Генераторов типа КЗР-3

Устройство КЗР-3 обеспечивает защиту от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов с электромашинной, тиристорной, высокочастотной и ионной системами возбуждения. Использование защиты предусмотрено на гидрогенераторах, турбогенераторах с водяным охлаждением ротора и на всех турбогенераторах мощностью 300 мВт и выше. На гидрогенераторах защита действует на отключение, на турбогенераторах - на сигнал (для принятия оперативных решений).

Действие защиты основано на наложении переменного напряжения частотой 25 Гц на цепи возбуждения и измерении активной составляющей переменного тока, определяемой значением сопротивления изоляции цепей ротора относительно земли. Основные элементы и цепи защиты приведены на схеме рис. 12.1.

Рис 12.1. Устройство защиты типа КЗР-3 и схема его подключения к цепям возбуждения через

вспомогательное устройство АСН

Источником напряжения 25 Гц является магнитный делитель частоты U^F, преобразующий напряжение промышленной частоты 50 Гц и состоящий из двух магнитных сердечников TL1 и TL2. На сердечниках расположены обмотки питания делителя, выведенные на зажимы 1-5 комплекта, на которые подается напряжение 220 В частотой 50 Гц при установленной перемычке 11-13 или напряжение 100 В частотой 50 Гц при перемычке 7-9. Для надежности защиты рабочее и резервное питание выполняют со сборок 0,4 кВ, запитанных от различных секций.

На этих же сердечниках расположены обмотки подмагничивания в цепи которых установлены диод VD1 и резисторы R19 и R20, служащие для ограничения и регулирования тока подмагничивания, и обмотки, в цепи которых включен конденсатор С2, и которые образуют с ним колебательный контур частотой 25 Гц; две пары обмоток, соединенные согласно-последовательно, являются нагрузочными. С одной пары обмоток напряжение 25 Гц подается для наложения на цепи возбуждения генераторов, со второй - в измерительные цепи защиты.

У генераторов, имеющих однотипное электромашинное рабочее и резервное возбуждение, вспомогательное устройство АСН не используется, в этом случае к цепи ротора подключается вывод 4 комплекта КЗР-3, вывод 8 всегда надежно заземляется. В настоящее время электромашинное возбуждение используется в основном как резервное, высокочастотное или тиристорное - как рабочее возбуждение, когда применение АСН обязательно; для исключения дополнительного усложнения защиты при переходе с рабочего на резервное электромашинное возбуждение АСН оставляется в работе.

Переменный ток 25 Гц через вспомогательное устройство подают на обмотку ротора LG и на землю (на вал генератора через заземляющую щетку), для этого соединяют зажим 2 комплекта КЗР-3 и зажим 4 АСН, зажимы 8 заземляют. В заводской документации указывается подключение АСН к положительному полюсу цепей ротора (зажим обозначается "+Р"), для тиристорной системы возбуждения в связи с конструктивными особенностями ее водяной системы охлаждения подключение выполняют на отрицательный полюс как имеющий более низкую изоляцию.

Вспомогательное устройство ACН состоит из L-C-фильтров предотвращающих попадание в защиту напряжения частотой 50-150-300 Гц и выше из тиристорной и высокочастотной систем возбуждения. Фильтры настроены на резонансную частоту: L1-C1 - последовательный 25 Гц; L3-C23 - параллельный 25 Гц; L3-C4 - последовательный 25,5 Гц; L3-C3 - параллельный 50 Гц. Конденсаторы С1 и С4 отделяют цепи защиты от цепей возбуждения для исключения дополнительного подмагничивания сердечников Т1 и Т2 постоянным током, резистор R ограничивает протекающий ток при металлическом КЗ в одной точке. При электромашинном возбуждении аналогичные функции выполняют включенные в цепь зажима 4 комплекта КЗР-3 элементы С1, R1, L. Разрядник FV служит для защиты измерительной цепи комплекта при возникновении перенапряжений.

Наложенный ток имеет две составляющие - активную и емкостную, определяемые значением активного сопротивления изоляции и емкостью цепей возбуждения относительно земли. Уровень изоляции характеризуется значением активной составляющей тока, для ее выделения в устройстве КЗР-3 применяется симметричная кольцевая фазочувствительная схема с двумя входами, при которой на один вход от вторичной обмотки трансформатора тока ТА с делителем напряжения R2-R3 со средней точкой подается наложенный ток 25 Гц, на другой вход с аналогичным делителем 4R-5R подается напряжение 25 Гц с отдельных нагрузочных обмоток Цр.

Фазочувствительная схема состоит из диодов VD2-VD5, балластных резисторов R6-R10, регулировочный резистор R9 служит для балансирования схемы, чтобы при подаче на ее вход одной из сравниваемых величин ток в нагрузке равнялся нулю. Нагрузка с исполнительным реле К включена на выводы от средних точек делителей напряжения.

Напряжение на фазочувствительной схеме от UF - управляющее (открывает и закрывает диоды одного плеча). По величине оно значительно больше, чем управляемое напряжение от вторичной обмотки ТА, которое определяет протекание тока через один из открытых диодов. При работе схемы среднее значение напряжения выхода пропорционально только значению активного тока, определяемого сопротивлением изоляции [4]. В реальных условиях наличие в АСН конденсаторов С1, С4, емкость которых не может быть абсолютно точно компенсирована индуктивностью дросселей Ы и L3, и наличие в цепи активных сопротивлений обмоток дросселей и ограничительного резистора R приводит к изменению чувствительности комплекта защиты при изменении емкости цепей возбуждения генератора. Чувствительность защиты при изменении емкости цепей во многом определяется точностью настройки колебательных контуров.

Напряжение на выходе фазочувствительной схемы сравнивается со стабилизированным напряжением делителя, включенного на оперативный постоянный ток. Делитель состоит из резистора R22 и резисторов R11-R12; R13-R14; R15-R16; R17-R18, обеспечивающих четыре возможные уставки защиты: 10 кОм и 5 кОм при электромашинном возбуждении, 5 кОм и 2,5 кОм при высокочастотном и тиристорном возбуждении.

Исполнительным органом схемы сравнения является высокочувствительное магнитоэлектрическое реле (МЭР) типа М 237/054, позволяющее получить четкое срабатывание и высокий коэффициент возврата (см. разд. 8). Напряжение на контактах МЭР допускается не более 120 В, поэтому они включены в цепи напряжения, стабилизированного на уровне 66± 10 В, что достигается последовательным включением стабилитронов V1 -V2 и балластного резистора R24 (это же напряжение подается в схему сравнения).

При проверке защиты перед наладкой на отсутствие дефектов, которые могут возникнуть при транспортировке, особое внимание следует обратить на надежность крепления зажимов на задней панели и надежность пайки всех элементов вспомогательного устройства АСН, так как оно обычно устанавливается на горизонтальной плоскости в одной из сборок цепей возбуждения, где доступ к нему в процессе эксплуатации значительно затруднен (сложно снять крышку), во время работы генератора доступ к элементам вспомогательного ycтройства практически невозможен. При проверке защиты необходимо контролировать частоту питающей сети, так как уставка срабатывания существенно от нее зависит. При изменении частоты питающего напряжения на ± 2 % сопротивление срабатывания защиты может изменяться по отношению к сопротивлению срабатывания при номинальной частоте 50 Гц; в случае тиристорного возбуждения на уставках 5 кОм и 2,5 кОм до 35 % это может служить причиной значительного изменения уставок при контрольных и сдаточных проверках.

Проверка электрических характеристик комплекта и вспомогательного устройства. Проверка настройки магнитного делителя частоты производится при номинальном напряжении питания частоты 50 Гц по значению тока подмагничивания, измеряемого миллиамперметром в рассечке 26-28. Ток подмагничивания должен составлять 230+10 мА, регулировка его осуществляется с помощью резистора R20. Настройка фазочувствительной схемы производится при отключенном постоянном оперативном токе и отключенных от комплекта защиты цепях возбуждения (зажимы 2,4, 6, 8 свободны).

При поданном номинальном напряжении питания микроамперметром с внутренним сопротивлением не более 1000 Ом проверяется отсутствие постоянного тока в цепи перемычки SX3, перемычка SX4 должна занимать положение, соответствующее рабочей уставке. Если при соблюдении всех перечисленных условий в цепи SX3 протекает постоянный ток, то он уменьшается до нуля регулировкой переменного резистора R9, осуществляющего балансировку схемы кольцевого модулятора.

Проверка схемы оперативного тока. Оперативный ток на защиту подают с соблюдением полярности, измерением напряжения между зажимом 15 и накладкой SX4 контролируют напряжение стабилизации, которое должно быть 56-76 В. Если измеренное напряжение не укладывается в норму, проверяют распределение напряжения между стабилитронами, сопротивление резистора R24; неисправные элементы заменяют. Проверку МЭР производят в соответствии с рекомендациями, приведенными в разд. 8.

Реле постоянного тока КL1, KL2 и КТ проверяют в соответствии с указаниями завода-изготовителя, реле KL1, включенное на стабилизированное напряжение, должно срабатывать при напряжении не более 45 В.

Проверку настройки частотных фильтров, как правило, производят, если были выявлены существенные дефекты, связанные с ослаблением крепления пластин шлихтованных сердечников дросселей или заменялись отдельные конденсаторы. Настройка обязательно ведется через магнитный делитель частоты при подаче на него номинального напряжения и с контролем частоты по частотомеру. Потребление цепи питания 55 В·А, поэтому если для проверки используется генератор частоты, он должен обеспечивать необходимую мощность без существенных искажений.

Контур С1-L комплекта КЗР-3 настраивается при параллельно включенных на зажимы 4-8 резисторе сопротивлением 10 кОм и конденсаторе емкостью 1 мкФ по распределению напряжений на С1 и L (рис. 12.2). При частоте питания 50 Гц напряжение на конденсаторе С1 должно на 15% превышать напряжение на дросселе L, при этом измерения производят вольтметром с сопротивлением не менее 1000 Ом/В, настройку - изменением зазора в сердечнике дросселя.

Рис. 12.2. Схема настройки C1-L фильтра комплекта КЗР-3

Резонансный контур СЗ-L3, С4 вспомогательного устройства настраивается по схеме, показанной на рис. 12.3, а, на минимум показания напряжения вольтметра PV при частоте питания 51 Гц изменением зазора в сердечнике дросселя L3 (при измерениях миллиамперметр РА из схемы исключен). По этой же схеме, но при частоте питания 50 Гц по минимуму тока в цепи между зажимами 8 комплекта КЗР-3 и АСН настраивается контур C2-L2 изменением зазора в сердечнике дросселя L2 (при проверке вольтметр PV отключен).

При настройке и проверке данных контуров измерения напряжений и токов производятся в цепях переменного тока частотой 25 Гц, а это накладывает на измерительные приборы дополнительные требования по их частотному диапазону применения. Для измерения напряжения следует применять переносные комбинированные электронные приборы типа ВК26 (ранее выпускались ВК7-9; ВК7-15 и др.), обеспечивающие измерение напряжений с 20 Гц.

При проверке контура C2-L2 можно обойтись без миллиамперметра, работающего на пониженной частоте, если в цепь между зажимами 8 (КЗР-3 и АСН) включить балластный резистор Rб сопротивлением 3-5 Ом и измерять на нем напряжение (рис. 12.3, б). Вместo

измерительного прибора можно использовать электронно-лучевой осциллограф, который позволяет наглядно контролировать напряжение элементов схемы; при необходимости можно сравнить измеряемые величины с калиброванным сигналом.

Рис. 12.3. Схемы настройки частотных фильтров вспомогательного устройства АСН

а - с использованием вольтметра PV и миллиамперметра РА; б - с использованием одного вольтметра PV

В исключительных случаях, при отсутствии необходимого вольтметра или осциллографа все измерения можно производить и оценивать качественно на минимум тока и максимум-минимум напряжения распространенными комбинированными приборами типа Ц4315, Ц4352 и другими приборами, имеющими нижний диапазон частоты 45 Гц.

При проверке контура L1-C1 соединительный провод с зажима 6 устройства АСН переключают на зажим 4, вольтметром измеряют распределение напряжений на С1 и L1, при этом напряжение на дросселе должно быть на 2-5 % больше, чем на конденсаторе, а настройку производят изменением зазора сердечника дросселя.

Настройку рабочей уставки производят при полностью собранных силовых цепях возбуждения, установленных щетках на валу ротора турбогенератора (включенной схеме водяного охлаждения для тиристорной системы возбуждения) и при напряжении питания, поданном по проектной схеме. Перед проверкой проверяют мегомметром сопротивление изоляции цепей возбуждения.

В соответствии с требованиями директивных указаний сопротивление изоляции в собранной схеме при новом включении не должно быть ниже 0,5 мОм, для тиристорной системы возбуждения с водяным охлаждением при допустимом удельном сопротивлении дистиллята сопротивление изоляции может быть ниже и достигать 200-300 кОм. Сопротивление изоляции во время эксплуатации почти на два порядка выше, чем требуемая уставка срабатывания КЗР-3, которая принимается:

у турбогенераторов с газовым охлаждением обмотки ротора и элементов возбуждения -примерно 8 кОм;

у турбогенераторов с водяным охлаждением обмотки ротора или выпрямителей рабочей системы возбуждения, а также с водяным охлаждением и обмотки, и выпрямителей - до 2; 5 кОм;

у турбогенераторов ТГВ-500 с водяным охлаждением обмотки ротора - до 7,5 кОм.

Можно рекомендовать следующий метод настройки, позволяющий не учитывать шунтирующий эффект сопротивления изоляции системы возбуждения. Магазин сопротивления

РЗЗ подключают между контуром заземления и поочередно обоими полюсами цепей возбуждения, настройку R_ср производят при реальной емкости шин одним из регулированных

резисторов R11, R13, R15, R17 при заданном сопротивлении R_ср, установленном на Р33. Если имеется отличие в R_ср при подключении магазина к различным полюсам, настройку уставки

производят для случая меньшего сопротивления. После настройки рабочей уставки стопорной гайкой фиксируется положение регулировочного резистора.

Таблица 12.1. Обозначения элементов устройства защиты