Схема защиты синхронного генератора



Лекция 16. Защита и автоматика синхронных генераторов

1. Повреждения и ненормальные режимы рабаты генераторов

2. Защита низковольтных генераторов

3. 3.Защита от замыканий в обмотках статора

4. Защита высоковольтных генераторов мощностью до 1 МВт

5. Защита высоковольтных генераторов мощностью более 1 МВт

6. Продольная дифференциальная защита

7. Защита от замыкания между витками одной фазы

8. Защита от сверхтоков внешних КЗ и от перегрузки

9. Автоматическая синхронизация генераторов

10. Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ)

11. Системы возбуждения синхронных генераторов

Повреждения и ненормальные режимы рабаты генераторов

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:

где — 1.5… 1.7

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 .

Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 933; Нарушение авторского права страницы

Источник

Релейная защита синхронных машин

Синхронные электрические машины относятся к машинам переменного тока, как правило, трехфазным. Как большинство электромеханических преобразователей они могут работать и в режиме генератора, и в режиме двигателя. Особым режимом работы синхронной машины является режим компенсации реактивной мощности. Специальные машины, предназначенные для этой цели называются синхронными компенсаторами.

Несмотря на принципиальную обратимость синхронных двигателей и генераторов они имеют обычно конструктивные особенности, которые редко дают возможность использовать двигатели в качестве генераторов и наоборот.

Повреждения в обмотке статора:

Однофазные замыкания на землю (на корпус);

Двойные замыкания на землю;

Замыкание между витками одной фазы (для синхронных генераторов с выведенными параллельными ветвями).

Повреждения в обмотке ротора (в обмотке возбуждения):

Замыкание на землю (тело ротора) в одной точке;

Замыкание на землю в двух точках цепи возбуждения.

Ненормальные режимы работы генераторов

Перегрузка статора синхронного генератора (симметричная и несимметричная).

Сверхтоки при внешних КЗ.

Повышение напряжения на выводах обмотки статора.

Требования к релейной защите генераторов

Селективность — защита должна отключать генератор только при тех повреждениях и режимах, которые представляют действительную опасность для генератора.

Быстродействие – чтобы уменьшить размеры повреждения машины и не допустить нарушения устойчивости параллельной работы генераторов и систем.

Чувствительность – ко всем видам повреждений в синхронного генераторе, а также к КЗ на смежных элементах для резервирования защит и выключателей этих элементов в случае их бездействия. Защита должна воздействовать не только на Q, но и на устройство АГП для прекращения тока КЗ, посылаемого самим генератором.

Токовая отсечка без выдержки времени

Применяется в качестве основной защиты для генераторов с мощностью менее 1 МВт от многофазных КЗ в обмотке статора. Устанавливается со стороны выводов к сборным шинам.

Продольная дифференциальная защита

Применяется в качестве основной защиты для генераторов с мощностью более 1 МВт от многофазных КЗ в обмотке статора.

ТА устанавливается со стороны шинных выводов и со стороны нейтрали.

Расчет параметров продольной дифференциальной защиты

Ток срабатывания защиты:

Обычно, в зависимости от мощности генератора, ток срабатывания защиты находится в пределах:

Проверка чувствительности защиты:

Поперечная дифференциальная защита

Применяется в качестве основной защиты для генераторов с мощностью более 1 МВт от витковых КЗ. Резервирует продольную дифференциальную защиту при многофазных КЗ в обмотке статора.

Схема однорелейной поперечной дифференциальной защиты

Трансформатор тока устанавливается в цепи между двумя нулевыми точками параллельных ветвей обмотки статора, соединенных в звезду.

ZF–фильтр для отстройки от высших гармоник, протекающих в цепи нейтрали кратных трем.

Защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов или на его выводах

1. Токовая направленная защита для генераторов, работающих в блоке с трансформатором на сеть с изолированной нейтралью.

2. Защита от замыканий на землю, использующая низкочастотные составляющие ТНП, порождаемые перемежающимся дуговым замыканием для генераторов, работающих на сеть с компенсированной нейтралью.

3. Защита от замыканий на землю для генераторов, работающих на сеть с резистивно-заземленной нейтралью.

4. Сигнализация при появлении однофазного замыкания на землю по напряжению нулевой последовательности.

Защиты от замыканий на землю генераторов, работающих в сетях с изолированной или резонансно заземленной нейтралью

Защита от замыкания на землю имеет «мертвую зону» около 5% от сопротивления обмотки статора при замыкании в близи нейтрали (точка К2). Величины 3U0, 3I0 пропорциональны числу витков фазы между нейтралью и местом замыкания.

Сигнализация при появлении однофазного замыкания на землю по напряжению нулевой последовательности

Защита от замыканий на землю для генераторов, работающих на сеть с резистивной заземленной нейтралью

Защита от второго замыкания на землю в обмотке ротора

Распределение напряжения по обмотке ротора при замыканиях на землю.

Схема защиты генератора от замыканий в двух точках цепи возбуждения

а) цепи возбуждения; б) цепи оперативного тока

МТЗ с блокировкой по напряжению

Предназначена для защиты генераторов от сверхтоков при внешних КЗ.

Применяется для генераторов с мощностью менее 30 МВт.

Схема МТЗ с блокировкой по напряжению

а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока

Токовая защита обратной последовательности

Применяется для генераторов с мощностью 30-60 МВт.

Предназначена для защиты генераторов от внешних несимметричных КЗ.

а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока

Дистанционная защита генераторов

Применяется для генераторов с мощностью более 60 МВт.

Предназначена для защиты генераторов от внешних несимметричных КЗ.

Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от максимальной нагрузки при минимальном эксплуатационном напряжении:

Схема включения дистанционной защиты генератора

Сопротивление срабатывания защиты:

Защита от повышения напряжения

Устанавливается на гидрогенераторах:

Устанавливается на турбогенераторах с мощностью 160 МВт и выше:

Защита генераторов от асинхронных режимов

Виды АР генераторов

1. С полным или частичным возбуждением.

2. Без возбуждения.

Принцип выполнения защиты генераторов от асинхронных режимов — дистанционный, осуществляется контроль сопротивления генератора.

однофазные замыкания на землю;

Замыкания между витками одной фазы;

междуфазные короткие замыкания.

Ненормальные режимы работы ЭД:

Перегрузка токами, большими номинального;

Перегрузка приводимого механизма.

Защита от многофазных КЗ

Схема защиты токовой отсечкой мгновенного действия

Защита минимального напряжения

Самозапуск двигателей может не произойти, если напряжение на шинах окажется ниже:

Схема защиты минимального напряжения с реле прямого действия:

Защита синхронных электродвигателей от выпадения из синхронизма:

Источник

Поделиться с друзьями
Adblock
detector