11.4.Защита от замыканий на землю в обмотке ротора
Защита от замыканий во второй точке обмотки ротора.
Обмотка ротора генератора находится под невысоким
напряжением (300—500 В), поэтому ее изоляция имеет значительно больший
запас прочности, чем изоляция статорной обмотки. Однако из-за тяжелых
механических условий работы обмотки ротора, вызываемых большой частотой
вращения (1500— 3000 об/мин), относительно часто наблюдаются случаи
повреждения изоляции и замыкания обмотки ротора на корпус (т. е. на землю)
в одной или двух точках.
Замыкание на корпус в одной точке обмотки ротора неопасно, так как ток в
месте замыкания практически равен нулю и нормальная работа генератора не
нарушается. Но при этом повышается вероятность возникновения опасного для
генератора аварийного режима в случае появления второго замыкания на корпус
в другой точке цепи возбуждения.
При двойных замыканиях часть витков обмотки ротора оказывается
зашунтированной; сопротивление цепи ротора при этом уменьшается и в ней
появляется повышенный ток, этот ток перегревает обмотки ротора и питающего
ее возбудителя, вызывает дальнейшие разрушения вместе повреждение и может
вызвать горение изоляции ротора.
Кроме того, из-за нарушения симметрии магнитного потока в воздушном
зазоре между ротором и статором, обусловленного замыканием части витков
обмотки ротора, возникает сильная механическая вибрация, опасная для
генератора.
Защита ротора от повреждения в одной точке в цепи возбуждения выполняется с наложением переменного тока с частотой 50 Гц на ток ротора. Эта защита устанавливается на G 160 МВт и выше и её тип КЗР-3 (АКZ).
Устройство КЗР-3 обеспечивает защиту от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов с электромашинной, тиристорной, высокочастотной и ионной системами возбуждения. Использование защиты предусмотрено на гидрогенераторах, турбогенераторах с водяным охлаждением ротора и на всех турбогенераторах мощностью 300 мВт и выше. На гидрогенераторах защита действует на отключение, на турбогенераторах - на сигнал (для принятия оперативных решений).
Защита от замыканий на землю в двух точках цепи возбуждения устанавливается только на турбогенераторах. На станции обычно имеется один общий комплект защиты, который и подключается к генератору, имеющему замыкание в одной точке цепи возбуждения. Схема защиты состоит из потенциометра, присоединяемого к кольцам ротора, и токового реле, которое включается в диагональ моста, образуемого обмоткой возбуждения и потенциометром.
Рисунок 15
Распределение напряжения по обмотке ротора при замыканиях на землю: а — в одной точке; б—в двух точках.
При замыкании на землю в одной точке ротора, например в точке 1, напряжение относительно земли распределится по обмотке возбуждения и потенциометру, как показано на рис. 15, а. Перемещая движок потенциометра, находят точку, в которой напряжение относительно земли равно нулю. При этом через реле не будет проходить ток, так как оба зажима подключены к точкам с одинаковым потенциалом. В случае возникновения второго замыкания на землю, например в точке 2, распределение напряжения на обмотке возбуждения и потенциометре изменится, и будет иметь вид, аналогичный изображенному на рис. 15, б. Теперь точка на потенциометре, к которой подключен зажим реле, имеет относительно земли потенциал ∆ U. Под действием напряжения ∆ U через реле пройдет ток и оно сработает. Схема защиты ротора от двойных замыканий на землю типа КЗР-2 приведена на рис.16.
Рисунок 16
Схема защиты генератора от замыканий на землю в двух точках цепи возбуждения: а — цепи возбуждения; б — цепи оперативного тока.
Потенциометр RR1 с последовательно включенным реостатом RR2, который служит для более плавной регулировки, подключается зажимами 1 и 2 к полюсам обмотки возбуждения после возникновения в ней замыкания на землю в одной точке. Зажим 3 подключается к валу генератора через специальную щетку. Этим исключается возможность ложного срабатывания защиты от наведенных токов, проходящих в контуре заземления электростанции.
Защита подключается к обмотке ротора без предохранителей, так как сгорание одного из них повлечет за собой ее неправильную работу. По той же причине защита должна подключаться к обмотке ротора через двухполюсный рубильник. После подключения к обмотке ротора движки потенциометра RR1 и добавочного сопротивления RR2 устанавливаются в положение, при котором показания вольтметра PV будут минимальными (не более 0,5 В). Переключатель SAC с добавочными сопротивлениями позволяет переключать пределы измерения вольтметра (300, 30, 3 В), что обеспечивает более точную регулировку и вместе с тем предохраняет вольтметр от перегрузок при грубой настройке. Настройка защиты производится при отключенной накладке SX. По окончании настройки накладка SX включается и защита вводится в работу.
Параметры срабатывания защиты от второй точки замыкания на землю в обмотке ротора:
Недостатком рассматриваемой защиты является наличие у нее “мертвой зоны”, так как чем ближе второе замыкание на землю (точка 2 на рис.15,б) будет расположено к точке 1, тем меньше будет ток в реле. Если первое замыкание произошло на кольцах ротора, защита вообще не будет действовать независимо от места второго замыкания на землю. Защиту нельзя использовать, если первое замыкание на землю возникнет в цепи возбуждения возбудителя, так как в этом случае она может неправильно подействовать при изменении положения реостата возбуждения.