Выбор и расчет защит для данного турбогенератора

Исходные данные

Данные турбогенератора Т12

Мощность 12МВт

Номинальное напряжение 6кВ

Коэффициент мощности 0,8

КПД 0,976

Сверхпереходное сопротивление турбогенератора 0,116

Данные трансформатора сведены в таблицу 1:

Таблица 1 – Каталожные данные трансформатора ТРДН 40000/110.

Тип	Номинальная мощность, МВА	Напряжение, кВ	Потери, кВт	, %	, %
ВН	НН
ТРДН						10,5	0,7

Длина воздушных линий WL: L1=40 км; L2=20 км; L3=25 км.

Мощность короткого замыкания:

Также известна структурная схема системы электроснабжения. Она представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема электроснабжения

2 Основные повреждения и ненормальные режимы работы синхронного генератора

В процессе эксплуатации синхронных генераторов возможны повреждения обмоток статора и ротора, а также ненормальные режимы работы.

К повреждениям обмотки статора относятся многофазные короткие замыкания, однофазные замыкания на землю, двойные замыкания на землю, одно из которых возникло в обмотке статора, а второе во внешней сети, и замыкания между витками одной фазы. Наиболее опасны многофазные замыкания. Они сопровождаются большими токами, при этом электрическая дуга может привести не только к разрушению изоляции обмотки, но и к выплавлению значительного количества стали магнитопровода статора, что усложняет и удорожает ремонт генератора. Для ограничения размеров повреждения на генераторе предусматривается быстродействующая защита от многофазных коротких замыканий. Принципы ее исполнения определяются номинальным напряжением и мощностью генератора.

К повреждениям обмотки ротора относятся замыкания на землю в одной и второй точках. Так как цепи возбуждения выполняются изолированными от земли, то замыкание на землю является замыканием на магнитопровод ротора и ограничивается системой возбуждения генератора. Поэтому при замыкании водной точке режим работы цепи возбуждения остается неизменным, а через место повреждения ток не проходит. Такое повреждение опасности для генератора не представляет. Опасно замыкание во второй точке. При этом часть обмотки ротора, находящаяся между точками, оказывается закороченной, в связи с этим ток в обмотке возрастает и перегревает ее, а магнитный поток обмотки ротора искажается, вызывая вибрацию ротора. Эти вибрации особенно опасны для явнополюсных машин – гидрогенераторов.

Основными ненормальными режимами работы синхронных генераторов являются: прохождение сверхтоков симметричных и несимметричных перегрузках; прохождение сверхтоков при внешних коротких замыканиях; повышение напряжения; асинхронный режим с потерей возбуждения; перегрузка обмотки ротора током возбуждения (для генераторов с непосредственным охлаждением проводников обмоток).

Симметричные перегрузки генераторов могут возникать при отключении или отделении параллельно работающих генераторов, при самозапуске электродвигателей, при толчках нагрузки, обусловленных технологическими процессами у потребителей, и по некоторым другим причинам.

Несимметричные перегрузки могут возникать при неполнофазном режиме работы сети генераторного напряжения и при значительной однофазной нагрузке.

Токи внешних коротких замыканий, как и токи перегрузки, вызывают перегрев генератора. Несимметричные короткие замыкания опасны влиянием значительных токов обратной последовательности.

Повышение напряжения генератора возникает при внезапном сбросе его нагрузки, так как у разгруженного генератора частота вращения ротора возрастает.

Асинхронный режим с потерей возбуждения для генераторов с непосредственным охлаждением проводников может быть недопустимым. В таких случаях рекомендуется иметь защиту от этого режима.

Перегрузка обмотки ротора током возбуждения может возникнуть, например, при длительной форсировке возбуждения. Перегрузка опасна для турбогенераторов с непосредственным охлаждением проводников обмоток, поэтому необходима разгрузка ротора или отключение генератора.

Выбор и расчет защит для данного турбогенератора

Применяем следующие виды защит:

1) Продольная дифференциальная защита, которая применяется для защиты от многофазных коротких замыканий.

2) Токовая защита нулевой последовательности, которая применяется для защиты от замыканий на землю.

3) Максимальная токовая защита, которая применяется для защиты от перегрузки.

4) Защита минимального напряжения.

Расчет токов короткого замыкания

При расчётах релейной защиты промышленных электроустановок, связанных с выбором уставок срабатывания и проверки чувствительности в качестве исходных данных используем результаты расчётов начального действующего значения периодической составляющей токов короткого замыкания.

При выборе уставок срабатывания токовых отсечек и дифференциальных токовых защит необходимо знать максимальное значение тока в месте установки защиты при трёхфазном коротком замыкании в конце защищаемого участка.

Для проверки чувствительности защиты требуется рассчитать наименьшее значение тока в реле защиты при коротком замыкании в конце её основной зоны действия и в зоне резервирования.

Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания представлена на рисунке 2.