Введение.

На генераторах устанавливаются защиты от внутренних повреждений и опасных ненормальных режимов, т. е. таких режимов, которые могут вызывать повреждение генератора.

При ненормальных режимах работы генератора, не требующих немедленного отключения, защита, как правило, должна действовать на сигнал, по которому дежурный обязан принять меры устранению ненормального режима без отключения генератора.

Автоматическое отключение генератора допускается только в тех случаях, когда возникший ненормальный режим нельзя устранить, а его дальнейшее продолжение ведет к повреждению генератора.

Для предотвращения развития повреждения, возникшего в генераторе, защиты от внутренних повреждений должны отделить генератор от сети, отключив главный выключатель, и прекратить ток в обмотке ротора отключением автомата гашения поля.

Большинство повреждений генератора вызывается нарушением изоляции обмоток статора и ротора. Эти нарушения обычно происходят вследствие старения изоляции, ее увлажнения, наличия в ней дефектов, а также в результате повышения напряжения, пере напряжений, механических повреждений, например из-за вибрации стержней обмоток и стали магнитопровода. Поэтому в принципе повреждения возможны в любой части обмоток.

Повреждения в статоре. В статоре возникают междуфазные (двухфазные и трехфазные) к. з., замыкание одной фазы на корпус (на землю), замыкание между витками обмотки одной фазы. Наиболее часто происходят междуфазные к.з. и замыкания на корпус.

Междуфазные к.з. сопровождаются прохождением в месте повреждения очень больших токов (десятки тысяч ампер) и образованием электрической дуги, вызывающей выгорание изоля­ции и токоведущих частей обмоток, а иногда и стали магнитопровода статора.

Замыкание обмотки статора на корпус является замыканием на землю, так как корпус статора связан с землей. При этом ток повреждения проходит в землю всегда через сталь магнитопровода статора, выжигая ее. Повреждение стали требует длительного и сложного ремонта.

Замыкание витков одной фазы. В замкнувшихся накоротко витках протекает большой ток, разрушающий изоляцию обмоток. Этот вид повреждения часто переходит в замыкание на землю или в замыкание между фазами.

Защиты от междуфазных к.з. и витковых замыканий должны быть быстродействующими и настолько чувствительными, чтобы они могли действовать при повреждениях вблизи нулевой точки генераторов и при малом числе замкнувшихся витков в одной фазе.

Повреждения в роторе. Обмотка ротора генератора находится под невысоким напряжением (300—500 В), поэтому ее изоляция имеет значительно больший запас прочности, чем изоляция статорной обмотки. Однако из-за тяжелых механических условий работы обмотки ротора, вызываемых большой частотой вращения (1500— 3000 об/мин), относительно часто наблюдаются случаи поврежде­ния изоляции и замыкания обмотки ротора на корпус (т. е. на землю) в одной или двух точках.

Замыкание на корпус в одной точке об­мотки ротора неопасно, так как ток в месте замыкания практически равен нулю и нормальная работа генератора не нарушается. Но при этом повышается вероятность возникновения опасного для генератора аварийного режима в случае появления второго замыкания на корпус в другой точке цепи возбуждения.

При двойных замыканиях часть витков обмотки ротора оказывается зашунтированной; сопротивле­ние цепи ротора при этом уменьшается и в ней появляется повы­шенный ток, этот ток перегревает обмотки ротора и питающего ее возбудителя, вызывает дальнейшие разрушения в месте поврежде­ние и может вызвать горение изоляции ротора.

Кроме того, из-за нарушения симметрии магнитного потока в воздушном зазоре между ротором и статором, обусловленного замыканием части витков обмотки ротора, возникает сильная меха­ническая вибрация, опасная для генератора. Особенно большая и опасная вибрация появляется при двойном замыкании на землю на гидрогенераторах и синхронных компенсаторах (СК), имеющих явнополюсные роторы. Поэтому на гидрогенераторах и крупных СК целесообразно устанавливать защиту, сигнализирующую пер­вое замыкание на землю в роторе. При срабатывании этой защиты

гидрогенератор останавливают для устранения повреждения. Для турбогенераторов двойное замыкание менее опасно, поэтому тур­богенераторы допускается оставлять в работе при первом замыка­нии в роторе. Специальной защиты от этого вида повреждения можно не ставить. Замыкание на землю в роторе обнаруживается при измерении его изоляции, проводимом периодически на работаю­щем генераторе.

Однако на мощных турбогенераторах 300 МВт и более установка такой защиты, осуществляющей непрерывный контроль за изоля­цией ротора, следует признать целесообразной.

На турбогенераторах при первом замыкании обмотки ротора на корпус устанавливается защита от двойного замыкания на землю. На генераторах малой мощности защиту разрешается выпол­нять с действием на сигнал. На мощных генераторах 200 МВт и выше защита выполняется с действием на отключение.

Ненормальными режимами генератора считаются: опасное увеличение тока в статоре или роторе

сверх номиналь­ного значения (сверхтоки), несимметричная нагрузка фаз статора, опасное повышение напряжения на статоре, асинхронный и двигательный режимы работы генератора.

Повышенные токи (сверхтоки) в генераторе возникают при внешних к.з. или перегрузках.

При внешних к.з. в генераторе, питающем место по­вреждения, появляется ток к.з. превышающий номинальный ток генератора. Нормально такие к.з. ликвидируются защитой поврежденного элемента и неопасные для генератора.

Однако в случае отказа защиты или выключателя этого элемента ток к.з. в генераторе будет проходить длительно, нагревая его обмотки. Повышенный нагрев может привести к повреждению последних. Предупредить подобное повреждение можно только путем отключения генератора.

Для этой цели на генераторе должны предусматриваться защиты, реагирующие на внешние к.з. и резервирующие отказ защиты или выключателей смежных элементов.

Перегрузка генератора обычно возникает в ре­зультате отключения или отделения части параллельно работаю­щих генераторов системы; кратковременных толчков нагрузки, вызванных технологией производственных процессов у потреби­телей; самозапуска двигателей; форсировки возбуждения генера­тора; нарушения синхронизма; потери возбуждения у генератора и тому подобных причин.

Перегрузка, т.е. увеличение тока нагрузки в обмотках генера­тора сверх номинального значения так же как и внешнее к. з., вызывает перегрев обмоток и может привести к порче изоляции, если ее температура превзойдет некоторое предельное значение опасное для изоляции.

Во многих случаях перегрузки, обусловленные форсировкой возбуждения, синхронными качаниями, кратковременными толч­ками нагрузки у потребителя и т. п., ликвидируются сами по себе до истечения предельного времени. При авариях в системе с дефицитом генераторной мощности предусматривается автомати­ческая разгрузка путем отключения части потребителей при снижении частоты, а также автоматический и ручной ввод резерва активных и реактив­ных мощностей. Такими путями предупреждается и ликвиди­руется длительная перегрузка генераторов при недостатке ге­нераторной мощности.