6. Защита от повышения напряжения

При неисправностях автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) в режимах сбросов нагрузки на гидрогенераторах может повышаться напряжение до значений опасных для изоляции статора (более 150% U_ном.г.). Поэтому на гидрогенераторах устанавливается защита от повышения напряжения, действующая на отключение и развозбуждение генератора. Как правило, применяется максимальная защита напряжения с независимой выдержкой времени принципиальная схема, которой, представлена на рис. 7-15.

Рис. 7-15. Защита от повышения напряжения гидрогенератора.

Защита осуществляется одним максимальным реле напряжения Н, включённым на междуфазное напряжение и реле времени В. Напряжение к защите подводится от генераторного трансформатора напряжения.

Первичное напряжение срабатывания защиты:

U_с.з.=1,2U_ном.г.

Выдержка времени защиты отстраивается от времени снижения повысившегося напряжения регулятором возбуждения (АРВ). Время срабатывания защиты обычно принимается равным: t_с.з.= 0,5-1с.

Выводы:

1. Защита от повышения напряжения устанавливается на гидрогенераторах для предотвращения опасных повышений напряжения на его выводах при сбросах нагрузки.

2. В качестве защиты от повышения напряжения гидрогенераторов применяется максимальная защита напряжения с независимой выдержкой времени с уставками:

U_с.з.=1,2U_ном.г. и t_с.з.=0,5-1с

6. Защиты ротора

Роторы генераторов находятся в тяжёлых механических условиях работы (из-за большой частоты вращения – до 3000 об/мин), поэтому на генераторах часто наблюдаются случаи повреждения изоляции обмотки возбуждения с замыканием на корпус, а также витковые замыкания. Кроме того, при неисправностях в системах управления возбуждениям генераторов возможны перегрузки обмоток ротора. Поэтому генераторы оснащаются защитами от замыканий на корпус (на землю) в обмотке ротора, а также защитами от перегрузки ротора.

Защита обмотки ротора от замыкания на землю в одной точке

На всех генераторах устанавливается вольтметровый контроль изоляции при помощи 2-х вольтметров, каждый из которых подключён к полюсам ротора. Если изоляция цепей возбуждения хорошая, показания вольтметров будут близки и равны по величине половине напряжения ротора генератора, т.е. U₍₊₎=U_(-)=0,5U_рот.

При снижении изоляции на одном из полюсов напряжения этого полюса относительно земли понижается, а напряжение другого полюса увеличивается на ту же величину.

Для того, чтобы точнее измерять величину сопротивления изоляции ротора относительно земли используют вольтметры с высоким внутренним сопротивлением.

Устройство контроля изоляции ротора с помощью вольтметров не является защитным устройством и используется дежурным персоналом для периодического (1 раз в смену) контроля (измерения) состояния изоляции цепей возбуждения – обмотки ротора и системы возбуждения.

Принцип действия большинства применяемых защит от замыкания на землю в одной точке цепи ротора основан на измерении тока между одним из полюсов ротора генератора и землёй, причём защиты на турбогенераторах выполняют действием на сигнал, а на гидрогенераторах – на отключение. Предпочтение отдаётся схемам с использованием вспомогательного источника переменного тока низкой частоты, который подключается к цепи ротора через конденсатор.

Принцип выполнения защиты от замыканий на землю и структурная схема защиты от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения приведены на рис. 7-16.

Защита включена на делитель частоты ДЧ2, являющийся источником переменного напряжения частотой 25Гц. Делитель через трансформатор ТН1 получает питание от собственных нужд электростанции, чтобы защита работала также и при остановке генератора. Один зажим ДЧ2 подключается через щётку к валу генератора (к «земле»), второй – через разделительный конденсатор С3, дроссель ДЧ, резистор R5 и первичную обмотку ТТ6 – к цепи возбуждения.

Рис. 7-16. Принцип выполнения и структурная схема защиты от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения с наложенным переменным напряжением.

Измерительным органом защиты является реле мощности РМ7, к которому U_р и I_р подаются соответственно через ДЧ2 и ТТ6. Конденсатор С3 с дросселем ДЧ образуют резонансный контур на частоте 25 Гц, а резистор R5 ограничивает ток, т.к. большие токи от защиты являются опасными при наличии длительного металлического замыкания в цепи возбуждения. Защита действует с выдержкой времени через реле РВ8. Выдержка времени необходима для предотвращения срабатывания защиты в условиях переходных процессов (синхронизации, гашении поля и др.)

Промышленностью выпускается специальный комплект защиты ротора для генераторов с тиристорной и высоконапорной системами возбуждения типа КЗР-3, где применяется указанный принцип действия. Принципиальная схема защиты КЗР-3 представлена на рис. 7-17.

В КЗР-3 источником наложенного тока является магнитный делитель частоты МДЧ, получаемый питание переменным током 50 Гц напряжением 220В от сети собственных нужд. В МДЧ имеется две независимые обмотки, одна из которых используется для наложения тока 25 Гц на цепь возбуждения генератора, другая – в схеме защиты. Переменный ток 25 Гц подаётся на землю (на вал генератора) и на обмотки ротора ОВГ через вспомогательное устройство ВУ2, состоящее из частотных L-C-фильтров, предназначенных для предотвращения проникновения в защиту гармоник 50-150-300 Гц и выше, появляющихся из тиристорной и в/ч систем возбуждения.

Резистор R в ВУ2 ограничивает величину наложенного тока при металлическом замыкании на землю в одной точке цепи возбуждения. Разрядник Р служит для защиты КЗР-3 от возможных перенапряжений на входе ВУ2.

Наложенный ток проходит через сопротивление изоляции и ёмкостное сопротивление на землю цепи возбуждения и состоит из 2-х составляющих – активной и ёмкостной.

Рис. 7-17. Принципиальная схема защиты КЗР-3.

Для того чтобы защита реагировала на изменение сопротивления изоляции на измерительный орган КЗР-3 подаётся только активная составляющая наложенного тока фазочувствительной схемы, на которую подаётся ток через ТТ и напряжение частоты 25 Гц от второй обмотки МДЧ. Фазочувствительная схема состоит из диодов 2Д-5Д и баластных резисторов 6R-9R.

Среднее значение напряжения на выходе фазочувствительной схемы U_вых=Icos, где  - это угол между наложенным током и создающим его напряжением частотой 25 Гц.

Напряжение на выходе фазочувствительной схемы сравнивается с эталонным стабилизированным напряжением от делителя напряжения 12R, 14R, 16R, 18R, с помощью которого на защите можно выставить четыре возможных уставки защиты и резистора 22R. В результате сравнения реагирует высокочувствительное (магнитоэлектрическое) реле РТ. Конденсатор 3С сглаживает ток в реле РТ, а резистор 21R служит для успокоения рамки магнитоэлектрического реле.

Возможные уставки на реле КЗР-3: 5 кОм (на резисторе 16R); 2,5 кОм (18R). Резисторы 12R и 14R используется при подключении КЗР-3 к электромашинному возбуждению.

Реле РТ при срабатывании замыкает цепь промежуточного реле 1РП и далее через реле времени РВ срабатывает выходное реле 2РП, которое действует на сигнал.

Основным недостатком защиты КЗР-3 является зависимость её чувствительности от ёмкости на землю цепей возбуждения (при ёмкости более 2 МКФ погрешность по току срабатывания достигает 30% и защиту на КЗР-3 не применяют).