ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Литература / Шнеерсон

пряжения и мощности, что определяется изменением. кривой индукции в зазоре электрической машины. Поэтому упрощен­ ная структура защиты статора на основе контроля Из (см. рис. 9.8) [9] содержит блоки контроля передаваемой мощности генератора Р< и напряжения прямой последовательности гене­ ратора U1<. Напряжение третьей гармоники выделяется цифро­ вым фильтром Фз из общего напряжения ЗU0 и при питании от выводов генератора (рис. 9.7,а) его значение контролируется блоком Из>, действующим с выдержкой времени на отключе­ ние генератора. Дополнительно осуществляется контроль пере­ даваемой мощности и напряжения генератора блоками Р<, U1<, разрешающими отключение только при отсутствии превышения Р и U1 заданных значений. Указанное обеспечивает отстройку

от режимов с повышенной индукцией, приводящих к увеличе­ нию Uз.

С учетом того, что уставка защиты Из> должна уточнятся в зависимости от типа генератора и условий его работы, а так­ же ограничений по Р< и U1<, данная защитная функция обес­

печивает лишь дополнительную защиту и является вспомога­ тельной.

При питании защиты на основе контроля Из от нейтрали генератора напряжение третьей гармоники снижается (см. рис. 9.8,а), что контролируется блоком Из< (см. рис. 9.8,б). Переключатель Q ставится в этом случае в положение 2.

9.2.3. Защиты на основе испольэования наложенного напряжения

Полный охват обмотки статора при замыканиях на землю при использовании напряжений и токов основной частоты, источ­ ником которых является сам генератор, практически затруднен прежде всего потому, что возможны повреждения статора (вбли­ зи нейтрали), при которых сигналы основной частоты не изме­ няются. Наличие «мертвых зон» возможно и при реагировании на третью гармонику напряжения, создаваемую защищаемым генератором. Принципиально картина меняется, если создать искусственную цепь с внешним заземленным источником [41, 42], в которую входит статор генератора и которая замыкается при соединениистатора с землей в общем случае через пере­ ходное сопротивление. В этом случае, учитывая относительно малое сопротивление обмотки статора, результирующий ток,

449

б)

Рис. 9.9. Защита статора генератора с использованием наложенноrо напряжения низкой чаС'l'ОТЫ со 100%-ным охватом защищаемой зоны

450

= 00)

2

1V

1

R1

1

(9.1)

ku

ц; r;

451

В структуре ЦРЗ на рис. 9.9,а блок Rg вычисляеr на основе со­ отношения (9.1) сопротивление статора относительно земли, а блоки Rc < и Ro-r < при возникновении замыкания на землю в любой точке обмотки статора обеспечивают действие с выдерж­ ками Те и Тrn соответственно на сигнализацию и отключение.

Наложение низкочастотного напряжения на обмотку статора можеr обеспечиваться таюке через трансформатор ТА в цепи

нейтрали генератора.

9.3. Защита ротора от замыкания на землю

Замыкание на землю в цепи обмотки возбуждения (ротора) не приводит непосредственно к тяжелым повреждениям ввиду изолированности цепи ротора от земли. Однако вследствие опас­ ности при возникновении второго замыкания на землю, приво­ дящего не только к повреждению обмотки ротора, но и к недо­ пустимым механическим усилиям, оно должно быть своевремен­ но выявлено и устранено. Защита ротора должна быть чувстви­ тельна к ухудшению изоляции ротора, т.е. реагировать на сни­ жение активного сопротивления ротора относительно земли. При этом, учитывая наличие в нормальном режиме соизмери­ мого емкостного сопротивления ротора относительно земли, контроль тока замыкания на землю не обеспечивает необходи­ мую чувствительность.

Наиболее распространенным решением является наложение переменного напряжения на цепь ротора с контролем активной составляющей тока (активного сопротивления) этой цепи отно­ сительно земли.

Защита на основе наложения напряжения основной час­ тоты (рис. -(-,(). В данном случае вспомогательная цепь для контроля сопротивления цепи возбуждения относительно зем­ ли образуеrся источником напряжения Ир, формируемым внеш­ ним трансформатором ()(, подюпоченным к цепям напряже­ ния.

Напряжение Il прикладывается к цепи возбуждения через

p (()((

разделительные RС-цепи R [9]. Последовательно в цепь на­ ложенного напряжения включается первичная обмотка проме-

452

жуточного трансформатора ТА для контроля тока в созданной цепи. Таким образом, к )(, подводятся напряжение Il.p и ток lp, причем значение и фаза тока lp зависят от параметров це­ пи, в том числе от контролируемого сопротивления RP цепи

ротора относительно земли. В упрощенной эквивалентной схе­ ме замещения цепи наложенного напряжения (рис. 9.10,б)

значения эквивалентных предвключенных элементов R() = = R1/2, С() = 2С1 известны и известно значение эквивалентно­ го сопротивления Z:1: = Il.p/lp, измеряемого цифровым устрой­ ством защиты. Указанных данных достаточно для контроля со­

противления цепи ротора относительно земли. При вход­ ном сопротивлении и его компонентах_Z:1: =H:i: -JXr. имеем для

схемы рис. 9.10,б

(,,,)-

где неизвестными являются только активное RP и реактивное ХР

453

сопротивления цепи ротора относительно земли. Решая систе­ му (9.2), находим искомое значение

(9.3)

Для отстройки от составляющих высших гармоник в цепи ро­ тора входные величины ЦРЗ предварительно фильтруются (ци­ фровыми фильтрами Фi , Фи на рис. 9.10,а). Блок RP обеспечива­

ет вычисление комплексного сопротивления Z:r. и активной со­ ставляющей сопротивления цепи ротора относительно земли на основе выражения (9.3). На рис. 9.10,а показаны таюке це­

пи сигнализации и отключения.

Чувствительная защита цепи ротора на основе наложения прямоугольных импульсов низкой частоты. Возможность пост­ роения защиты ротора от замыкний на землю с повышенной чув­ ствительностью с отстройкой от влияния собственной емкости об­ мотки статора и гармонических составляющих, обусловленных ти­ ристорной системой возбуждения, появляется при наложении низ­ кочастотного прямоугольного напряжения 0,5-4,0 Гц (рис. 9.11).

В данном случае внешний генератор прямоугольных импуль­

сов напряжения Up(t) (рис. 9.11,а) подключается через раздели­ тельные резисторы 1 к цепи обмотки ротора [9]. К устройству

защиты ЦРЗ через разделительные блоки 1, 2, обеспечивающие гальваническую развязку, подаются величины, пропорциональ­ ные как генерируемому напряжению UpCt) (блок 1) так и воз­ никающему в цепи току JP(t) (блок 2). Частота следования пря­

моугольных импульсов (рис. 9.11,б) выбирается такой, чтобы длительность одного импульса была достаточной для зарядки эк­ вивалентной емкости обмотки ротора СР. Указанное означает, что при сопротивлении обмотки ротора относительно земли RP ос к моменту прекращения любого однополярного импуль­ са ток не протекает, т.е. JP = О (рис. 9.11,в).

При наличии переходного сопротивления RP между обмоткой

ротора и землей в цепи генератора вознщает постоянная со­ ставляющая тока Jp, протекающая через -

На эту составляющую в общем случае накладывается допол­ нительная постоянная составляющая Iсм, обусловленная не ге­

нератором импульсов, а постоянным напряжением, питающим обмотку возбуждения и зависящая от места замыкания на зем-

454

Таким образом, наложение знакопеременного низкочастотно­ го прямоугольного напряжения позволяет отстроится как от гар­ монических составляющих помех в цепи возбуждения, так и от постоянной составляющей в цепи измерения, что обеспечивает высокую чувствительность к замыканиям на землю.

9.4. Защита rенератора от аномальных режимов

Защита обратного направления мощности. Данная защит­ ная функция предотвращает повреждение блока турбина-гене­

ратор при прекращении подачи энергоносителя к турбине. В этом случае генератор переходит в двигательный режим с по­ дачей к турбине вращающего момента, что может привести к повреждениюлопаток турбины. Поэтому необходимо своевре­ менное· отключение генератора от сети при выявлении данно­ го режима. О наступлении двигательного режима генератора свидетельствует потребление им активной мощности из сети. Знак активной мощности при этом отрицательный. Значение и знак активной мощности являются, таким образом, основными критериями при определении данного режима. При этом эффек­ тивно измерение активной мощности прямой последовательно­ сти с использованием величин Il.1 и 11 .

Для отстройки от неправильных действий в режимах синхро­ низации или качаний защита функционирует с выдержкой вре­ мени на отключение. Выдержка времени может быть сущест­ венно сокращена при возникновении сигнала о прекращении подачи энергоносителя к турбине. Обратная мощность, на ко­ торую должна реагировать защита, зависит прежде всего от ти­ па турбины и находится обычно в пределах 1-5% номиналь­ ной мощности.

Защита генераторов от асинхронных режимов. В данном случае, как и при выявлении асинхронных режимов в сети (см.

§ 7.12), эффективно использование дистанционного принципа. Асинхронный ход турбогенераторов и гидрогенераторов явля­ ется аномальным режимом, определяющим повышенные поте­ ри мощности и нагрев машин, а также возникновение больших

456

механических усилий в их узлах. Следует различать два вида асинхронных режимов генераторов в энергосистемах: с полным или частичным возбуждением; без возбуждения.

Первый режим наиболее опасен и требует принятия быстрых мер для отключения генераторов. Указанное определяется тем,

что при наличии возбуждения у асинхронно вращающихся ма­ шин амплитуды и фазы токов и напряжений в них периодичес­ ки изменяются. Это создает значительные моменты на валу и приводит при определенных скольжениях к резонансным явле­ ниям в валопроводах генератора. Так, по данным [21), при асин­ хронном ходе возбужденного генератора с частотой скольжения 3-5 Гц длительностью 1,5 с значение скручивающего момента в сечении валопровода генератора превышало в 4 раза расчет­

ный момент при внезапном трехфазном К3 в режиме номиналь­ ной нагрузки, что обусловлено приближением к резонансу ос­ новной частоты электромагнитного момента и собственной ча­ стотъ1 колебаний валопровода генератора. С учетом указанных

явлений скольжение при наличии возбуждения не должно пре­ вышать 2-3 Гц (при наличии внешнего реактивного сопротив­ ления сети не менее 0,3 отн. ед.), а длительно сть асинхронного хода должна быть не более трех-четырех периодов скольжения. При больших скольжениях генератор должен отключаться еще быстрее.

При потере возбуждения турбогенераторы могут работать не­ которое время с ограниченной активной нагрузкой, что позво­ ляет либо восстановить возбуждение, либо принять меры для перераспределения мощности на другие генераторы. Внезапное отключение генератора при полной нагрузке нежелательно по возможным последствиям как для самого оборудования блока, так и для энергосистемы в целом. Однако при потере возбужде­ ния необходим быстрый сброс части нагрузки, так как в про­

тивном случае растет ток статора и нагреваются его торцевые зоны. Таким образом, потеря возбуждения должна сопровож­ даться быстрой автоматической разгрузкой генераторов по мощ­

ности. Одним из эффективных методов является контроль комплексного сопротивления на его выходе. Указанное основа­

но на том, что при отсутствии возбуждения входное сопротив­ ление генератора располагается, в первом приближении, в за-

457

висимости от скольжения ),в разных точках полуокружности (, (рис. 9.12) в IV)(,квадранте комплексной плоско­ сти

Уточненный анализ траекторий входного сопротивления син­ хронного генератора в асинхронном режиме рассмотрен в [23]. Траектория 2 на рис. 9.12 соответствует одному из возможных

годографов движения входного сопротивления при потере воз­ буждения из предшествующего синхронного режима (точка С на рис. 9.12). С учетом изложенного, характеристика срабаты­ вания ДО, действующего при потере возбуждения, должна с за­ пасом охватить область вблизи характеристики (, в IV квадран­ те, соответствующую потере возбуждения генератора.

Однако и без потери возбуждения возможны режимы, преж­ де всего асинхронный ход возбужденного генератора (например, кривая 3 на рис. 9.12) или г.л.убокие синхронные качания в ЭС

(кривая ,(), при которых входное сопротивление на зажимах ге­ нератора в определенные моменты времени также находится вблизи характеристики 1, соответствующей потере возбуждения.

Анализ траекторий входного сопротивления при асинхронном ходе и качаниях в ЭС рассмотрен в гл. 7.

Возможность попадания входного сопротивления генератора в III и IV квадранты комплексной плоскости тем больше, чем меньше сопротивление системы, к которой подключен генера­ тор, и чем меньше соотношение между ЭДС генератора и экви­ валентной ЭДС электрической системы.

Таким образом, имеется определенное противоречиепри вы­ боре характеристик ДО защиты генератора от потери возбужде-

458