Поскольку токи замыкания на землю малы по сравнению с токами, проходящими при многофазных КЗ, защита генератора от замыканий на землю должна иметь высокую чувствительность. Поэтому токовые реле защиты от замыканий на землю подключаются к специальным трансформаторам тока нулевой последовательности, которые обеспечивают работу защиты при малых токах замыканий на землю.
Трансформаторы тока нулевой последовательности шинного типа ТНПШ (рис. 3.3) применяются на генераторах с шинными выводами. Трансформаторы ТНПШ выполняются в основном так же, как и ТНП кабельного типа. Для соединения с шинными выводами генератора в окне ТНПШ вмонтированы три шины, изолированные одна от другой и от сердечника несколькими слоями компаундированной микаленты и гетинаксовыми прокладками.
Схема защиты генератора с ТНП и ТНПШ от замыканий на землю в обмотке статора приведена на рис. 3.4, а. Токовое реле КА1 типа РТ-40 включено на вторичную обмотку ТНП. Чтобы предотвратить неправильное действие защиты от токов небаланса, проходящих кратковременно во время переходных процессов при замыкании на землю во внешней сети, в схему введено реле времени, создающее выдержку времени 0,5—2 с
Рис. 3.3. Трансформатор тока нулевой последовательности шинного типа ТНПШ): а — внешний вид ТНПШ; б — расположение шин в ТНПШ.
В схеме защиты предусмотрен вольтметр с кнопкой, с помощью которого можно примерно определить число замкнувшихся витков при замыкании на землю в обмотке статора. Чем дальше от нулевой точки генератора возникнет замыкание на землю, тем больше будут показания вольтметра. По вольтметру можно также обнаружить замыкание на землю обмотки статора до включения генератора в сеть, когда защита с ТНП работать не будет.
Рис. 3.4. Схемы защиты генератора от замыканий на землю:
а -- токовые цепи, б — цепи оперативного тока.
На рис, 3.4 показано также токовое реле КА2, которое предназначено для действия при двойных замыканиях на землю (одно замыкание на землю во внешней сети генераторного напряжения, а второе — в обмотке статора). Реле КА2 действует без выдержки времени на выходное промежуточное реле генератора через указательное реле КН2.
Ток срабатывания чувствительного реле защиты от замыканий на землю должен удовлетворять следующим условиям:
а) быть не выше 5 А, чтобы обеспечить отключение генератора при токах замыкания на землю 5 А и выше
б) быть больше тока небаланса, проходящего через ТНПШ при внешнем двухфазном КЗ.
Для определения первичного тока срабатывания защиты можно воспользоваться следующим приближенным выражением:
где I с,г—собственный емкостный ток генератора (табл. 3.1 и 3.2);
kВ — коэффициент возврата, равный для реле РТ-40—0,8, РТЗ-50 — 0,5; I НБ — ток небаланса, приведенный к первичной стороне ТНПШ, подсчитывается по специальным формулам.
Упрощенно можно принимать: для ТНП кабельного типа I НБ » 1 А; для ТНПШ при наличии блокировки, выводящей защиту из действия при токах I к ? (1,3—1,5) I ном, когда в схеме защиты установлено реле типа РТ-40/0,2 или РТЗ-50 с параллельным соединением обмоток, I НБ » 1,5 А; когда в схеме защиты установлено реле РТЗ-50 с последовательным соединением обмоток, I НБ » 1 A.
| Тип турбогенератора | Номинальное напряжение, кВ | Емкостный ток турбогенератора, А | Тип турбогенератора | Номинальное напряжение, кВ | Емкостный ток турбогенератора, А |
| Т 2-12-2 | 10,5 | 0,46 | ТВФ-100-2 | 10,5 | 1,48 |
| Т 2-12 2 | 6,3 | 0,34 | ТВ2 150 2 | 3,14 | |
| Т-2 25 2 | 10,5 | 0,92 | ТВВ 150 2 | 1,64 | |
| Т 2 25 2 | 6,3 | 0,69 | ТВФ-200-2 | 2,88 | |
| Т 2-50-2 | 10,5 | 1,43 | ТВВ 200-2 | 15,75 | 0,9 |
| ТВФ 60-2 | 10,5 | 0,99 | ТГВ 200 | 15,75 | 3,43 |
| ТВФ 60-2 | 6,3 | 0,7 | ТВВ-300-2 | 3,23 | |
| ТВ 100-2 | 15,75 | 3,34 | ТГВ 300 | 4,56 | |
| ТВ2-100-2 | 13,8 | 2.15 |
Таблица 3.2
| Тип гидрогенератора | Номинальное напряжение, кВ | Емкостный ток гидрогенератора, А | Тип гидрогенератора | Номинальное напряжение, кВ | Емкостный ток гидрогенератора, А |
| СВ546/90-60 | 6,3 | 0,89 | СВ1050/150-68 | 10,5 | 3,66 |
| СВ750/75-40 | 10,5 | 1,77 | СВ1250/170-36 | 13,8 | 7,8 |
| СВ800/105-60 | 10,6 | 1.6 | СВ1160/170-72 | 13,8 | 6,25 |
| СВ655/10-32 | 10,5 | 2,0 | СВ1500/200-88 | 13,8 | 9,4 |
| СВ1100/145-88 | 15,75 | 4,9 |
Для повышения чувствительности защиты генераторов мощностью 100 МВт и более, имеющих большой собственный емкостный ток, применяется более сложная схема защиты, принцип которой пояснен на рис. 3 5. В этой схеме применяется компенсация емкостного тока генератора при внешних замыканиях на землю. Компенсация осуществляется с помощью расположенной на каждом сердечнике ТНПШ третьей (дополнительной) обмотки, к которой через конденсатор С (рис. 3 5, а) емкостью 6 мкФ подается напряжение нулевой последовательности 3U0 от ТН, установленного на выводах генератора. В качестве компенсационных обмоток используются расположенные на стержнях ТНПШ блокирующие обмотки. Эти обмотки, соединенные в заводском исполнении встречно-последовательно, включаются согласно-параллельно.
Рис 3 5 Принцип действия защиты генератора от замыкании на землю с компенсацией собственного емкостного тока.
При внешнем замыкании на землю в каждом сердечнике ТНПШ будут создаваться два компенсирующих магнитных потока (для упрощения не будем упоминать магнитный поток, создаваемый обмоткой подмагничивания): поток, создаваемый первичным током Фз и поток, создаваемый компенсационной обмоткой, Фк.
При замыкании на землю в обмотке статора генератора направление потока Фз изменится на обратное, в то время как направление Фк останется прежним. В результате эти потоки будут суммироваться, повышая чувствительность защиты к повреждениям в генераторе. Степень компенсации можно изменять, изменяя число витков компенсирующей обмотки.
Первичный ток срабатывания грубого реле защиты от замыканий на землю, действующего на отключение генератора без выдержки времени, принимается 100—200 А.
5.Защита от перегрузок, защита от внешних междуфазных к.з. Схема, расчет уставок. МТЗ с комбинированной блокировкой по напряжению.
Максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению. Максимальная токовая защита устанавливается для защиты генераторов от сверхтоков, вызванных внешними КЗ. Три максимальных реле тока К.А1 включены на фазные токи генератора (рис. 3.6). При таком включении токовых реле обеспечивается срабатывание защиты при любом виде КЗ как в сети генераторного напряжения, так и на стороне высшего напряжения силовых трансформаторов, соединенных по схеме У/Д. Токовые реле максимальной токовой защиты обычно подключаются к ТТ, установленным со стороны выводов обмотки статора. При этом токовая защита обеспечивает резервирование основной продольной дифференциальной защиты генератора при многофазных КЗ в обмотках статора.
Рис. 3.6. Схема максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению:
а — токовые цепи; б — цепи напряжения; в — цепи оперативного тока.
Так как токовые реле будут срабатывать не только при КЗ, но и при перегрузках, когда нет необходимости отключать генератор, в схему защиты вводится блокировка по напряжению. Эту блокировку можно выполнить с помощью трех реле минимального напряжения. Однако для повышения чувствительности защиты к КЗ за трансформаторами и реакторами на генераторах используется обычно блокировка с двумя реле напряжения: реле напряжения обратной последовательности и минимальным реле напряжения, включенным на междуфазное напряжение (см. рис. 3.6).
Реле напряжения в этой схеме включены так, чтобы обеспечить высокую чувствительность ко всем видам КЗ. При перегрузках, не сопровождающихся значительным снижением напряжения, минимальное реле напряжения KV1 будет держать контакты KV1.1 разомкнутыми, предотвращая ложное срабатывание защиты. При несимметричных КЗ сработает реле напряжения обратной последовательности KV2 и разомкнет контакт KV2.1, снимая напряжение с обмотки реле KV1. Реле минимального напряжения KV1 замыкает свой контакт и с помощью промежуточного реле KL подготавливает цепь обмотки реле времени К.Т1. При трехфазном КЗ минимальное реле напряжения KV1 замкнет свой контакт, разрешая действовать защите.
Благодаря тому, что в цепь обмотки минимального реле напряжения включен размыкающий контакт KV2.1 (рис. 3.6), чувствительность блокировки к трехфазным КЗ повышается. Действительно, поскольку в первый момент трехфазного КЗ хотя бы кратковременно существует несимметрия, реле KV2 разомкнет, а реле KV1 замкнет контакт независимо от удаленности места КЗ. После того как несимметрия исчезнет и КЗ станет симметричным, реле KV2 замкнет контакт KV2.1 и на обмотку реле KV1 будет подано напряжение. Если напряжение возврата минимального реле напряжения будет больше, чем остаточное напряжение на его обмотке, контакт реле останется замкнутым и защита может подействовать на отключение. Поскольку при этом реле KV1 в рассматриваемой схеме работает на возврат, а напряжение возврата минимального реле напряжения превышает напряжение срабатывания, то обеспечивается более высокая чувствительность к трехфазным КЗ.
Реле напряжения KV1 может замкнуть свой контакт в нормальном режиме при неисправности цепей напряжения, вследствие чего будет снята блокировка токовых реле. Для того чтобы персонал мог своевременно принять меры к восстановлению цепей напряжения, в схеме предусмотрена сигнализация, срабатывающая при их повреждении. Плюс на сигнал подается через вспомогательный контакт SQ выключателя генератора, что необходимо для предотвращения действия сигнализации, когда генератор отключен.
При выполнении защиты следует иметь в виду, что недопустимо включать реле напряжения блокировки и устройства форсировки и регулирования возбуждения генератора на общий ТН, так как в случае отключения автоматического выключателя в общих цепях напряжения может ложно подействовать защита и отключить генератор. Ток срабатывания токовых реле отстраивается от номинального тока генератора
где kн = 1,1-1,2.
Напряжение срабатывания минимального реле напряжения отстраивается от минимального значения эксплуатационного напряжения
гдеkн =1,1-1,2.
Для предотвращения неправильного действия защиты при самозапуске электродвигателей собственных нужд, когда напряжение на шинах генератора значительно снижается, допускается в случае необходимости уменьшать напряжение срабатывания реле напряжения до 0,5UHOM. Снижение уставки минимального реле напряжения целесообразно также на генераторах, которые могут работать в асинхронном режиме.
Напряжение срабатывания реле напряжения обратной последовательности принимается минимально возможным, отстроенным от напряжения небаланса на выходе фильтра. Обычно принимается вторичное напряжение срабатывания порядка 6 В обратной последовательности, фазное на входе фильтра.
Выдержка времени защиты устанавливается на одну-две ступени больше выдержки времени защит трансформаторов и линий, отходящих от шин генераторного напряжения. В ряде случаев защита выполняется с двумя выдержками времени: с первой через проскальзывающий контакт реле времени КТ1.1 подается сигнал па отключение секционных и шиносоединительных выключателей трансформатора, связывающих данную секцию или систему шин с соседними, а со второй выдержкой времени КТ1.2 — на отключение генератора.
На генераторах мощностью менее 1000 кВт допускается установка максимальной токовой защиты без блокировки по напряжению.
Максимальная тоновая защита от перегрузки. Защита от перегрузки, действующая на сигнал, выполняется с помощью одного токового реле КА2 (см. рис. 3.10), так как перегрузка имеет место одновременно во всех фазах. Для того чтобы защита не срабатывала при кратковременных перегрузках, в схему введено реле времени КТ2, термически стойкое при длительном прохождении тока по его катушке.
Ток срабатывания токового реле КА2 отстраивается от номинального тока генератора:
где kн = 1,05.
Выдержка времени устанавливается больше выдержки времени максимальной токовой защиты генератора. На гидроэлектростанциях без постоянного дежурного персонала защита от перегрузки выполняется с двумя выдержками времени: с меньшей на снижение тока возбуждения для уменьшения тока статора и с большей — на отключение генератора.
3-6.Токовая защита обратной последовательности.
Как уже отмечалось, токи обратной последовательности представляют большую опасность для генераторов. Поэтому на генераторах мощностью более 30 МВт применяется токовая защита обратной последовательности от внешних несимметричных КЗ. Схема такой защиты для генератора с косвенным охлаждением приведена на рис. 3.7.
Рис. 3.7. Токовая защита обратной последовательности с реле РТ-2 и приставкой для действия при трехфазных КЗ:
а — тоновые цепи; б — цепи напряжения; в - цепи оперативного тока.
При возникновении несимметричного КЗ сработает токовое реле КА2, через замыкающий контакт которого будет подан плюс на обмотку реле времени КТ. По истечении выдержек времени проскальзывающего КТ.1 и упорного КТ.2 контактов будут замкнуты цепи промежуточных реле, которые подействуют на отключение соответствующих выключателей.
Ток срабатывания ступени защиты с токовым реле КА2 принимается равным;
Выбранный в соответствии с (9.13) ток срабатывания реле КА2 не должен превышать значения тока обратной последовательности, прохождение которого допустимо для генератора данного типа в течение 2 мин (120 с). Для этого должно быть соблюдено условие:
где А — постоянная величина для генератора данного типа.
Так, например, для турбогенератора с косвенным охлаждением типа ТВ (А = 20) Iс,з ? 0,45I ном для гидрогенераторов (А == 40) I с,з ? 0,6I ном.
Для того чтобы токовая защита обратной последовательности генератора не срабатывала при удаленных КЗ, когда защиты соседних элементов трансформаторов и линий не действуют, она должна быть согласована с этими защитами по чувствительности. При этом не должно нарушаться условие (9.14). Выдержка времени защиты выбирается точно так же, как и для максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению.
Токовое реле КАЗ, уставка срабатывания которого принимается равным (0,08—0,1) I ном, предназначено для сигнализации в случае возникновения несимметрии в первичной сети, сопровождающейся прохождением сравнительно небольшого тока обратной последовательности.
В схеме защиты на рис. 3.7 для действия при трехфазных КЗ предусмотрено одно токовое реле КА1, включенное на фазный ток, и одно реле минимального напряжения KV, подключенное на междуфазное напряжение. Уставки срабатывания этих реле выбираются так же, как и уставки реле максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению.
На турбогенераторах мощностью 60—100 МВт с непосредственным охлаждением обмоток применяется четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности, схема которой показана на рис. 3.8. Защита выполняется с двумя фильтрами-реле тока обратной последовательности типа РТФ-7/1 (РТФ-7/2). Ранее реле этого типа выпускались заводом под маркой РТФ-2.
Рис. 3.8. Токовая защита обратной последовательности с реле типа РТФ 7 для турбогенераторов мощностью 60—100 МВт
Одно из устройств РТФ-7 применяется в заводском исполнении. Чувствительное реле этого устройства КА2 используется для сигнализации, а грубое KAl—для второй ступени защиты. Второе устройство РТФ-7 модифицируется. Для получения необходимых уставок срабатывания оно несколько загрубляется. С помощью чувствительного элемента второго устройства РТФ-7 выполняется третья ступень защиты КА5, а грубый элемент КА4 используется для вывода из действия токовой защиты нулевой последовательности, чтобы предотвратить ее излишнее срабатывание при внешнем КЗ. Для выполнения первой ступени защиты используется дополнительное токовое реле КАЗ (рис. 3.8) типа РТ-40/0,6, подключение которого к фильтру второго устройства РТФ-7 осуществляется через специальные выводы.
Каждая ступень токовой защиты обратной последовательности действует на свое реле времени, а для последней третьей ступени, чтобы обеспечить необходимую выдержку времени, предусмотрена установка двух последовательно действующих реле времени КТ4 и КТ5. Первая, наиболее грубая ступень защиты с одной и той же выдержкой времени действует на отключение АГП, выключателя генератора и на промежуточное реле, отключающее шиносоединительные и секционные выключатели. Вторая же и третья ступени действуют с двумя разными выдержками времени: с первой через проскальзывающие контакты КТ1.1 и КТ5.1 на отключение шиносоединительных и секционных выключателей, а со второй (контакты К.Т1.2, КТ5.2)—на отключение АГП и выключателя генератора.
Таблица 3.3
| Тип генератора, напряжение | I ступень | II ступень | III ступень | |||
| I 2С,З | tС,З , с | I 2С,З | tС,З , с | I 2С,З | tС,З , с | |
| ТВФ-60-2; 6,3 KB | 1,8 | 2,3 | 0,6 | 8,5 | 0,25 | 40 (20) |
| ТВФ-60-2; 10,5 кВ | 2,5 | 1,7 | 0,6 | 8,5 | 0,25 | 40 (20) |
| ТВФ-100-2; 10,5 кВ | 2,0 | 2,2 | 0,6 | 8,5 | 0,25 | 40 (20) |
Как уже отмечалось выше, в схеме используется специальное токовое реле обратной последовательности КА4 для вывода из действия токовой защиты нулевой последовательности при внешних несимметричных КЗ. Это обусловлено следующими обстоятельствами. В зависимости от значения тока, проходящего при двойном замыкании на землю, повреждение будет отключаться либо продольной дифференциальной защитой генератора, либо грубым реле токовой защиты нулевой последовательности. Для того чтобы весь возможный диапазон токов повреждения был перекрыт и двойное замыкание на землю всегда отключалось быстродействующей защитой, ток срабатывания реле, выводящих из действия токовую защиту нулевой последовательности при внешних КЗ, необходимо выбирать грубее тока срабатывания продольной дифференциальной защиты. Для того чтобы точно и с необходимым запасом выполнить это условие, предусмотрено специальное токовое реле обратной последовательности КА 4
Для реле токовой защиты обратной последовательности генераторов типа ТВФ, работающих на шины генераторного напряжения, рекомендуются уставки и, указанные в табл. 3.3.
Эти уставки выбраны на основании следующих соображений:
Ток срабатывания первой ступени принят по условию обеспечения необходимой чувствительности (kч,т == 1,2) при двухфазном КЗ на выводах защищаемого генератора, когда выключатель его отключен Выдержка времени первой ступени защиты определялась в соответствии с характеристикой, определяющей допустимую длительность прохождения тока обратной последовательности при двух фазном КЗ на выводах генератора.
Рис 3 9. Структурная схема фильтра-реле типа РТФ
Уставки срабатывания второй ступени защиты по току выбирались таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая чувствительность защиты при несимметричном КЗ за резервируемым элементом, например за повышающим трансформатором, сохранялась селективность с защитами соседних элементов и удовлетворялись требования защиты генератора от тока обратной последовательности. Этим требованиям, как правило, удовлетворяют уставки, yказанные в табл. 3.3.
Ток срабатывания третьей ступени принимается равным 0,25Iном. В соответствии с тепловой характеристикой прохождение такого тока обратной последовательности через генераторы типов ТВФ-60 и ТВФ-100 допускается в течение 3 мин. Таким образом, в случае возникновения несимметричного режима с током обратной последовательности меньше уставки срабатывания третьей ступени защиты персонал будет иметь достаточно времени (3—5 мин) для того чтобы принять меры к устранению причины, вызвавшей несимметричный режим, или разгрузить и отключить генератор.
Выдержка времени второй ступени определяется по тепловой характеристике и определяет допустимое время прохождения тока обратной последовательности, равного току срабатывания первой ступени.
Аналогично выдержка времени третьей ступени определяется допустимой продолжительностью прохождения через генератор тока обратной последовательности, равного уставке срабатывания второй ступени. Определенная таким образом выдержка времени равна 40 с. Для уменьшения количества реле в схеме защиты эту выдержку времени можно понизить до 20 с, что можно осуществить с одним реле времени типа ЭВ-140.
Ток срабатывания токового реле КА2, действующего на сигнал, принимается равным (0,05—0,06) Iном. Ток срабатывания токового реле КА4, блокирующего токовую защиту нулевой последовательности при внешних КЗ, выбирается по условию согласования по чувствительности с уставкой реле продольной дифференциальной защиты генератора при двойном замыкании на землю согласно следующему выражению:
Рис. 3.10. Элементы фильтра-реле РТФ-6:
а — входное преобразующее устройство, Ш — упрощенная схема сигнального органа; в — схема цепей оперативного тока / — на сигнал о перегрузке, // — на отключение от первой отсечки; /// “. то же от второй отсечки, IV —то же от интегрального органа; г — схема цепей блока питания.
где I2С,З — ток срабатывания блокирующего токового реле обратной последовательности; Iс,з,диф — ток срабатывания продольной дифференциальной защиты, равный (0,5—0,6)Iном> I2Н,Н — ток обратной последовательности несимметричной нагрузки, принимается равным току срабатывания третьей ступени токовой защиты обратной последовательности 0,25 Iном; kн — коэффициент надежности, равный 1,2;
7.Особенности выполнения защиты на мощных генераторах.
На турбогенераторах мощностью 160 МВт и более токовая защита обратной последовательности выполняется с зависимой интегральной характеристикой выдержки времени, соответствующей тепловой характеристике генератора согласно (1.1). Наряду с этим на многих генераторах мощностью 160—300 МВт эксплуатируется ступенчатая, внедрявшаяся до начала выпуска защита с интегральной характеристикой
Структурная схема фильтра-реле типа РТФ-6М, с помощью которого осуществляется зависимая защита генераторов большой мощности, приведена на рис. 3.9. В состав комплекта РТФ-6М входят следующие элементы: фильтр тока обратной последовательности ФТОП, входное преобразующее устройство ВПУ, сигнальный орган СО, пусковой орган ПО, два органа токовой отсечки Отсечка 1 и Отсечка II, орган интегральной зависимой выдержки времени В, блок питания БП.
К ВПУ, схема которого показана на рис. 3 10, а, относятся:
согласующий разделительный трансформатор TL4, выпрямительные мосты VS1 и VS2, сглаживающие фильтры второй гармоники L1—С6, конденсатор С7, балластные резисторы R17 и R18, нелинейная цепочка VD4—R19. Нелинейная цепочка необходима для коррекции характеристики органа с зависимой выдержкой времени в области больших токов обратной последовательности. Входное преобразующее устройство имеет два выхода, на каждом из которых имеется выпрямленное и сглаженное напряжение, пропорциональное току обратной последовательности защищаемого объекта. С обмотки w 3трансформатора TL4 напряжение поступает на сигнальный и пусковой органы и органы отсечки, с обмотки w 2 — на орган с зависимой характеристикой выдержки времени.
Органы защиты, срабатывающие без выдержки времени (СО, ПО, отсечки), имеют одинаковые схемы, отличающиеся лишь значениями некоторых сопротивлений. На рис. 9.10, б приведена упрощенная схема сигнального органа, представляющая собой четырехплечий мост ACDE, к точкам А и D которого подводится напряжение от блока питания (БП), а к точкам В и F — от делителя напряжения, с выхода ВПУ (от точек а—а). В диагональ моста ЕС включено магнитоэлектрическое реле KL1 типа М237/054, обмотка которого шунтирована успокоительным резистором R24. Реле M237/054, характеризуется следующими параметрами: I с,р=6—10 мкА; Rобм = 1400—2000 Ом; ток термической стойкости обмотки — 2 мА; допустимое напряжение на контактах — 75—125 В.
Сопротивления плеч моста подобраны таким образом, чтобы при отсутствии напряжения на выходе ВПУ по обмотке реле проходил ток в тормозном направлении. Значение тормозного тока регулируется с помощью резистора R26 в пределах 50—100 мкА, что обеспечивает надежный размыкающий момент на подвижной системе магнитоэлектрического реле. Потенциалы точек В и F подобраны таким образом, что при отсутствии напряжения от ВПУ или достаточно малом его значении диод VD5 заперт, и ток, проходящий через него, пренебрежимо мал. При увеличении напряжения, подводимого от ВПУ, диод VD5 начинает отпираться, a VD6 запираться. Ток в диагонали ЕС изменит направление, обусловливая срабатывание магнитоэлектрического реле KL1.
Магнитоэлектрическое реле каждого из органов действует на свое промежуточное реле типа РМУГ, подключенное к стабилизированному напряжению постоянного оперативного тока (рис. 3.10, в). Кремниевые стабилитроны VD1—VD3 поддерживают напряжение на уровне 100 В, обеспечивающем нормальную работу контактов магнитоэлектрических реле. Параллельно каждому контакту включен искрогасительный контур из последовательно соединенных конденсатора и резистора.
Рис. 3.11. Схема защиты гидрогенератора от повышения напряжения
На рис. 3.10, г приведена схема цепей блока питания. С помощью резистора R50 обеспечивается регулирование напряжения, подаваемого на органы, срабатывающие без выдержки времени.
Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от максимальной нагрузки при минимальном эксплуатационном напряжении:
При использовании реле сопротивления с эллиптической характеристикой сопротивление срабатывания можно увеличить, что в ряде случаев целесообразно для улучшения дальнего резервирования.
Следует отметить, что рассматриваемая защита с реле сопротивления надежно срабатывает при внутренних КЗ в обмотках генератора.
8.Защита ротора от замыкания на корпус.
Защита от замыкания на землю в одной точке. Для периодического контроля за состоянием изоляции цепей возбуждения используется вольтметр, один зажим которого связан с землей, а второй поочередно подключается к полюсам ротора. Если изоляция ротора достаточно высока, замеры вольтметра в обоих случаях будут близки к нулю. При замыкании на землю в обмотке ротора вольтметр замерит значение напряжения каждого полюса относительно земли. При снижении уровня изоляции в какой-либо точке обмотки значения замеров напряжения будут различными в зависимости от места ухудшения изоляции и ее сопротивления. Для повышения точности определения сопротивления изоляции обмотки ротора относительно земли при измерениях используют вольтметр с высоким сопротивлением обмотки.
Рис. 3.12. Схема защиты гидрогенератора от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения:
а — цепи переменного напряжения; б -— цепи оперативного тока
На гидрогенераторах, турбогенераторах с водяным охлаждением обмотки ротора, а также на всех турбогенераторах мощностью 300 МВт и выше должна предусматриваться защита от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения. На гидрогенераторах эта защита должна действовать на отключение, а на турбогенераторах — на сигнал.
Схема защиты, которая может применяться на гидрогенераторах при емкости цепи возбуждения относительно земли не больше 0,5 мкФ, приведена на рис. 3.12. К цепи возбуждения через конденсатор С подключается вторичная обмотка промежуточного трансформатора TL, в цепь которого включено токовое реле К.А, имеющее специальные обмоточные данные. Второй конец обмотки токового реле заземляется через специальную щетку, имеющую электрический контакт с валом ротора. Питание схемы защиты осуществляется от шин собственных нужд через трансформатор TL, вторичное напряжение на зажимах которого составляет 60—100 В.
В нормальном режиме ток в реле КА не проходит, и оно держит разомкнутым свой контакт. В случае замыкания на землю в цепи возбуждения генератора создается контур для прохождения переменного тока через токовое реле, которое при этом срабатывает. Через замкнувшийся контакт реле КА плюс подается на обмотку реле времени КТ, которое сработав, заставляет подействовать промежуточное реле KL. После срабатывания реле KL самоблокируется и предотвращает длительное прохождение переменного тока через место замыкания на землю. Для деблокировки защиты и ввода ее в работу установлен ключ SAC.
Рис. 3.13. Схема защиты турбогенераторов с тиристорной и высокочастотной системами возбуждения от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения с реле КЗР-3:
а — принципиальная схема защиты; б — вспомогательное устройство ВУ-2
Конденсатор С емкостью 0,3 мкФ, включенный последовательно с реле КА, не допускает прохождения постоянного тока через место замыкания на землю. В случае, если при замыкании на землю в цепи возбуждения генератора конденсатор окажется пробитым, возникнет короткое замыкание. При этом защита отключится плавкими предохранителями Г1 и F2. На турбогенераторах с тиристорной и высокочастотной системами возбуждения применяется серийно выпускаемая промышленностью защита типа КЗР-3, выполняемая с наложением на цепь возбуждения переменного тока частотой 25 Гц. Основные элементы и цепи защиты показаны на принципиальной схеме (рис. 3.13). Источником наложенного тока является магнитный делитель частоты (МДЧ), питающийся переменным током 50 Гц, 220 В от сети собственных нужд. В МДЧ имеются две независимые вторичные обмотки для питания защиты переменным током 25 Гц: одна из них используется для наложения тока на цепь возбуждения генератора, а вторая — в схеме защиты.
Переменный ток 25 Гц подается на обмотку ротора через вспомогательное устройство ВУ2 (рис. 3.13, б), состоящее из частотных LC-фильтров (L1 и Cl, L2 и С2, L3 и С4, L3 и СЗ), предназначенных для предотвращения проникновения в защиту слагающих напряжения частотой 50—150—300 Гц и более из тиристорной или высокочастотной системы возбуждения. Конденсаторы С1 и С4, кроме того, отделяют цепи возбуждения от защиты, исключая намагничивание ферромагнитных сердечников в комплекте защиты постоянным током от возбудителя генератора. Резистор R1 в ВУ2 ограничивает наложенный ток при металлическом замыкании на землю в одной точке. Разрядник FV защищает измерительные цепи защиты при возникновении перенапряжений на входе ВУ2.
Наложенный ток проходит через сопротивление изоляции и емкостное сопротивление на землю цепи возбуждения и состоит из двух составляющих — активного и емкостного тока. Для того чтобы защита реагировала на изменение сопротивления изоляции, на ее измерительный орган должна подаваться только активная составляющая наложенного тока. Для выделения этой составляющей в устройстве КЗР-3 применена симметричная кольцевая фазочувст-вительная схема. На нее подается наложенный ток через трансформатор тока ТА и напряжение частотой 25 Гц от второй обмотки МДЧ.
Фазочувствительная схема состоит из диодов VD2—VD5 и балластных резисторов R6—R9 (рис. 3.13, а). Нагрузка фазочувствитель-ной схемы подключена к средним точкам делителей напряжения R2—R3 и R4—R5.
Напряжение, подаваемое на фазочувствительную схему от МДЧ, значительно больше напряжения вторичной обмотки ТА, нагруженной делителем напряжения. Поэтому напряжение от МДЧ является управляющим, т. е. оно только открывает и закрывает диоды, а ток в цепи нагрузки фазочувствительной схемы создается меньшим (управляемым) напряжением и в течение каждого полупериода проходит через оба открытых диода. При таком режиме среднее значение напряжения на выходе фазочувствительной схемы UВЫХ » I cosj , где j — угол между управляемым напряжением и создаваемым им током. В защите КЗР-3 — это угол между наложенным током и создающим его напряжением частотой 25 Гц. Таким образом в защиту подается только активная составляющая наложенного тока.
Рис. 3.14. Распределение напряжения по обмотке ротора при замыканиях на землю:
а — в одной точке; б—в двух точках.
Напряжение с выхода фазочувствительнои схемы сравнивается с эталонным стабилизированным напряжением от делителя напряжения, состоящего из резисторов R12, R14, R16, R18, используемых при четырех возможных уставках защиты, и резистора R22. Реагирующим органом является чувствительное магнитоэлектрическое реле КА, срабатывающее при возникновении замыкания на землю в обмотке ротора. Благодаря сравнению напряжений в реагирующем органе обеспечивается его четкое срабатывание и высокий коэффициент возврата. Предусмотрены две уставки срабатывания защиты: 5 кОм — подключен резистор R16, 2,5 кОм — резистор R18. Резисторы R12 и R14 предназначены для использования при работе генератора на электромашинном возбуждении. При работе генератора на электромашинном возбуждении защита может быть включена без ВУ2. Однако во избежание усложнения защиты и ее эксплуатации исключение ВУ2 при переходе на резервное электромашинное возбуждение не предусматривается.
Конденсатор СЗ сглаживает ток в реле КА, а резистор R21 служит для создания режима -критического успокоения рамки магнитоэлектрического реле, при котором сближение контактов во время срабатывания реле носит апериодический характер.