Защита синхронных генераторов. Повреждения и ненормальные режимы работы генераторов. Защита аварийных генераторов 0,4 кВ. Защита высоковольтных генераторов

8.Защита синхронных генераторов

8.1. 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. 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) Токи 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%, 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 турбогенераторов повышение напряжения ликвидируется системами автоматического регулирования скорости (АРС) и автоматического регулирования возбуждения (АРВ).

8.2. Защита аварийных генераторов 0.4 кВ

8.2.1.Защита генераторов предохранителями и автоматическими выключателями.

Для генераторов мощностью до 100 кВт защита от междуфазных КЗ выполняется предохранителями или автоматическими выключателями. Предохранители выбираются по условиям

, ,                         (8.1)

где I⁽³⁾_ПОмах определяется в зависимости от того, одиночно или параллельно с другими генераторами работает генератор.

Плавкая вставка предохранителя выбирается из условий

, ,              (8.2)

где I_рабмах – максимальный рабочий ток, проходящий через предохранитель; Кзап = 1,1-1,2 - коэффициент запаса.

Для защиты генераторов наиболее подходящими являются автоматические выключатели, имеющие электромагнитные расцепители защиты от перегрузки с зависимой характеристикой и небольшим временем срабатывания (2-4 с на независимой части характеристики). Их используют в качестве МТЗ генератора от внешних КЗ. Расчет уставки срабатывания по току и времени срабатывания принимают по условию селективности с защитами отходящих линий 0,4 кВ, а также по условию отстройки от длительности пуска электродвигателей, если надежно отстроиться по току от пусковых режимов не удается. Для наладки время срабатывания задают при токе КЗ на зажимах генератора, равном I⁽³⁾_П∞. Обычно принимают минимальную уставку по шкале времени, соответствующую 2 с на независимой части характеристики (при токе более 3I_с.з), в этом случае при токе I_с.з выключатель отключится не менее чем за 7 с. Меньшую уставку по шкале времени принимать не рекомендуется, так как выдержка времени становится неустойчивой, что может приводить к неселективным отключениям.

Отсечку выключателя используют для защиты генератора от внутренних КЗ при его параллельной работе с другими источниками. Ток срабатывания отсечки выбирают, исходя из отстройки от максимального тока КЗ I⁽³⁾_ПО, посылаемого генератором в сеть в начальный момент КЗ на генераторных шинах

,                                               (8.3)

где К_н – коэффициент надежности, принимается равным