Способ уменьшения тока коротокого замыкания синхронного генератора Советский патент 1977 года по МПК H02H9/02 

1

Изобретение относится к области электроэнергетики. Оно может быть использоваио в автономных, например, судовых электроэнергетических системах. Судовые автоматические выключатели, обеспечивающие защиту от коротких замыканий (к. з.), обладают приемлемыми характеристиками по разрывной способности после падения тока в конечной стадии к. 3., но по электродинамической устойчивости не допускают ударных токов к. з. более 130 кА.

В современном судостроении наблюдается непрерывный рост потребности в электроэнергии, которая может быть удовлетворена за счет увеличения мощности электроэнергетических систем. На крупных судах необходимый уровень мощности станции и отдельных агрегатов достигает таких значений, что при принятом номинале напряжения (400 В) ударные значения тока к. з. могут превышать допустимые для коммутационных аппаратов пределы. Это обстоятельство вынуждает к поиску рациональных путей уменьп.1ения ударных величин тока к. з.

Известными способами уменьшения величин тока к. 3. являются следующие: повышение номинального напряжения судовой сети, установка в статорной цепи генераторов токоограничивающих реакторов 1.

Повышение номинального напряжения генератора при сохранении мощности обусловливает меньпше токи генератора, в том числе и в режиме к. з. Однако при внедрении в автоно.мных электростанциях другого номинального напряжения необходимо создать судовое электрооборудование на новое напряжение. Все потребители одновременно перевести на более высокое напряжение не удается, часть потребителей остается на напряжение 400 В и требует установки дополнительных трансформаторов. Это вызывает рост веса и габаритов приемников электроэнергии. Кро.ме того, стоимость разработки электрооборудования на новое номинальное напряжение чрезвычайно велика, а сама разработка требует длительного времени. Следовательно, способ уменьшения тока к. 3. за счет повышения номинального напряжения генераторов имеет существенные недостатки.

Способы уменьшения тока к. з. за счет установки в статорной цепи генераторов токоограничиваюших устройств связаны с большими дополнительными потерями мощности и напряжения, большими габаритами и весом таких устройств. В ряде случаев установка токоограничивающих реакторов приводит к невозможности автоматического распределения реактивной мощности между параллельно работающи.ми генераторами.

Блил-сайшим техническим решением к настоящему изобретению является у.меньшение

тока к. 3. синхронного генератора путем фиксации начала режима к. з. 2J. По этому способу ограничение тока осуществляется за счет включения в цеиь генератора резонансного контура. Однако такой ,снособ требует применения доиолнительного оборудования и ириводит к дополнительным потерям мощности.

Все указанные способы умеиьшают ток к. з. не только в переходно.м, но и в установивше.мся режиме к.з., что расценивается как недостаток этих способов.

Цель изобретения - уменьшения установленной мощности путем ограничеиия ударного тока к.з. Для этого но предлагаемому способу уменьшения тока к. з. синхронного генератора в начале режима к.з. напряжеине на обмотке возбуждения генератора изменяют по знаку и увеличивают по величине в 20-50 раз.

На фиг. 1 и 2 приведены осциллограммы тока (га) и напряжения (t/a) одной из фаз статора и тока возбуждения (if) генератора при глухом трехфазном к. з. Осциллограммы на фиг. 1 соответствуют случаю к. з. без применения предлагаемого способа, на фиг. 2 - при применении способа, обеспечивающего малое изменение тока возбуждения в начальной стадии к. 3. В первом случае возбуждение синхронного генератора осуществлялось от независимого источника постоянного напряжения, а во втором-ири использовании предлагаемого способа. Включение на к. з. производилось в момент равенства нулю мгновенного значения фазного напряжения. Максимальные всилески токов статора и возбуждения измеряются относительно их значений в установившихся режимах.

Физические процессы, на использовании которых основан предлагаемый способ ограничения ударных токов к.з., .могут быть иояснены следующим образом.

Потокосцепление обмотки статора генератора в начальной стадии внезапиого к. з., к которой относится н время возникновения ударного тока к. 3., можно приближенно иолагать постояиной величиной. Если генератор принять идеальным и без демпферных контуров, то из условия постоянства потокосцеплений обмоток генератора вытекает, что ток в об.мотке статора проиорциоиален току возбуждения. Всплеск тока возбуждения в начале режима к. 3., обусловленный взаимной индуктивностью обмоток возбуждения и статора, достигает величины 5-10 ло отношению к току возбуждения холостого хода. Этим на основании пропорциональности токов возбуждения и статора объясняется значительная величина тока к. 3., точно совпадающего по времени с всплеском тока возбуждения. Ограничение тока возбуждения позволяет влиять на ударный ток к.з. в сторону его уменьшения. Если в пределе добиться стабилизации тока возбуждения в режиме к.з. (сохранения его доаварийного значения), то периодическая составляющая тока к.з. будет ограничена своим установившимся значением. Последнее у автономных генераторов в 8-12 раз меньше, чем значение периодической составляющей ударного тока к.з. У реальных синхронных генераторов рассмотренная зависимость тока к.з.

от тока возбуждения сохраняется.

Стабилизация тока возбуждения соответствует работе источиика питания обмотки возбуждения в начале процесса к. з. в режиме источника тока, а не источника напряжения,

как это имеет место в обычных системах возбуждения синхронных генераторов.

Стабилизация тока возбуждения в начале режима к.з. с малы.ми, например в 2-3 раза, его увеличеииями по сравнению с исходными

величинами может быть достигнута временными изменениями по знаку и зиачительным увеличением по модулю напряжения возбуждения, например в 20-50 раз по отношению к напряжению возбуждения холостого хода.

Осциллограммы на фиг. 1 и 2 показывают эффективность стабилизации тока возбуждения; ударный ток к.з. лабораторной генераторной установки уменьшен в 3 раза.

Формула изобретения

Способ уменьшения тока короткого замыкания синхронного генератора путем фиксации начала режима короткого замыкания, отличающийся тем, что, с целью уменьшения

установленной мощности иутем ограничения ударного тока короткого замыкания, в начале режима короткого замыкания налряжение на обмотке возбуждения геиератора из.меияют по знаку и увеличивают по величние в 20-

50 раз.

Источники информации, принятые во внимание ири экспертизе:

1.«Судостроение № 11, 1966, статья А. Л. Котовищикова и др. «О возможности увеличения мощности судовой электростанции с ломощью токоограничивающих реакторов.

2.Bernhard Kahler, Die Begrenzungskupplung, ein Befrag zum Kurzschlupproblem des Verbundbetriebes «Electrotechnische Zeitschrift № 9, 1966 Г.

K,ff

АА

ITa I

.e

l.f 3,4-0. e