Лекция 8. ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ И СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ

План

8.1Повреждения синхронных генераторов

8.2Виды повреждений генераторов

8.2.1Повреждения в статоре

8.2.2Повреждения в роторе

8.2.3Ненормальные режимы

8.3Допустимая длительность перегрузки по статору и ротору

8.4Защита от многофазных КЗ в обмотке статора

8.5Оценка дифференциальной защиты

8.1 Повреждения синхронных генераторов

Большинство повреждений генератора вызывается нарушением изоляции обмоток статора и ротора, которые происходят вследствие старения изоляции, ее увлажнения, наличия в ней дефектов, а также в результате перенапряжений, механических повреждений, например из-за вибрации стержней обмоток и стали магнитопровода.

8.2 Виды повреждений генераторов

8.2.1 Повреждения в статоре

В статоре возникают междуфазные КЗ, замыкание одной фазы на корпус (на землю), замыкание между витками обмотки одной фазы. Междуфазные КЗ сопровождаются прохождением в месте повреждения очень больших токов (десятки тысяч ампер) и образованием электрической дуги, вызывающей выгорание изоляции и токоведущих частей обмоток, а иногда и стали магнитопровода. При замыкании обмотки статора на корпус ток повреждения проходит в землю через сталь магнитопровода статора, выжигая ее. Повреждение стали требует длительного ремонта с перешихтовкой магнитопровода (переборкой

51

активной части стали статора). Длительные замыкания на землю могут переходить в междуфазные КЗ, что увеличивает объем повреждений. Замыкание витков одной фазы происходит относительно редко; оно переходит либо в замыкание на землю, либо в КЗ между фазами.

8.2.2 Повреждения в роторе

Обмотка ротора генератора находится под сравнительно невысоким напряжением, и поэтому ее изоляция имеет значительно больший запас электрической прочности, чем изоляция статорной обмотки. Однако из-за значительных механических усилий, обусловленных большой частотой вращения роторов турбогенераторов (1500-3000 об/мин), относительно часто наблюдаются случаи повреждения изоляции и замыкания обмотки ротора на корпус (т. е. на землю) в одной или двух точках.

Замыкание на корпус в одной точке обмотки ротора неопасно, так как ток в месте замыкания очень мал и нормальная работа генератора не нарушается. Но при этом повышается вероятность возникновения опасного для генератора аварийного режима в случае появления второго замыкания на корпус в другой точке цепи возбуждения. При двойных замыканиях часть витков обмотки ротора оказывается зашунтированной; сопротивление ротора при этом уменьшается, и в обмотке появляется повышенный ток, что вызывает дальнейшие разрушения в месте повреждения и может вызвать горение изоляции обмотки ротора. Кроме того, из-за нарушения симметрии магнитного потока в воздушном зазоре между ротором и статором, обусловленного замыканием части витков обмотки ротора, возникает сильная вибрация, опасная для генератора. Особенно большая и опасная вибрация появляется при двойном замыкании на землю на гидрогенераторах и синхронных компенсаторах (СК), имеющих явнополюсные роторы.

52

8.2.3 Ненормальные режимы

Ненормальными режимами генератора считаются: опасное увеличение тока в статоре или роторе сверх номинального значения (появление сверхтоков); несимметричная нагрузка фаз статора; опасное повышение напряжения на статоре; асинхронный и двигательный режимы генератора. Повышенные токи в генераторе возникают при внешних КЗ и перегрузках. При внешних КЗ в генераторе, питающем место повреждения, появляется ток КЗ Iк > Iном.г Нормально такие КЗ ликвидируются РЗ поврежденного элемента и неопасны для генератора. Однако в случае отказа РЗ или выключателя этого элемента ток в генераторе будет проходить длительно, нагревая его обмотки, что может привести к их повреждению.

Для предупреждения этого на генераторе должны предусматриваться РЗ, реагирующие на внешние КЗ и резервирующие отказ выключателей смежных элементов. Перегрузка, т. е. увеличение тока нагрузки в обмотках генератора сверх номинального значения Iг > Iном так же как и внешнее КЗ, ведет к перегреву обмоток и может вызвать порчу изоляции, если ее температура превзойдет некоторое предельное значение Тдоп, опасное для изоляции. Допустимое время taon для генератора с косвенным охлаждением определяется по формуле:

tдоп = 150 / (ki – 1), где ki – кратность тока перегрузки к Iном. Для ограничения размеров и массы, снижения стоимости

и уменьшения затрат дефицитных материалов генераторы мощностью 63 МВт и более выполняются с повышенной магнитной индукцией в магнитопроводе машины, повышенной плотностью тока в обмотках статора и ротора, пониженными термическими запасами и более интенсивной (форсированной) системой непосредственного охлаждения обмоток, осуществляемого подачей охлаждающей среды (водорода, воды, масла) во внутреннюю полость проводников обмоток статора и ротора. Отечественные заводы выпускают генераторы с непосредственным охлаждением обмоток: ротора водородом – типа ТВФ; ротора и статора водородом – ТГВ-200 и ТГВ-300;

53