Виды повреждений и ненормальных режимов работы генераторов.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 14Следующая ⇒

Повреждения обмотки статора. Многофазные КЗ относятся к наиболее тяжелым видам повреждений генератора. Они сопровождаются большими токами, в несколько раз превышающими номинальный ток генератора. Для защиты от многофазных КЗ, вызывающих значительные разрушения в статоре, на всех генераторах мощностью выше 1000 кВт при наличии выводов отдельных фаз со стороны нейтрали устанавливается продольная дифференциальная защита, действующая на отключение генератора. На генераторах малой мощности для защиты от многофазных КЗ допускается применение более простых устройств максимальной токовой защиты или отсечки, установленной со стороны выводов генератора, а также автоматических выключателей или плавких предохранителей. Однофазные замыкания на землю (на корпус генератора) в генераторах с напряжением обмотки статора выше 1000 В, работающих с изолированной нейтралью, сопровождаются прохождением в месте повреждения небольших токов по сравнению с токами многофазных КЗ. Однако длительное прохождение тока и горение дуги в месте замыкания на корпус генератора могут привести к выгоранию изоляции и значительному оплавлению активной стали статора, после чего потребуется продолжительный ремонт с заменой поврежденной стали. На основании опыта эксплуатации и специальных испытаний установлено, что при повреждениях в обмотке статора ток замыкания на землю до 5 А обычно не приводит к значительному повреждению стали. Поэтому при токах замыкания на землю в сети генераторного напряжения меньше б А защита от замыканий на землю, как правило, выполняется с действием на сигнал. Если же токи замыкания на землю превышают б А, защита должна действовать на отключение генератора.

На генераторах малой мощности напряжением до 1000 В, работающих с заземленной нейтралью, защита от однофазных КЗ, которые сопровождаются большими токами, действует на отключение.

В статоре генератора могут также возникать замыкания между витками одной фазы. Токи, проходящие при этом в месте повреждения, соизмеримы с токами многофазных КЗ. На генераторах, имеющих выведенные параллельные ветви, для защиты от витковых замыканий устанавливается поперечная дифференциальная защита, действующая на отключение генератора. На генераторах, не имеющих выведенных параллельных ветвей, защита от витковых замыканий не устанавливается, так как выполнение ее в этом случае сравнительно сложно, а также потому, что витковые замыкания в статоре генератора, не сопровождающиеся однофазным замыканием на землю или многофазным КЗ, очень редки.

Повреждения обмотки ротора. Замыкание на землю в одной точке цепи возбуждения не оказывает влияния на нормальную работу генератора, ток в месте повреждения не проходит, и симметрия магнитного потока не нарушается. Однако наличие одного замыкания на землю представляет потенциальную опасность для генератора, так как в случае возникновения 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 нарушения симметрии магнитного потока. Дуга в месте замыкания может вызвать повреждение обмотки и стали ротора.

Для предупреждения повреждений генераторов защита от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения гидрогенераторов должна быть предусмотрена с действием на отключение, а турбогенераторов (с водяным охлаждением обмотки ротора любой мощности, а с другими системами охлаждения — мощностью 300 МВт и выше) —с действием на сигнал.

Защита от замыканий на землю в двух точках цепи возбуждения устанавливается только на турбогенераторах.

Ненормальные режимы. Перегрузка статора током больше номинального влечет за собой перегрев и разрушение изоляции обмотки, что в результате может привести к повреждению (КЗ или замыканию на землю). В эксплуатации все шире внедряются мощные турбогенераторы с непосредственным охлаждением обмоток, при этом охлаждающая среда (водород, вода) циркулирует внутри токоведущих стержней, благодаря чему обеспечиваются лучшие условия охлаждения и более высокие плотности тока. Генераторы, имеющие меньшие размеры и лучшие экономические характеристики, выпускаются отечественной промышленностью четырех типов: ТВФ, ТВВ, ТГВ, ТВМ. Конструкция этих генераторов такова, что они допускают значительно меньшую перегрузку, чем генераторы с косвенным охлаждением. Для того чтобы дежурный персонал мог своевременно принять меры к разгрузке генератора, на нем устанавливается токовая защита от перегрузки, действующая на сигнал.

При внешних КЗ, когда токи перегрузки могут достигать больших значений, даже кратковременное их прохождение представляет опасность для обмотки статора. Для предотвращения повреждения генератора током перегрузки, если внешнее КЗ не будет отключено защитами линийили трансформаторов, служит максимальная токовая защита с пуском по напряжению или без него, действующая на отключение генератора.

Наиболее тяжелые последствия для генератора могут иметь место при внешних несимметричных КЗ (двухфазных или однофазных). В этом случае неравенство (несимметрия) токов в фазах статора вызывает повышенный нагрев ротора и вибрацию генератора, что может вызвать его повреждение. Несимметрия токов статора может возникнуть также вследствие обрыва одной из фаз или отказа во включении— отключении выключателя одной из фаз. Допустимую длительность прохождения по генератору тока обратной последовательности, с, можно определить согласно следующему выражению:

где I²_*2 — кратность тока обратной последовательности по отношению к номинальному току генератора; А — постоянная величина для генераторов данного типа, значения которой приведены ниже: для турбогенераторов с косвенным охлаждением типа ТВ2—29, типа ТВ — 20; для турбогенераторов с непосредственным охлаждением типа ТВФ — 15, типов ТГВ, ТВМ, ТВВ (за исключением ТВВ-1000 4 и ТВВ-1200-2)—8, типов ТВВ-1000-4 и ТВВ-1200-2—6; для гидрогенераторов с косвенным охлаждением — 40 Защита генератора от внешних несимметричных КЗ и несимметричных режимов осуществляется токовой защитой обратной последовательности, действующей на сигнал и на отключение.

Перегрузка по току ротора. Защита ротора от перегрузки предусматривается только на турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток. Эта защита должна оставаться в действии при работе генератора, как на основном, так и на резервном возбуждении. Защита от перегрузки ротора устанавливается также на гидрогенераторах с косвенным охлаждением обмоток мощностью более 30 МВт. Защита обычно действует с двумя выдержками времени: с меньшей — на разгрузку генератора (через автоматический регулятор возбуждения), а с большей — на отключение генератора и гашение поля.

К ненормальным режимам относится также работа синхронного генератора без возбуждения (например, при отключении АГП), так называемый асинхронный режим. При работе в асинхронном режиме увеличивается частота вращения генератора и возникает пульсация тока статора. Большинство турбогенераторов с косвенным охлаждением, за исключением машин с наборными зубцами роторов, могут длительно (до 30 мин) работать в асинхронном режиме с нагрузкой до 60 % номинальной. Для турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток мощностью до 300 МВт допускается работа в асинхронном режиме с нагрузкой не более 40 % номинальной. Асинхронный режим работы гидрогенераторов в большинстве случаев сопровождается значительным понижением напряжения и большими качаниями, при которых ток статора может в несколько раз превышать номинальное значение. Необходимо поэтому в случае потери возбуждения гидрогенератор отключить, или немедленно принять меры к восстановлению нормального режима.

Повышение напряжения на выводах обмотки статора может привести к нарушению изоляции и возникновению повреждений в обмотках генератора или трансформатора блока генератор—трансформатор. Опасное для изоляции повышение напряжения возникает вследствие исчезновения магнитного потока реакции статора и увеличения частоты вращения агрегата, что происходит при сбросе нагрузки. На блоках с турбогенераторами мощностью 160 МВт и более предусматривается защита от повышения напряжения, которая вводится в действие при отключении генератора от сети. Защита действует на гашение поля генератора и возбудителя

На блоках с гидрогенераторами защита от повышения напряжения действует на отключение генератора и АГП. Допускается действие защиты на останов агрегата.

2.Продольная дифференциальная защита. Схема, расчет установок.

Рис. 3.1. Схема продольной дифференциальной защиты генератора:

а — первичная схема и токовые цепи (ТТ установлены в двух фазах); защита в двухфазном исполнении; 6 — цепи оперативного тока; защита в трехфазном исполнении; в — токовые цепи; г — цепи оперативного тока.

Основной защитой генераторов от многофазных КЗ в обмотке статора является продольная дифференциальная защита. Эта защита подключается к ТТ, установленным со стороны выводов и со стороны нулевой точки генератора; в зону ее действия входят обмотки, выводы статора и кабели или шины до распределительного устройства генераторного напряжения. На электростанциях без обслуживающего персонала, где продольная дифференциальная защита при срабатывании автоматически пускает воду в генератор, она подключается к ТТ так, чтобы в зону ее действия входили лишь обмотка и выводы статора.

На генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, применяются главным образом две схемы продольной дифференциальной защиты (рис. 3.1). В первой из них, которая применяется на генераторах мощностью менее 30 МВт, используются два токовых реле и четыре ТТ (рис. 3.1, а). Недостатком этой схемы является то, что защита не будет срабатывать при двойном замыкании на землю (одно в сети, другое в обмотке статора), если в генераторе замкнется на землю фаза статора, на которой отсутствуют ТТ защиты. Для отключения генератора в этом случае предусматривается дополнительное токовое реле в схеме защиты от замыканий на землю, действующее без выдержки времени на отключение (см. ниже).

Если генератор не имеет защиты от замыкании на землю, действующей на отключение, продольная дифференциальная защита должна устанавливаться на трех фазах (рис. 3.1, б). На генераторах мощностью более 30 МВт с целью повышения надежности продольная дифференциальная защита всегда выполняется в трехфазном исполнении независимо от наличия защиты от замыканий на землю, действующей на отключение.

Ток срабатывания продольной дифференциальной защиты выбирается по условию отстройки от тока небаланса, проходящего в реле при внешних КЗ:

где k_Н —коэффициент надежности, равный 1, 3; I _{НБ.РАСЧ}—расчетный ток небаланса, определяемый согласно следующему выражению:

где k_a , — коэффициент апериодичности, учитывающий дополнительную погрешность ТТ в переходном процессе и принимаемый равным 1 для защиты с реле РНТ-565 и 1, 5—2 для защиты с реле РТ-40 или с реле прямого действия РТМ; k _ОДН — коэффициент однотипности ТТ, принимаемый равным 0, 5; f_i; — относительное значение погрешности ТТ, равное 0, 1; I к, mах — периодическая составляющая тока (при t == 0), который проходит по ТТ защиты при внешнем металлическом КЗ на шинах генераторного напряжения.

Чтобы уменьшить токи небаланса, проходящие в реле при внешних КЗ, для продольной дифференциальной защиты подбираются ТТ, имеющие одинаковые характеристики намагничивания. При расчете по формуле (9.3) это учитывается коэффициентом однотипности. С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления плеч дифференциальной защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей, а в схемах защит генераторов небольшой мощности включать последовательно с обмотками токовых реле добавочные сопротивления 5—10 Ом. Для уменьшения тока небаланса, повышения чувствительности и надежности дифференциальной защиты целесообразно использовать в схеме реле с насыщающимися трансформаторами.

Продольная дифференциальная токовая защита генераторов большой мощности должна иметь ток срабатывания не более 0, 6 I ном. Для генераторов мощностью до 30 МВт с косвенным охлаждением допускается выполнять защиту с током срабатывания (1, 3—1, 4) I ном. При такой уставке срабатывания дифференциальная защита, как правило, бывает надежно отстроена от тока небаланса и вместе с тем предотвращается ее ложное срабатывание в нормальном режиме в случае обрыва соединительных проводов или неисправности одного из ТТ. В последнем случае для сигнализации обрыва соединительных проводов дифференциальной защиты в нулевой провод токовых цепей включается токовое реле КА0 (рис. 3.1, в), ток срабатывания которого устанавливается равным 20—30 % I ном.

Для надежной отстройки реле РНТ от токов небаланса в переходном режиме при внешних КЗ на короткозамкнутой обмотке реле РНТ-562 устанавливаются отпайки А—А, а на реле РНТ-565 сопротивление, подключенное к короткозамкнутой обмотке, принимается равным 10 Ом.

Продольная дифференциальная защита генератора во всех случаях должна обеспечивать коэффициент чувствительности больше двух при КЗ на выводах генератора:

где I к, min — периодическая составляющая тока для t == 0 при металлическом двухфазном КЗ на выводах генератора.

Расчетный ток КЗ определяется для двух режимов: повреждение одиночно работающего генератора, когда ток к месту повреждения подходит только от генератора, и повреждение генератора, включаемого методом самосинхронизации, когда ток к месту КЗ подходит только от сети. В формулу (9.4) подставляется меньшее значение тока КЗ, определенное для этих двух расчетных режимов.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒