УДК 621.316.925.2(083.96)
Составлено электроцехом ОРГРЭС
Автор: инженер В.И. Вынаев
Редактор: инженер О.Н. Крыжановский
Издание: М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1971
В Инструкции приведено краткое описание токовой защиты от замыканий на землю в обмотках статоров синхронных генераторов и компенсаторов, работающих на сборные шины, а также даны указания по проверке и эксплуатации токовой защиты.
Инструкция предназначена для персонала электрических станций и сетевых районов обслуживающего защиты синхронных генераторов и компенсаторов, работающих на сборные шины.
Сети генераторного напряжения в Советском Союзе эксплуатируются с изолированными или компенсированными нейтралями, с малыми толами замыкания на землю. Однофазные замыкания на землю в таких сетях не представляют непосредственной опасности дня электроснабжения потребителей, так как линейные напряжения при этом остаются симметричными. Напряжение неповрежденных фаз повышается до линейного.
В условиях замыкания на землю с перемежающейся дугой перенапряжения на поврежденных фазах могут достичь трехкратного фазного значения и при наличии мест с ослабленной изоляцией возможен переход однофазного замыкания в двойное на землю. Двойные замыкания на землю приводят к недоотпуску электроэнергии потребителям и значительному объему повреждений синхронных генераторов и компенсаторов.
Однофазные замыкания на землю в обмотках статоров синхронных генераторов и компенсаторов при токах замыкания на землю больше 5 А даже без перехода в двойные замыкания представляют большую опасность, так как при таких токах поддерживается горение дуги, которая оплавляет активную сталь статора (по данным завода «Электросила», при диаметре кратера в стали статора более 10 мм требуется перешихтовка стали статоре). Емкостные токи генераторного напряжения обычно превышают 5 А, поэтому защиты от однофазных замыканий на землю в обмотках статоров синхронных генераторов и компенсаторов должны действовать на отключение.
В 1948-1949 гг. в Институте электротехники АН УССР (ныне Институт электродинамики АН УССР) была разработана простая и надежная защита от замыканий на землю в обмотках статоров синхронных генераторов и компенсаторов. Однако несоблюдение правил монтажа и эксплуатации данной защиты приводит н значительному количеству ее отказов и неправильных действий. В 1963-1964 гг. отмечено свыше 40% случаев неправильной работы защиты в основном из-за повреждения изоляции брони силовые кабелей или заземляющего провода относительно земли на участке между шинной сборкой кабелей генератора и THП, а также между магнитопроводами ТНП и кабелями в сочетании с внешними однофазными замыканиями.
В данной Инструкции содержится краткое описание принципа действия защиты, требования к ее монтажу, дается объем проверки защиты при первом включении, объем эксплуатационных проверок защиты, а также приводятся технические данные трансформаторов тока нулевой последовательности.
Рисунок 1. Схема замещения ТТНП
При естественном емкое гном токе замыкания на землю 5 А и более (независимо от наличия или отсутствия компенсации) должна устанавливаться защита от замыканий на землю в обмотке статора синхронного генератора (компенсатора) с действием на отключение выключателя и устройства автоматического гашения поля.
В настоящее время широкое распространение получила разработанная в Институте электродинамики АН УССР токовая защита от замыканий на землю в обмотках статоров синхронных генераторов и компенсаторов (СК), работающих на сборные шины, с трансформаторами тока нулевой последовательности (ТТНП) с подмагничиванием магнитопровода током промышленной частоты.
Трансформаторы ТТНП устанавливаются непосредственно у выводов синхронных генераторов, чтобы исключить из зоны действия залиты кабели или шин, соединяющие генератор со сборными шинами.
О замыканиях на землю в этих токопроводах сигнализирует устройство контроля изоляции, установленное на сборных шинах.
Действие защиты обеспечивается на естественном (емкостном) или остаточном индуктивном (при наличии дугогасящих катушек, настроенных на некоторую перекомпенсацию тока замыкания ни землю.
Первичными обмотками ТТНП являются кабели или шины трех фаз первичной цени. Вторичная обмотка располагается на сердечнике из трансформаторной стали, охватывающем все три фазы. Ток каждой фазы создает в сердечнике магнитный поток, а э.д.с. во вторичной цепи индуктируется суммарным магнитным потоком всех трех фаз.
В нормальных режимах и при междуфазных коротких замыканиях сумма токов первичной цепи равна нулю, следовательно, отсутствуют магнитный поток в сердечнике и ток во вторичной обмотке (за исключением тока небаланса, обусловленного несимметричным расположением первичной обмотки относительно вторичной). При возникновении в обмотке статора синхронного генератора однофазного замыкания на землю ток поврежденной фазы, равный тройному току нулевой последовательности, создает магнитный поток в сердечнике, который обусловливает появление э.д.с. и тока во вторичной обмотке.
Токи нулевой последовательности при однофазном замыкании на землю малы по сравнению с токами междуфазных коротких замыканий, и ТТНП с сердечником из трансформаторной стали работает с небольшими индукциями в начальной части кривой намагничивания.
Увеличение мощности, отдаваемой ТТНП, и ограничение токов небаланса достигается подмагничиванием магнитопровода током промышленной частоты.
Рисунок 2. Характеристика намагничивания трансформатора тока нулевой последовательности
Подмагничивание сердечника ТТНП увеличивает сопротивление намагничивания за счет увеличения магнитной проницаемости стали.
При подмагничивании сердечника переменным током э.д.с. во вторичной обмотке определяется суммой двух магнитных потоков.
Для того, чтобы магнитный поток от тока подмагничивания не создавал во вторичной обмотке э.д.с, сердечник ТТНП изготовляется из двух магнитопроводов, расположенных один над другим. На каждый магнитопровод помещается обмотка подмагничивания с одинаковым количеством витков, которые соединяются между собой встречно-последовательно. Создаваемые ими магнитные потоки в обоих магнитопроводах направлены встречно, а, следовательно, э.д.с. наводимые этими потоками во вторичной обмотке, также направлены встречно, и их сумма равна нулю.
При подмагничивании сердечника переменным толом потоки рассеяния практически не изменяются, следовательно, и э.д.с. небаланса, определяемая этими потоками, также не изменяется, а первичный ток небаланса уменьшается вследствие увеличения сопротивления намагничивания.
В общем случае при осуществлении подмагничивания необходимо считаться с фазным сдвигом между током подмагничивания и током в защите (током повреждения, током небаланса).
Содержание
Введение
Глава 1. Краткое описание токовой защиты от замыканий на землю в обмотках статоров синхронных генераторов и компенсаторов
1. Назначение и принцип действия защиты
2. Схемы цепей защиты от замыканий на землю в обмотках статоров синхронных генераторов и компенсаторов
3. Конструктивное выполнение ТТНП
4. Требования к монтажу ТНП
5. Требования к монтажу ТНП-Ш
Глава 2. Наладка и проверка защиты при новом включении
1. Измерение емкостного тока синхронных генераторов
2. Предварительная проверка ТТНП
3. Проверка защиты после окончания монтажа
4. Проверка защиты на вращающемся синхронном генераторе
Глава 3. Объем эксплуатационных проверок
Приложение 1. Технические данные ТНП
Приложение 2. Технические данные ТНП-Ш
Приложение 3. Емкость фазы обмотки статора и ток однофазного замыкания на землю турбогенераторов и гидрогенераторов
Приложение 4. Протокол проверки токовой защиты от замыканий на землю, выполненной с трансформатором тока нулевой последовательности
Литература