Перевод: Коваленко Е.В.

M. Zielichowski, М. Fulczyk, R. Mydlikowski
Вроцлавский Технический Университет, Проэктный электроэнергетический Институт
Wybrzeze Wyspianskiego 27, 50-370 Вроцлава, Польша

ОПАСНОСТЬ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ДУГИ В СОВРЕМЕННЫХ ГЕНЕРАТОРАХ

Аннотация – В этой работе было проанализировано перенапряжение в цепях генераторов во время прерванного дугообразования в статорной обмотке генератора с заземлением нейтрали дугогасящим реактором. Методом моделирования была проведена сравнительная проверка вольтамперных характеристик при дугообразовании в блоках с наибольшей разницей в параметрах при коэффициенте нейтрализации, равном 0.6. Были определены токи во всех ветвях эквивалентной схемы блока, падение напряжения в его отдельных элементах и опасность перенапряжения. Были учтены настоящие изменения в сопротивлении дуги в главной изоляции статорной обмотки и настоящий механизм гашения дуги.

ВВЕДЕНИЕ

Чтобы эффективно защитить генераторы от последствий дугообразования в их статорной обмотке, нужно полностью исследовать те явления, которые сопутствуют ему. Перенапряжение во время дугообразования возле клемм генератора представляет наибольшую опасность для главной изоляции обмоток генератора [1,2]. Соответственно, высокое перенапряжение сопровождается значительным повышением электрического напряжения в обмотке главной изоляции. Это напряжение ослабляет изоляцию и может вызвать второстепенное дугообразование.

Так как дуга имеет прерывистый характер, в процессе дугообразования происходят множественные воспламенения и гашения, сопровождаемые резкими подъемами напряжения [3]. Эти явления оказывают существенное влияние на величину перенапряжения при дугообразовании [4]. Резкие вольтамперные повышения напряжения во время дугообразования в статоре генератора зависят от параметров в его цепи нулевой последовательности и от механизма прерывистого дугообразования [5]. Это относится, главным образом, к элементам, заземляющим нейтраль генератора [7-10], к элементам, связанным с его клеммами, к сопротивлению дуги и механизму ее гашения [11]. В этой работе представлены результаты обширной программы сравнительной проверки резких вольтамперных подъемов напряжения во время дугообразования в статоре генераторов с нейтралью, заземленной дугогасящим реактором. Были определены токи во всех ветвях эквивалентной системной схемы и спады напряжения в ее отдельных элементах и проанализирована опасность перенапряжения тока при дугообразовании. При анализе были учтены настоящие изменения в динамическом сопротивлении дуги в главной изоляции статорной обмотки и настоящий механизм ее погашения. Зная, что резкие подъемы напряжения немного зависят от коэффициента нейтрализации, был выполнен подробный сравнительный анализ для двух генераторов с наибольшей разницей в параметрах при коэффициенте нейтрализации, равном 0.6. На основе математических вычислений было определено влияние параметров блока на вольтамперные характеристики во время дугообразования в статорах генераторов на 137.5 и 1110 мегавольт-ампер.

МОДЕЛЬ И ДАННЫЕ ПРОВЕРЯЕМОЙ СИСТЕМЫ

Степень прямого ущерба магнитной цепи и главной изоляции статорной обмотки генератора, причиняемого дугообразованием, зависит от энергии, выделяемой в дуге. Так как эта энергия определяется величиной тока дуги, нейтрали генератора заземляются дугогасящим реактором, образуемым катушкой, связанной со вторичной обмоткой распределительного трансформатора. Таким образом, ток дуги для этого генератора не превышает безопасной нормы. Заземление посредством дугогасящего реактора позволяет также получить оптимальные рабочие условия для защиты от дугообразования [14].

Рис.1 – Однолинейная диаграмма генераторной системы со встроенным дугогасящим реактором.

Сбой в главной изоляции статорной обмотки может возникнуть в любом месте, включая нейтраль генератора. Из анализа сбоя генераторов следует, что дугообразование возникает чаще во второй части обмотки, если считать от нейтрали генератора. Так как, с точки зрения перенапряжения, опаснее всего дугообразование возле клемм генератора, в данной работе анализируется именно такое. Дугообразование всегда носит прерывистый характер, независимо от причин сбоев в главной изоляции статорной обмотки. Свойства каналов дугообразования со временем меняются. Это происходит потому, что органические части изоляции обугливаются при высоких температурах. Настоящие изменения в сопротивлении динамической дуги и настоящий механизм воспламенения обсуждаются в [2,3,11,13, 14]. На основе этих работ методом моделирования была проведена проверка перенапряжения при дугообразовании в системе, что показано на рис. 2. Так как было обнаружено, что сопротивление обмотки генератора имело незначительное влияние на анализируемые явления, этот параметр был опущен в дальнейшем анализе. Значения параметра генераторов, взятых для анализа методом моделирования, перечислены в таблице 1.  Чтобы определить влияние параметров генератора на перенапряжение при дугообразовании, была проведена проверка блоков с наибольшей разницей в параметрах. Это позволило дать полную оценку опасности перенапряжения в рабочих блоках.

Рис. 2 - Упрощенная эквивалентная схема связанного единицей генератора, используемого в анализе напряжения и текущих быстрых переходных процессов.

Параметры рисунка:

• C_N - 3/2 емкости фазы проветривания генератора;
• C_t - 1/2 емкости фазы генератора;
• C_z - эквивалентная емкость (C_z= C_p + C_Tb + C_TV):
  • C_p - эквивалентная емкость фазы связи между генератором, главным трансформатором и вспомогательным трансформатором;
  • C_Tb - эквивалентная емкость фазы главного трансформатора;
  • C_TV - эквивалентная емкость фазы вспомогательного трансформатора;

L_g=1/3(L₀+L")

• L" - индуктивность генератора переходных процессов, посчитанная как арифметическое среднее число индуктивности переходного процесса прямой оси и квадратной оси во влажных условиях;
• L₀ - индуктивность нулевой последовательности генератора;
• R - сопротивление фазы статора генератора;
• L_k, R_k - эквивалентная индуктивность и сопротивление нейтрали, соответственно;
• Р_а - динамическое сопротивление дуги.
  
  Таблица 1 - Параметры  генератора