CC BY
8NEEDS OF DEVELOPING PROTECTION OF ASYNCHRONOUS GENERATORS OF SMALL
HYDRO POWER PLANTS
Sobol A.
Candidate of Technical Sciences. Associate Professor, FSBEI HE Kuban SA U, Russia, Krasnodar
Kurdupova E.
Undergraduate, FSBEI HE Kuban SA U, Russia, Krasnodar
Kornienko I.
Undergraduate, FSBEI HE Kuban SA U, Russia, Krasnodar
Chundyshko R.
Undergraduate, FSBEI HE Kuban SA U, Russia, Krasnodar
Andreeva A.
Student, FSBEI HE Kuban SAU, Russia, Krasnodar
О НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ МАЛЫХ
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Соболь А.Н.
Кандидат технических наук. доцент, ФГБОУВО Кубанский ГАУ, Россия, г. Краснодар
Курдупова Е.А.
Магистрант, ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ, Россия, г. Краснодар
Корниенко И.А.
Магистрант, ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ, Россия, г. Краснодар
Чундышко Р.Р.
Магистрант, ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ, Россия, г. Краснодар
Андреева А.А.
Студент, ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ, Россия, г. Краснодар
Abstract
Currently, the use of asynchronous generators in small hydropower plants has rather great prospects. Diagnosing the technical condition of asynchronous generators in operating modes allows to minimize damage from these consequences due to early detection of incipient defects. Аннотация
В настоящее время применение асинхронных генераторов в малых гидроэлектростанциях имеет достаточно большие перспективы. Диагностирование технического состояния асинхронных генераторов в рабочих режимах позволяет до минимума снизить ущерб от этих последствий за счет раннего обнаружения зарождающихся дефектов.
Keywords: hydroelectric power station, asynchronous generator, diagnosis, defect. Ключевые слова: гидроэлектростанция, асинхронный генератор, диагностирование, дефект.
Малые гидроэлектростанции (МГЭС) представляют собой турбину с генератором и системой автоматического управления. А в соответствии с характером использования гидроресурсов они подразделяются на русловые - станции с маленькими водохранилищами; станции, в использовании которых находится скоростная энергия свободного течения реки; станции с источником энергии в виде перепада уровня воды [1, с. 54].
Одним из основных достоинств объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность. В процессе их сооружения и последующей эксплуатации вредных воздействий на свойства и качество воды нет. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения. В процессе выработки электроэнергии МГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола. Подобные объекты не являются причи-
ной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при естественном возникновении землетрясений [2, с. 13]. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.
Как любой локализованный источник энергии, в случае изолированного применения, объект малой гидроэнергетики уязвим с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители остаются без энергоснабжения (решением проблемы является создание совместных или резервных генерирующих мощностей - ветроагрегата, когенерирующей миникотельной на биотопливе, фотоэлектрической установки и т.д.).
Наиболее распространенный вид аварий на объектах малой гидроэнергетики -- разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств. В некоторых случаях МГЭС способствуют заиливанию водохранилищ и оказывают влияние на руслоформирующие процессы.
Кроме того, существует еще одна проблема использования МГЭС. В настоящее время применение асинхронных генераторов в малых гидроэлектростанциях имеет достаточно большие перспективы. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев отказы асинхронных машин происходят из-за повреждения обмоток, при этом большинство повреждений приходится на замыкания между витками. Если генератор не потеряет возбуждение при замыкании между витками и сохранит временную работоспособность, то надо считать, что он находится в состоянии скрытого отказа, выявление которого необходимо для обеспечения надежности электроснабжения [3, с. 134]. Также в состоянии скрытого отказа асинхронный генератор может находиться в случае обрыва одного или нескольких стержней короткозамкнутого ротора.
Диагностирование технического состояния асинхронных генераторов в рабочих режимах позволяет до минимума снизить ущерб от этих последствий за счет раннего обнаружения зарождающихся дефектов [4, с. 22]. Использование методов и средств контроля и анализа текущего технического состояния также позволяет внедрить технологию обслуживания генераторов "по состоянию", суть которой заключается в том, что обслуживание и ремонт производятся в зависимости от реального текущего технического состояния механизма, контролируемого в процессе эксплуатации без каких-либо разборок и ревизий на базе измерений соответствующих параметров [5, с. 78].
В качестве объекта исследования использовался автономный асинхронный генератор (ААГ) с конденсаторным возбуждением, выполненный на базе трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором типа 4А10084У3 (3 кВт, 1435 об/мин).
Емкость самовозбуждения равна 40 мкФ. В экспериментальной установке использовалось два варианта привода: асинхронный двигатель (АД) (система с «жестким» приводом,) и двигатель постоянного тока (ДПТ) с изменяемой в некоторых пределах угловой скоростью («не жесткая» система,). Искусственные замыкания между различными витками в фазных обмотках автономного асинхронного генератора создавались с помощью специальных, предварительно выведенных наружу из лобовой части обмотки статора, выводов.
Опыты показали, что при витковых и междуфазных КЗ в обмотке статора при малом числе замкнувшихся витков ААГ не теряет возбуждения. На основании опытных данных было установлено, что ток в короткозамкнутой части обмотки увеличивается в 5-10 раз по сравнению с номинальным, но большой несимметрии фазных токов нагрузки не наблюдается. Генератор теряет возбуждение только при 15-30 % замкнутых витков [4].
В случае привода от АД, в отличие от привода от ДПТ, с увеличением нагрузки ток в поврежденной фазе уменьшается. С увеличением емкости самовозбуждения ток в поврежденной фазе увеличивается. При увеличении числа КЗ витков происходит уменьшение токов в фазе. Аналогичный
характер имеют зависимости тока в установившемся режиме для неповрежденных фаз. Ток КЗ в случае привода от АД с увеличением емкости самовозбуждения растет, в отличие от привода генератора от ДПТ.
Исследования вибрации корпуса ААГ (с помощью датчика вибрации, прикрепленного к корпусу генератора) показали, что при КЗ в статорной обмотке гармонические составляющие сигнала вибродатчика увеличиваются в 4 - 8 раз (в области 600 - 1500 Гц). При малом числе КЗ витков изменение гармоник незначительно (1 - 4 %). Данный признак позволяет обнаруживать не только электрические, но и механические повреждения, поэтому его целесообразно использовать для построения устройства защиты генератора.
Таким образом, основным принципом обнаружения витковых замыканий в обмотке статора асинхронного электродвигателя является измерение появляющейся несимметрии токов статора. При витковых замыканиях в обмотке статора ААГ она невелика, поэтому для построения защиты необходимо применять высокочувствительные схемы для обнаружения несимметрии трехфазной системы токов и напряжений, а также искажения формы токов и напряжений, например, путем гармонического анализа. При КЗ в статорной обмотке ААГ гармонические составляющие сигнала вибродатчика, установленного на корпусе генератора увеличиваются в 4 - 8 раз. Данный диагностический признак целесообразно использовать при построении защиты ААГ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Богдан А.В. Обнаружение виткового замыкания в обмотке статора асинхронного генератора [Текст]. / А.В. Богдан, А.Н. Соболь, Н.С. Баракин // Сельский механизатор - М.: ООО «Нива», 2018. -№ 7-8. - С. 44 - 45.
2. Богдан А.В. Информационные признаки повреждения обмотки статора для построения релейной защиты автономного асинхронного генератора [Текст]. / А.В. Богдан, А.Н. Соболь // Известия вузов. Электромеханика. - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова, 2017. - № 6. - С. 72-76.
3. Баракин Н.С. Асинхронный генератор с автотрансформаторной обмоткой статора [Текст]. / Н.С. Баракин, А.Н. Соболь, А.А. Кумейко // Сельский механизатор - М.: ООО «Нива», 2018. - № 78. - С. 48 - 49.
4. Богдан А.В. Измерение сопротивления нулевой последовательности силового трансформатора У/УИ-12 [Текст]. / А.В. Богдан, А.Н. Соболь, В.А. Богдан // Сельский механизатор, - М.: ООО «Нива», 2018. - № 11. - С. 40 - 41.
5. Богдан А.В. Информационные признаки повреждения обмотки статора для построения релейной защиты автономного асинхронного генератора [Текст]. / А.В. Богдан, А.Н. Соболь // Известия вузов. Электромеханика. - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова, 2017. - № 6. - С. 72-76.
