9.8. Захист обмотки статора генератора від підвищення напруги

Цей захист передбачений для захисту від пробою обмотки статора генератора під час підвищення напруги під час роботи генератора на холостому ході. Цей захист є обов’язковим для всіх генераторів потужністю 160 МВт та вище. Захист діє на гасіння поля генератора. Принципова схема захисту наведена на рис. 9.13.

Рис. 9.13. Схема захисту від підвищення напруги

Основним елементом захисту є реле максимальної напруги KV, яке здійснює контроль рівня напруги на виводах генератора. На вітчизняних генераторах використовується реле максимальної напруги типу РН-58/200.

Захист виконаний з блокуванням за струмом, тобто він може діяти тільки у випадку відсутності струму в обмотці статора генератора, тобто під час роботи генератора на холостому ході. Контроль за струмом здійснюється за допомогою трифазних струмових реле КА1 та КА2, які також використовуються в схемах пристроїв резервування відмови вимикачів. Ці реле застосовуються для контрою за наявністю струму у всіх трьох фазах. Це необхідно для контролю повнофазного вимкнення генератора від мережі. У випадку неповнофазного вимкнення блочного вимикача генератор працює паралельно з системою і захист не повинен працювати, тобто захист повинен спрацьовувати лише у випадку відсутності струму у всіх трьох фазах генератора.

Після вимкнення блочного вимикача Q1 реле КА1 повернеться у вихідний стан, замкне контакт КА1 та подасть живлення на реле KL1. KL1 спрацює та запустить реле часу КТ, яке з витримкою часу замкне контакт КТ в колі живлення обмотки реле максимальної напруги KV. У випадку, коли напруга на виводах генератора буде завищена, реле максимальної напруги спрацює та подасть команду на гасіння поля генератора.

Аналогічним чином схема працює і після вимкнення генераторного вимикача Q2. В цьому випадку блокування за струмом здійснюється за допомогою струмового реле KA2.

Витримка часу вводиться для відлагодження хибної роботи захисту під час короткочасних підвищень напруги генератора, які можливі відразу після вимкнення генератора від мережі. Як правило, ця витримка часу складає 3 с.

Уставка для реле напруги визначається з виразу

(9.27)

Для блокуючих струмових реле уставка спрацювання визначається як

(9.28)

Питання для самоперевірки

1. Як під’єднуються вимірні органи захисту обмотки статора від підвищення напруги?

2. Для чого в схемі захисту обмотки статора від підвищення напруги застосовуються струмові реле з контролем струму у всіх трьох фазах?

3. Як розраховуються уставки спрацювання вимірних органів захисту обмотки статора від підвищення напруги?

9.9. Захист генератора від замикань на землю в колах збудження

На генераторах передбачені захист від замикань на землю в одній точці кіл збудження, який діє на сигнал та захист від замикань в двох точках кіл збудження, який діє на вимкнення генератора від мережі та гасіння його поля. Про те, на генераторах великої потужності (500МВт та вище) в зв'язку з важкими наслідками аварій під час замикання в двох точках кіл збудження, захист від замикання на землю в одній точці також повинен діяти на вимкнення генератора від мережі.

Для захисту генератора у випаку появи землі в одній точці кіл збудження застосовується захист типу КЗР-3, який виконується за принципом накладання на кола збудження змінного струму частотою 25Гц.

Принципова схема захисту КЗР-3 наведена на рис. 9.14.

Рис. 9.14. Схема захисту від замикання в одній точці кіл збудження

Джерелом живлення схеми є магнітний дільник частоти МДЧ, який живиться від мережі 220В власних потреб електричної станції. На виході МДЧ є дві обмотки, з яких знімається напруга частотою 25Гц. З однієї обмотки напруга частотою 25 Гц подається в кола збудження генератора, з другої – в схему захисту. Змінний струм, частотою 25 Гц подається на вал генератора (на землю) та на обмотку ротора через додатковий пристрій – фільтр ZV. Фільтр ZV блокує проходження струмів частотою 50Гц та вище від системи збудження, яка живить обмотку генератора (тиристорна чи високочастотна системи збудження, крім постійного струму, має і високочастотні складові). Це блокування відбувається за рахунок наявності частотних L – C фільтрів: 3L – 3C, 2L – 2C та 1L – 1C. Конденсатори 4С та 1С призначені для непропускання постійного струму збудження в кола захисту – постійний струм може намагнітити магнітопровід проміжного трансформатора струму ТА. Розрядник FV захищає схему захисту від перенапруг, які можуть виникнути на вході додаткового пристрою ZV. Резистор 1R обмежує величину струму, який протікає через пристрій ZV після виникнення замикання на землю в одній точці кіл збудження.

Струм частотою 25Гц, який протікає через обмотку збудження має дві складові – активну та ємнісну. Коли ізоляція кіл збудження є нормальною, в струмі в основному є лише ємнісна складова. У випадку порушення ізоляції з’являється і активна складова. Це використовується в принципі роботи захисту. Для роботи захисту з струму виділяється лише активна складова струму. Вона виділяється в пристрої захисту за допомогю симетричної кільцевої фазочутливої схеми.

Фазочутлива схема складається з діодів 2Д – 5Д та балансних резисторів 6R – 9R, на які подаються напруги з другої обмотки МДЧ та від обмотки ротора через трансформатор струму ТА. Навантаження фазачутливої схеми приєднане до середніх точок подільників напруги 2R – 3R та 4R – 5R.

Напруга, яка подається від МДЧ в схему захисту є більшою від напруги, яка знімається від трансформатора струму ТА. Тому напруга від МДЧ є керуючою, тобто вона тільки відкриває та закриває діоди, а струм в колах навантаження фазочутливої схеми визначається напругою від трансформатора струму ТА, яка є пропорційна активній складовій струму ( ), де – кут між напругою та струмом на вторинній обмотці трансформатора струму ТА.

Напруга на виході фазочутливої схеми порівнюється з еталонною стабілізованою напругою від подільника напруги, який складається з одного з резисторів 12R, 14R, 16R чи 18R та резистора 22R. Вимірним органом захисту, який реагує на різницю цих напруг, є чутливе магнітоелектричне реле KА.

Конденсатор ЗС згладжує струм в обмотці реле КА, а резистор 21R призначений для заспокоєння рамки магнітоелектричного реле під час спрацювання – запобігає виникненню „дребезгу” контактів.

Паралельно до контактів магнітоелектричного реле КА приєднана дугогасильна ланка на основі конденсатора 4С та резистора 23R. Ця ланка захищає контакти реле КА від підгоряння під час комутацій – у випадку розмикання контакту магнітоелектричного реле КА, за рахунок магнітної енергії котушки реле 1KL, з‘являється дуга, яка призводить до пошкодження (підгоряння) контактів. У випадку наявності дугогасильної ланки, магнітна енергія котушки реле 1KL буде розсіюватись через конденсатор 4С та опір 23R.

Уставка спрацювання реле КА визначається величиною резистора в колі подільника еталонної напруги. Резистор 16R використовується у випадку опору ізоляції кіл збудження 5 КОм, резистор 18R у випадку опору ізоляції 2,5 КОм, резистори 12R та 14R використовуються під час збудження генератора від електромашинного збудника.

Захист має витримку часу, щоб забезпечити неспрацювання захисту в перехідних процесах, які виникають в колах збудження у випадку деяких режимів генератора – синхронізації, гасінні поля генератора тощо. Витримка часу виконана на реле часу КТ.

Напруга на контактах магнітоелектричного реле КА повинна бути в межах 70 – 125 В, а напруга кіл оперативного струму на електричній станції становить 220 В. Тому в схемі передбачені стабілітрони СТ1 та СТ2, які вмикаються між полюсами джерела оперативного струму через резистор 24R.

Схема працює наступним чином. Після виникнення замикання в одній точці кіл збудження, на виході фазочутливої схеми (з подільника напруги, утвореного резисторами 5R – 4R та 2R – 3R) з’явиться напруга, яка буде більшою від еталонної напруги, що в свою чергу знімається з подільника напруги, утвореного резистором 22R та одним з резисторів 12R, 14R, 16R чи 18R. В результаті спрацює чутливе магнітоелектричне реле КА. Реле замкне свій контакт КА в колі проміжного реле 1KL, яке в свою чергу подасть живлення на обмотку реле часу КТ. Безпосередньо подавати живлення на реле часу магнітоелектричне реле КА не може, тому що має слабкі контакти. Реле часу через заданий його уставкою час подасть живлення на проміжне реле 2KL, яке запустить кола сигналізації.

Основним недоліком захисту є те, що його чутливість залежить від ємності на землю кіл збудження. Якщо ємніст кіл збудження складає порядку 2мкФ похибка в струмі спрацювання може досягати 30%. Як правило, у випадку роботи генератора на робочому збуднику (тиристорному, високочастотному, без щітковому), ємність ланок збудження менше цього значення, але у випадку роботи генератора на резервному електромашинному збуднику, ця ємність може досягати 5 мкФ. Така величина ємності визначається значною довжиною кабелів зв’язку між електромашинним збудником та генератором. В цьому випадку захист КЗР-3 не застосовується.

Після спрацювання захисту типу КЗР-3, який сигналізує про наявність замикання в одній точці ланок збудження до кіл збудження даного генератора необхідно під'єднати захист від замикань на землю в двох точках. Цей захист діє на вимкнення генератора від мережі та гасіння його поля. Для цього застосовується захист типу КЗР-2.

Принципова схема захисту КЗР-2 наведена на рис. 9.15.

Рис. 9.15. Схема захисту від замикання в двох точках кіл збудження

а) кола вимірювання, б) оперативні кола

Схема працює на принципі чотириплечевого моста. Плечі моста утворюють: опори обмотки збудження відносно першої точки замикання та її полюсами R₁ R₂ та опором потенціометрів R_1П, R_2П від середньої точки до полюсів обмотки збудника.

До валу генератора пристрій приєднується через спеціальну щітку, а не через заземляючий контур, щоб струм, який протікатиме через діагональ моста, протікав безпосередньо через обмотки реле, а не через підшипник генератора.

Перед вводом захисту в роботу необхідно зрівноважити міст. Зрівноваження моста здійснюється за допомогою потенціометрів R_1П, R_2П –добиваються показу нуля вольтметром V. Під час зрівноваження моста накладка 1SX повинна знаходитись в розімкненому стані, щоб запобігти хибне спрацювання захисту під час його налагодження. Вольтметр має три діапазони вимірів: 300В, 30В, 3В. Перший діапазон призначений для грубого регулювання, другий та третій – для більш точного регулювання. Перемикання діапазонів здійснюється за допомогою перемикача SAC (на схемі перемикач в положенні приєднання вольтметра через опір 1R).

Вимірними органами захисту є два поляризованих реле 1KL та 2KL. Послідовно з обмотками реле ввімкнений дросель 1L та конденсатор 2С, які обмежують протікання змінного струму через обмотки поляризованих реле. Цей струм обумовлений пульсацією магнітного поля машини внаслідок нерівномірності повітряного проміжку між ротором та статором.

Після налагодження захисту він вводиться в роботу шляхом ввімкнення накладки 1SX.

Схема працює наступним чином.

У випадку виникнення замикання в другій точці ланок збудження, порушується рівновага моста і спрацьовує одне з двох поляризованих реле в залежності від напрямку струму в діагоналі моста. Напрямок струму визначається до якого з полюсів обмотки збудження ближче виникла друга точка замикання.

Поляризовані реле 1KL або 2KL подають живлення на реле часу КТ, яке задає затримку в роботі захисту тривалістю 0,51с. Це потрібно для відлагодження захисту від хибного спрацювання в умовах перехідних процесів, які виникають у випадку короткочасних замикань в другій точці кіл збудження.

Реле часу спрацює та подає живлення на обмотку проміжного реле 3KL, яке своїми контактами 3KL.1 самопідхопиться, подасть живлення на спрацювання місцевої сигналізації – сигнальна лампа HL та на аварійне вимкнення генератора від мережі через контакт 3KL.3.

У випадку замикання в двох точках ланок збудження, які знаходяться поблизу протилежних полюсів, в діагоналі моста протікатиме значний струм, який може пошкодити поляризовані реле. Для обмеження часу протікання струму через обмотки реле 1KL, 2KL, передбачені контакти 3KL.4, які розривають коло живлення поляризованих реле, тим самим зменшуєючи час протікання значного струму через поляризовані реле.

Конденсатор 1С служить для покращення комутації контакту 3KL.4, тому що контакт розриває коло з значним струмом, який індукується котушкою дроселя 1L.

Для повернення реле 3KL у вихідний стан служить кнопка SB.

Питання для самоперевірки

1. Дія захисту від замикань на землю в одній та в двох точках кіл збудження.

2. Принцип роботи схеми захисту КЗР-3 від замикань на землю в одній точці кіл збудження.

3. Принцип роботи схеми захисту КЗР-2 від замикань на землю в двох точках кіл збудження.