Релейная защита синхронных машин
Синхронные электрические машины относятся к машинам переменного тока, как правило, трехфазным. Как большинство электромеханических преобразователей они могут работать и в режиме генератора, и в режиме двигателя. Особым режимом работы синхронной машины является режим компенсации реактивной мощности. Специальные машины, предназначенные для этой цели называются синхронными компенсаторами.
Несмотря на принципиальную обратимость синхронных двигателей и генераторов они имеют обычно конструктивные особенности, которые редко дают возможность использовать двигатели в качестве генераторов и наоборот.
Повреждения в обмотке статора:
Однофазные замыкания на землю (на корпус);
Двойные замыкания на землю;
Замыкание между витками одной фазы (для синхронных генераторов с выведенными параллельными ветвями).
Повреждения в обмотке ротора (в обмотке возбуждения):
Замыкание на землю (тело ротора) в одной точке;
Замыкание на землю в двух точках цепи возбуждения.
Ненормальные режимы работы генераторов
Перегрузка статора синхронного генератора (симметричная и несимметричная).
Повышение напряжения на выводах обмотки статора.
Требования к релейной защите генераторов
Селективность — защита должна отключать генератор только при тех повреждениях и режимах, которые представляют действительную опасность для генератора.
Быстродействие – чтобы уменьшить размеры повреждения машины и не допустить нарушения устойчивости параллельной работы генераторов и систем.
Чувствительность – ко всем видам повреждений в синхронного генераторе, а также к КЗ на смежных элементах для резервирования защит и выключателей этих элементов в случае их бездействия. Защита должна воздействовать не только на Q, но и на устройство АГП для прекращения тока КЗ, посылаемого самим генератором.
Токовая отсечка без выдержки времени
Применяется в качестве основной защиты для генераторов с мощностью менее 1 МВт от многофазных КЗ в обмотке статора. Устанавливается со стороны выводов к сборным шинам.
Продольная дифференциальная защита
Применяется в качестве основной защиты для генераторов с мощностью более 1 МВт от многофазных КЗ в обмотке статора.
ТА устанавливается со стороны шинных выводов и со стороны нейтрали.
Расчет параметров продольной дифференциальной защиты
Обычно, в зависимости от мощности генератора, ток срабатывания защиты находится в пределах:
Проверка чувствительности защиты:
Поперечная дифференциальная защита
Применяется в качестве основной защиты для генераторов с мощностью более 1 МВт от витковых КЗ. Резервирует продольную дифференциальную защиту при многофазных КЗ в обмотке статора.
Схема однорелейной поперечной дифференциальной защиты
Трансформатор тока устанавливается в цепи между двумя нулевыми точками параллельных ветвей обмотки статора, соединенных в звезду.
ZF–фильтр для отстройки от высших гармоник, протекающих в цепи нейтрали кратных трем.
Защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов или на его выводах
1. Токовая направленная защита для генераторов, работающих в блоке с трансформатором на сеть с изолированной нейтралью.
2. Защита от замыканий на землю, использующая низкочастотные составляющие ТНП, порождаемые перемежающимся дуговым замыканием для генераторов, работающих на сеть с компенсированной нейтралью.
3. Защита от замыканий на землю для генераторов, работающих на сеть с резистивно-заземленной нейтралью.
4. Сигнализация при появлении однофазного замыкания на землю по напряжению нулевой последовательности.
Защиты от замыканий на землю генераторов, работающих в сетях с изолированной или резонансно заземленной нейтралью
Защита от замыкания на землю имеет «мертвую зону» около 5% от сопротивления обмотки статора при замыкании в близи нейтрали (точка К2). Величины 3U0, 3I0 пропорциональны числу витков фазы между нейтралью и местом замыкания.
Сигнализация при появлении однофазного замыкания на землю по напряжению нулевой последовательности
Защита от замыканий на землю для генераторов, работающих на сеть с резистивной заземленной нейтралью
Защита от второго замыкания на землю в обмотке ротора
Распределение напряжения по обмотке ротора при замыканиях на землю.
Схема защиты генератора от замыканий в двух точках цепи возбуждения
а) цепи возбуждения; б) цепи оперативного тока
МТЗ с блокировкой по напряжению
Предназначена для защиты генераторов от сверхтоков при внешних КЗ.
Применяется для генераторов с мощностью менее 30 МВт.
Схема МТЗ с блокировкой по напряжению
а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока
Токовая защита обратной последовательности
Применяется для генераторов с мощностью 30-60 МВт.
Предназначена для защиты генераторов от внешних несимметричных КЗ.
а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока
Дистанционная защита генераторов
Применяется для генераторов с мощностью более 60 МВт.
Предназначена для защиты генераторов от внешних несимметричных КЗ.
Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от максимальной нагрузки при минимальном эксплуатационном напряжении:
Схема включения дистанционной защиты генератора
Сопротивление срабатывания защиты:
Защита от повышения напряжения
Устанавливается на гидрогенераторах:
Устанавливается на турбогенераторах с мощностью 160 МВт и выше:
Защита генераторов от асинхронных режимов
1. С полным или частичным возбуждением.
Принцип выполнения защиты генераторов от асинхронных режимов — дистанционный, осуществляется контроль сопротивления генератора.
однофазные замыкания на землю;
Замыкания между витками одной фазы;
междуфазные короткие замыкания.
Ненормальные режимы работы ЭД:
Перегрузка токами, большими номинального;
Перегрузка приводимого механизма.
Схема защиты токовой отсечкой мгновенного действия
Защита минимального напряжения
Самозапуск двигателей может не произойти, если напряжение на шинах окажется ниже:
Схема защиты минимального напряжения с реле прямого действия:
Защита синхронных электродвигателей от выпадения из синхронизма:
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Защита генераторов от перегрузки, токов короткого замыкания, перехода в двигательный режим понижения напряжения и частоты
Защита генераторов от перегрузки и токов КЗ осуществляется обычно с помощью селективных, универсальных и установочных выключателей имеющих соответствующее время, токовые характеристики.
Указанные АВ откл Г в зоне КЗ отключая их за время 0,005-1,0с. При значениях тока перегрузки до 2 Iн . АВ обеспечивают отключение защищаемого объекта за несколько минут.
Для Г мощностью до 50 кВт допускается применение плавких предохранителей .
Для большей части отечественных Г. и приводных турбин допускается время работы при перегрузке в 10,25 и 50 % составляет соответственно: 2 часа; 30 мин; 5 мин. Для вспомогательных дизелей допускается работа в течении 1 часа при перегрузке 10%.
Поэтому уставки параметров защиты и ее структура для дизель и турбо Г. могут различатся.
На судах отечественной постройки для защиты Г. с их приводными дизелями при перегрузке в зоне 0-30%, кроме АВ применяют устройства разгрузки генераторов типа УРГ и УРЗ.
Устройство УРГ срабатывает при нагрузке Г. на 10-15% его номинального значения.
Для исключения ложных срабатываний устройство при пуске асинхронных коротко замкнутых двигателей, генератор откл не сразу, а с выдержкой времени 3:10с для первой группы потребителей электроэнергии и 2:5с для последующих групп.
Потребители каждой группы подключаются к соответствующим шинам через АВ, на отключающую катушкуподается импульс от УРГ (рис1)
Устройство состоит из датчика активного тока ДАТ электронного реле режима ЭРР исполнительных реле Р1, Р2, Р3 трех ступеней отключения потребителей. К реле времени РВ1, РВ2, РВ3.
На структурной схеме УРГ,(рис.2) обозначены Ia, Iз выходного сигнала датчика активного тока с током уставки; t3, t31, t33 – временные задержки на включение реле Р и на отключение первой, второй, третьей группы потребителей электроэнергии.
В аварийных Г. целесообразно учесть сигнализацию о перегрузке 
Защита генераторов от перехода в двигательный режим осуществляется с помощью реле обратной активной мощности или реле обратного активного тока, которые подают питание на отключающий расцепитель АВ.
Выдержка времени реле устанавливается обычно ближе к максимальной во избежание ложных отключений генераторов при включении их на параллельную работу, когда могут быть кратковременныетоки обратной мощности. Выдержки времени реле обратной мощности составляют 0,7-1,5с для дизель генераторов и 3-5с для турбогенераторов.
Утавки по обратной мощности составляют 8-15% Pнг для ДГ и 2-6% Pнг для турбогенераторов.
Для отечественных ГА: для ДГ с наддувом 15% Pнг, для ДГ без наддува 10% Pнг; для ТГ 3-5% Pнг.
Мощность необходимая для привода турбины со стороны Г. с синхронной частотой вращения, меньше, чем для привода дизеля. Этим объясняется разница в настройке защиты по обратной мощности для ДГ и ТГ.
Следует отметить, что при переходе Г. в двигательный режим направление их вращения не изменяется.
Длительное снижение напряжения более чем на 10% или частоты на 5% генераторов СЭЭС недопустимо по условиям работы потребителей электрической энергии. В практике такие случаи редки, а снижение напряжения и частоты обычно происходит одновременно. С учетом последнего последнего обстоятельства генераторные АВ снабжаются нулевым расцепителем, который при снижении напряжения до 85% номинального срабатывает.
6.13 Судовые преобразователи электроэнергии.
В СЭЭС для питания отдельных потребителей, имеющих параметры, отличные от параметров ГРЩ, используются различные преобразователи энергии.
По исполнению их принято делить на 2 вида:
— статические (неподвижные) преобразователи.
Рассмотрим наиболее распространенные на судах виды преобразователей электроэнергии:
Электромашинные преобразователи до сегодняшнего дня широко применяются, особенно на судах старой постройки. Они используются для преобразования постоянного тока в переменный ток, переменный ток одной частоты – в переменный ток другой частоты. В соответствии с назначением их принято делить на 4 группы:
— преобразователи электрического тока одного уровня напряжения в другое (трансформаторы)
— преобразователи переменного тока в постоянный (выпрямители)
— преобразователи частоты (делители и умножители частоты)
— преобразователи постоянного тока в переменный (инвертор).
Трансформаторы являются статическими электромагнитными аппаратами. На судах используются только понижающие трансформаторы. На очень ограниченном количестве судов – повышающие трансформаторы. (суда специального назначения). На судах используются только сухие трансформаторы, одно- и трехфазного исполнения. Масляные трансформаторы не применяются, и в случае необходимости требуют специального согласования Регистром.
Чаще всего на судах используется схема соединения l — l или l — D. Другие схемы соединений также требуют согласования с Регистром. Трансформаторы бывают 2-х, 3-х и многообмоточные.
Выпрямители. Сегодня применяются в основном статические выпрямители. Электромашинные выпрямители, работающие по схеме мотор – генератор, имеют очень ограниченное применение. Только в качестве подзаряжающих агрегатов аккумуляторных батарей или сварочных агрегатов. Как правило, используются ГПТ смешанного или параллельного возбуждения.
Статические выпрямители используются с различными схемами соединения и выполнены на базе диодов. На судах старой постройки до сегодняшнего дня эксплуатируются селеновые мосты. На современных судах выпрямители выполняются на базе кремниевых и германиевых полупроводников.
При необходимости регулирования выхода тока и напряжения используют тиристоры или управляемые диоды, но их применение ограничивается только теми электроприемниками, которые не очень критичны к форме выпрямленного тока.
В зависимости от требований к питанию (качество постоянного тока) широко применяются различные схемы выпрямления.
— Однополупериодная схема выпрямления
— Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой.
— Трехфазная (6-диодная) (схема Ларионова).
Тиристоры могут заменять диоды.
На рис. 18, 19, 20 представлены различные схемы выпрямления.
На рис. 22 представлена схема подзарядного агрегата, который используют не только для подзаряда, но и для электроснабжения постоянным током.
Преобразователи частоты: применяются электромашинные и электромеханические преобразователи.
В первом случае используется схема мотор – генератор, когда двигатель потребляет постоянный и переменный ток с одной частотой, а генератор вырабатывает переменный ток с другой частотой. Но чаще используются статические преобразователи частоты: делители и умножители частоты.
Инверторы – осуществляют обратную выпрямлению функцию.
Различают два вида инверторов: ведомые и автономные.
Ведомые – частота задается судовой сетью.
Автономные – используется задающий генератор.
На отечественных судах широкое применение получил выпрямительный агрегат ВАКЗ 1-40М (выпрямительный агрегат кремниевый зарядный морского исполнения, 40 – значение номинального выпрямленного напряжения).
Его параметры: Uпит.сети = 220 / 380 В, частота f = 50 Гц, потребляемая мощность 1.8 КВА, к.п.д. = 0.8, cos j = 0,72.
Номинальный вторичный ток = 25 А, точность стабилизированного выпрямленного напряжения U = ±10 %.
Агрегат имеет брызгозащитное исполнение, естественное воздухоохлаждение, и рассчитан на длительный режим работы.
Функциональная и структурная схема представлена на рис. 24.
Конструктивно агрегат содержит следующие элементы:
1. Трехфазный трансформатор (редко однофазный), используемый для понижения напряжения и питания схемы управления СУ. Схема предусматривает возможность переключения обмотки из l в D и на оборот.
2. Тиристорный выпрямительный блок БВУ сделан по схеме Ларионова.
В схему управления входит датчик тока (представляет собой магнитный усилитель), блок автоматики БА, блок выходных каскадов БВК, диодный коммутатор ДК, 6 блоков формирующих импульсы БФИ, блок стабилизации БСТ и блок питания.
Диодный коммутатор ДК служит для формирования пилообразного напряжения. В нем используется заряд конденсатора постоянным током с последующим его разрядом через коммутирующие диоды. Это позволяет обеспечить независимость работы коммутатора от значения Uвых. и Uвход.
Блок БФИ представляет собой транзисторный формирователь импульсов на базе усилителя, вырабатывающий импульсы с подвижным передним фронтом. Блок БВК обеспечивает усиление по мощности управляющих импульсов, подаваемых в сеть тиристора.
Информация, поступающая от датчика тока, поступает в блок стабилизации тока. БСТ предназначен для регулирования значений выходного тока агрегата. Кроме этого, блок БСТ дополнительно несет функцию защиты от внешних и внутренних к.з., при этом значение требуемого выходного тока регулируется изменением коэффициента обратной отрицательной связи. Агрегат выполнен в виде шкафа, на лицевую панель которого выведены амперметры, вольтметры, лампочки, ручки потенциометра обратной связи и пакетный переключатель.
Схема подключения ВАКЗ к судовой сети нарисована на рис. 22. Внешний вид вращающегося преобразователя представлен на рис. 25.
6,14Обеспечение начального возбуждения СГ. У генераторов с самовозбуждением начальное возбуждение является одной из самых сложных задач. В тех случаях когда самовозбуждение генератора происходит нормально, без принятия дополнительных мер, САРН обычно оснащается только цепью подмагничивания ротора от постороннего источника на случай потери или снижения по каким-то причинам остаточного намагничивания ротора. Чаще всего это имеет место при сильных ударных воздействиях генератора, например: режим к.з.
Иногда потери начального намагничивания происходят из-за длительного простоя генераторов, поэтому все генераторы с самовозбуждением обычно дополняются различными средствами обеспечения начального возбуждения.
Первый способ (рис. 48): источник начального возбуждения подключается в виде ГНВ или аккумуляторной батареи. Наличие ГНВ определяется неустойчивым начальным возбуждением. Аккумуляторные батареи применяют только в тех случаях когда самовозбуждение, как правило, устойчивое, но потеряно в результате длительного простоя.
Второй способ. В САРН с электромагнитным суммированием используется резонансный контур LC (рис. 49). Параметры индуктивности и конденсатора подбираются таким образом, чтобы после пуска генератора и доведения частоты вращения до скорости, соответствующей резонансной частоте f = 47÷48 Гц, в данном контуре возникал резонанс напряжений. В результате значение напряжения на индуктивности или дросселе в условиях резонанса оказывается выше, чем соответствующее значение Iu, обусловленное обмоткой Wн в режиме х.х., т.е.
таким образом, в суммирующей обмотке искусственно вызывается импульс искусственно повышенного напряжения, позволяющий пройти критическую зону АВ на кривой намагничивания (рис. 50).
Третий способ. Исключение из работы компаундирующего дросселя L из начального возбуждения (рис. 51). Так, при пуске генератора по ОВ протекает малый ток, не вызывающий срабатывания реле КА, и в результате размыкающий контакт КА замкнут, шунтируя дроссель L, за счет этого повышается составляющая Iu, т.к. из нее вычитается падение напряжения на дросселе.
После того как ЭДС в обмотке Wн поднимается в результате возбуждения генератора, ток в реле КА также возрастает, приводя к размыканию контакта КА, приводя к выведению (шунтирующего) дросселя.
Четвертый способ. В СГ, не имеющих СВАРН используется падение сопротивления цепи возбуждения с помощью тиристорного преобразователя, который включается между корректором и обмоткой возбуждения (рис. 52).
Так, при пуске генератора значение ЭДС холостого хода оказывается достаточным для открытия тиристора UZ2, преобразующего переменный ток генератора в постоянный ток возбуждения. В начальный момент пуска генератора напряжение на зажимах мало соответствует номинальному. UZ2 закрыт и корректор напряжения не участвует в работе, реле корректора напряжения также подключено и через его размыкающий контакт КА и выпрямитель UZ1 от генератора напрямую поступает управляющий импульс на UZ2. UZ2 открывается, приводя к самовозбуждению генератора.
Источник