Перегрузочная способность генераторов по симметричному току статора

Перегрузка по току ротора генератора может произойти при отказах в системе управления возбуждением. Допустимое время нагрева ротора также ограничено и зависит от кратности перегрузки (отношения I_рот/I_ном).

Допустимое время перегрузки для обмотки ротора генератора с непосредственным охлаждением приведено в таблице 7-2.

Таблица 7-2

Перегрузочная способность генераторов по току ротора

Продолжительность перегрузки ротора с непосредственным охлаждением, мин.	Кратность перегрузки ротора
60	1,05
10	1,1
6	1,15
4	1,2
1	1,5
0,3	2

Для предотвращения повреждений ротора при перегрузке его обмотки во время форсировки возбуждения на генераторах предусматривается автоматическое ограничение длительности форсировки, а на генераторах с непосредственным охлаждением защита ротора от перегрузки, действующая на отключение генератора.

Как следует из таблицы 7-1 и 7-2 перегрузка до 30% на генераторах с непосредственным охлаждением и до 50% на генераторах с косвенным охлаждением допускается в течение достаточно длительного времени (2 мин и более), поэтому при таких перегрузках немедленного автоматического отключения генератора не требуется.

Во многих случаях перегрузки, обусловленные форсировкой возбуждения, синхронными качаниями и т.п. ликвидируются внешними защитами до истечения предельного времени t_доп. Отключение генераторов при перегрузках допускается только тогда, когда принятые дежурным персоналом меры по их разгрузке не дают результата, а допустимые время истекло.

Поэтому защиты от перегрузки генераторов на электростанциях с дежурным персоналом действуют на сигнал, а на полностью автоматизированных электростанциях защиты от перегрузки выполняются с действием на отключение или разгрузку генераторов по истечению допустимого времени перегрузки.

Несимметричная перегрузка по току статора возникает при 2-х фазных и однофазных к.з. вне генератора, при обрывах одной или 2-х фаз цепи, соединяющей генератор с нагрузкой, а также при неполнофазных режимах работы сети. Несимметрия токов в статоре генератора приводит к дополнительному нагреву ротора и механической вибрации, что может привести к повреждению генератора. Несимметрия может возникнуть при отказе во включении и отключении одной из фаз выключателя.

Несимметрия сопровождается появлением в обмотке статора генератора токов обратной последовательности, которые имеют обратное чередование фаз и создают магнитное поле, вращающееся в сторону, противоположную вращению ротора. Магнитный поток от токов обратной последовательности создаёт дополнительный пульсирующий с двойной частотой электромагнитный момент, пересекает корпус ротора с двойной скоростью и индуктирует в металлических частях ротора (в бочке ротора) значительные вихревые токи, имеющие двойную частоту. Вихревые токи вызывают повышенный нагрев ротора, а пульсирующий момент – вибрацию вращающихся частей машины.

Допустимая длительность прохождения по генератору тока обратной последовательности может быть определена по следующему выражению:

где:
tдоп	-	допустимая длительность прохождения тока обратной последовательности;
	-	кратность тока обратной последовательности по отношению к номинальному току генератора;
А	-	постоянная величина для генератора данного типа.

Например, для гидрогенераторов СШГЭС А=20, а для гидрогенераторов Майнской ГЭС – 40.

Защита генераторов от внешних несимметричных к.з. и несимметричных режимов осуществляется специальной токовой защитой обратной последовательности, действующей на сигнал при незначительной несимметрии выше допустимых значений и на отключение при появлении опасных для генератора значений токов обратной последовательности.

Повышение напряжения возникает на генераторах при внезапном сбросе нагрузки так как при этом исчезает магнитный поток реакции статора и увеличивается частота вращения разгрузившейся машины.

Повышение напряжения на выводах обмотки статора генератора может привести к пробою изоляции и возникновению в генераторе междуфазного к.з.

На турбогенераторах регулятор скорости предотвращает значительное увеличение скорости вращения, а если скорость вращения превысит 110% номинальной, срабатывает автомат безопасности и прекращается доступ пара в турбину.

На гидрогенераторах при сбросе нагрузки могут иметь место увеличение скорости вращения до величины 150-170% номинальной и соответствующее повышение напряжения статора. Поэтому защита от повышения напряжения устанавливается только на гидрогенераторах с действием на отключение и развозбуждение.

Асинхронный режим на генераторах возникает при потере возбуждения, а также при потере синхронизма генератора работающего параллельно с другими генераторами системы.

При работе в асинхронном режиме увеличивается скорость вращения генератора и возникает пульсация тока статора.

Большинство турбогенераторов может длительно работать в асинхронном режиме (с косвенным охлаждением до 30 минут с нагрузкой до 60%, с непосредственным охлаждением до 15 минут с нагрузкой до 40% номинальной).

Асинхронный режим работы гидрогенераторов в большинстве случаев сопровождается значительным понижением напряжения и большими качаниями, при которых ток статора может в несколько раз превышать номинальный. Поэтому «Правилами технической эксплуатации» (ПТЭ) работа гидрогенераторов в асинхронном режиме без возбуждения, а также работа возбуждённого гидрогенератора в асинхронном режиме относительно других генераторов энергосистемы запрещается.

В случае потери возбуждения все гидрогенераторы необходимо отключать от сети или немедленно принять меры к восстановлению нормального режима, для этого гидрогенераторы оснащаются защитой от потери возбуждения, действующей на отключение и развозбуждение, а на мощных гидрогенераторах дополнительно устанавливается специальная защита от асинхронного хода, действующая на немедленную разгрузку генератора по активной мощности и если асинхронный ход не устраняется – на отключение от сети и развозбуждение генератора.

В соответствии с требования ПУЭ для генераторов напряжением выше 1 кВ и мощностью более 1 МВт, должны быть предусмотрены устройства РЗ от следующих видов повреждений и нарушений нормального режима работы:

• междуфазных к.з. в обмотке статора генератора и на его выводах;

• однофазных замыканий на землю в обмотке статора;

• двойных замыканий на землю, одно из которых – в обмотке статора, а второе – во внешней сети;

• замыканий между витками одной фазы в обмотке статора;

• внешних к.з.;

• перегрузки токами обратной последовательности (для генераторов мощностью более 30 МВт);

• симметричной перегрузки обмотки статора;

• перегрузки обмотки ротора током возбуждения (для генераторов с непосредственным охлаждением проводников обмоток);

• замыкания на землю в цепи возбуждения;

• асинхронного режима с потерей возбуждения.

Выводы:

1. В процессе эксплуатации в генераторах могут возникать повреждения и ненормальные режимы.

2. К основным видам повреждений генераторов относятся:

   • междуфазные к.з. (3-х и 2-х фазные к.з.);

   • замыкания на землю (корпус) одной фазы обмотки статора;

   • замыкания на землю (корпус) в обмотке ротора (в одной или в 2х точках цепи возбуждения);

   • замыкания между витками одной фазы обмотки статора;

   • витковые замыкания в обмотке ротора.

3. Ненормальными (анормальными) режимами генератора считаются:

   • перегрузка по току статора (симметричная и несимметричная);

   • перегрузка по току ротора;

   • повышение напряжения;

   • асинхронный режим.

4. Генераторы должны оснащаться защитами от внутренних повреждений и опасных ненормальных режимов, т.е. таких режимов, которые могут привести к повреждению генератора.

5. Защиты от внутренних повреждений должны отделить генератор от сети, отключив генераторный выключатель, и прекратить ток в обмотке ротора отключением автомата гашения поля (АГП), т.е. развозбудить генератор.

6. При ненормальных режимах работы генератора, не требующих немедленного отключения, защита, как правило, должна действовать на сигнал для принятия дежурным персоналом мер по устранению ненормального режима без отключения генератора. Если возникший ненормальный режим нельзя устранить, то защита должна действовать на отключение генератора от сети.