Ивановский государственный энергетический университет ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ДУГОВЫХ ПРЕРЫВИСТЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРОВ ТИПА БРЭ 1301 В.А. Шуин, E.С. ЧУГРОВА

На мощных генераторах, работающих в блоке с трансформаторами, применяется стопроцентная защита, основанная на использовании третьей гармоники ЭДС генератора (микроэлектронная защита типа БРЭ (ЗЗГ-11) или ее микропроцессорные аналоги). Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) являются наиболее частым видом электрических повреждений в обмотке статора генераторов и часто предшествуют многофазным и витковым КЗ. Поэтому от эффективности функционирования защиты от ОЗЗ в значительной мере зависит надежность работы генераторов.

Принцип действия 100-й защиты от ОЗЗ Рис. 1. Схемы замещения генератора и распределение 3-й гармоники напряжения вдоль обмотки статора: а) в нормальном режиме работы; б) при ОЗЗ а) б)

Цель, задачи и методы исследований Цель работы – исследование особенностей функционирования 100%-й защиты от ОЗЗ в обмотке статора генераторов типа БРЭ при дуговых прерывистых замыканиях на землю на математической модели. Задачи исследований: 1. Разработка математической модели генератора для исследования электромагнитных переходных процессов при ОЗЗ в обмотке статора генераторов, работающих в блоке с трансформатором. 2. Оценка достоверности и точности математического моделирования дуговых прерывистых ОЗЗ в обмотке статора генератора и динамических режимов функционирования блока 3-й гармоники защиты БРЭ Исследование динамических режимов работы блока 3-й гармоники защиты БРЭ при дуговых прерывистых ОЗЗ в обмотке статора генератора. Методы исследований – математическое моделирование на ЭВМ с использованием системы моделирования MATLAB и пакета программ SIMULINK и физико-математическое моделирование с использованием программно-аппаратного комплекса РЕТОМ.

Модель генератора для исследования ОЗЗ в обмотке статора Рис. 2. Модель Т-образного звена для моделирования генератора

Функционально-структурная схема блока 3-й гармоники защиты типа БРЭ Рис. 3. Функционально-структурная схема блока 3-й гармоники защиты БРЭ : ЛП – линейные преобразователи (входные трансформаторы); ПФ – полосовые фильтры; ПЭ – пороговые элементы; S – сглаживающий сумматор; РО – реагирующий орган

Математическая модель блока 3-й гармоники защиты типа БРЭ Рис. 4. Математическая модель БТГ защиты БРЭ в системе моделирования Matlab

Условия моделирования ОЗЗ Моделирование дуговых прерывистых ОЗЗ в обмотке статора генератора осуществлялось на основе теорий Петерсена и Петерса и Слепяна. Моделировались ОЗЗ с различной частотой пробоев на выводах обмотки статора и в нейтрали. Интервалы времени между пробоями изменялись от полупериода промышленной частоты до нескольких периодов.

Устойчивое замыкание на землю в нейтрали Рис. 5. Устойчивое замыкание в нейтрали: Uг сумма третьих гармоник напряжений на выводах обмотки статора и нейтрали генератора; Un третья гармоника напряжения на нейтрали генератора; Iз ток в месте ОЗЗ; Uвых. РО – напряжение на выходе реагирующего органа; Uвых – напряжение на выходе БТГ

Устойчивое замыкание на землю на выводах генератора Рис. 6. Устойчивое замыкание на выводах обмотки статора: Uг сумма напряжений нулевой последовательности на выводах обмотки статора и нейтрали генератора; Un напряжение на нейтрали генератора;Iз ток в месте ОЗЗ; Uвых. РО – напряжение на выходе реагирующего органа; Uвых – напряжение на выходе БТГ

ОЗЗ в нейтрали по теории Петерсена (интервал между пробоями Т50/2) Рис. 7. ОЗЗ в нейтрали по теории Петерсена: Uг сумма третьих гармоник напряжений на выводах обмотки статора и нейтрали генератора; Un третья гармоника напряжения на нейтрали генератора; Iз ток в месте ОЗЗ; Uвых. РО – напряжение на выходе реагирующего органа; Uвых – напряжение на выходе БТГ

ОЗЗ вблизи нейтрали по теории Петерсена (интервал между пробоями Т50/2) Рис. 8. Моделирование ОЗЗ вблизи нейтрали ( = 0,2) по теории Петерсена с применением устройства РЕТОМ-51

ОЗЗ в нейтрали по теории Петерсена (интервал между пробоями Т50) Рис. 9. ОЗЗ в нейтрали по теории Петерсена : Uг сумма третьих гармоник напряжений на выводах обмотки статора и нейтрали генератора ; Un третья гармоника напряжения на нейтрали генератора; Iз ток в месте ОЗЗ; Uвых. РО – напряжение на выходе реагирующего органа; Uвых – напряжение на выходе БТГ

ОЗЗ на выводах генератора по теории Петерсена Рис. 10. ОЗЗ на выводах генератора по теории Петерсена: Uг сумма напряжений нулевой последовательности на выводах обмотки статора и нейтрали генератора;Un напряжение на нейтрали генератора; Iз ток в месте ОЗЗ; Uвых. РО – напряжение на выходе реагирующего органа; Uвых – напряжение на выходе БТГ

ОЗЗ в нейтрали по теории Петерса и Слепяна Рис. 11. ОЗЗ в нейтрали по теории Петерса и Слепяна: Uг сумма третьих гармоник напряжений на выводах обмотки статора и нейтрали генератора; Un третья гармоника напряжения на нейтрали генератора; Iз ток в месте ОЗЗ; Uвых. РО – напряжение на выходе реагирующего органа; Uвых – напряжение на выходе БТГ

ОЗЗ на выводах генератора по теории Петерса и Слепяна Рис. 12. ОЗЗ на выводах генератора по теории Петерса и Слепяна: Uг сумма напряжений нулевой последовательности на выводах обмотки статора и нейтрали генератора;Un напряжение на нейтрали генератора; Iз ток в месте ОЗЗ; Uвых. РО – напряжение на выходе реагирующего органа; Uвых – напряжение на выходе БТГ

1. При дуговых ОЗЗ, что вероятно в начальной стадии развития повреждения изоляции, возможны отказы функционирования блока третьей гармоники защиты БРЭ При ОЗЗ вблизи нейтрали БТГ устойчиво срабатывает, если интервалы между повторными пробоями не превышают 2,0Т 50 ; при ОЗЗ на выводах обмотки статора генератора отказы срабатывания БТГ имеют место, если интервалы между повторными пробоями превышают 6Т 50 ; при однократных пробоях изоляции обмотки статора БТГ не срабатывает.ВЫВОДЫ