Цели и способы защиты генераторов от обратной мощности и обратного тока.
Эксплуатация электрооборудования палубных механизмов.
- Техническая эксплуатация палубных механизмов должна осуществляться в соответствии с требованиями заводских инструкций, правил технической эксплуатации и требований Классификационных обществ.
- Техническая эксплуатация подразделяется на техническое использование и техническое обслуживание. Техническое использование осуществляют члены экипажа, которые работают на этом оборудовании, а техническое обслуживание—члены машинной команды (электромеханик, электрики или механик, кому поручено это делать). Техническое обслуживание обычно подразделяется на техническое обслуживание 1,2,3 (ТО-1, ТО-2, ТО-3). Объем и периодичность технического обслуживания устанавливается заводской инструкцией или правилами технической эксплуатации.
- При техническом обслуживании электродвигателей проверяется сопротивление изоляции, состояние подшипников, электротормозов. В тормозах проверяется и, при необходимости, регулируется величина воздушного зазора между фрикционными дисками.
- В аппаратуре управления (контроллеры, командоконтроллеры, магнитные станции) контролируется состояние контактных поверхностей силовых и блокировочных контактов, а также величина их зазоров в разомкнутом состоянии.
- В грузовых и шлюпочных лебедках необходимо регулярно проверять состояние конечных выключателей и при необходимости производить регулировку зазора в них.
- Во всем электрооборудовании необходимо постоянно контролировать заземления.
Судовые электрические станции и сети — Реле обратной мощности и тока
При параллельной работе генераторных агрегатов возможен переход одного из них в. двигательный режим вследствие изменения направления потока мощности в цепи генератора из-за нарушения нормальной работы первичного двигателя (изменения или прекращения подачи топлива).
На судах в электрических установках при параллельной работе генераторов применяют РОМ, предназначенные для защиты генератора от перехода в двигательный режим путем отключения автоматического выключателя генератора.
На судовых ЭС переменного тока часто применяют РОМ, которые относятся к индукционным направленным реле косвенного действия с зависимой характеристикой.
Реле (рис. 82, а, б) состоит из двух основных частей — магнитопровода (верхней 8 и нижней 5 магнитных систем) и подвижной системы. Таковая обмотка 11 магнитной системы, рассчитанная на ток 5 А, включена последовательно через трансформатор в одну фазу статора генератора, обмотка 12 напряжения, рассчитанная на напряжения 127 и 230 В, подключена параллельно .к статору синхронного генератора.
Подвижная система состоит из алюминиевого диска 6, насаженного на ось 4 (диск может поворачиваться на некоторый угол). Диск расположен между полюсами магнитных систем, вращается в зазорах двух постоянных магнитов 7, обеспечивающих зависимую от мощности выдержку времени.
На подвижной оси одним концом прикреплена спиральная пружина 2, другой конец которой закреплен неподвижно. Через зубчатую пару ось соединена с подвижным контактом 3. Неподвижный контакт 1 укреплен на пластмассовой колодке 9.
Спиральная пружина, воздействуя на подвижную систему,, удерживает ее в крайнем положении при отсутствии тока в обмотках электромагнита. Ток при работе генератора стремится повернуть диск в сторону действия пружины. При переходе синхронного генератора в двигательный режим меняется фаза тока в последовательной обмотке электромагнита, который стремится повернуть диск в противоположную сторону. При определенной уставке обратной мощности диск преодолевает противодействие пружины, поворачивается и с выдержкой времени замыкает контакты 10.
Изменением числа витков последовательной обмотки магнитной системы, включенной в цепь вторичной обмотки трансформатора, регулируется уставка величины обратной мощности (6,9 и 12% Рном). Выдержку времени реле регулируют в пределах 12 с изменением положения упора подвижного контакта.
Реле выпускают в брызгозащищенном исполнении в стальном кожухе (для защиты от механических повреждений и проникновения воды) с передним и задним присоединением внешних проводов.
Обслуживают реле в строгом соответствии с инструкцией завода-изготовителя. В настоящее время для проектируемых ЭЭС защита синхронных генераторов от перехода в двигательный режим осуществляется с помощью бесконтактного реле обратного активного тока РОТ-51, которое имеет ступенчатое регулирование срабатывания по току 5, 10, 15% /ном.
§ 42. РЕЛЕ ОБРАТНОГО ТОКА
При параллельной работе генераторов и зарядке аккумуляторных батарей от генераторов постоянного тока для защиты аккумуляторов и электрических машин от обратного тока применяют реле. В процессе перехода одного генератора в двигательный режим реле, воздействуя на автомат генератора, автоматически отключает его от сети.
На судах применяют РОТ типа ДТ (рис. 83), содержащий магнитные системы тока и напряжения и контакты.
Последовательная обмотка 8 сердечника 7 электромагнита включена в цепь якоря 4, укрепленного на оси 3 между полюсами Г) электромагнита. Обмотка напряжения на якоре 6 включается через добавочный резистор в цепь. Пружиной 1 якорь поворачивается против часовой стрелки до упора, размыкающий контакт 2 при этом замкнут.
При обтекании током последовательной и параллельной обмоток возникает электромагнитный вращающий момент, стремящийся повернуть якорь и зависящий от направления тока в обмотках тока и напряжения. Момент вращения совпадает с моментом противодействующей пружины, когда направления тока в обмотке напряжения и прямого тока последовательной обмотки совпадают. При этом момент направлен в сторону размыкания контактов (у реле с замыкающими контактами) и в сторону замыкания (у реле с размыкающими контактами). Изменение направления тока в последовательной обмотке электромагнита вызывает изменение момента вращения. При обратном токе, равном уставке, реле, преодолевая усилие пружины 1, срабатывает: реле с замыкающими контактами замыкается, а реле с размыкающими контактами — размыкается. Якорь с подвижным контактом возвращается в исходное положение автоматически при исчезновении обратного тока.
Рис. 83. Реле обратного тока
номинальные токи последовательных обмоток реле ДТ-11 и ДТ-15 соответствуют 6, 25, 50, 150 и 200 А, а для ДТ-12 и ДТ-16 — 400, 600 и 800 А. Обмотки допускают продолжительную нагрузку током 1,2/ном.
Рабочие токи, меньшие или большие номинального, а также при отклонении подводимого к обмотке напряжения, соответственно уменьшают или увеличивают чувствительность реле.
Параллельная обмотка рассчитана на напряжение 50 В, но РОТ изготовляют на напряжения 110 и 220 В, поэтому для поглощения избыточного напряжения последовательно с обмоткой напряжения включают дополнительный резистор, сопротивление которого для напряжения 110 В составляет 800 Ом, а для напряжения 220 В—2200 Ом.
Обслуживать РОТ следует в строгом соответствии с инструкцией завода-изготовителя.
О классе точности ТТ и ТН для защиты обратной мощности генераторов
В мировой практике широкое применение нашли защиты (реле) обратной мощности (РОМ), предназначенные для контроля отключения турбогенератора от сети при посадке стопорных клапанов турбины с целью предотвращения возникновения режима разгона турбоагрегата при их неплотной посадке и сокращения времени нахождения генератора в двигательном режиме.
Имеется значительное число отечественных разработок РОМ, которые по тем или иным причинам не вышли за рамки опытных образцов и не выпускаются серийно. Тем не менее, в эксплуатацию “проникают” как отечественные, так и зарубежные образцы РОМ. Так, в состав микропроцессорного терминала REM 543 фирмы ABB, микропроцессорных шкафов защит генераторов и блоков генератор-трансформатор ШЭ 1111-1113, выпускаемых НПП “Экра”, г. Чебоксары, входит защита обратной мощности. Закупаются образцы РОМ MWTU 14 фирмы Alstom.
Поэтому актуальными становятся вопросы подключения РОМ к трансформаторам тока (ТТ) и напряжения (ТН) генератора с точки зрения обоснования необходимого класса точности ТТ и ТН.
Современные защиты обратной мощности предназначены для выполнения следующих основных функций.
- По терминологии ОРГРЭС “чувствительная защита обратной мощности” вводится в работу от действия технологических защит после посадки стопорных клапанов турбины, вспомогательные контакты которых воздействуют на отключение и гашение поля генератора. С целью контроля знака активной мощности в цепь отключения и гашения поля генератора включается контакт реле обратной мощности, замыкающийся при изменении направления активной мощности генератора, когда она начинает поступать из сети в генератор (обратная мощность) при плотном закрытии стопорных клапанов для покрытия механических потерь блока турбина — генератор в режиме синхронного электродвигателя. Тем самым ограничивается продолжительность работы генератора в двигательном режиме, которая по условиям работы турбины не должна превышать 4 мин.
При неплотном закрытии стопорных клапанов турбины и активной мощности генератора, направленной в сеть, РОМ не должно срабатывать, чем предотвращаются возможный разгон генератора и повреждение турбины. С контролем прекращения подачи пара в турбину производятся и все отключения генератора при оперативных плановых остановах блока [1].
Значение обратной мощности определяется потерями турбоагрегата в двигательном режиме и по данным многочисленных экспериментов [2, 3] для выбора чувствительности РОМ может быть принята равной 2-3% номинальной активной мощности Рн. Это, в свою очередь, диктует требование к максимальному порогу срабатывания РОМ — 1-2% Рн. - По терминологии ОРГРЭС “грубая ступень защиты обратной мощности” предназначена для действия в случае несанкционированной подачи напряжения на стоящий или находящийся в режиме выбега турбогенератор. Она действует с выдержкой времени на отключение ближайшего к генератору выключателя и при необходимости на схему УРОВ. Этим предотвращается возможное повреждение турбогенератора, которое может сопровождаться выбросом водорода и пожаром в машинном зале (Самовичев В. Г., Титовец В. В., доклад на XIV научно-технической конференции “Релейная защита и автоматика энергосистем 2000”, Москва). По данным ОРГРЭС уставки срабатывания этой ступени защиты обратной мощности могут составлять 2,5 — 10% Рн.
Для РОМ, предназначенных для защиты турбоагрегата при переходе генератора в двигательный режим и обладающих высокой чувствительностью к обратной мощности, актуальным является рассмотрение требований к метрологическим характеристикам трансформаторов тока и напряжения генераторов, к которым подключаются входные цепи переменного тока и напряжения РОМ.
Реле обратной мощности работают в широком диапазоне изменения реактивной мощности индуктивного и емкостного квадрантов, что при высокой чувствительности РОМ означает малые углы отклонения от 90-градусного сдвига между током и напряжением генератора, соизмеримые с угловыми погрешностями трансформаторов тока и напряжения генератора. Так, отклонение от 90градусного сдвига при срабатывании фср и диапазон изменения реактивной мощности Q составляют: для РОМ MWTU 14 [4] фср = ± 30′ и Q = ± 100% номинальной активной мощности генератора Рн (при пороге чувствительности к обратной активной мощности Рср=1,0%Рн); для РОМ НПП “Экра“ [5] фср = ± 60′ и Q =114% Рн (при Рср = 2,0%РН), для РОМ Е734 [6] фср = 56′ и Q = 80%РН индуктивного квадранта (при Рср = 1,3%РН), в емкостном квадранте Q < 20%РН.
При высокой чувствительности РОМ и значительных реактивных мощностях генератора наличие угловых погрешностей ТТ и ТН может приводить либо к ложному срабатыванию РОМ при отсутствии обратной мощности генератора, если угловые погрешности ТТ и ТН приводят к появлению обратной мощности на входе РОМ, достаточной для его срабатывания, либо к отказу РОМ, когда при наличии обратной мощности генератора угловые погрешности ТТ и ТН вызывают уменьшение мощности на входе РОМ до уровня, недостаточного для срабатывания РОМ.
Рассмотрим механизм образования активной мощности того или другого знака на входе РОМ за счет угловых погрешностей ТТ и ТН генератора.
Пусть первичная активная мощность генератора равна нулю. При отсутствии угловых погрешностей ТТ и ТН угол между напряжением и током, подводимыми к РОМ, будет равен 90° при Q > 0 и активная мощность на входе РОМ будет равна нулю.
Для Q, заданной в процентах Рн, суммарная угловая погрешность ТТ и ТН приведет к образованию на входе РОМ активной мощности Р2г
знак которой определяется знаком угловых погрешностей.
В табл. 1 приведены метрологические характеристики ТН и вторичных обмоток ТТ, предназначенных для измерения, на основе данных [7, 8].
По приведенной формуле на основании метрологических характеристик ТТ и ТН (данные табл. 1) для различных значений Q и классов точности ТТ и ТН 0,2, 0,5 и 1,0 рассчитаны значения Р2г (табл. 2).
Коэффициент мощности генератора принят равным 0,85, в этом случае номинальной активной мощности соответствует ток I1, равный 85% I1н.
Первичный ток, % I1н
Класс
точности
ТН
Предел допустимой угловой погрешности, мин
При расчете для каждого значения Q (I1) определяется сумма пределов допустимых угловых погрешностей. При этом угловые погрешности ТТ для токов I1, отличных от указанных в табл. 1, находятся методом интерполяции, основываясь на указании [7]: “Погрешности не должны выходить за пределы ломаных линий, состоящих из отрезков, проведенных через точки допустимых погрешностей”.
Для анализа влияния угловых погрешностей ТТ и ТН генератора на правильность работы РОМ используем графические зависимости Р2г = f(Q) для различных сочетаний классов точности ТТ и ТН, полученные на основании данных табл. 2, и графические зависимости Рср = f (Q) для упомянутых типов РОМ в номинальных условиях (по данным техдокументации на эти РОМ).
Для случая образования за счет угловых погрешностей ТТ и ТН на входе РОМ обратной мощности Р2г в индуктивном квадранте эти зависимости изображены на рис. 1. При другом знаке угловых погрешностей эти зависимости соответствуют емкостному квадранту.
Критерием правильной работы РОМ, т.е. отстройки от ложного срабатывания, является выполнение условия Рср > Р2г во всем рабочем диапазоне изменения Q (0 — 100%PH для РОМ MWTU 14 и НПП “Экра”[4, 5] и 0 — 80%PH для РОМ Е734 [6]).
Из приведенных зависимостей видно, что это условие не выполняется для всех РОМ при классе точности ТТ 1,0 и любом классе точности ТН. Для ТТ и ТН класса точности 0,5 это условие не выполняется для РОМ MWTU 14 [4] при Q > 20%PH, для РОМ НПП “Экра” и Е734 [5, 6] Р2г и Рср близки друг другу при Q > 60%PH. Для ТТ и ТН класса точности 0,2 это условие выполняется для всех РОМ во всем рабочем диапазоне изменения Q. Поскольку РОМ MWTU 14 [4] реагирует на активную составляющую тока, а не на активную мощность, характеристика срабатывания при понижении напряжения генератора до допустимого уровня 0,8 U1H смещается на 20% в сторону повышения чувствительности. Как видно из рис. 1, и при этом условие Рср > Р2г выполняется.
Для случая образования за счет угловых погрешностей ТТ и ТН на входе РОМ активной мощности Р2г, направленной в сеть в индуктивном квадранте, зависимости Р2г = f(Q) и Рср = f(Q) изображены на рис. 2. При другом знаке угловых погрешностей эти зависимости соответствуют емкостному квадранту.
Критерием правильной работы РОМ, т.е. срабатывания при наличии на генераторе Робр = = 2 -г 3% Рн, является выполнение условия Робр — Р2г > Рср во всем рабочем диапазоне изменения Q.
Таблица 2
Из приведенных зависимостей видно, что при обратной мощности генератора Ро6р = 2%PH правильная работа всех типов РОМ, в том числе РОМ MWTU 14 [4], и при напряжении генератора, равном 1,2 U1H, во всем рабочем диапазоне изменения Q обеспечивается только для ТТ и ТН генератора класса точности 0,2. При Робр = 3%PH правильная работа всех типов РОМ обеспечивается для ТТ и ТН класса точности 0,5 и выше.
Рис. 1. График зависимости Р2г = f(Q) (сплошные линии) и Рср = f (Q) (пунктирные линии) при образовании на входе РОМ за счет угловых погрешностей ТТ и ТН обратной мощности:
1 — ТТ и ТН класса точности 0,2; 2 — ТТ и ТН класса точности 0,5; 3 — ТТ класса точности 1,0, ТН класса точности 0,2; 4 — ТТ и ТН класса точности 1,0; 5 -РОМ MWTU 14 (U1 = 0,8U1н); 6 — РОМ MWTU 14 (U = U1h); 7 — РОМ ΗПП “Экра”; 8 — РОМ Е734
Рис. 2. График зависимости Р2г = f (Q) (сплошные линии) и Рер = f (Q) (пунктирные линии) при образовании на входе РОМ за счет угловых погрешностей ТТ и ТН активной мощности, направленной в сеть:
1 — ТТ и ТН класса точности 0,2; 2 — ТТ и ТН класса точности 0,5. 3 — ТТ класса точности 1,0, ТН класса точности 0,2; 4 — ТТ и ТН класса точности 1,0; 5 — РОМ MWTU 14 (U1 = 1,2 U1н); 6 — РОМ MWTU 14 (U1 = U1н); 7 — РОМ НПП “Экра”; 8 — РОМ Е734
При этом значение максимальной реактивной мощности для РОМ НПП “Экра” [5] должно быть ограничено величиной 80% Рн (как и в документации на РОМ Е734).
Трансформаторы ТТ и ТН класса точности 0,2 установлены, например, на турбогенераторах Псковской ГРЭС и Северо-Западной ТЭЦ (ТШ 20-0,2/10Р и 3НОЛ-0,2, изготовитель Свердловский завод трансформаторов тока — ОАО СЗТТ).
При отсутствии ТТ и ТН класса точности 0,2 (0,5) исключить влияние угловых погрешностей ТТ и ТН генератора на работу РОМ можно путем принудительного регулирования Q в сторону уменьшения после закрытия стопорных клапанов турбины, воздействуя на систему возбуждения генератора через контакты реле реактивной мощности (РРМ) индуктивного или емкостного квадранта, входящих в этом случае в состав РОМ. Такие реле были разработаны и успешно проходили натурные испытания: РОМ-М (ОРГРЭС), Е730 (ВНИИЭП, г. Санкт-Петербург, по заданию ОРГРЭС).
Главным недостатком этих РОМ, помимо усложнения за счет наличия РРМ, является наличие связи с системой возбуждения генератора, что снижает надежность его работы.
Выводы
1. Правильная работа реле обратной мощности (РОМ) высокой чувствительности, предназначенных для защиты генератора при переходе в двигательный режим, может быть обеспечена только при подключении РОМ к ТТ и ТН генератора класса точности 0,2.
2. Приведенные в документации на РОМ требования к ТТ и ТН генератора, к которым подключается РОМ, а именно, ТТ класса точности 1,0 для реле MWTU 14 [4], ТТ и ТН для защиты НПП “Экра” [5] и даже ТТ и ТН класса точности 0,5 для реле Е734 [6], не исключают возможности неправильной работы РОМ в широком диапазоне изменения реактивной мощности в индуктивном и емкостном квадрантах.
Список литературы
- Вавин В. Н. Релейная защита блоков турбогенератор — трансформатор. М.: Энергоиздат, 1982.
- Машенков В. М.Исследование и разработка устройств для определения направления активной мощности. Дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук. Л.: ВНИИЭлектромаш, 1971.
- Батанов В. А. Измерительный прибор малой активной мощности синхронных генераторов. — Электрические станции, 2001,№ 1.
- Реле обратной мощности MWTU 14. Публикация R6122F. Представительство компании GEC ALSTOM. М., 1997.
- Защита обратной мощности. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЭКРА. 6561116.013-01 ТО1. Чебоксары, НПП “Экра”, 2001.
- Реле обратной мощности Е734. Картотека новых приборов. — Приборы и системы управления, 1969, № 5.
- ГОСТ 7746-89. Трансформаторы тока. Общие технические условия.
- ГОСТ 1983-89. Трансформаторы напряжения. Общие технические условия.
Что такое защита от обратной мощности генераторной установки
Как владелец и пользователь генераторной установки, пользователь должен понимать все аспекты генераторной установки, чтобы освоить работу и методы использования генераторной установки.Сегодня компания Dingbo Power поделилась защитой обратной мощности генераторной установки.
Защита генераторной установки от обратной мощности также называется защитой направления мощности.Вообще говоря, направление мощности генератора должно быть от генератора к шине.Однако, когда генератор теряет возбуждение или по какой-либо другой причине, генератор может перейти в двигательный режим, то есть поглощать активную мощность из системы, которая является обратной мощностью.Когда обратная мощность достигает определенного значения, срабатывает защита генератора, либо срабатывает сигнализация или отключение.
Параллельная работа двух дизель-генераторных установок должна соответствовать условиям одинаковой фазы напряжения генератора, одинаковой частоты электрический генератор и такая же последовательность фаз генераторной установки.В реальных условиях, когда две дизель-генераторные установки подключены параллельно без нагрузки, возникает проблема разницы частот и напряжения.Иногда с помощью контрольного прибора можно обнаружить фактическую обратную мощность, которая представляет собой обратную мощность, вызванную неравным напряжением.Другая — обратная работа, вызванная непостоянной скоростью (частотой).Перед лицом этого явления следует внести соответствующие коррективы.
1. Регулировка обратной мощности, вызванная разностью напряжений.
Когда показания измерителя мощности обеих генераторных установок равны нулю, а амперметр все еще показывает ток, ручку регулировки напряжения одной дизель-генераторной установки можно отрегулировать в соответствии с показаниями амперметра и коэффициента мощности.
2.Регулировка обратной мощности, вызванная частотой.
Если частоты двух блоков разные и разница велика, ток блока с высокой скоростью показывает положительное значение, а измеритель мощности показывает положительную мощность.Напротив, ток указывает на отрицательное значение, а мощность указывает на отрицательное значение.
В это время отрегулируйте скорость одной из дизель-генераторных установок и установите показания счетчика мощности на ноль.Однако, когда амперметр все еще имеет показания, это явление обратной мощности, вызванное разностью напряжений.
В большинстве случаев параллельное соединение дизель-генераторных установок не дает обратной мощности.Только несколько генераторов имеют низкое выходное напряжение из-за неправильного регулирования при подключении к сети.Нам необходимо как можно скорее проанализировать причины и принять соответствующие корректирующие меры.
Какова функция защиты от обратной мощности генератора?
Когда более двух дизель-генераторных установок работают параллельно, если дизельный двигатель одной дизель-генераторной установки не работает нормально или параллельный модуль между дизельным двигателем и генератором поврежден, генератор агрегата не может выдавать активную мощность, но поглощает мощность от системы электроснабжения, а синхронный генератор становится синхронным двигателем, то есть синхронный генератор работает на обратной мощности
Если синхронный генератор работает в режиме обратной мощности, это неблагоприятно для системы электроснабжения, что приводит к отключению по перегрузке других блоков, участвующих в работе. параллельная работа и перерыв в подаче электроэнергии.Поэтому должны быть приняты меры по защите от обратной мощности.
Мы можем использовать транзисторное устройство защиты от обратной мощности.
Поскольку защита от обратной мощности является защитой направления активной мощности, ее сигнал обнаружения должен принимать сигналы напряжения и тока и их соотношение фаз и преобразовывать их в сигнал управления напряжением постоянного тока, отражающий направление и размер активной мощности.
Сигнал защиты от обратной мощности устройства берется из напряжения и тока фазы S генератора для обнаружения однофазной обратной мощности.В его схеме формирования напряжения первичные стороны преобразователей напряжения M1 и M2 соединены в симметричные звезды, а напряжение Uso´ снимается как сигнал напряжения.И сделать Uso´ синфазным с фазным напряжением USO, выдаваемым генератором.Его токовый сигнал получается S-фазным трансформатором тока и выпрямляется двумя однофазными мостовыми выпрямителями VD1 и VD2.В напряжении U1 резистора R3, напряжении U2 резистора R4 и линии определения мощности для определения должен использоваться принцип сравнения абсолютного значения.Когда R1 = R2, напряжение управляющего сигнала постоянного тока UNM, выдаваемое звеном определения мощности, прямо пропорционально активной мощности P и отражает направление P. При обратной мощности напряжение UNM управляющего постоянного тока отрицательно, то есть N -точечный потенциал выше, чем m-точечный потенциал.Когда обратная мощность достигает 8% от номинальной мощности генератора, триод VT1 включен, а VT2 выключен.Рабочий блок питания заряжает конденсатор С через резисторы R15 и R16, с задержкой зарядки около 5с.Когда зарядное напряжение конденсатора C достигает напряжения пробоя лампы стабилизации напряжения W1, лампа W1 включается, диод VD3 и триод VT3 включаются, выходное реле D1 включается и срабатывает, а выключатель питания автоматически отключается, поэтому как для достижения цели защиты.
Если вас интересует дизель-генераторная установка, свяжитесь с компанией Dingbo Power по электронной почте dingbo@dieselgeneratortech.com.