Что такое гашение поля генератора

Назначение и виды автоматического гашения поля синхронных генераторов

Гашением поля называется процесс, заключающийся в быстром уменьшении магнитного потока возбуждения до величины, близкой к нулю.

Эффективная система гашения поля позволяет уменьшить размеры повреждений при замыканиях в генераторе и на его выводах.

Для гашения поля необходимо отключить обмотку ротора от возбудителя. Но быстрое гашение поля может вызвать опасные перенапряжения. Амплитуда возможных перенапряжений при обрыве тока определяется выражением: , где L_в и С_в – соответственно индуктивность цепи и паразитная емкость обмотки возбуждения. Таким образом, устройства автоматического гашения поля должны обеспечить возможно быстрый спад тока возбуждения, но при этом должны быть исключены недопустимые уровни перенапряжений.

Процесс гашения поля считается законченным, если амплитуда ЭДС статора снизилось до значения 500 В. При этом напряжении происходит погасание дуги переменного тока. Время гашения поля это такое время, в течение которого ток возбуждения снижается до значения соответствующего ЭДС статора 500В.

В настоящее время применяются три основных способа гашения поля: с помощью дугогасительного сопротивления, с помощью АГП с дугогасительной решеткой, переводом тиристоров в инверторный режим для тиристорных систем возбуждения.

Рис. 1-23. Схема гашения поля с гасительным сопротивлением
1 — синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения; 3 — гасительное сопротивление в цепи ротора; 4 — автомат гашения поля главный; 5 — возбудитель; 6 — автомат гашения поля возбудителя; 7 — гасительное сопротивление в цепи возбудителя
Рис. 1-24. Схема гашения поля с дугогасительной решеткой

1 — синхронный генератор; 2 — обмотка возбуждения; 3 — возбудитель; 4 — главные контакты АГП; 5 — дугогасительные контакты АГП; 6 — дуг огаснтелькая решетка

где £/в.иСп —действующее значение испытательного напряжения обмотки ротора турбогенератора частотой 50 Гц.
При АГП с гасительным сопротивлением, которое принимается обычно равным 4—5-кратному сопротивлению обмотки возбуждения, процесс гашения протекает по экспоненте (рис. 1-25) с постоянной времени
(1-14)

Рис. 1-25. Изменение тока ротора iB (а), напряжения ив (б) и э. д. с. статора Eat (в) при гашении поля АГП с гасительным сопротивлением

Рис. 1-27. Схема защиты обмотки возбуждения от перенапряжений после погасания дуги в дугогасительной решетке АГП
1 — обмотка возбуждения синхронного генератора; 2 — защитное сопротивление; 3 — возбудитель; 4 — дугогасительная решетка? 5 — защитный разрядник

Рис. 1-26. Изменение тока ротора при гашении поля АГП с дугогасительной решеткой
Таким образом, время гашения поля в турбогенераторе будет больше вычисленного по параметрам только обмотки возбуждения и может составить 6—8 с, что нельзя считать допустимым для мощных блочных генераторов. Поэтому в настоящее время автоматы гашения такого типа применяются только для синхронных генераторов небольшой мощности с электромашинными системами возбуждения, а также для гашения поля возбудителей (см. 6 на рис. 1-23).
В цепях же возбуждения крупных машин (более 25—50 МВт) устанавливают АГП нового типа с дугогасительными решетками.

2.4. Гашение поля синхронных генераторов

При возникновении внутренних коротких замыканий или других опасных для генератора неисправностей, как в самом генераторе, так и в присоединенных к нему токопроводах, силовых трансформаторах и аппаратах, для максимального ограничения объема повреждений необходимо быстро погасить поле генератора (уменьшить магнитный поток возбуждения генератора до значения, близкого к нулю). Для этого недостаточно отключить обмотку возбуждения генератора от источника возбуждения, необходимо рассеять энергию поля, запасенную во всех магнитно связанных контурах ротора. Кроме того, при отключении обмотки возбуждения на ней возникают большие перенапряжения, опасные для изоляции. Для того чтобы быстро отключить обмотку возбуждения и ограничить перенапряжения, применяют специальные разрядные устройства.

Требования максимально ускорить процесс гашения поля и в то же время избежать опасных перенапряжений являются противоречивыми, поскольку ограничения перенапряжения можно достичь только при задержке разрыва цепи обмотки возбуждения до тех пор, пока энергия, запасенная в контурах ротора, не будет рассеяна в разрядном устройстве. Чем меньше напряжение на разрядном устройстве (а следовательно, и на обмотке возбуждения), тем продолжительнее процесс гашения поля. Оптимальные условия гашения поля, при которых продолжительность процесса имеет наименьшее возможное значение при условии, что перенапряжение на обмотке возбуждения не превышает допустимого, могут быть обеспечены, если в течение всего процесса гашения поля падение напряжения в разрядном устройстве будет сохранять наибольшее допустимое значение.

В настоящее время существуют следующие способы гашения поля:

• • рассеянием энергии на резисторе с линейным сопротивлением;
• • рассеянием энергии па резисторе с нелинейным сопротивлением;
• • рассеянием энергии магнитного поля на дугогасителыюй решетке;
• • выводом энергии в сеть переменного напряжения.

Устройства, реализующие эти способы, различны по эффективности (скорости гашения поля) и стоимости.

Первые два способа малоэффективны и находят ограниченное применение. Третий способ используется в специальных устройствах — автоматах гашения поля. Четвертый способ применяют в тиристорных системах независимого возбуждения путем перевода тиристоров в инверторный режим работы. Кроме того, для получения большего эффекта возможно сочетание третьего и четвертого способов гашения поля.

В автомате гашения поля серии АГП (рис. 2.16), действующего по принципу разряда обмотки возбуждения на дугогасительную решетку, используется свойство короткой электрической дуги изменять свое сопротивление при неизменной длине дуги обратно пропорционально значению вызывающего эту дугу тока. Напряжение па дуге размером 2—3 мм при изменении тока в широком диапазоне практически не изменяется и составляет 25—30 В. Дугогасительная решетка позволяет разбить электрическую дугу на большое число последовательно соединенных коротких дуг постоянной длины.

При включенном АГП ток возбуждения протекает по его главным контактам КГ и включенным параллельно им разрывным контактам КР. При отключении автомата главные контакты размыкаются первыми без образования электрической дуги, и весь ток короткое время протекает по разрывным контактам, последовательно с которыми включены катушки первой ступени магнитного дутья КДК1. При размыкании разрывных контактов на них возникает электрическая дуга, которая под воздействием магнитного поля, создаваемого этими катушками, растягивается и перебрасывается на рога, направляющие

Рис. 2.16. Принципиальная электрическая схема автомата гашения поля серии ЛГП:

СЕ — возбудитель; 1.С — обмотка возбуждения генератора; ОЕ — автомат серии ЛГП; КГ— главные контакты; КР — разрывные контакты; КДК1 — катушки магнитного дутья первой ступени; КДК2 — катушки магнитного дутья второй ступени; КДР— катушки магнитного дутья дугогасительной решетки; К1—Яб — шунтирующие резисторы ее в дугогасительную решетку. При этом ток начинает проходить и по катушкам второй ступени магнитного дутья КДК2, что усиливает магнитное поле, под влиянием которого дуга втягивается в решетку.

В дугогасительной решетке, состоящей из набора медных пластин, разделенных термостойкими прокладками, дуга разбивается на ряд коротких дуг, которые горят в решетке до момента окончания протекания тока по обмотке возбуждения. Для предотвращения оплавления пластин используются катушки магнитного дутья дугогасительной решетки, создающие радиальное магнитное поле, заставляющее дуги двигаться вдоль пластин. Дуга в решетке гаснет несколько раньше, чем ток достигает нулевого значения. При этом на контактах автомата может появиться перенапряжение, поэтому для предотвращения данного явления параллельно части дуговых промежутков включены шунтирующие резисторы /?/—Я6, сопротивления которых подбираются таким образом, чтобы дуга погасала сначала в секции, шунтированной резистором с меньшим, затем большим сопротивлением, и в последнюю очередь — в нешунтированных промежутках.

Гашение магнитного поля генератора

Синхронные генераторы имеют устройство гашения магнитного поля (ручное или автоматическое) для быстрого уменьшения ЭДС, следовательно, и тока статора при внутренних повреждениях в них. При внутренних коротких замыканиях отключение генератора от шин недостаточно, так как при вращающемся возбужденном генераторе поддерживается ток короткого замыкания, опасный для обмоток и стали статора, т.е. возможно возникновение явления «пожара» в железе генератора. Лишь снизив магнитный поток генератора до величины, близкой к нулю, можно прекратить прохождение тока короткого замыкания.

Гашение магнитного поля, осуществляемое с достаточной быстротой, является единственным способом, позволяющим ограничить размеры повреждения электрических машин при внутренних коротких замыканиях. Гашение поля также необходимо в условиях нормальной эксплуатации при остановке генератора.

Автоматические устройства, выполняющие указанную операцию, называются автоматами гашения поля (АГП).

Простейшим способом гашения поля является отключение обмотки возбуждения. Однако при этом, вследствие большой индуктивности цепи, на выводах обмотки возбуждения возникает перенапряжение, способное привести к пробою изоляции.

Применяют следующие способы гашения магнитного поля:

– замыканием обмотки возбуждения на постоянное активное сопротивление;

– замыканием обмотки возбуждения накоротко;

– включением в цепь обмотки возбуждения добавочного сопротивления;

– включением в цепь обмотки возбуждения дугогасительной решетки.

Гашение поля генераторов с машинными возбудителями с помощью постоянного активного сопротивления

Гашение поля достигается путем замыкания обмотки возбуждения генератора на гасительное сопротивление с последующим отключением ее от возбудителя.

Схема ручного гашения поля приведена на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 – Схема ручного гашения поля генератора

Рисунок 1.10 – Схема автоматического гашения поля генератора

В схеме автоматического гашения поля (рис.1.9) в цепи обмотки возбуждения LG1 имеется автомат гашения поля АГП и гасительное сопротивление RГ. В режиме нормальной работы обмотка возбуждения генератора через замкнутые контакты 1 подключена к возбудителю G2, а контакты 2 разомкнуты и гасительное сопротивление отключено.

При срабатывании АГП сначала замыкаются контакты 2 и с некоторой выдержкой времени размыкаются контакты 1.

Замыкание обмотки возбуждения генератора на сопротивление вызывает быстрое снижение ЭДС до остаточного напряжения и быстрое гашение магнитного поля генератора.

Ток возбуждения не спадает мгновенно до нуля, а продолжает некоторое время протекать в контуре за счет электромагнитной энергии, запасенной в индуктивностях цепи. Чем больше активное сопротивление в контуре, тем быстрее затухает ток возбуждения.

Для контура возбуждения генератора можно записать уравнение

,

где Lв –индуктивность обмотки возбуждения LG1;

iв – мгновенное значение тока возбуждения;

rв – сопротивление обмотки возбуждения LG1;

rг – сопротивление гасительного сопротивления Rг.

Решение дифференциального уравнения имеет вид

где Uв0 – начальное значение напряжения возбуждения;

– начальное значение тока возбуждения;

– постоянная времени гашения поля.

Т.о. ток возбуждения затухает по экспоненциальному закону и для увеличения скорости гашения поля необходимо увеличить гасительное сопротивление rг.Однако напряжение на обмотке возбуждения не должно превосходить допустимую величину Umax по условию прочности изоляции. В момент размыкания контактов 1 АГП ток Iв0 пройдет через сопротивление rг и напряжение на обмотке возбуждения будет равно .

Необходимо, чтобы выполнялось условие

, или .

Максимальное допустимое напряжение на обмотке возбуждения определяется по испытательному напряжению:

.

Напряжение на обмотке возбуждения генератора

меняет свой знак на противоположный и во время процесса гашения поля затухает согласно соотношению

.

Рисунок 1.11 – Характеристики гашения поля с помощью гасительного сопротивления

Наибольшее напряжение имеет место в начальный момент гашения поля. Это обусловлено тем, что при изменении магнитного потока обмотки в ней индуктируется ЭДС самоиндукции, вызывая перенапряжение на кольцах ротора, причем тем больше, чем больше величина гасительного сопротивления. На процесс гашения магнитного поля влияет успокоительная обмотка ротора, так как энергия магнитного поля рассеивается не только в обмотке возбуждения и гасительном сопротивлении, но и в успокоительной обмотке и даже в самом теле ротора.

Для высоковольтных генераторов процесс гашения заканчивается, когда ЭДС статора снизится до величины менее 500 В, при которой происходит естественное погасание дуги в месте повреждения статора генератора. В низковольтных генераторах этот процесс определяется остаточным намагничиванием.

Гасительное сопротивление выбирается в 4 –5 раз больше сопротивления обмотки возбуждения в горячем состоянии и рассчитывается на длительный ток, равный 5% от номинального тока ротора генератора. При таких значениях сопротивления в цепи ротора скорость гашения поля оказывается достаточной при допустимых значениях перенапряжения на кольцах ротора. Полное время гашения поля обычно составляет 0,3 –0,6 с при Еост ≈ 5÷10 В.

Дата добавления: 2015-11-04 ; просмотров: 3719 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источники:

http://allrefrs.ru/1-33651.html

http://ozlib.com/839224/tehnika/gashenie_polya_sinhronnyh_generatorov

http://helpiks.org/5-95299.html