ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗАЩИТ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ 6
1.1 Назначение защит от замыканий в цепях возбуждения 6
1.2 Контроль изоляции с помощью вольтметра 7
1.3 Релейная защита с наложением напряжения промышленной частоты 7
1.4 Комплект защиты ротора КЗР-3 9
1.5 Комплект защиты ротора КЗР-2 11
1.6 Блок защиты цепей возбуждения генераторов БЭ1104 14
1.7 BE1-64F реле защиты от замыкания на землю 18
1.8 Защита ЗЗР-1М 20
1.9 Аппарат защиты от токов утечки Аргус-1200 28
1.10 BENDER IRDH375-435 35
1.11 Сравнение защит 36
1.12 Обзор существующих патентов на защиты от замыканий 38
1.12.1 Способ защиты от замыкания на землю в одной точке цепи
возбуждения синхронной машины 38
1.12.2 Устройство для защиты синхронного генератора от несимметричных
витковых замыканий обмотки возбуждения 41
1.12.3 Способ защиты синхронного генератора от внутренних коротких
замыканий в обмотке якоря и устройство для его осуществления 45
1.12.4 Способ защиты синхронных генераторов от замыкания на землю в
одной точке цепи возбуждения 48
1.12.5 Анализ патентов 51
2 РАЗРАБОТКА ЗАЩИТЫ ОТ ДВУКРАТНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ 53
2.1 Схема замещения 53
2.2 Анализ схемы замещения при замыкании в одной точке 56
2.3 Анализ схемы замещения при замыкании в двух точках 59
2.4 Расчёт токов и напряжений 62
2.5 Разработка защиты от двукратных замыканий на землю 66
2.6 Принцип действия разработанной защиты 67
2.7 Алгоритм работы разработанной защиты 68
3 АНАЛИЗ РАБОТЫ РАЗРАБОТАННОЙ ЗАЩИТЫ 70
3.1 Расчёт «мертвой зоны» защиты 70
Отстройки от помех и переходных процессов 72
3.2.1 Отстройка от помех 72
3.2.2 Отстройка от переходных процессов 73
3.3 Рекомендации к реализации и применению разработанной защиты 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
В настоящее время для выработки электрической энергии переменного тока в основном используют синхронные генераторы (СГ). Переход от плановой экономики к рыночной, начавшийся в 1985г, сопровождался общим спадом промышленного производства, в том числе и в энергетике. Поэтому новые СГ в строй не вводились. В результате порядка 80 % СГ находятся в эксплуатации более 20 лет. В соответствии со статистическими данными у этих генераторов наступает период резкого возрастания числа повреждений в обмотке ротора, которые сопровождаются замыканием на землю в одной и двух точках, а так же витковыми замыканиями.
В течение многих лет наличие виткового замыкания в обмотке ротора у генераторов малой мощности считалось допустимым, если вибрация не превышала критических значений. Известны случаи работы турбогенераторов мощностью до 100 МВт в течение многих лет с несколькими замкнутыми витками в обмотке ротора. И некоторые из них были обнаружены случайно в результате детального обследования. Однако практика эксплуатации турбогенераторов класса 160-200 МВт показывает, что работа их даже при замыкании одного витка неприемлема. Еще жестче подход к защите роторов гидрогенераторов. Их отключают при замыкании на землю в одной точке без выдержки времени, это позволяет избежать замыкания во второй точке, то есть замыкания части витков обмотки ротора.
На сегодня в энергетике практически все СГ оборудованы защитами от замыканий на землю в одной точке, например, защитами типа КЗР-З. В турбогенераторах до 160 МВт для защиты от замыканий на землю во второй точке используют переносной комплекс защиты КЗР-2, а защиты от виткового замыкания не устанавливаются. Это вызвано отсутствием теории, позволяющей разрабатывать простые и чувствительные устройства защиты. Кроме этого комплект КЗР-2 снят с производства.
Таким образом, работа по развитию теории построения простых и чувствительных устройств релейной защиты ротора СГ от замыканий на землю и витковых замыканий актуальна.
В ходе написания выпускной квалификационной работы были рассмотрены различные защиты от замыканий на землю и патенты. Выявлены недостатки защит. Разработана защита от двойных замыканий на землю в обмотке возбуждения.
Разработанная защита от двукратных замыканий позволяет защитить обмотку генератора от повреждений при возникновении второго замыкания. В отличие от предшествующей защиты КЗР-2, данная защита характеризуется большей чувствительностью и меньшими: «мёртвой зоной», весом и габаритами. Также она может быть встроена в блок защит системы возбуждения.
При разработке защиты не удалось полностью ликвидировать недостаток присущий КЗР-2, - наличие «мёртвой зоны» нечувствительности. Но при этом в виду отсутствия в производстве в РФ каких-либо защит от замыканий обмотки возбуждения в двух точках, данная защита перспективна в производстве и применению на электростанциях.
