CC BY
21УДК 621.311
Гусейнов Э.
доцент кафедры «Электроэнергетика» Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности
(Баку, Азербайджан)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРЕТЬИХ ГАРМОНИК НУЛЕВОЙ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТАТОРНОЙ ОБМОТКИ ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ
Аннотация: в статье рассматриваются особенности применения метода третьей гармоники нулевой последовательности напряжения для защиты статорной обмотки генератора от замыканий на землю. Выявлено, что схема максимального напряжения может быть использована в случае, если заранее известен режим нагрузки генератора. Установлено, что схема минимального напряжения обеспечивает защиту 60 % статорной обмотки генератора со стороны нейтрали и не зависит от режима нагрузки.
Ключевые слова: генератор, статорная обмотка, однофазное замыкание, третья гармоника нулевой последовательности напряжения, релейная защита.
Введение. Как известно, главным недостатком применяемых для защиты статорной обмотки генератора от замыканий на землю схем является наличие «мертвой» зоны со стороны нейтрали. При возникновении замыкания вблизи нейтрали генератора ток срабатывания защиты может оказаться меньше тока замыкания на землю, вследствие чего релейная защита не отключит генератор. Поэтому для обеспечения защиты генератора используются схемы, реагирующие на появление третьих гармоник напряжения нулевой последовательности. При замыкании вблизи нейтрали по мере приближения к нулевой точке третья гармоника снижается до нуля, а на выводах резко возрастает. При замыкании на выводах обмотки возникает обратная ситуация -
третья гармоника возрастает вблизи нейтрали и уменьшается по мере приближения к выводам обмотки. [1].
Для обеспечения защиты статорной обмотки со стороны нейтрали применяются 2 схемы:
1.Схема минимального напряжения
2. Схема максимального напряжения
В схеме минимального напряжения третья гармоника измеряется вблизи нейтрали. При возникновении замыкания напряжение уменьшается, что приводит к срабатыванию реле минимального напряжения. В схеме максимального напряжения третью гармонику измеряют на выводах статорной обмотки и при возникновении замыкания срабатывает реле максимального напряжения.
В Таблице 1 приведены типовые значения третьих гармоник напряжения нулевой последовательности при различных режимах нагрузки.
Таблица 1. Типовые значения третьих гармоник напряжения нулевой последовательности
Режим нагрузки Ез (В)
Холостой ход 210
Максимальная нагрузка 420
Минимальная нагрузка 121
Эквивалентная схема замещения генератора приведена на Рис.1.
Рис.1. Эквивалентная схема замещения генератора в нормальном режиме.
Здесь Сё - емкость обмотки генератора, Ср - результирующая емкость шин, выключателя и трансформатора, Е3 - третья гармоника напряжения, Яп -сопротивление заземления нейтрали. Расчет производится для генератора мощностью 850 МВт.
1
C0n =-Сп = 0.5 • 0.128 • 10-6 = 0.642 • 10-7F
2
1
C0t = -CCT + Cin + Cnr + Ctr = 0.642 • 10-7 + 0.55 • 10-6 = 0.614 • 10-6F
2
-■g ~ ^jin ~ ^af ~ ^tr
^0n = —У
1
*ot = -У
2 • n • /3 • 1
2 • ^ • /3 • C0t здесь /3 = 150 Гц - частота третьей гармоники. Полное сопротивление на выводах нейтрали
-/16526 -Д728
z0n = L -у = 3469.18 -У763.48
В режиме холостого хода третья гармоника напряжения со стороны нейтрали
Ю, = у,,-^ = 210 з^18-^-"' = 174.65 V
иП (3469.18-7763.48)-^1728
А со стороны выводов обмотки
у0с = К0 ^ = 210 ---1728-= 84.96 V
0С 0^0п-;Х0г (3469.18-;763.48)-Д728
Расчет третьих гармоник в режиме максимальной и минимальной нагрузки выполняется аналогично. Результаты приведены в Таблице 2.
Таблица 2. Третьи гармоники напряжения в различных режимах нагрузки
Режим V0 (В) V0n (В) ^ (В)
Максимальная 420 349 169
нагрузка
Минимальная 121 100 49
нагрузка
Холостой ход 210 174 84
При возникновении замыкания на землю в одной из фаз схема замещения изменится (Рис.2)
Рис.2. Эквивалентная схема замещения генератора в режиме замыкания.
Третьи гармоники напряжения
Eзn = К- Eз
Eзt = (1- K ) ■ Eз
здесь К=0 -1 - коэффициент, учитывающий расстояние от нейтрали до места замыкания.
Емкости возле нейтрали и со стороны выводов обмотки соответственно
О! К Cстатор ; О (1-K) Cстатор
Рассмотрим схему замыкания одной фазы на землю (Рис.3).
Рис.3. Схема замещения замыкания фазы на землю.
Здесь
^п + ^3п = (/1 - /2)Д/ Уг = (/1 - /2)«/ + ^
ИГ - сопротивление замыкания на землю.
т =__'1.
11 = 7
¿п = ^п
Третья гармоника напряжения со стороны нейтрали
= К • £3
= --
4 яп-У
я
/
)
5
Третья гармоника напряжения со стороны выводов нейтрали
Я
г
п
1
Как видно, величина третьих гармоник напряжения зависит от места замыкания (К) и сопротивления замыкания Рассмотрим эти зависимости для схем минимального и максимального напряжений с помощью программного обеспечения МЛТЬАВ SÍMULINK.
1.Схема минимального напряжения
Как видно, с увеличением сопротивления замыкания значение третьей гармоники приближается к параметрам нормального режима (Рис.4 ).
Этот метод обеспечивает защиту примерно 85 процентов статорной обмотки со стороны нейтрали в режиме минимальной нагрузки.
Рис.4. Третьи гармоники напряжения со стороны нейтрали.
Уставка срабатывания реле минимального напряжения при возникновении замыкания должна превышать величину третьей гармоники напряжения, но при этом быть меньше величины третей гармоники при нормальном режиме.
2. Схема максимального напряжения
Третья гармоника напряжения определяется на выводах статорной обмотки при различных Rf. Как видно из Рис.5, этот метод обеспечивает защиту примерно 60 % обмотки со стороны нейтрали.
Рис.5. Третьи гармоники напряжения на выводах обмотки.
Уставка срабатывания реле максимального напряжения принимается выше значения третьей гармоники напряжения в нормальном режиме и ниже значения третьей гармоники при замыкании на землю. В нормальном режиме при максимальной нагрузке значение третьей гармоники напряжения равно 169 В. Следовательно, уставка реле максимального напряжения должна быть выше. Однако при минимальной нагрузке в нормальном режиме третья гармоника напряжения оказывается меньше 169 В. Таким образом, для выбора уставок срабатывания защиты необходимо заранее знать нагрузочный режим генератора, что является существенным недостатком схемы максимального напряжения.
Результаты
1. Схема минимального напряжения обеспечивает защиту примерно 85% статорной обмотки со стороны нейтрали в режиме минимальной нагрузки.
2. Схема максимального напряжения может применяться только для конкретного режима нагрузки генератора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Защита от замыканий на землю обмотки статора блочных генераторов / И.М. Сирота, А.П. Шаповал, А.Е. Богаченко, Г.Н. Довбня // Электрические станции, 2009, №4. С.62-65.
2. Fulczyk, M., Bertsch,J. (2002), Ground-fault currents in unit-connected generators with different elements grounding neutral, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.17,No.1, March 2002, pp. 61-65
3. Pope, J.W. A comparison of 100% stator ground fault protection schemes for generator stator windings, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,Vol. PAS-103, No.4, April 2004, pp. 832-840.
Guseynov E.
Associate Professor of the Department of "Electric Power Engineering" Azerbaijan State University of Petroleum and Industry (Baku, Azerbaijan)
USING THE THIRD HARMONICS OF ZERO OF VOLTAGE SEQUENCES TO PROTECT THE STATOR WINDING OF THE GENERATOR FROM GROUND FAULTS
Abstract: the article discusses the features of the application of the method of the third harmonic of the zero voltage sequence to protect the stator winding of the generator from ground faults. It is revealed that the maximum voltage circuit can be used if the load mode of the generator is known in advance. It is established that the minimum voltage circuit provides protection of 60% of the stator winding of the generator from the neutral side and does not depend on the load mode.
Keywords: generator, stator winding, single-phase short circuit, third harmonic of zero voltage sequence, relay protection.
