15. Несимметричный режим турбогенератора

Все синхронные генераторы рассчитаны для работы с симметричными нагрузками, когда токи в фазах практически равны между собой. Между тем в эксплуатации при несимметричных к. з. синхронного генератора (рис. 17) неизбежно возникают кратковременные несимметричные режимы работы, при этом разными становятся токи в фазах генераторов и на зажимах. Длительные несимметричные режимы могут иметь место при обрыве проводов на опорах линий и подстанциях, при отказе в отключении (включении) отдельных фаз выключателей и т. д.

При работе генератора в несимметричном режиме в его статорных обмотках проходят токи прямой и обратной последовательностей. Магнитное поле, созданное токами прямой последовательности, вращается с той же частотой и в одну и ту же сторону, что и ротор генератора. В свою очередь ротор, вращающийся синхронно с этой составляющей поля, никак не реагирует на нее, так как в замкнутых его контурах не возникает никаких токов. Аналогичное явление имеет место в нормальном нагрузочном режиме генератора. Магнитное поле токов обратной последовательности вращается в сторону, противоположную вращению ротора. Частота его вращения относительно ротора достигает двойного значения, при этом реакция ротора на обратно вращающееся поле проявляется очень сильно. По существу эта составляющая поля определяет явления, отличающие несимметричный режим от симметричного.

Магнитное поле токов обратной последовательности, пересекающее обмотку и металлические части ротора, индуктирует в них токи двойной частоты. Эти токи, циркулируя в обмотке и тонком поверхностном слое металла ротора, бандажных колец, клиньев и других деталей, вызывают в них дополнительные потери энергии и создают очаги местных повышений температур. Они вызывают также gульсирующий с двойной частотой электромагнитный момент, увеличивающий вибрацию машины и повышающий ее шумы.

Чтобы избежать нежелательных воздействий токов обратной последовательности, длительная работа турбогенераторов с несимметричной нагрузкой не допускается, если разность токов в фазах более 10% номинального тока, при этом в наиболее нагруженной фазе ток не должен превышать номинальный, что гарантирует при несимметричной нагрузке меньшие потери в меди статорной обмотки, чем при нагрузке трех фаз номинальным током.

Рис. 17. Несимметричные к. з. синхронного генератора: а — однофазное; б — двухфазное; в — двухфазное при соединении обмоток в треугольник; UА, Vп, 1>с — фазные напряжения; I„, I"„, I„ — токи к. з.; Iр — Ток ротора

Для защиты ротора генератора от чрезмерного нагрева при работе в несимметричном режиме применяется специальная токовая защита, реагирующая на ток обратной последовательности, превышающий максимально допустимое его значение по условию нагрева ротора. Выдержка времени такой защиты зависимая: уменьшается при возрастании кратности тока обратной последовательности к номинальному.

Для генераторов, работающих на общие сборные шины и имеющих генераторные выключатели (с трехфазным управлением), опасные несимметричные режимы могут привести к срабатыванию упомянутых защит на отключение в режимах эксплуатационных нагрузок при обрыве одной или двух фаз цепи, соединяющей генераторы с энергосистемой, а также при неотключившихся несимметричных к. з. в энергосистеме.

Несимметричные режимы мощных турбогенераторов, работающих в блоках с трансформаторами, наиболее часто возникают при неполнофазной коммутации их воздушными или масляными выключателями, имеющими приводы с пофазным управлением. При больших токах несимметрии длительная работа их опасна и поэтому ограничена по времени. Чтобы не превысить допустимое время работы генераторов в несимметричном режиме и предотвратить их повреждение, на турбогенераторах мощностью 150 МВт и выше, а также на турбогенераторах меньшей мощности с непосредственным охлаждением обмоток предусматриваются автоматические устройства резервирования при отказе выключателей блоков (УРОВ), действующие на отключение выключателей всех остальных присоединений той секции или системы сборных шин, на которую остался включенным отдельными фазами коммутируемый блок. При отказе УРОВ действия персонала по ликвидации неполно- фазного режима будут зависеть от обстоятельств, при которых возник этот режим. Рассмотрим некоторые случаи неполнофазной коммутации блока генератора с трансформатором, обмотки которого соединены по схеме звезда — треугольник и работающего с заземлением нейтрали обмоток ВН.