Вдосконалення системи захисту обмотки ротора синхронних генераторів малої та середньої потужності від замикань на землю на основі інжекції низькочастотної напруги

Анотація

Стаття присвячена аналізу сучасних методів захисту обмотки ротора синхронного генератора від замикань на землю та обґрунтуванню шляхів їх удосконалення з урахуванням реальних умов експлуатації в енергетичних системах України. Особливу увагу приділено проблемі своєчасного виявлення першого замикання на землю, оскільки саме воно створює передумови для аварійного другого замикання, що супроводжується значними струмами, тепловими перевантаженнями, механічними пошкодженнями ротора, підшипників та активних частин генератора. Актуальність теми обумовлена частим погіршенням стану ізоляції обмоток ротора на синхронних генераторах малої та середньої потужності (1,5–12 МВт), що призводить до тривалих аварійних зупинок, вартісних ремонтів і значних економічних втрат. Проаналізовано недоліки традиційних електромеханічних систем захисту, які досі експлуатуються на багатьох електростанціях. Детально розглянуто три основні сучасні принципи безперервного онлайн-контролю ізоляції кола збудження. Для кожного методу описано фізичні принципи дії та основні переваги, зокрема завадостійкість до гармонік статичних систем збудження, незалежність від місця пошкодження, усунення ефекту поляризації ізоляції завдяки періодичній зміні полярності, можливість точного обчислення опору ізоляції. Виявлено характерні обмеження методів, зокрема необхідність зовнішніх блоків інжекції та зв’язку, потреба в періодичному калібруванні, відносна складність монтажу та інтегрування до існуючих систем релейного захисту. На підставі проведеного аналізу та математичного моделювання обґрунтовано доцільність розробки окремого спеціалізованого мікропроцесорного реле контролю ізоляції ротора, незалежного від багатофункціональних терміналів генераторного захисту. Для підтвердження теоретичних положень та ілюстрації застосування перспективного методу інжекції напруги у формі меандру виконано транзитивне моделювання в середовищі LTSpice та натурний експеримент.