Защита ротора

ЗАЩИТА ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ ОТ ПОВЫШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Выше указывалось, что при сбросе нагрузки на гидрогенерато­рах напряжение на их зажимах резко возрастает и достигает 150% номинального и больше. Такое напряжение опасно для изо­ляции статора и должно быть ликвидировано за несколько секунд. При правильно выбранных параметрах регулирования возбужде­ния и наличии специальных устройств для быстрого развозбуждения генератора повысившееся напряжение удается снизить до нормального в течение допустимого времени. Однако в случае неисправности этих устройств повышенное напряжение останется, создавая опасность повреждения генератора. Поэтому на гидрогенераторах устанавливается защита от повышения напряжения (рис. 15-34), действующая на отключение выключателя и АГП генератора. Защита состоит из одного реле напряжения Н и реле времени В.

Напряжение срабатывания защиты выбирается равным U_с.з = (1,5 ÷ 1,7) U _ном, по­скольку такое напряжение при­знается опасным для генератора даже кратковременно. На реле времени защиты устанавли­вается небольшая выдержка времени 0,5—1 с.

Как показывает опыт, за это время регулирование возбужде­ния успевает снизить повысившееся напряжение до значения, меньшего U _возреле Н, что предупреждает срабатывание защиты.

а) Защита обмотки ротора от замыкания на корпус (на землю) во второй точке

и поэтому по «Правилам электротехнических установок» при по­явлении одного замыкания на землю на оставленном в работе генераторе должна включаться защита от второго замыкания на землю. Обычно на станции имеется один комплект защиты, приспособленный к удобному и быстрому подсоединению его к лю­бому генератору станции.

Принцип действия защиты от второго замыка­ния на землю показан на рис. 15-35, б. Параллельно обмотке ротора включается потенциометр r _п. На потенциометре находится точка К'₁, потенциал которой равен потенциалу места первого замыкания в обмотке ротора (точка К₁). Между точкой К'₁ и зем­лей включается обмотка токового реле Т.

Схема представляет собой четырехплечий мостик с реле в его диагонали. При равенстве потенциалов точки повреждения К₁ и точки потенциометра К'₁ сопротивления плеч моста удовлетворяют условию r₁/r₂ = r_{1 п} /r_{2 п}, при этом ток в реле Т равен нулю и защита не действует. В случае появления второго замыкания на землю, например в точке К₂, подобранное соотношение сопротивлений плеч моста нарушается, вследствие чего потенциалы точек К'₁ и К₁ становятся неравными и в диагонали моста (в реле) появляется ток, величина которого зависит от степени небаланса плеч. Если ток в реле I _р > I _с.р, то защита приходит в действие.

Чем дальше от точки К₁ возникает второе повреждение К₂, тем больше будет ток в реле. Защита имеет мертвую зону, расположенную вблизи точки К₁ (между точками а и б). Если второе замыкание (К₂) окажется в пределах этой зоны, то ток I _р будет меньше I _с.р и защита не сможет действовать. Точка К'₁ на потенциометре защиты находится опытным путем по милли­вольтметру постоянного тока, который измеряет напряжение на обмотке реле Т. Движок потенциометра передвигается до тех пор, пока показание вольтметра не станет равным нулю, что указывает на балансировку плеч и отсутствие тока I _р.

Принципиальная схема защиты показана на рис. 15-36. При замыкании на землю в одной точке, даже при наличии баланса плеч, через реле непрерывно протекает перемен­ный ток I ', обусловленный неравномерностью воздушного зазора между статором и ротором. Вследствие этой неравномерности величина магнитного потока, пронизывающего обмотку ротора, пульсирует при вращении ротора. Эта пульсация потока вызы­вает в обмотке ротора э. д.с, обусловливающую появление переменного тока I ' в цепи реле. Под влиянием тока I ' реле может срабатывать при отсутствии второго замыкания.

Для предупреждения неправильной работы защиты последова­тельно с обмоткой реле включается дроссель 2. Сопротивление дросселя подбирается таким образом, чтобы величина перемен­ного тока I 'была меньше /, реле. Для постоянного тока сопро­тивление дросселя мало, поэтому оно не оказывает существенного влияния на величину этого тока.

Для повышения надежности отстройки защиты от переменного тока I 'параллельно обмотке реле 1 включается конденсатор С, через который замыкается большая часть тока I '. При появлении второго замыкания на землю весь ток повреждения, являющийся постоянным, протекает по реле, поскольку конденсатор не про­пускает постоянный ток.

Обмотка реле 1 присоединяется не непосредственно на землю, а на вал ротора, поскольку замыкание обмотки происходит также но непосредственно на землю, а на корпус ротора. Для подсоедине­ния к валу устанавливается специальная щетка 10. Защита, имеет реле времени 4, на котором устанавливается выдержка времени 0,5—1 с. Замедление защиты предупреждает ложную работу ее при внешних к. з. в сети, а также нежелательное действие при неустойчивых замыканиях в роторе.

Реле 5 действует на отключение или подает сигнал о действии защиты и шунтирует обмотку реле 1, которая не рассчитана на длительный ток.

Для удобного присоединения цепей защиты к поврежденному генератору устанавливается рубильник 3. Вольтметр 7 и кнопка 8 служат для настройки защиты, а кнопка 9 для деблокировки схемы после срабатывания защиты.

Чувствительность защиты зависит не только от тока срабаты­вания реле 2, но и от сопротивлений реле и потенциометра 6, влияющих на величину тока повреждения. Чем меньше их сопро­тивление, тем больше ток в. реле и выше чувствительность защиты. Для уменьшения мертвой зоны желательно иметь возможно большую чувствительность защиты. Опыт эксплуата­ции показывает, что при потенциометре r_п = 50 ÷ 100 Ом и уставке на реле 50—100 мА защита обладает достаточной для практики чувствительностью. Расчет параметров защиты приве­ден в [Л. 2]. Промышленность выпускает комплектное устройство КЗР-2, выполненное по схеме, показанной на рис. 15-37.

Для повышения чувстви­тельности в КЗР-2 в качестве реагирующего органа вместо реле 1 (рис. 15-36) исполь­зуются два поляризованных реле ПР1 и ПР2. Одно из них действует при токе поврежде­ния, когда потенциал точки К₁ больше К'₁, а второе — при токе обратного направления, когда потенциал точки К'₁ боль­ше К₁ (рис. 15-35, б).

Оценка защиты. Не­достатками защиты являются возможность неправильного действия ее при к. з. в цепи статора, наличие мертвой зоны и непригодность схемы в слу­чае, если первое замыкание на землю произошло на конце об­мотки ротора.

Несмотря на несовершенство схемы, она имеет широкое рас­пространение на генераторах ввиду своей простоты. Опыт эксплуатации показал, что при повреждениях в роторе рассмотренная защита действует четко.

б) Защита ротора от перегрузки током

Мощные турбогенераторы 100 МВт и выше с непосредственным охлаждением проводников обмоток статора и ротора имеют в от­личие от генераторов малой мощности меньшую перегрузочную способность, поэтому при перегрузках ротора, когда I _рот > I _рот._ном, обмотка ротора мощных турбогенераторов нагревается быстрее и их тепловая характеристика t _д= f (I _рот) идет ниже, чем у машин малой мощности. Так, например, у небольших турбогенераторов при двукратном токе в роторе допустимое время t_доп ≥ 1 мин, в то время как для мощных машин типа ТВФ t _доп = 30 с, а для ТВВ и ТГВ — 20 с (см, табл. 15-3). За такой промежуток времени (20—30 с) дежурный персонал не сможет принять необходимых мер по ликвидации перегрузки или отключению генератору.

В связи с этим для мощных турбогенераторов необходима автоматически действующая защита ротора от перегрузки его током., предупреждающая повреждение изоляции обмотки ротора от чрезмерного нагрева ее повышенным током.

Перегрузка ротора возникает при работе регулятора или устройства форсировки возбуждения. Максимальное значение перегрузки определяется кратностью тока форсировки возбуждения. В Советском Союзе максимальное значение тока форсировки возбуждения («потолок» возбуждения) принимается равным 2 I _{рот.ном}. Продолжительная форсировка, опасная для ротора, может возникнуть при недостатке реактивной мощности генера­торов для восстановления нормального напряжения в системе или при неисправности регулятора возбуждения генератора, вызывающей увеличение тока в роторе.

Защита с зависимой от тока выдержкой времени. Наиболее совершенной защитой от перегрузки ротора является токовая защита с интегрально за­висимой характеристикой t₃ = f (I _р), соответствующая перегру­зочной характеристике ротора. Опыт­ные экземпляры такой защиты типа РЗР-1 изготовлены заводом ЧЭАЗ и проходят эксплуатационную про­верку. Защита РЗР-1 выполнена на полупроводниках. Характеристика времени действия защиты соответ­ствует перегрузочной характеристи­ке ротора и выражается прибли­женно уравнением

где I _*рот = I _рот/ I _рот._ном. В — постоянная величина; п — величина, постоянная для определенного диапазона тока I _*рот, она колеб­лется от четырех до двух. Основной элемент защиты (рис. 15-38) — зависимый и состоит из преобразователя, пре­образующего I _рот в I = , ^и интегрирующего э л е м е н т а, создающего зависимую выдержку времени t₃ по выражению (15-31) с учетом изменения тока I _рот в течение времени действия защиты t ₃. В качестве интегратора используется к о н-денсатор, процесс заряда которого приближенно совпадает с процессом нагрева обмотки ротора. Защита состоит из двух органов: сигнального 2 — действующего при I _рот > I _рот._ном на сигнал, и интегрально зависимого 4. — действующего с первой ступенью времени на развозбуждение и со второй — на отключе­ние генератора.

Орган с интегрально зависимой выдержкой времени имеет пусковое реле 3, разрешающее действовать этому органу при уве­личении тока ротора до определенного значения: I _рот = I _с.з

Пусковое реле выполнено в виде схемы сравнения величины (см. § 2-15, рис. 2-45) напряжения U_р ≡ I _рот с величиной опор­ного напряжения U _оп. Разность U_р — U _опподводится к магнитоэлектрическому реле, которое срабатывает при U_Р > U _оп, т. е. при I _рот > I _с.з.

Зависимый орган состоит из двух указанных выше элементов: преобразователя и интегратора. Оба элемента выпол­няются по схемам, аналогичным рассмотренным в § 15-5, г. Сиг­нальное реле выполняется так же, как и пусковое реле; для созда­ния выдержки времени применяется выносное реле времени.

Защита питается током I ≡ I _рот, получаемым от трансформа­тора тока постоянного тока I типа И-514. Трансформатор постоян­ного тока уменьшает ток ротора до значения, соответствующего параметрам защиты.

Ток I (от трансформатора тока 1) поступает в разделительный эле­мент, где он направляется по двум независимым каналам: по од­ному — в сигнальное и пусковое реле 2 и 3, по второму — в орган с зависимой выдержкой времени 4. Для питания логической части схе­мы защиты, выполненной на полу­проводниковых приборах, служит устройство 5.

Защита с независимой выдерж­кой времени. До окончательной раз­работки и серийного выпуска за­висимого реле применяется упро­щенная, менее совершенная схема защиты с независимой характери­стикой, реагирующей на напряжение U _рот на зажимах ротора. Это напряжение пропорционально I _рот, так как U _рот = I _рот R _рот, где R _рот — сопротивление об­мотки ротора.

Схема подобной защиты показана на рис. 15-39. Пусковое реле напряжения РН питается от делителя напряжения П, вклю­ченного параллельно обмотке ротора Р, поэтому напряжение на зажимах реле U_Р ≡ U _рот и I _рот.

Защита выполняется с двумя реле времени РВ₁ и РВ₂. Первое с t _з1 = t _доп посылает импульс на отключение генератора. Второе действует на снижение или снятие форсировки возбуждения с t_з2 = t_з1 — ∆t.

Уставки защиты. Защита должна срабатывать при таком токе ротора, при котором ликвидация перегрузки дежурным персо­налом невозможна из-за малого значения t _доп. Принимая послед­нее равным 1,5—2 мин, по тепловой характеристике ротора (табл. 15-2) находим, что защита должна действовать при I _рот = (1,4 ÷ 1,5) I _{рот .ном}. Исходя из этого

-

Выдержка времени РВ₁ должна удовлетворять условию t₃₁ ≤ t _доппри максимальной возможной перегрузке. Последняя равна полной форсировке возбуждения, которая, как указывалось, в общем случае достигает 2I_рот._ном. По тепловой характеристике ротора определяется, что при этом токе t _доп ≈ 20 ÷30 с. Отсюда t ₃₁ = 20÷30 с.

На генераторах с ионным и высокочастотным возбуждением ротор питается выпрямленным током. Кривая этого тока имеет пульсирующий характер и содержит переменные составляющие разной частоты. Форма кривой I _рот нестабильна и может меняться при различных режимах или неисправностях в системе возбужде­ния. Это необходимо учитывать при выборе пускового реле напря жения защиты. Чувствительность пускового реле не должна меняться с изменением формы кривой выпрямленного тока. В этих случаях рекомендуется применять электромагнитные реле без выпрямителей типа РН 53/400.

Для исключения ложной работы защиты яри кратковременных перегрузках, не опасных для ротора, необходимо во всех схемах защиты иметь быстрый возврат пускового реле при спаде тока I _рот до величины, близкой к I _с.з. Чтобы обеспечить это условие, пусковое реле защиты должно иметь коэффициент возврата, близ­кий к 1. Обычно добиваются k_воз = 0,95 ÷0,98.

Дата добавления: 2014-12-23