Защиты синхронных генераторов реферат

Обновлено: 02.07.2024

В генераторах могут возникнуть следующие повреждения:

а) междуфазные короткие замыкания, вызывающие повреждения обмоток и, реже, стали магнитопровода статора;

б) замыкания между витками одной фазы (обычно они переходит в междуфазные замыкания или в замыкания на землю;

в) замыкания одной фазы на корпус (землю), при которых ток замыкается через сталь магнитопровода. Исследования показали, что при токах более 5 А возникают опасные выжигания (выплавления) стали статора, требующие капитального ремонта генератора с перешихтовкой магнитопровода. Поэтому принято, что при токах более 5 А защита должна действовать на отключение генератора, а при токах менее 5 А - на сигнал;

г) двойные замыкания на корпус (землю) в цепи ротора, вызывающие перегрев ротора, горение изоляции, а также вибрацию генератора (особенно у явнополюсных машин) вследствие возникающей несимметрии магнитного потока ротора. Двойному замыканию на корпус предшествует замыкание па корпус в одной точке. Поэтому на гидрогенераторах и крупных синхронных компенсаторах устанавливают защиту, сигнализирующую о появлении замыкания в одной точке. После появления сигнала машину останавливают для отыскания и устранения повреждения. На турбогенераторах устанавливают защиту от двойных замыканий на корпус. Дежурный персонал включает эту защиту при появлении (обнаружении) замыкания на корпус в одной точке.

К ненормальным режимам генераторов относят:

а) сверхтоки (токи, превышающие номинальный ток генераторов при внешних КЗ). Нормально внешние КЗ должны отключаться защитами поврежденных элементов, однако, при отказе этих защит генератор должен иметь собственную резервную защиту;

6) перегрузки по току, возникающие при отключении части параллельно работающих генераторов, изменении схемы сети, подключении новых узлов нагрузки, самозапуске двигателей, форсировке возбуждения генераторов, потере побуждения и т.п. Для всех генераторов допускаются нормальные длительные перегрузки по току статора не более 5% при снижении напряжения статора не более чем на 5%. Аварийные перегрузки лимитируются заводом-производителем отдельно для каждого типа генератора.

Для генераторов допустимы продолжительные перегрузки в 20 - 30% как по току статора, так и по току ротора, поэтому при таких перегрузках генераторы не должны отключаться от сети;

в) несимметрию токов статора, возникающую при несимметричных коротких замыканиях в сети и при неполнофазных режимах (обрывах фазы). Появляющиеся при несимметрии токи обратной последовательности создают магнитный поток, вращающийся относительно ротора с двойной синхронной скоростью, следствием чего может быть повышенный нагрев и вибрация ротора, а также повышенный нагрев обмотки возбуждения. Длительная работа турбогенераторов допустима при несимметрии не более 5 %, а гидрогенераторов и синхронных компенсаторов - при несимметрии не более 10 %

г) повышения напряжения, возникающие при резких сбросах нагрузки, когда частота вращения машины возрастает при практически неизменном напряжении на обмотке возбуждения. У турбогенераторов имеются автоматы безопасности, полностью прекращающие впуск пара в турбину при увеличении частоты вращения агрегата на 10 %. У гидрогенераторов регуляторы скорости не могут обеспечить быстрое закрытие направляющих аппаратов, поэтому при резком сбросе нагрузки частота вращения гидрогенератора может возрасти на 40-60 %, а напряжение на 30-50 %. У турбогенераторов повышение напряжения ликвидируется системами автоматического регулирования скорости (АРС) и автоматического регулирования возбуждения (АРВ), а на гидрогенераторах дополнительно устанавливается специальная релейная защита от повышения напряжения.

Защита генераторов напряжением до 1000 В

Низковольтные генераторы имеют высокий запас прочности изоляции, поэтому их повреждения относительно редки.

Защита от междуфазных КЗ

Для генераторов мощностью до 150 кВт защита выполняется предохранителями или автоматами.

Предохранители выбираются по условиям:

Плавкая вставка предохранителя выбирается из условий:

где - максимальный рабочий ток, проходящий через предохранитель;

- 1.1…1.25 коэффициент запаса

определяется в зависимости от того, одиночно или параллельно с другими генераторами работает генератор.

Рис 16.1. Расчетные точки КЗ при защите низковольтных генераторов

а) генератор работает одиночно: K1 - расчетная точка. Определяют Iкз.г.

б) генератор работает параллельно: К2 - расчетная точка. Определяют Iкз.сист.

Токовая защита c помощью автоматических выключателей выполняется двухфазной, если нейтраль генератора не заземлена, и трехфазной, если нейтраль глухо заземлена.

Автоматы устанавливаются со стороны шинных выводов при его параллельной работе с другими генераторами, а при одиночной работе - со стороны нулевых выводов.

Автоматы с комбинированными расцепителями осуществляют защиту генератора от КЗ и от перегрузок. Блок-контакты автомата используются для отключения автомата гашения поля (АГП). При выборе автоматов принимается .

МТЗ генераторов с помощью вторичных реле косвенного действия применяются тогда, когда коммутационным аппаратом генератора служит контактор с защелкой.

Ток срабатывания защелки выбирается:

Если оказывается, что (3) на шинах генераторного напряжения

- возможный ток качаний.

Расчетным видом повреждения при определении чувствительности отсечки генератора, работающего с изолированной нейтралью является КЗ между фазами на выводах. Чувствительность отсечки считается достаточной при .

Синхронные генераторы являются наиболее ответственным оборудованием в энергосистеме. Поэтому к релейной защите генераторов предъявляются повышенные требования. Генераторы, как и трансформаторы, снабжаются защитами от ненормальных режимов работы и от внутренних повреждений.

5.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы

Наиболее опасными являются повреждения в обмотках генератора (особенно статора):

1. Междуфазные КЗ. Сопровождаются горением дуги и выгоранием активной стали статора.

2. Однофазные замыкания на землю. Могут приводить к возникновению дуги между проводниками обмотки и корпусом.

3. Замыкания между витками одной фазы. Сопровождаются значительным увеличением токов в замкнутых витках, их нагреву и порче изоляции. Кроме того, витковые замыкания часто переходят в двухфазные.

Последствия перечисленных повреждений столь серьезны, что любое из них требует немедленного отключения.

В обмотке ротора возможны следующие повреждения:

1. Замыкание на землю в одной точке обмотки ротора. Этот вид повреждения никакого влияния на работу генератора не оказывает.

2. Замыкание в двух точках обмотки ротора. Сопровождается протеканием больших токов, которые сильно искажают магнитное поле ротора. Часто приводит к возникновению дуги. Поэтому генератор необходимо немедленно отключить.

Серьезную опасность для генератора представляют ненормальные режимы работы, сопровождаются протеканием сверхтоков и возникновением перенапряжений:

1. Перегрузки систематические и аварийные, связанные с отключением части работающих генераторов, нарушением синхронизма, потерей возбуждения. Во всех этих случаях возможен перегрев различных частей генератора. Поэтому длительность работы агрегатов в таких режимах строго регламентируется. Если генератор работает больше установленного срока, то его разгружают или при необходимости отключают.

2. Несимметрия токов в фазах. Приводит к перегреву ротора и к механической вибрации агрегата.

3. Повышение напряжения. Часто возникает на генераторах при внезапном сбросе нагрузки. Может привести к пробою изоляции. На турбогенераторах устанавливают быстродействующие регуляторы скорости и поэтому значительного увеличения напряжения не возникает.

5.2 . Виды защит, применяемых для генераторов

1. Продольная дифференциальная защита – для защиты от междуфазных повреждений внутри генератора.

2. Поперечная дифференциальная защита – для защиты от межвитковых КЗ при наличии выведенных параллельных ветвей обмоток и их соединении в звезду.

3. Защита нулевой последовательности – для защиты от однофазных замыканий на землю.

4. Токовая отсечка и максимальная токовая защита – для защиты от внешних КЗ (и от внутренних у генераторов малой мощности).

5. Токовая защита с четырехплечным мостом – для защиты от замыканий в двух точках обмотки возбуждения.

6. Защита от максимального напряжения – применяется на гидрогенераторах.

7. Защита от перегрузки – применяется на генераторах всех мощностей.

На рис. 1 показаны внешние естественные характеристики трехфазного синхронного генератора, иллюстрирующие зависимость напряжения U г на его зажимах от тока обмотки статора Ir при заданном коэффициенте мощности приемников соs φ = const, неизменном токе возбуждения в обмотке ротора IB = const и постоянной частоте вращения ротора, чему отвечает неизменная частота переменного тока f=const. Эти характеристики могут исходить как из общей точки (0, Е_гx ), отвечающей режиму холостого хода, так и пересекаться в точке (_{Iг ном} , U _{г ном} ), соответствующей номинальной нагрузке. Первые характеристики

Рис. 1.1. Внешние характеристики трехфазного синхронного генератора при изменении нагрузки с заданным коэффициентом мощности нагрузки: а - от режима холостого хода до номинальной; б - от номинальной до режима холостого хода

позволяют определить изменение напряжения генератора при увеличении нагрузки от режима холостого хода до номинального тока, а вторые - при снижении нагрузки от номинальной до режима холостого хода.

Основной естественной внешней характеристикой синхронного генератора считают кривую Uг (Iг), полученную при симметричном режиме, коэффициенте мощности приемников cos φ = 0,8 и φ > 0.

Для поддержания напряжения синхронного генератора неизменным при переменной нагрузке приходится регулировать ток возбуждения IB в обмотке ротора по закону, определяемому регулировочными характеристиками, крутизна которых зависит от характера нагрузки и ее коэффициента мощности (рис. 6.6). Так, при увеличивающемся токе нагрузки, отстающем по фазе от напряжения на угол φ > 0, возникает размагничивающее действие реакции якоря и соответствующая регулировочная характеристика поднимается, а при возрастающем токе нагрузки, опережающем по фазе напряжение на угол φ I_в.гр (P)] ток синхронного генератора имеет емкостную IрС (индуктивную IpL) реактивную составляющую φ 0) (см. рис. 3.2). Следовательно, при недовозбуждении (перевозбуждении) реактивная мощность генератора имеет емкостный (Qc = - 3UI_р L) [индуктивный (QL = 3UI_p L)] характер.

Если синхронный генератор подключен к электрической системе большой мощности U = const, то его эквивалентную схему замещения можно представить в виде параллельного соединения двух источников тока: источника активной составляющей тока генератора, зависящей от вращающего момента первичного двигателя, I_а (М_вр ), и источника реактивной составляющей тока генератора, зависящей от момента вращения первичного двигателя и тока возбуждения, I_p (I_в , M_вр )

Зависимость тока статора от тока возбуждения I(I_в ) при постоянном вращающем моменте первичного двигателя Мвр = const называется U-образной характеристикой синхронного генератора (рис. 3.2). При некотором малом значении тока возбуждения угол |θ| (рис. 3.1) может превысить значение π/2 и устойчивость работы синхронного генератора нарушится. Чем больше значение активной мощности синхронного генератора, тем при больших значениях тока возбуждения наступит потеря устойчивости. На рис. 3.2 граница устойчивости синхронного генератора показана штриховой линией.

Если вращающий момент первичного двигателя равен нулю (Мвр = 0), то, пренебрегая всеми видами потерь, можно считать, что ток синхронного генератора реактивный (рис. 3.2, Р = 0):

(3.2)

Ток генератора в этом случае зависит линейно от тока возбуждения. Линейность зависимости I(Iв) нарушается лишь при больших значениях тока возбуждения вследствие насыщения магнитопровода машины.

1. Электромагнитный момент и угловая характеристика синхронного Характеристики генераторов переменного тока // Основы электрооборудования летательных

2. Характеристики и уравнения приводов синхронных генераторов Характеристики и уравнения приводов синхронных генераторов

3.Защита от замыканий в обмотке статора

Защита от замыканий в обмотке статора необходима для генераторов, работающих с заземленной нейтралью. Надобность в защите отпадает, если защита от многофазных КЗ выполняется трехфазной.

При двухфазном выполнении защиты от многофазных КЗ, дополнительно к ней должна предусматриваться защита нулевой последовательности - максимальная токовая или продольная дифференциальная.

МТЗ Продольная диф. защита Продольная диф

нулевой защита с ТТ последовательности последовательности

Рис.14.2. Защита низковольтных генераторов

В схеме МТЗ нулевой последовательности токовое реле Т включено через ТТ в нулевой провод генератора Г. Это реле может действовать при КЗ на землю в сети генераторного напряжения, поэтому защита отстраивается от таких режимов с помощью реле времени В.

Продольная дифференциальная защита нулевой последовательности реагирует только на повреждения в генераторе и поэтому в выдержке времени не нуждается.

Чтобы защита не отключала генератор при обрыве в цепях обмоток TT, ее ток срабатывания выбирается больше номинального тока генератора:

В ТНП ток в реле Т пропорционален разности магнитного потока, создаваемого токами фазных проводов и потоком, создаваемым током нулевого провода

Защита от перегрузки не устанавливается и ее функции выполняет защита от многофазных КЗ (автоматы или токовые реле типа РТ - 80)

4. Защита высоковольтных генераторов мощностью до 1 МВт

Высоковольтные генераторы мощностью до 1 МВт изготавливают на напряжение до 6 кВ.

Защиты разделяются на защиту от многофазных внешних коротких замыканий и КЗ в статоре.

На гидрогенераторах устанавливается защита от повышения напряжения.

Защита от многофазных КЗ в обмотке статора осуществляется токовой отсечкой. Ее выполнение, расчет тока срабатывания и требования чувствительности такие же, как и у ТО низковольтных генераторов. При недостаточной чувствительности ТО (К_ч (3) на шинах генераторного напряжения.

Ток срабатывания дифференциальной защиты должен удовлетворять следующим условиям:

Выполнением последнего условия предотвращается ложное действие защиты в случае обрыва соединительных проводов или повреждения одного из ТТ.

Проверяя чувствительность дифференциальной защиты, ток I_кз _min находят для двух возможных вариантов:

1. Повреждение одиночно работающего генератора, когда ток к месту повреждения идет только от генератора.

2. Повреждение генератора, включенного в сеть методом самосинхронизации, когда ток к месту повреждения подходит только из сети.

Меньший из двух .

Для одиночно работающих генераторов в качестве защиты от многофазных КЗ допускается использовать МТЗ со стороны нейтрали, а при отсутствии выводов отдельных фаз со стороны нейтрали - минимальную защиту напряжения.

При повреждениях в цепях напряжения защита должна выводиться из действия. При установке этой защиты на турбогенераторах ее напряжение

Читайте также: