В) Ненормальные режимы

Перегрузка статора током больше номинального влечет за собой перегрев и разрушение изоляции обмотки, что в результате может привести к короткому замыканию или замыканию на землю.

В эксплуатацию все больше внедряются мощные турбогенераторы с непосредственным, или, как иногда говорят, с форсированным охлаждением обмоток, в которых охлаждающая среда (водород или вода) циркулирует внутри токоведущнх стержней, благодаря чему обеспечиваются лучшие условия охлаждения и более высокие плотности тока. Эти генераторы, имеющие меньшие размеры и лучшие экономические характеристики, выпускаются нашей промыш ленностью четырех типов: ТВФ, ТВВ, ТГВ и ТВМ. Конструкция этих генераторов такова, что они допускают значительно меньшую перегрузку, чем генераторы с косвенным охлаждением.

Данные, определяющие длительность допустимой перегрузки генераторов, приведены в табл. 10-1. Допустимая кратность перегрузки в табл. 10-1 указана относительно длительно допустимого тока (при данных температуре и давлении охлаждающей среды).

Для того чтобы дежурный персонал своевременно принял меры к разгрузке генератора, устанавливается токовая защита от перегрузки, действующая на сигнал. Если токи перегрузки обмотки статора, возникающие в нормальных эксплуатационных режимах, сравнительно невелики, то при внешних коротких замыканиях они могут достигать больших величин. Даже кратковременное прохождение таких токов представляет опасность для обмотки статора.

Для предотвращения повреждения генератора в случае, если короткое замыкание не будет отключено защитой линий или трансформаторов, служит максимальная токовая защита с пуском по напряжению или без него, действующая на отключение генератора.

Наиболее тяжелые последствия для генератора могут иметь место при внешних несимметричных коротких замыканиях (двухфазных или однофазных). В этом случае неравенство (несимметрия) токов в фазах статора вызывает повышенный нагрев ротора и вибрацию генератора, что может привести к его повреждению. Несимметрия токов статора может возникнуть вследствие обрыва одной из фаз, а также отказа во включении или отключении одной из фаз выключателя.

Допустимая длительность прохождения по генератору тока обратной последовательности может быть определена согласно следующему выражению:

где t_доп — допустимая длительность прохождения тока обратной последовательности, с; I²_2* — кратность тока обратной последовательности по отношению к номинальному току генератора; А — постоянная величина для генератора данного типа, значения которой приведены ниже:

для турбогенераторов с косвенным охлаждением типа ТВ2—29, типа ТВ—20;

для. турбогенераторов с непосредственным охлаждением типа ТВФ—15, типа ТГВ-200—11, типа ТГВ-300—8,5, типа ТВВ—7,5;

для гидрогенераторов с косвенным охлаждением — 40.

Защита генератора от внешних несимметричных коротких замыканий и несимметричных режимов осуществляется токовой защитой обратной последовательности, действующей на сигнал и на отключение.

Перегрузка по току ротора генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением определяется допустимой перегрузкой статора, а для турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмотки ротора ограничивается следующими временами [Л. 41]:

Для предотвращения повреждения ротора при перегрузке его обмотки во время форсировки возбуждения на генераторах с непосредственным охлаждением предусматривается автоматическое ограничение длительности форсировки.

С той же целью на турбогенераторах с непосредственным охлаждением, а также на некоторых гидрогенераторах предусматривается защита ротора от перегрузки, действующая на отключение генератора или на отключение АГП (на турбогенераторах) и переводящая генератор в асинхронный режим, если последний допустим.

Повышение напряжения на выводах обмотки статора может привести к пробою изоляции и возникновению в генераторе многофазного короткого замыкания. Опасное для изоляции повышение напряжения возникает на генераторах вследствие исчезновения магнитного потока реакции статора и увеличения скорости вращения агрегата, что происходит при сбросе нагрузки.

На турбогенераторах регулятор скорости предотвращает значительное увеличение скорости, и, кроме того, если скорость вращения превысит 110% номинальной, сработает автомат безопасности и полностью прекратит доступ пара в турбину. Напротив, на гидрогенераторах при сбросе нагрузки могут иметь место увеличение скорости вращения на 40—50% выше нормальной и соответствующее повышение напряжения статора. Поэтому защита от повышения напряжения устанавливается только на гидрогенераторах с действием на отключение генератора и автомата гашения поля (АГП).

К ненормальным режимам относится также работа синхронного генератора без возбуждения (например, при отключении АГП), так называемый асинхронный режим. При работе в асинхронном режиме увеличивается скорость вращения генератора и возникает пульсация тока статора.

Большинство турбогенераторов с косвенным охлаждением, за исключением машин с наборными зубцами роторов, может длительно (до 30 мин) работать в асинхронном режиме с нагрузкой до 60% номинальной.

Для турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмотки ротора допускается работа в асинхронном режиме с нагрузкой не более 40% номинальной: серии ТВФ в течение 30 мин, а серий ТВВ и ТГВ — 15 мин.

Асинхронный режим работы гидрогенераторов в большинстве случаев сопровождается значительным понижением напряжения и большими качаниями, при которых ток статора может в несколько раз превышать номинальный. Необходимо поэтому в случае потери возбуждения все гидрогенераторы, а также турбогенераторы, имеющие ослабленную конструкцию (наборный ротор, проволочные бандажи), отключить или немедленно принять меры к восстановлению нормального режима.

В некоторых случаях потеря возбуждения, не представляя опасности для самого генератора, может послужить причиной нарушения устойчивости параллельной работы энергосистемы. Это может случиться, если мощность генератора, потерявшего возбуждение, велика, и энергосистема не может даже кратковременно покрыть дефицит реактивной мощности, возникший вследствие потери возбуждения генератором. В этом случае генератор, потерявший возбуждение, также должен быть немедленно отключен от сети. Это обычно осуществляется с помощью специальной блокировки, отключающей выключатель генератора при отключении АГП. Подобная блокировка выполняется также на синхронных компенсаторах.

Все защиты, действующие на отключение выключателя генератора, одновременно отключают АГП.

Для предотвращения пожара в генераторе, имеющем воздушное охлаждение, дежурный персонал при внутренних коротких замыканиях пускает в генератор воду. На электростанциях без обслуживающего персонала пуск воды в генератор производится автоматически при срабатывании защиты от внутренних коротких замыканий в обмотке статора.

На генераторах, работающих только с водородным охлаждением, установок для тушения пожара не предусматривается, так как водород не поддерживает горения. Для тушения пожара на случай работы этих машин с воздушным охлаждением (если это допускается) применяется углекислота.