Почему происходит потеря магнетизма в генераторе?

Традиционные критерии защиты от потери возбуждения в основном включают четыре основных: Критерий низкого напряжения на роторе генератора. Включает критерий постоянного напряжения возбуждения и критерий переменного напряжения возбуждения. Критерий сопротивления статора на шине генератора. Включает характеристики круга сопротивления асинхронной границы и характеристики круга сопротивления статической устойчивости. Критерий одновременного низкого напряжения в двух фазах. Включает критерий низкого напряжения на шине генератора и критерий низкого напряжения на высоковольтной стороне главного трансформатора. Критерий обратной реактивной мощности. То есть неисправность, связанную с потерей возбуждения, определяют по обратной реактивной мощности и перегрузке статора по току. Основное различие между различными схемами защиты от потери возбуждения заключается в разных условиях срабатывания защиты, задержках или различных комбинациях между критериями.

Ротор генератора потерял ток возбуждения. После потери магнитного поля генератора происходит расстройство синхронизации, что приводит к появлению токов разностной частоты в демпфирующей обмотке ротора, на его поверхности и в обмотках ротора, вызывая дополнительный нагрев и возможное локальное повышение температуры ротора, что чревато серьёзным перегревом и угрожает безопасности ротора. Кроме того, асинхронное движение синхронного генератора приводит к появлению пульсирующих токов в обмотках статора, создающих переменный механический момент, который вызывает вибрации оборудования и ухудшает безопасность генератора. Одновременно увеличивается ток статора, что может привести к повышению температуры в обмотках статора.

 

 

   1

Принцип работы

 

 

При нормальной работе генератора, если возбуждение внезапно исчезает полностью или частично, это называется потерей магнитного возбуждения генератора.

Синхронный генератор в процессе работы теряет возбуждение, что приводит к нарушению нормального режима работы. После потери возбуждения синхронный генератор перейдет в Асинхронный генератор Работа перешла от выдачи реактивной мощности (индуктивной) к её поглощению. На крупных генераторных установках широко применяется статическое возбуждение, что, хотя и позволило сократить количество вращающихся двигателей постоянного тока, из-за сложности системы возбуждения и проблем с качеством компонентов более половины всех отказов крупных и средних генераторных установок вызвано недостаточным возбуждением или потерей магнитного поля.

Для энергосистем с небольшим запасом реактивной мощности авария, связанная с потерей возбуждения крупных генераторов, сначала проявится как дефицит реактивной мощности в системе и снижение напряжения; в серьезных случаях это может привести к коллапсу напряжения в системе, что вызовет распространение аварии с потерей возбуждения одного генератора на масштаб всей системы. В таких условиях необходимо как можно скорее отключить вышедшую из строя генераторную установку от системы, чтобы сохранить её нормальную работу.

Когда резерв реактивной мощности системы достаточен, при аварии с потерей возбуждения турбогенератора допускается на короткое время (например, 10–30 минут) уменьшить выработку активной мощности и перейти к асинхронной генерации. В этот период необходимо быстро устранить неисправность и восстановить возбуждение; если это невозможно, тогда производится отключение генератора. В случае гидрогенераторов, из-за их небольшого асинхронного момента (мощности) и удобства включения и выключения, при аварии с потерей возбуждения гидрогенераторы обычно не переводятся на асинхронную работу — защита от потери возбуждения сразу же приводит к отключению и остановке генератора.

Для крупных генераторных установок, находящихся вдали от центров нагрузки и слабо связанных с системой, обнаружение неисправности по потере возбуждения происходит поздно, что легко приводит к ложному срабатыванию резервной защиты противоположной стороны из-за обратной передачи реактивной мощности и перегрузки линий током. Поэтому следует обращать внимание на выбор схемы защиты от потери возбуждения и правильный расчет её уставок.

Чтобы полностью устранить возможные серьёзные последствия, вызванные потерей возбуждения генераторов в системе, необходимо прежде всего обеспечить, чтобы мощность каждого отдельного агрегата была меньше 5–7% общей мощности системы. Слишком большая мощность одного агрегата приведёт к крайне сложной ситуации: если отключить повреждённый генератор, система потерпит крах из-за недостатка активной мощности; если же не отключать повреждённый генератор, система разрушится из-за дефицита реактивной мощности. Во-вторых, регуляторы возбуждения всех генераторных установок не должны быть произвольно выведены из работы, а дежурный персонал не должен снижать возбуждение на неповреждённых генераторах в случае возникновения аварии с потерей возбуждения. Защита от потери возбуждения служит лишь последним рубежом для предотвращения распространения этой неисправности и выявления повреждённых генераторов.

 

 

   2

Анализ причин

 

 

 

Генератор

Причины потери возбуждения генератора обычно сводятся к обрыву или короткому замыканию цепи возбуждения, включая неисправности самой возбудительной машины, возбудительного трансформатора или цепи возбуждения, случайное срабатывание выключателя возбуждения, неправильное переключение резервного источника возбуждения, потерю промышленного питания системы возбуждения, обрыв обмотки ротора или цепи возбуждения, либо серьёзное короткое замыкание в обмотке ротора, аварии полупроводниковой системы возбуждения, а также возгорание или перегорание контактных колец ротора.

1) Отключение из-за неисправности возбудительного трансформатора привело к потере возбуждения генератора

Из-за наличия производственного дефекта изоляции в этом трансформаторе или постепенного ухудшения изоляционных характеристик во время эксплуатации возникает явление разрядов, что приводит к срабатыванию защиты возбуждающего трансформатора и отключению генератора. Необходимо строго соблюдать инструкции и стандарты, проводить регулярные испытания, контролировать их выполнение и выявлять возможные проблемы. По сравнению

Соответствующие процедуры и стандарты, тщательное проведение регулярных испытаний по специальности изоляции.

2) Отключение выключателя размагничивания привело к потере магнитного поля генератором

Причины срабатывания выключателя демагнетизации включают:

Неправильная отправка команды на отключение магнитного выключателя в DCS

Неисправность выходного реле вызывает команду на отключение выключателя размагничивания;

Контакты кнопки срабатывания выключателя размагничивания на электрическом стенде в центральном диспетчерском пункте замыкаются, подавая команду на отключение;

Ручное отключение выключателя размагничивания на местной панели управления в возбудительном помещении;

Изоляция кабеля в цепи управления выключателем демагнетизации ухудшилась;

Механический отключение основного выключателя, отключающего магнитное поле;

Мгновенное замыкание на землю в системе постоянного тока приводит к срабатыванию выключателя размагничивания.

3) Запуск искрения в коллекторе возбуждения приводит к потере магнитного поля генератора

Причина аварии — угольные щётки Пружина сжатия Неравномерное давление приводит к неравномерному распределению тока между отдельными угольными щётками, что вызывает чрезмерный ток в некоторых из них и, как следствие, их нагрев. Кроме того, угольные щётки загрязнены, что приводит к загрязнению контактной поверхности между щётками и контактными кольцами, увеличивая сопротивление контакта в отдельных местах и вызывая искрение. Кроме того, степень износа положительной и отрицательной угольных щёток неодинакова: износ отрицательной щётки всегда больше, чем у положительной. Из-за значительного износа повышается неровность поверхности контактного кольца, а отсутствие своевременного контроля приводит к возгоранию на кольце.

4) Заземление системы постоянного тока вызывает потерю возбуждения генератора

После замыкания плюсового полюса на землю в системе постоянного тока, из-за наличия длинных кабелей Распределённая ёмкость При этом напряжение на обкладках конденсатора не может измениться скачком, что приводит к протеканию тока заряда внешнего конденсатора по длинному кабелю схемы внешнего отключения выключателя генератора через промежуточное реле на его выходе. В результате срабатывание реле отключает выключатель гашения магнитного поля генератора, вызывая… Защита генератора от потери возбуждения Действие пропускает машину.

5) Сбой системы регулирования возбуждения привёл к потере магнитного поля генератором

Регулятор системы возбуждения генератора ЭГК Неисправность платы привела к срабатыванию защиты от перенапряжения ротора регулятора возбуждения генератора, что вызвало срабатывание защиты от потери магнитного поля и отключение.

6) Полное отключение выпрямительного шкафа привело к потере возбуждения генератора

При запуске электронасоса произошло снижение напряжения в системе, и система возбуждения выдала сигнал тревоги о неисправности вспомогательного источника питания. Из-за слишком высокого сопротивления вспомогательных контактов реле переключающего контура произошел сбой при переключении питания, в результате чего вентилятор выпрямительного шкафа не смог работать в штатном режиме, что привело к перегреву выпрямительного шкафа и отключению системы. Также сработала защита от потери магнитного поля, и агрегат был остановлен. Кроме того, тонкое или низкокачественное серебряное покрытие контактов силового выключателя на переменной стороне выпрямительного шкафа привело к образованию оксидной пленки при контакте меди с воздухом во время эксплуатации, что увеличило контактное сопротивление. По мере увеличения тока температура повышалась, вызывая перегрев контактов; при проведении ремонтных работ это также спровоцировало срабатывание защиты от потери магнитного поля и последующее отключение агрегата.

 

 

   3

Повреждение

 

 

3.1 Вред от потери возбуждения генератора для электрической системы

При потере возбуждения генератора, маловозбужденный или потерявший возбуждение генератор будет потреблять реактивную мощность из системы, что приведет к снижению напряжения в электрической сети. Если мощность электрической системы невелика или запасы реактивной мощности недостаточны, это вызовет падение напряжения на выводах генератора, на шинах высокого напряжения повышающего трансформатора или в других близлежащих точках ниже допустимых значений, что нарушит устойчивую работу между нагрузкой и источником питания и даже может привести к коллапсу напряжения в электрической системе.

Когда генераторы работают с низкой возбуждающей мощностью или теряют магнитное поле, напряжение падает, и другие генераторы в системе под действием автоматических устройств регулирования возбуждения увеличивают свой реактивный выход. Это приводит к появлению перегрузочных токов в некоторых электрических элементах системы, таких как трансформаторы или линии электропередачи, что вызывает срабатывание резервной защиты и отключение перегруженных элементов, расширяя тем самым зону неисправности.

При снижении возбуждения или потере магнетизма генератора колебания активной мощности и падение напряжения в системе могут привести к нарушению синхронизации между соседними нормально работающими генераторами и самой системой, а также между различными частями электрической системы, вызывая колебания в системе и значительные отключения нагрузки.

3.2 Повреждения генератора, вызванные потерей его магнетизма

После потери возбуждения генератор не только наносит значительный вред электрической системе, но и вызывает определённые повреждения самого генератора:

Поскольку при потере магнитного поля возникает скольжение, в роторе генератора появляется ток разностной частоты. Если потери, вызванные током разностной частоты в цепи ротора, превышают допустимые значения, это приведёт к перегреву ротора. Кроме того, ток разностной частоты, протекающий по поверхности ротора, может вызвать серьёзный локальный перегрев и даже ожоги на контактах ротора с пазовыми клиньями и защитным кольцом.

После того как генератор с низким возбуждением или безмагнитным состоянием перешёл в асинхронный режим работы, его эквивалентная реактивность уменьшается, и потребляемая системой реактивная мощность постоянно растёт. При потере магнитного поля при высокой нагрузке из-за возникновения чрезмерного тока статор генератора перегревается.

Для крупных турбогенераторов с прямым охлаждением и высокой степенью использования после потери возбуждения на больших нагрузках крутящий момент и активная мощность такого генератора начинают резко колебаться по периодическому закону. В этот момент на валовую систему генератора действует значительный, даже превышающий номинальное значение, электромагнитный крутящий момент, периодически передаваемый через статор на основание машины. Одновременно с этим происходит периодическое изменение скольжения, что приводит к серьёзному периодическому превышению частоты вращения генератора.

При работе генератора с низкой степенью возбуждения или без него из-за усиления рассеянного магнитного потока в торцевой части статора компоненты и боковые участки сердечника могут перегреваться.

 

 

   4

Защита от потери магнетизма

 

 

4.1 Критерии защиты традиционных генераторов от потери возбуждения

Традиционные критерии защиты от потери магнитного поля в основном четыре:

Критерий низкого напряжения ротора генератора. Включает критерий постоянного возбуждающего напряжения и критерий переменного возбуждающего напряжения.

Критерий импеданса статора на выводах генератора. Включает характеристики круга импеданса асинхронной границы и характеристики круга импеданса статической устойчивости.

Критерий одновременного низкого напряжения в двух фазах. Включает критерий низкого напряжения на стороне генератора и критерий низкого напряжения на высоковольтной стороне главного трансформатора.

Критерий обратной реактивной мощности. То есть неисправность, связанную с потерей возбуждения, определяют по обратной реактивной мощности и перегрузке статора током. Основное различие между различными схемами защиты от потери возбуждения заключается в разных условиях срабатывания защиты, задержках или комбинациях между критериями.

4.2 Дополнительные критерии защиты генератора от потери возбуждения

При различных короткозамкнутых неисправностях, возникающих на выводах генератора и на высоковольтной стороне главного трансформатора, а также при колебаниях в системе, все основные критерии защиты от обесточивания могут срабатывать ложно. В практическом применении защита генератора от обесточивания обычно работает в сочетании как с основными, так и с дополнительными критериями. К дополнительным критериям традиционной защиты генератора от обесточивания относятся:

Напряжение возбуждения падает.

Отсутствует отрицательная последовательность.

Используйте задержку, чтобы избежать колебаний.

Реактивная мощность меняет направление.

4.3 Новый принцип защиты генератора от потери возбуждения

С учетом знаний о нейронных сетях используйте нейронную сеть с двумя вычислительными слоями для различения явлений устойчивости и обесмагничивания синхронного генератора. Для этого выберите набор характеризующих рабочее состояние векторов признаков, затем выполните преобразование Фурье, которое будет использовано в качестве входных данных для нейронной сети, и воспользуйтесь функцией распознавания образов нейронной сети для дифференциации между состояниями устойчивости и обесмагничивания. В результате исследования основных принципов обесмагничивания генератора, представленного в литературе, были выведены три новых критерия защиты от обесмагничивания:

В промежутке времени от нулевой реактивной мощности до угла мощности, равного 90 градусам. При потере возбуждения генератора абсолютное значение производной активной мощности по времени меньше определённого значения, тогда как при колебаниях системы абсолютное значение производной активной мощности по времени превышает это значение.

В период, когда угол мощности меньше 90 градусов, при потере возбуждения производная электродвижущей силы генератора по времени будет меньше нуля, тогда как при колебаниях системы абсолютное значение производной электродвижущей силы генератора по времени окажется меньше очень малого порогового значения.

Возьмите максимальный период колебаний системы T; если за это время реактивная мощность изменяется от отрицательной до положительной, то считается, что в системе происходят колебания. Если же реактивная мощность становится отрицательной и остается таковой, можно сделать вывод, что генератор столкнулся с аварией, связанной с потерей возбуждения.