Автомат гашения поля в генераторе

ПРОЦЕСС И УСТРОЙСТВА ГАШЕНИЯ ПОЛЯ

НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ ГАШЕНИЯ ПОЛЯ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Автоматические устройства гашения поля синхронных генераторов являются важнейшим элементом защиты, основное назначение которой состоит в том, чтобы максимально ограничить объем повреждений при возникновении внутренних или близких (см. рис. 3.6) КЗ, а также других опасных для генератора неисправностей как в самом генераторе, так и в присоединенных к нему токопроводах, силовых трансформаторах и аппаратах. Помимо КЗ, представляющих наибольшую опасность и требующих немедленного гашения поля, к таким неисправностям для турбогенераторов с непосредственным охлаждением относятся замыкания на землю в цепях статора, прекращение протока охлаждающего агента (воды, водорода, воздуха) по обмоткам и другие недопустимые нарушения в системе охлаждения, отказ прекращения форсировки возбуждения генератора по истечении ее допустимой длительности, повреждение тиристорного преобразователя, ряда других элементов систем возбуждения и т.п. В этих случаях защита от такого вида неисправностей должна одновременно действовать на отключение генератора от сети и на гашение его поля [1] .

Устройство гашения поля должно обеспечить быстрое уменьшение магнитного потока возбуждения генератора до значения, близкого к нулю. Для этого недостаточно отключить обмотку возбуждения генератора от источника возбуждения. Необходимо поглотить энергию поля, запасенную во всех магнитосвязанных контурах ротора. Кроме того, при отключении обмотки возбуждения генератора без принятия дополнительных мер на ней неизбежно возникновение больших перенапряжений, опасных для изоляции самой обмотки и всех присоединенных к ней цепей и аппаратов. Известны случаи тяжелых повреждений по этой причине контактных колец и даже значительного выгорания стали ротора, а также пробоя изоляции кабелей и аппаратуры в цепях возбуждения.

Требования максимально ускорить процесс гашения поля генератора и в то же время предотвратить возникновение на обмотке возбуждения опасных перенапряжений являются противоречивыми, поскольку ограничение перенапряжений может быть достигнуто только при условии задержки разрыва цепи обмотки возбуждения до тех пор, пока энергия, запасенная в контурах ротора, будет поглощена в подключенном к ней разрядном устройстве. При этом чем меньше напряжение на разрядном устройстве, а следовательно, и на зажимах обмотки возбуждения, тем продолжительнее процесс гашения поля. В то же время с увеличением мощности генераторов длительная подпитка места КЗ может повлечь за собой значительное разрушение оборудования и увеличение времени восстановительных работ.

Современные выключатели высокого напряжения и устройства релейной защиты, выполненные с использованием полупроводниковой и микропроцессорной техники, обеспечивают отключение КЗ в сети за сотые доли секунды. Поэтому прекращение подпитки КЗ в генераторе и его цепях обуславливается именно временем гашения поля генератора. В связи с этим нельзя не обратить внимания на то, что ГОСТ 21558—2000 [2] использует два самостоятельных термина: «время гашения поля» (п. 3.46) и «полное время гашения поля» (п. 3.47). Это вносит путаницу и может привести к серьезным ошибкам при проектировании и практическом применении устройств гашения поля.

В п. 3.46 ГОСТ 21558—2000 время гашения поля определено следующим образом: «3.46 время гашения поля. Интервал времени в секундах с момента подачи команды на гашение поля до момента первого прохождения через нуль тока возбуждения турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора)».

Но в разд. 3.2.2 было показано, что при наиболее опасных по своим последствиям КЗ внутри генератора, или в его внешней цепи до генераторного выключателя или выключателя блока, или при их повреждении действие защиты на отключение АГП не сразу прекращает протекание токов КЗ в цепи статора генератора, а это обусловлено протеканием в контурах ротора свободных токов, затухающих с некоторой эквивалентной постоянной времени. А в параграфе 5.3 будет показано, что из-за наложения на ток в обмотке возбуждения составляющей с частотой 50 Гц при трехфазном КЗ или 100 Гц при двух- и однофазном КЗ «первое прохождение тока в обмотке возбуждения через нуль» при отключении АГП с разрядом на дугогасительную решетку происходит зачастую уже через несколько сотых долей секунды после отключения АГП. При этом из-за непогашенной в контурах ротора энергии на разомкнувшихся зажимах обмотки возбуждения без принятия специальных мер неизбежно возникают перенапряжения, значительно превышающие по своей величине заводское испытательное напряжение ротора.

В то же время в п. 3.47 ГОСТ 21558—2000 полное время гашения поля определяется так: «Интервал времени в секундах с момента подачи команды на гашение поля до момента, когда напряжение или ток статора турбогенератора (гидрогенератора, синхронного компенсатора), находящегося в режиме холостого хода или установившегося трехфазного короткого замыкания, достигнут значения, равного 110% установившегося остаточного значения напряжения или тока статора при отсутствии тока в обмотке возбуждения». Практически это соответствует уменьшению напряжения на зажимах статора генератора ниже 500 В, что обеспечивает естественное погасание дуги переменного тока в месте КЗ при прохождении тока через нуль.

Гашение поля синхронной машины может осуществляться не только путем переключения обмотки возбуждения на разрядное устройство, но и изменением полярности приложенного к ней напряжения или гашением поля возбудителя. Для мощных генераторов обязательно применение основного и дополнительного устройств гашения поля. Это обусловлено прежде всего необходимостью резервирования основного устройства на случай его отказа, а также стремлением избежать непомерного утяжеления аппаратов этого устройства в расчете на редкие случаи повреждений, в которых оно может самостоятельно не справиться.

Требованиями ГОСТ 21558 определяется, что основное устройство должно обеспечивать гашение поля при всех внутренних и внешних КЗ в цепи обмотки статора синхронной машины при ее работе на сеть с номинальным током возбуждения, а также в режиме форсировки возбуждения на холостом ходу синхронной машины. При совместном действии основного и резервного устройств должно обеспечиваться гашение поля при всех внутренних и внешних КЗ в цепи обмотки статора синхронной машины, возникающих в установившемся режиме форсировки возбуждения, а также при возникновении аварийных режимов самой системы возбуждения: КЗ на кольцах ротора, отказа устройства ограничения максимального тока возбуждения при форсировке ит.д.

Устройство гашения поля должно быть таким, чтобы мгновенное значение напряжения, возникающее на зажимах обмотки возбуждения в процессе гашения поля, не превосходило 70% амплитуды заводского испытательного напряжения этой обмотки относительно корпуса. Согласно ГОСТ 183—74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия» эффективное значение испытательного напряжения при частоте 50 Гц составляет для крупных генераторов десятикратную величину по отношению к напряжению возбуждения, но не более 3500 В. Кроме того, должна быть предусмотрена возможность оперативного гашения поля отключенной от сети синхронной машины таким способом, чтобы мгновенное значение напряжения на обмотке возбуждения не превосходило 50% амплитуды испытательного напряжения этой обмотки.

Аппаратура устройства гашения поля должна обеспечивать его функционирование при работе машины как вхолостую и в нормальном режиме, так и при возникновении асинхронного, несимметричного или неполнофазного режима. При этом должно обеспечиваться отключение сколь угодно малого и включение любого возможного в эксплуатации тока возбуждения. Предъявляется также требование обеспечения гашения поля при изменении частоты турбогенераторов в пределах от 45 (а при выбеге после отключения от 35) до 55 Гц.

Собственное время отключения автомата гашения поля с момента подачи команды на гашение и до начала процесса гашения поля не должно превышать 0,1 с, а собственное время включения (с момента подачи команды на включение до момента создания нормальных условий для изменения возбуждения синхронной машины) не должно превышать 0,5 с. Дополнительные режимы, на которые должна быть рассчитана аппаратура устройств гашения поля, должны указываться в стандартах или в технических условиях на синхронную машину.

Автоматическое гашение поля (АГП) генераторов

Гашением поля называется процесс, заключающийся в быстром уменьшении магнитного потока возбуждения генератора до величины, близкой к нулю. При этом соответственно уменьшается ЭДС генератора.

Гашение магнитного поля приобретает особое значение при аварийных режимах, вызванных повреждениями внутри самого генератора или на его выводах.

Короткие замыкания внутри генератора обычно происходят через электрическую дугу — именно это обстоятельство обусловливает значительное повреждение обмоток статора и активной стали. Это тем более вероятно, что ток IК> при внутреннем повреждении может быть больше тока при коротком замыкании на выводах генератора. В таком случае быстрое гашение поля генератора необходимо, чтобы ограничить размеры аварии и предотвратить выгорание обмотки и стали статора.

Таким образом, при внутренних коротких замыканиях в генераторах необходимо не только отключить их от внешней сети, но и быстро погасить магнитное поле возбуждения, что приведет к уменьшению ЭДС генератора и погасанию дуги.

Для гашения поля необходимо отключить обмотку ротора генератора от возбудителя. Однако при этом вследствие большой индуктивности обмотки ротора на ее зажимах могут возникнуть большие перенапряжения, способные вызвать пробой изоляции. Поэтому гашение поля нужно выполнять таким образом, чтобы одновременно с отключением возбудителя происходило быстрое поглощение энергии магнитного поля обмотки ротора генератора, так чтобы перенапряжения на ее зажимах не превышали допустимого значения.

В настоящее время в зависимости от мощности генератора и особенностей его системы возбуждения используются три способа гашения магнитного поля:

  • замыкание обмотки ротора на гасительное (активное) сопротивление;
  • включение в цепь обмотки ротора дугогасительной решетки быстродействующего автомата;
  • противовключение возбудителя.
Читайте также  Автомобильны генератор в картинках

В первых двух способах предусматривается осуществление необходимых переключений в цепях возбуждения с помощью специальных коммутационных аппаратов, которые называют автоматами гашения поля (АГП).

При замыкании обмотки ротора генератора на специальное сопротивление процесс гашения магнитного поля сильно затягивается, поэтому в настоящее время наибольшее распространение получил более действенный способ гашения магнитного поля генератора при помощи АГП с дугогасительной решеткой (рис.1).

Схема электрических цепей при гашении поля генератора автоматом с дугогасящей решеткой

Рис.1. Схема электрических цепей при гашении поля
генератора автоматом с дугогасящей решеткой

При коротком замыкании в генераторе реле защиты KL срабатывает и своими контактами отключает генератор от внешней сети, воздействуя на электромагнит отключения YAT выключателя, а также подает импульс на отключение АГП.

Автомат имеет рабочие 2 и дугогасительные 1 контакты, которые при нормальной работе генератора замкнуты. Контакты 3 АГП вводят при отключении автомата добавочное сопротивление RД в цепь возбуждения возбудителя, снижая ток возбуждения последнего. АГП снабжен решеткой из медных пластин 4 при расстоянии между ними 1,5-3 мм.

При отключении автомата сначала размыкаются рабочие контакты, а затем дугогасительные, причем дуга, возникающая на них, затягивается с помощью магнитного дутья в дугогасительную решетку и разбивается на ряд последовательных коротких дуг.

Короткая дуга является нелинейным активным сопротивлением, падение напряжения на котором сохраняется практически постоянным, равным 25-30 В, несмотря на изменение тока в дуге в широких пределах.

Общее падение напряжения на дуге равно:

где UK — напряжение на короткой дуге;
n — число последовательных дуговых промежутков в решетке.

Таким образом, в момент вхождения дуги в решетку автомата напряжение на ней сразу возрастает до UД и практически остается неизменным до погасания дуги.

Число пластин в решетке выбирается таким, чтобы UД превосходило Uf,пот — потолочное напряжение возбудителя. При этом дуга существует, пока имеется запас энергии магнитного поля обмотки возбуждения генератора.

Если пренебречь падением напряжения в активном сопротивлении обмотки ротора, что допустимо для крупных синхронных генераторов, то уравнение переходного процесса примет следующий вид:

(2)

Электродвижущая сила самоиндукции обмотки возбуждения при изменении тока if равна Ldif/dt. Она определит разность потенциалов на обмотке ротора. Чем выше скорость изменения тока dif/dt, тем больше ЭДС самоиндукции. По условию электрической прочности изоляции обмотки ротора эта ЭДС не должна превышать Um. Так как в процессе гашения имеет практически постоянное значение, то уравнение (2) при условии максимальной скорости гашения поля во все время переходного процесса будет иметь вид:

При этом следует иметь в виду, что в течение периода гашения поля Uf практически не изменяется.

Следовательно, в процессе гашения поля генератора разрядом на дугогасительную решетку напряжение на обмотке ротора будет иметь постоянное значение, в пределе равное Um. Ток в обмотке ротора if будет изменяться с постоянной скоростью, так как

(4)

Процесс изменения тока и напряжения в обмотке ротора при гашении магнитного поля

Рис.2. Процесс изменения тока и напряжения
в обмотке ротора при гашении магнитного поля

Время гашения поля с использованием описанной выше схемы составляет 0,5-1 с. Процесс изменения тока в обмотке ротора и напряжения на ее зажимах представлен на рис.2. В данном случае условия гашения поля близки к оптимальным.

При гашении поля, создаваемого небольшим током, дуга в промежутках между пластинами горит неустойчиво, особенно при подходе тока к нулевому значению. Из-за погасания дуги в одном из промежутков обрывается вся цепь тока, что сопровождается перенапряжениями в цепи возбуждения.

Для того чтобы подход тока к нулевому значению был плавным, решетка шунтируется специальным набором сопротивлений 5 (см. рис.1). При такой схеме дуга гаснет не вся сразу, а по секциям, что способствует уменьшению перенапряжений.

В настоящее время отечественные заводы изготовляют АГП данной конструкции на номинальные токи 300-6000 А.

Таблица 1

Технические данные АГП

Технические данные АГП

В табл.1 приведены основные параметры АГП для крупных синхронных машин.

Гашение поля противовключением возбудителя применяется обычно для генераторов с тиристорным возбуждением. При этом (рис.3) отключается автомат гашения поля и главные вентили переводятся в инверторный режим. Магнитное поле подвозбудителя гасится после гашения поля главного генератора за счет инвертирования выпрямителей, питающих его обмотку возбуждения. Если последний процесс будет неуспешным, то поле гасится с помощью сопротивления Rг, включаемого контактом 5. Время гашения поля основного генератора может быть очень малым, но принимается таким как и в предыдущем случае, чтобы избежать чрезмерных перенапряжений в обмотке возбуждения.

Гашение поля при независимом тиристорном возбуждении генератора

Рис.3. Гашение поля при независимом тиристорном возбуждении генератора
1 — АГП, 2 — ввод резервного возбуждения,
3 — главный тиристорный возбудитель,
4 — тиристорный возбудитель вспомогательного генератора,
5 — контакты гашения поля (Rг — сопротивление гашения поля)

Электрическая часть электростанций — Гашение поля генератора

В соответствии с ПУЭ в цепи возбуждения каждого синхронного генератора и синхронного компенсатора (за исключением малых машин) устанавливаются устройства для быстрого и безопасного развозбуждения — автоматы гашения поля (АГП). Необходимость в быстром гашении поля возникает, например, при внутренних повреждениях в генераторе. В этом случае из-за продолжающегося по инерции выбега отключенной машины в ее внутренних контурах продолжает наводиться э. д. с., которая поддерживает электрическую дугу в месте короткого замыкания и вызывает большие разрушения меди обмотки и стали статора. Простое отключение цепи возбуждения недопустимо, так как при этом из-за малой емкости Св и большой индуктивности LB в обмотке возбуждения генератора возникнут опасные для ее изоляции перенапряжения
(1-12)
АГП предотвращают эти перенапряжения, переключая обмотку возбуждения на гасительное сопротивление, в котором рассеивается энергия поля (рис. 1-23), или на специальную дугогасительную решетку (рис, 1-24), в которую втягивается дуга с дугогасительных контактов автомата; здесь она быстро гаснет, разбиваясь на несколько коротких дуг.
Автоматы гашения поля должны отвечать следующим требованиям: время гашения должно быть возможно малым, а перенапряжения на обмотке возбуждения не должны достигать опасных значений.
Под временем гашения поля подразумевают то время, в течение которого э. д. с. генератора уменьшится до значения, достаточного для естественного погасания дуги в месте короткого замыкания (500 В). При этом следует учитывать, что к э. д. с., создаваемой током возбуждения, добавляется еще э. д. с. от остаточного намагничивания стали ротора (примерно 300 В). Таким образом, процесс гашения можно будет считать законченным, когда э. д. с., создаваемая током возбуждения, снизится до 200 В.
Перенапряжения на обмотке возбуждения во всяком случае не должны быть выше испытательного напряжения, которое равно 7,5Uвн т. е. составляет в зависимости от номинального напряжения обмотки ротора 1,5—3,5 кВ.

Рис. 1-23. Схема гашения поля с гасительным сопротивлением
1 — синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения; 3 — гасительное сопротивление в цепи ротора; 4 — автомат гашения поля главный; 5 — возбудитель; 6 — автомат гашения поля возбудителя; 7 — гасительное сопротивление в цепи возбудителя
Рис. 1-24. Схема гашения поля с дугогасительной решеткой

1 — синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения; 3 — возбудитель; 4 — главные контакты АГП; 5 — дугогасительные контакты АГП; 6 — дуг огаснтелькая решетка

где £/в.иСп —действующее значение испытательного напряжения обмотки ротора турбогенератора частотой 50 Гц.
При АГП с гасительным сопротивлением, которое принимается обычно равным 4—5-кратному сопротивлению обмотки возбуждения, процесс гашения протекает по экспоненте (рис. 1-25) с постоянной времени
(1-14)
Следует отметить, что время гашения поля тгаш в мощных турбогенераторах оказывается значительно большим, чем 3Тгаш, вычисленное при обычных параметрах обмотки возбуждения LB и Конструктивные элементы ротора — массивная бочка,
металлические пазовые клинья, бандажные кольца — образуют демпферный контур со значительной постоянной времени. При переходных режимах затухание наведенных токов ротора будет определяться совместно двумя контурами: возбуждения и демпферным. Скорость гашения поля при этом в большой степени зависит от постоянной времени демпферного контура. После прекращения тока в обмотке возбуждения наведенный в демпферном контуре ток еще не затухает полностью и продолжает поддерживать э. д. с. машины.

Рис. 1-25. Изменение тока ротора iB (а), напряжения ив (б) и э. д. с. статора Eat (в) при гашении поля АГП с гасительным сопротивлением

Рис. 1-27. Схема защиты обмотки возбуждения от перенапряжений после погасания дуги в дугогасительной решетке АГП
1 — обмотка возбуждения синхронного генератора; 2 — защитное сопротивление; 3 — возбудитель; 4 — дугогасительная решетка? 5 — защитный разрядник

Рис. 1-26. Изменение тока ротора при гашении поля АГП с дугогасительной решеткой
Таким образом, время гашения поля в турбогенераторе будет больше вычисленного по параметрам только обмотки возбуждения и может составить 6—8 с, что нельзя считать допустимым для мощных блочных генераторов. Поэтому в настоящее время автоматы гашения такого типа применяются только для синхронных генераторов небольшой мощности с электромашинными системами возбуждения, а также для гашения поля возбудителей (см. 6 на рис. 1-23).
В цепях же возбуждения крупных машин (более 25—50 МВт) устанавливают АГП нового типа с дугогасительными решетками. Сопротивление дуги, возникающей в этой решетке, растет по мере уменьшения тока, что значительно убыстряет процесс гашения поля. Время гашения поля при использовании АГП этого типа составляет всего 0,5—1,0 с (ОА на рис. 1-26).
При независимом вентильном возбуждении гашение поля эффективно осуществляется переводом выпрямителя в инверторный режим. Напряжение на вентилях при этом меняет знак, и ток в обмотке возбуждения очень быстро спадает до нуля. Рекомендуется переводить в инверторный режим форсировочную группу вентилей, так как более высокое напряжение этой группы позволяет быстрей погасить поле.
При вентильном самовозбуждении, а также при высокочастотном возбуждении гашение поля переводом выпрямителей в инверторный режим осуществить не удается, так как встречная э. д. с. инвертора в этой схеме падает с напряжением статора. Поэтому в таких случаях необходимо использовать АГП с дугогасительной решеткой.
В цепях возбуждения крупных генераторов (мощностью более 50—100 МВт) из-за чрезмерного возрастания размеров дугогасительной решетки применяется двухполюсная схема АГП, при которой в каждый полюс цепи возбуждения включается отдельный АГП.
На гидрогенераторах с электромашинной системой возбуждения используется также отключение только АГП возбудителя, а не генератора, обмотка возбуждения которого остается включенной на якорь возбудителя.
В цепи ротора турбогенераторов мощностью 150 МВт и выше для защиты их от пробоя перенапряжением, возникающим после погасания дуги в решетке АГП, устанавливаются защитные разрядники, отрегулированные на напряжение срабатывания 1,7 кВ (действующее значение) (рис. 1-27).

Читайте также  Автозапуск для генератора хутер

Способ и устройство гашения поля синхронного генератора Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Крекер Евгений Яковлевич, Андреев Алексей Николаевич

Рассматривается комплексное устройство, позволяющее гасить поле синхронного генератора и выполнять функции резистора самосинхронизации. Для ускорения гашения поля применен ступенчатый принцип увеличения сопротивления контура возбуждения .

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Крекер Евгений Яковлевич, Андреев Алексей Николаевич

Way and device of synchronous generator field suppression

The complex device allowing to suppress the field of synchronous generator and to perform the functions of the resistor of self-synchronization is considered. The step principle of resistance increase of contour of excitation is applied to accelerate the field suppression.

Текст научной работы на тему «Способ и устройство гашения поля синхронного генератора»

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ГАШЕНИЯ ПОЛЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Е.Я. Крекер, А.Н. Андреев г. Челябинск, ЮУрГУ

WAY AND DEVICE OF SYNCHRONOUS GENERATOR FIELD SUPPRESSION

E.J. Kreker, A.N. Andreev Chelyabinsk, SUSU

Рассматривается комплексное устройство, позволяющее гасить поле синхронного генератора и выполнять функции резистора самосинхронизации. Для ускорения гашения поля применен ступенчатый принцип увеличения сопротивления контура возбуждения.

Ключевые слова: синхронный генератор, устройство гашения поля, контур возбуждения, преобразователь, обмотка возбуждения.

The complex device allowing to suppress the field of synchronous generator and to perform the functions of the resistor of self-synchronization is considered. The step principle of resistance increase of contour of excitation is applied to accelerate the field suppression.

Keywords: synchronous generator, device of clearing of a field, contour of excitation, rectifier, winding of excitation.

Гашение поля синхронного генератора — это операция, заключающаяся в снижении магнитного потока машины до величины, близкой к нулю, которая проводится как при плановых, так и при аварийных отключениях генератора от сети [1, 2]. При плановом отключении одновременно с разгрузкой генератора снижают и его ток возбуждения для поддержания напряжения на его выводах близким к номинальному. Этот процесс проводится до тех пор, пока ток возбуждения не снизится до значения тока холостого хода генератора.

Необходимость в аварийном отключении генератора от сети возникает при повреждениях в энергосистеме или при повреждениях в зоне действия дифференциальной защиты генератора или блока генератор — трансформатор. В первом случае после отключения генератора от сети напряжение на его выводах резко возрастает до значения, соответствующего его ЭДС, что значительно выше номинального и нежелательно как для его изоляции, так и для изоляции подключенного к нему оборудования (блочного, выпрямительного трансформаторов и др.). Во втором случае к гашению поля предъявляются особые требования, поскольку, чем больше время горения дуги при этом повреждении, тем не только больше объем разрушения в месте КЗ, но и выше вероятность повреждения изоляции под действием дуги на других узлах генератора (например, развитие двухфазного

КЗ в трехфазное) и рядом стоящего оборудования. Кроме того, машина при близком коротком замыкании (КЗ) испытывает динамический удар, и силы, возникающие при этом, стремятся отогнуть лобовые части статорной обмотки, что может привести к дополнительному повреждению изоляции этих частей и дорогостоящему ремонту.

При пробоях изоляции дуга горит до тех пор, пока ЭДС генератора не снизится до величины, недостаточной для ее поддержания. Проведенные опыты показали, что при напряжении 500 В происходит естественное погасание дуги переменного тока внутри машины [1,2]. Для снижения ущерба от повреждения при такой аварии магнитный поток (ток возбуждения) как можно быстрее должен быть снижен до величины, практически равной нулю.

Как правило, для гашения поля используют контур возбуждения генератора, поскольку напряжение на обмотке возбуждения (ОВ) является единственным параметром, который одновременно влияет на время гашения поля и, в то же время, является доступным для воздействия на него при гашении поля в различных условиях. На ОВ при гашении поля создается отрицательное напряжение, под действием которого ток возбуждения машины снижается до нуля. Чем выше значение этого напряжения, тем быстрее гасится поле.

На сегодняшний день применяются следующие способы гашения поля: гашение поля выводом энергии в сеть переменного напряжения (в тиристорных СВ), гашение поля рассеиванием энергии магнитного поля ОВ на дугогасительной решетке выключателя, гашение поля рассеиванием энергии на резисторе с линейным сопротивлением и на резисторе с нелинейным сопротивлением [3]. Как показывалось в [3] устройства, реализующие эти способы, различны по эффективности (скорости гашения поля) и стоимости. При гашении поля инвертированием или на резисторе с линейным сопротивлением время гашения поля оказывается большим, что говорит о недостаточной эффективности этих способов. С другой стороны устройства, осуществляющие гашение поля на резисторе с нелинейным сопротивлением и на дугогасительной решетке выключателя (АГП) позволяют быстро гасить поле. Однако их стоимость высока и это стимулирует поиск решений, альтернативных уже существующим [3].

Таким образом, актуален поиск решений, позволяющих создать такое УГП, которое сможет быстро гасить поле синхронных машин и будет иметь приемлемую стоимость.

Для того чтобы преодолеть недостатки устройств, реализующих вышеописанные способы можно использовать предложенный в [4] способ гашения поля. УГП, выполненное на базе этого способа, отличается от известных тем, что ВАХ контура возбуждения при гашении поля формируется путем последовательного введения в контур возбуждения специальных линейных резисторов таким образом, чтобы сопротивление контура возбуждения ступенчато возрастало (снижалась постоянная времени контура возбуждения) при снижении тока возбуждения до определенных значений. Такое формирование характеристики УГП позволяет поддерживать обратное напряжение на ОВ близким к допустимому по условиям работы ее изоляции, а также использовать типовые элементы контура возбуждения для гашения поля (резистор самосинхронизации, выключатель и

т.д.). Использование уже имеющихся элементов СВ для реализации большего количества функций приводит к снижению стоимости такого УГП.

В цепи постоянного тока контура возбуждения (рис. 1) обычно последовательно с обмоткой возбуждения (3) и возбудителем 4 включается автомат гашения поля (АГП) или выключатель 5, а параллельно с ОВ тиристорный разрядник (элементы 7 и 8) с резистором самосинхронизации 6 и контактором самосинхронизации (9), шунтирующим разрядник.

Рассмотрим схему УГП (рис. 2) по способу [4] (схема создана на базе типовой схемы СВ, рис. 1) и алгоритмы ее работы в различных режимах работы синхронного генератора.

В нормальном режиме работы генератора тиристоры УГП 8-10, стабилитроны 22-24, диод 11 и транзистор 7 находятся в запертом состоянии.

При подаче сигнала на гашение поля преобразователь 4 СВ переводится в режим инвертирования. Одновременно с подачей импульса на инвертирование подается импульс на отключение выключателя 5 и включение транзистора ЮВТ 7. При этом, поскольку полупроводниковые приборы обладают меньшей инерционностью, чем механические устройства, то транзистор ЮВТ 7 включится раньше, чем начнут размыкаться контакты выключателя 5. Таким образом, транзистор 7 шунтирует выключатель 5, что приводит к бездуговому отключению последнего.

После отключения выключателя 5 снимается импульс управления с транзистора 7, который начинает переходить в непроводящее состояние. При этом напряжение на ОВ быстро увеличивается (из-за быстрого отключения тока индуктивности), и ток ОВ 3 переходит в цепь с диодом 11 и резистором 18 по мере отключения транзистора. Как только напряжение на стабилитроне 24 достигнет величины его «срабатывания», наименьшей из всех, этот стабилитрон перейдет в проводящее состояние и в цепи управления тиристора 10 появится ток, тиристор включится и часть тока возбуждения перейдет в цепь этого тиристора (рези-

Читайте также  Бензинового генератора 7 5 квт 220в huter

Автоматическое гашение поля генераторов (АГП).

При внутренних коротких замыканиях в генераторах необходимо не только отключить их от внешней сети, но и быстро пога­сить магнитное поле возбуждения, что приведет к уменьшению ЭДС гене­ратора и погасанию дуги.

Короткие замыкания внутри генератора обычно происходят через элек­трическую дугу,что приводит к повреждению обмоток статора и активной стали. В таком случае быстрое гаше­ние поля генератора необходимо, чтобы ограничить размеры аварии и предотвратить выгорание обмотки и стали статора.

Для гашения поля необходимо отключить обмотку ротора генератора от возбудителя. Однако при этом вследствие большой индуктивности об­мотки ротора на ее зажимах могут возникнуть большие перенапряжения, способные вызвать пробой изоляции. Поэтому гашение поля нужно выпол­нять так, чтобы, одновременно с отключением возбудителя происходило быстрое поглощение энергии магнитного поля обмотки рото­ра генератора.

Рис. 100. Схема электрических цепей при гашении поля генератора автома­том с дугогасящей решеткой.

G – генератор;

GE— возбудитель;

LG – обмотка возбуждения генератора;

LGE– обмотка возбуждения возбудителя;

АГП – автомат гашения поля;

YAT – электромагнит отключения выключателя;

К L – контакты реле защиты при коротком замыкании;

R Д — добавочное сопротивление.

1 – дугогасительные контакты; 2 — рабочие контакты; 3 – контакты отключения добавочного сопротивления R Д ; 4 – дугогасительная решётка АГП из медных пластин; 5 – крепёж решёток;

В настоящее время наибольшее распространение получил более дей­ственный способ гашения магнитного поля генератора при помощи АГП с дугогасительной решеткой (рис.100).

При коротком замыкании в генераторе реле защиты К L срабатывает и своими контактами подаёт оперативный ток на электромагнит отключения Y АТ выключателя, а также подает оперативный ток на катушку АГП. При этом контакты 1, 2, АГП размыкаются и происходит гашение поля.

Контакты 3 АГП вводят в цепь возбуждения возбудителя добавочное сопротивление, снижая этим ток возбуждения возбудителя.

АГП снабжен решеткой из медных пластин 4 при расстоянии между ними 1,5 — 3 мм.

При отключении АГП сначала размыкаются рабочие контакты 2, а затем дугогасительные 1, причем дуга, возникающая на них, затягивается с помощью магнитного дутья в дугогасительную решетку и разбивается на ряд последовательных коротких дуг, которые затем легко гасятся.

Контрольные вопросы к теме «Автоматическая система возбуждения синхронных генераторов».

1.Как зависит напряжение генератора от тока возбуждения? Поясните, используя формулы.

3. Что называется возбудителем?

4. Типы возбудителей.

5. Что называется системой возбуждения?

6. Какой ток используется для возбуждения генераторов, переменный или постоянный и почему?

7. Для чего предназначена система АРВ?

8. Нагрузка на генератор увеличилась. Как изменится напряжение на шинах генератора и каким образом можно восстановить его? Для объяснения используйте формулу ЭДС генератора.

9. Нагрузка на генератор уменьшилась. Как изменится напряжение на шинах генератора и каким образом можно восстановить его? Для объяснения используйте формулу ЭДС генератора.

10.Для чего нужна форсировка возбуждения?

11.При каком напряжении на шинах синхронного генератора срабатывает форсировка?

12.В чём заключается принципиальное отличие электромашинной системы возбуждения синхронного генератора от системы самовозбуждения?

13.Напряжение генератора снизилось до 70% Uном, как на это среагирует форсировка возбуждения и почему? Какие действия в схеме она произведёт?

14.Напряжение генератора снизилось до 90% Uном, как на это среагирует форсировка возбуждения и почему? Какие действия в схеме она произведёт?

15.Как защищён синхронный генератор от КЗ в обмотке статора?

16.Почему системы самовозбуждения менее надёжны, чем электромашинные системы независимого возбуждения?

17.Какую роль играет добавочное сопротивление Rд в цепи возбуждения генератора с системой АГП?

18. Как изменится напряжение синхронного генератора при уменьшении сопротивления реостата в цепи обмотке возбуждения возбудителя? Пояснить, используя формулы.

19.Почему при КЗ в обмотке статора нужно гасить магнитное поле возбуждения?

20.Как происходит гашение поля в схеме АГП?

21. Какие свойства дугогасительной решётки АГП используются для гашения дуги?

22.Почему для мощных синхронных генераторов более 300 мВт применяется высокочастотная система возбуждения на тиристорных преобразователях, а не генераторы постоянного тока?

23.В каких случаях срабатывает блок УБФ мощного генератора с высокочастотной системой возбуждения и каков результат его действия?

24.Как изменится ток возбуждения синхронного генератора с системой самовозбуждения при увеличении тока нагрузки генератора и почему?

М.А. Беркович, В.А. Гладышев, В.А. Семёнов. «Автоматика энергосистем». Москва, ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1991 г. Гл. 7, §§7.1-7.9.

Тема 7.2. Назначение и виды автоматического регулирования (АРВ).

Назначение АРВ.

Функции автоматического регулирования возбуждения (АРВ) генераторов:

1. Поддержание напряжения на выводах генератора на

2. Распределение реактивной нагрузки между параллельно

3. Повышение устойчивости параллельно работающих

Все АРВ, реагирующие на знак и величину отклоне­ния регулируемого параметра (напряжение или ток) на­зываются регуляторами пропорциональ­ного действия.

Основным назначением автоматических регуляторов воз­буждения (АРВ) является быстрое и значительное увели­чение (форсировка) возбуждения генераторов и синхрон­ных компенсаторов до наибольшей величины, которую обеспечивают системы возбуждения при нарушениях нор­мального режима, сопровождающихся понижением напря­жения или увеличением тока.

Реагируя на небольшие отклонения регулируемого на­пряжения (порядка ±0,5% и меньше), АРВ повышают предел статической устойчивости электростан­ций, т. е. увеличивают ту предельную мощность, которая может быть передана в энергосистему при медленном возрастании нагрузки.

В нормальном режиме АРВ облегчают работу персонала по распределению реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами и по поддержанию требуемого уровня напряжения на шинах электростанций.

Электрические аппараты — Автоматы для гашения магнитного поля мощных генераторов

При повреждении обмотки статора мощных генераторов переменного тока единственным средством ограничения повреждений машины от тока КЗ является быстрое уменьшение магнитного поля возбуждения. Ввиду того что индуктивность L обмотки возбуждения велика, при быстром ее отключении на ней появляется напряжение Au=Ldi/dt, достаточное для пробоя изоляции обмотки. Для того чтобы быстро отключить обмотку и ограничить перенапряжения, применяются специальные автоматы гашения поля с дугогасительной решеткой. На рис. 17.8, а показана обмотка возбуждения RB, L генератора, питающаяся от возбудителя В. Для ограничения перенапряжений и ускорения отключения используются замыкающий К1 и размыкающий К2 контакты. При отключении вначале замыкается контакт К1, а затем размыкается контакт К2. Условия гашения дуги в контакте К2 облегчены, так как большая электромагнитная энергия, накопленная в обмотке возбуждения, тратится в резисторе Rt. Этот же резистор ограничивает ток возбудителя после замыкания контакта KL
Изменение тока в цепи возбуждения определяется уравнением

(17.1)
решение которого имеет вид

(17.2)
где U0 — напряжение на возбудителе при t=0.

Принцип действия автомата гашения магнитного поля генератора

Для ускорения спада тока и ограничения напряжения на обмотке необходимо соблюсти условие

Рис 17.8. Принцип действия автомата гашения магнитного поля генератора

Чтобы магнитное поле возбуждения спадало с максимальной скоростью и напряжение на обмотке не превышало допустимое значение Umax, сопротивление Rv должно быть нелинейным и увеличиваться по мере спада тока. Из (17.5) следует up=i7?p=const, т е. напряжение на сопротивлении Rp должно быть неизменным, несмотря на уменьшение тока. Такой характеристикой обладает дуга, горящая между медными пластинами дугогасительной решетки (§ 4 11). Дело в том, что в короткой дуге напряжение на ней в основном определяется катодным падением напряжения, которое не зависит от тока.

Конструктивная схема автомата гашения магнитного поля

Рис. 17 9. Конструктивная схема автомата гашения магнитного поля

В автомате гашения поля роль резистора играет электрическая дуга в дугогасительной решетке рис. 17.8,6. Резистор R служит для ограничения тока возбудителя после замыкания контакта К1. Работа аппарата протекает в следующем порядке: вначале замыкается контакт К1, после чего отключается контакт К2. Затем размыкается контакт К1 и образующаяся дуга с помощью магнитного поля затягивается в дугогасительную решетку и разбивается на ряд коротких дуг. Для уменьшения перенапряжений, возникающих при обрыве тока, параллельно секциям дугогасительной решетки включаются шунтирующие резисторы RM.
Конструкция автомата в упрощенном виде представлена на рис 17.9. После отключения электромагнита ЭМ контакты 5, 6 размыкаются и с помощью катушки 7 и магнитной системы 5, 9 дуга перемещается вверх, пока не достигнет пластин 3 дугогасящего устройства Концы катушек / присоединены к рогам 10 и пластинам 11. Магнитный поток катушек / замыкается через сердечник 4 и стальной кожух 2. Ток, протекая по катушкам /, создает радиальное магнитное поле Фр, которое, взаимодействуя с током дуги, заставляет дугу вращаться по окружности со скоростью ид Большая скорость вращения предотвращает прогорание пластин 3. Схема включения катушек 1 показана на рис. 17 9, а, а перемещение дуги — на рис 17.9,6. В соответствии с рис. 17.8 отдельные группы пластин шунтированы активным резистором для выравнивания распределения напряжения между пластинами Поскольку номинальный ток автоматов может достигать 6300 А, аппарат имеет систему главных и дугогасительных контактов. Номинальное напряжение главной цепи 500 В.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: