдаваемой ТНП, вводится подмагничивание переменным током 110В.

ТТ нулевой последовательности шинного типа применяются на генераторах с шинными выводами. ТНПШ выполнены в основном также, как и ТНП кабельного типа. Для соединения с шинными выводами генератора в окне ТНПШ вмонтированы три шины, изолированные одна от другой и от сердечника.

Токовое реле КА1 типа РТ-40 включено на вторичную обмотку ТНП. Чтобы предотвратить неправильное действие защиты от токов небаланса, проходящих кратковременно при переходных процессах при замыкании на землю во внешней сети, в схему введено реле времени, создающее выдержку (0, 5-2)сек. Реле КА2, более грубое, предназначено для действия при двойных замыканиях на землю (одно замыкание во внешней сети и второе в обмотке статора).

Ток срабатывания чувствительного реле КА1 защиты от замыканий на землю должен удовлетворять следующим условиям:

а) быть не выше 5А, для чтобы обеспечить отключение генератора при токах замыкания на землю 5А и выше

Iс.з.≤ 5А

б) быть выше тока небаланса, проходящего через ТНП при внешних 2-х ф.к.з.

где I_сг– собственный емкостный ток генератора;

к_в – коэффициент возврата: для реле РТ-40 – 0, 8; ЭТД-551 – 0, 5; ЭТ-521 – 0, 85;

I_нб – ток небаланса, приведенный к первичной стороны ТНП.

Первичный ток срабатывания грубого реле защит от замыканий на землю принимается порядка 10-200А.

На генераторах мощностью 160МВт и более применяется защита ЗЗГ-1. Она состоит из органа нулевой последовательности первой гармоники и органа третьей гармоники.

12.5. Токовые защиты от внешних к.з. и перегрузки.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 Следующая ⇒