Hidrogeneratorul

CUPRINS:

1.INTRODUCERE

2.HIDROGENERATORUL

2.1 Descrierea hidrogeneratorului tip HVS 6600KVA

Statorul

Rotorul

Lagarele generatorului

Steaua superioara

Steaua inferioara

Sistemul de franare ridicare

Sistemul de franare electric

Sistemul de ventilatie

Instalatia de stins incendiu

3. DEFECTE SI REGIMURI ANORMALE ALE HIDROGENERATOARELOR

3.1. – Defecte de izolatie

3.2. – Intreruperea circuitului primar

3.3. – Regimuri anormale de functionare

4. PROTECTIILE ELECTRICE ALE HIDROGENERATOARELOR

Studiu de caz : protectiile CHE VALENI

4.1. – Parametrii hidrogenerator

4.2. – Parametrii transformator evacuare

4.3. – Parametrii TSI

4.4. – Calculul protectii generator tip HVS 6600 KVA

4.4.1. Protectia diferentiala longitudinala

4.4.2. Protectia pamant stator

4.4.3. Protectia maximala de curent

4.4.4. Protectia de suprasarcina

4.4.5. Protectia de tensiune maxima

4.4.6. Protectia pamant rotor

4.4.7. Protectia la pierderea excitatiei

4.4.8. Protectia de putere inversa

5. IMPLEMENTAREA PROTECTIILOR NUMERICE LA HIDROGENERATOARE

5.1 Prezentare releul numeric Sepam G87

5.2 Scheme de legaturi in instalatii

6. IMPACTUL ASUPRA MEDIULUI A CENTRALELOR HIDROELECTRICE

CAPITOLUL 1- INTRODUCERE

Din cele mai vechi timpuri omul a utilizat puterea apei pentru a rezolvarea diferitelpr nevoi

, dar abia la inceputul secolului XX , cand progresul tehnic i-a permis, a utilizat apa pentru a produce energie electrica.

In majoritatea centralelor hidroelectrice existente , se utilizeaza energia cursurilor de apa , dar sunt si hidrocentrale in care se utilizeaza energia mareelor ( centrale maremotrice) . Un exemplu in acest sens ar fi centrala de la Rance , din Franta , localizata la varsarea raului Rance in oceanul Atlantic.

Pentru utilizarea energiei unui curs de apa este necesara o amenajare corespunzatoare, prin care sa se creeze o cadere de apa de la nivelul superior (amonte) catre cel inferior ( aval) , energia sa potentiala si cinetica fiind transformata , in instalatii hidraulice( turbine), in lucru mecanic.

Puterea furnizata la arborele turbinei hidraulice poate fi exprimata prin relatia:

Pt = 9,81QHηt in care:

Pt – este puterea turbinei [ Kw]

Q – debitul apei prin turbina [m3/s]

H – diferenta de nivel (caderea) [m]

ηt – randamentul turbinei (ηt = 85-95 %)

Puterea electrica debitata pe barele centralei este data de relatia:

Pe = Ptηtrηg in care :

Pe – este puterea electrica pe bare [kw]

η G – randamentul generatorului ( 91-98%)

ηtr – randamentul transmisiei dintre turbina generator (fiind pe acelasi ax este 1)

Csi – consumul serviciilor interne , in medie 1-3%

Orice strop de apa situat deasupra unui nivel reprezinta o sursa de energie hidraulica.In natura diferenta de nivel sau caderea H poate exista intre doua sectiuni succesive ale unui curs de apa obisnuit , la o cascada sau intre rauri sau lacuri situate la cote diferite.

Uneori diferenta de nivel se realizeaza pe cale artificiala, pompand o cantitate de apa de la un nivel inferior la un nivel superior .de obicei pomparea se efectueaza in orele de gol ale unui sistem energetic, iar recuperarea energiei acumulate se face in periodele de varf de sarcina.

In afara de energia cursurilor de apa , energia hidraulica este disponibila in natura si sub forma oscilatiilor periodice ale mareelor , sau sub forma valurilor si a curentilor marini.

CAPITOLUL 2-HIDROGENERATORUL

2.1. DESCRIEREA GENERATORULUI TIP H.V.S.

Hidrogeneratorul sincron seria H.V.S. este o constructie verticala de tip suspendat, prevazut cu posibilitatea de a fi cuplat direct si rigid cu turbina hidraulica avand urmatoarele parti componente:

Statorul generatorului

Infasurarea statorica

Rotorul generatorului

Bobinajul rotorului

.Lagarul axial radial si steaua superioara

Lagarul radial inferior si steaua inferioara

sistemul de ventilatie

instalatia de stingere a incendiului

sistemul de franare

excitatoarea

generatorul sincron de reglaj

2.1.1. STATORUL GENERATORULUI

Statorul generatorului care formeaza partea de indus a masinii se compune din trei parti principale :

Carcasa care are rol de suport mecanic in forma octogonala de constructie sudata executata din tabla de otel laminat.

Pachetul de tole stator care formeaza circuitul magnetic al indusului , este executat din tabla silicioasa superioara avand pierderi specifice 1,25W/kg. Folosirea calitatii de tabla silicioasa superioara este justificata de obtinerea pierderilor in fier cat mai reduse si deci a unui randament total al generatorului de valori mai ridicate.

2.1.2. INFASURAREA STATORULUI

Infasurarea statorului formeaza circuitul electric prin intermediul caruia se obtine un sistem de curenti si tensiuni trifazate, atunci cand rotorul generatorului este antrenat de turbina in miscare de rotati, iar infasurarea de excitatie este strabatuta de c.c. care creeaza un camp magnetic fata de rotor.

Bobinajul este executat din conductor de cupru electrolitic in doua straturi de tip buclat iar izolatia bobinajului este continua pe baza de mica si alte materiale din clasa de izolatie B.

2.1.3. ROTORUL GENERATORULUI

Are in componenta sa urmatoarele parti principale :

arborele prin care se face transmiterea cuplului motor turbina-generator-este confectionat din OLC.35 prin forjare dupa care se supune tratamentului termic de detensionare. Arborele generatorului se cupleaza in partea inferioara cu arborele turbinei prin intermediul unei flanse iar la partea superioara cu arborele excitatricei.

Coroana polara fretata direct pe arbore care inchide circuitul magnetic rotor si suportul mecanic pentru sustinerea periilor de excitatie.este formata din trei pachete elementare care se prelucreaza independent, iar dupa prelucrare se freteaza la cald pe arbore.

2.1.4. INFASURAREA ROTORULUI

Este realizata din cupru electrolitic sub forma de bobine individuale, asezate cate una pe fiecare pol si inseriate intre ele. Bobinele sunt executate din conductori avand un profil special care sa permita marirea suprafetei de racire a spirelor.

De bobinajul rotoric apartine si infasurarea de amortizare care este formata din bare de sectiune circulara din Cu , plasatela suprafata talpii polare si care sunt sc. c. la capete cu ajutorul unor segmenti din Cu de sectiune dreptunghiulara.

Rolul infasurarii de amortizare este de a reduce armonicele de dinti ale campului magnetic creat de infasurarea indusului.

Hidrogeneratorul vertical sincron tip HVS corespunde conditiilor generale pentru masini electrice rotative.Generatorul este destinat pentru functionarea de durata in spatiu inchis in urmatoarele conditii normale de lucru :

altitudinea max. fata de nivelul marii=1000m

temp. max. a aerului de racire la intrarea in generator=+350C

temp. max. a apei de racire =+250C

la variatia tensiunii sau frecventei in limitele 5% fata de valorile nominale, generatorul trebuie sa dezvolte puterea nominala la factorul de putere nominal.

Limitele admisibile de incalzire ale partilor active ale generatorului la functionarea de durata in regim nominal, nu trebuie sa depaseasca valorile indicate in tabelul nr1

Limitele de incalzire admisibile pentru temperatura max. a aerului de racire la intrarea in generator +350C sunt indicate in tabelul nr 1

TABELUL NR 1

2.1.5. LAGARUL AXIAL RADIAL SI STEASUA SUPERIOARA

Lagarul axial radial preia toate sarcinile axiale date de greutatile proprii ale partilor rotitoare si impingerea axiala datorita reactiei apei.

Deasemeni preia si fortele radiale ce iau nastere datorita excentricitatilor si a greutatilor neechilibrate ce rezulta in urma prelucrarii si asamblarii partilor componente ale ansamblului rotorhidrogenerator-rotor turbina.

Sarcinile axiale ale lagerului sunt transmise stelei superioare care prin intermediul celor 4 brate le transmite carcasei hidrogeneratorului si de aici se transmit mai departe fundatiei.

Lagarul axial si lagarele radiale de ghidaj fiind amplasate in steaua superioara , respectiv steaua inferioara ale hidroagregatului sunt izolate din punct de vedere electric de stator si conductele de ulei.

Valoarea minima admisibila a rezistentei de izolatie a lagarului fata de masa masurata cu megohmetru de 1000v este de M .

Ungerea lagarului axial si a lagarului radial al hidrogeneratorului se realizeaza prin circulatie libera a uleiului in rezervorul de ulei al lagarului.

Racitoarele de ulei ale lagarelor hidrogeneratorilor functioneaza la presiunea de 2 kgf/cm2 .

Temperatura maxima admisibila in segmentii lagarului axial ca si a lagarelor radiale este de +700C

2.1.6. LAGARUL RADIAL INFERIOR SI STEAUA INFERIOARA

Steaua inferioara este de constructie sudata avand o parte cilindrica centrala care contine baia de ulei si lagarul radial inferior si 4 brate cu sectiunea in forma de T. sprijinite pe fundatia de beton.

Lagarul radial inferior este compus din 6 segmenti oscilanti cu posibilitatea de reglare radiala pentru centrarea precisa fata de arborele hidrogeneratorului.

Segmentii lagarului radial inferior sunt identici cu cei ai lagarului radial superior , situati pe acelasi diametru. Dupa ce se realizeaza centrarea segmentilor si realizarea jocului precis suruburile de reglare a jocului radial sunt asigurate impotriva autodeplasarii.

2.1.7. SISTEMUL DE RACIRE

Racirea uleiului atat in lagarul axial-radial superior cat si in lagarul radial inferior se realizeaza cu ajutorul racitoarelor de ulei al carui agent de racire este apa.

Temperatura uleiului rece in timpul functionarii de durata nu va cobori sub 400C deoarece acesta duce la cresterea vascozitatii uleiului si deci a pierderilor totale in lagare.

Debitul maxim al apei de racire este de 9,5 mc/h pentru lagarul axial-radial superior, dar acest debit se va reduce corespunzator pe masura ce temperatura apei de racire scade. Reglarea se va face astfel ca temperatura uleiului in baia de ulei sa nu depaseasca +500C, iar temperatura segmentilor de la lagare sa nu depaseasca +700C. Racitoarele de ulei din lagarul axial radial superior sunt confectionate din tevi de alama indoite si mandrinate in placile de baza, peste care se monteaza camerele de apa

Racitoarele de ulei folosite la gratarul radial inferior sunt confectionate din tevi de alama indoite in forma de U si sudate in placa de baza ce formeaza fundul baii de ulei.

2.1.8. SISTEMUL DE VENTILATIE

Racirea hidrogeneratorului se efectueaza cu aer care circula in circuit inchis. Racirea aerului de ventilatie se realizeaza cu ajutorul a 4 baterii de racitoare de aer fiecare baterie fiind formata din 2 elemente de racitor.

Pentru marirea suprafetei de racire a aerului tevile de racire confectionate din alama sunt prevazute cu aripioare de tabla de alama de grosime 0,5 mm.

Alimentarea cu apa a racitoarelor de aer se in paralel de la o conducta principala de forma circulara, aceasta facand ca oricand un element de racitor sa poata fi scos prin sc. c. pentru eventualele reparatii fara a scoate hidrogeneratorul din functiune.

Racitorul de aer al generatorului este executat ptr. presiunea apei de racire de 2 kgf/cm2, si trebuie sa asigure racirea aerului la iesirea din racitor la +350C.

2.1.9. INSTALATII DE STINGEREA INCENDIILOR

Hidrogeneratorul este prevazut cu un sistem de stins incendiu cu apa . Conductele circulare perforate pentru injectarea apei sunt asezate in zona capetelor frontale ale bobinajului stator atat in partea superioara cat si in partea inferioara a si sudate in placa de baza ce formeaza fundul baii de ulei.

2.1.8. SISTEMUL DE VENTILATIE

Racirea hidrogeneratorului se efectueaza cu aer care circula in circuit inchis. Racirea aerului de ventilatie se realizeaza cu ajutorul a 4 baterii de racitoare de aer fiecare baterie fiind formata din 2 elemente de racitor.

Pentru marirea suprafetei de racire a aerului tevile de racire confectionate din alama sunt prevazute cu aripioare de tabla de alama de grosime 0,5 mm.

Alimentarea cu apa a racitoarelor de aer se in paralel de la o conducta principala de forma circulara, aceasta facand ca oricand un element de racitor sa poata fi scos prin sc. c. pentru eventualele reparatii fara a scoate hidrogeneratorul din functiune.

Racitorul de aer al generatorului este executat ptr. presiunea apei de racire de 2 kgf/cm2, si trebuie sa asigure racirea aerului la iesirea din racitor la +350C.

2.1.9. INSTALATII DE STINGEREA INCENDIILOR

Hidrogeneratorul este prevazut cu un sistem de stins incendiu cu apa . Conductele circulare perforate pentru injectarea apei sunt asezate in zona capetelor frontale ale bobinajului stator atat in partea superioara cat si in partea inferioara a statorului .

Alimentarea conductelor circulare se face prin doua prize asezate diametral de la conducta magistrala.

Apa necesara instalatiei este luata din magistrala de apa de racire nefiltrata si este folosita pentru ambele generatoare.

2.1.10 SISTEMUL DE FRANARE

Hidrogenatorul este dotat cu dispozitive speciale de franare si ridicare in numar de 4 bucati prevazute cu conducte de legatura intre ele . Fixarea mecanismelor de

franare se face pri insurubare pe cele patru brate ale stelei inferioare.

Franarea parti rotitoare a hidroagregatului se face automat cu ajutorul aerului comprimat avand o presiune de 5-6 bari .

Ridicarea rotorului se face cu ajutorul uleiului sub presiune de circa 30 bari presiunea fiind realizata de o pompa de inlta presiune actionata de un motor electric .

Mecanismele de franare si ridicare sunt prevazute cu posibilitatea de fixarea a limitatoarelor de cursa care indica nivelul rotorului hidroagregatului la ridicare , precum si pozitia pistoanelor , dispozitivelor dupa franare ( daca pistoanele s-au asezat pe pozitia initiala.

2.1.11.EXCITATOAREA

Excitatoarea este de tip vertical de excitatie in derivatie si este montata pe steaua superioara a hidroagregatului.

Elementele componente ale excitatieisunt ; poli principali , poli de comutatie , infasurarea principal , infasurarea de comutatie , rotorul bobinat , colectorul si sistemul de perii . Excitatoarea este bine dimensionata incat sa asigure o functionare de scurta durata si in regim de fortare .

Poli principali sunt executati din tabla silicioasa stantata , ce formeaza pachet din tole . poli au forma corespunzatoare unor circuite magnetice cu pierdreri minime de camp.

Infasurarea polilor principali asigura fluxul magnetic al excitatoarei . Bobinajul este executat in galeti pentru aputea asgura o raciere mai buna . infasurarea principala este realizata din sarma rotunda de 2.6 mm izolata cu fire de sticla .

Poli de comutatie sunt executati din otel masiv si au rolul de a inbunatati fenomenul de comutatie , ca si poli principali sunt fixati pe crcasa msinii intre poli principali . Numarul polilor auxiliari este acelas ca al polilor principali – 4 bucati .

Infasurarea polilor de comutatie este realizata din sarma de cupru de profil dreptunghiular 5×30 mm neizolata . bobina este izolata fata de poli cu micanita.

Rotorul excitatoarei este montat pe un arbore propriu cu flansa care se fixeaza rigidde arborele hidrogeneratorului.

Barele de bobinaj ale rotorului sunt executate din cupru de sectiune dreptunghiulara 3.28 x 19.5 fiind izolate pe baza de mica avand clasa B de izolatie .

Colectorul excitatiei este executat din lamele de cupru electrolitic izolat intre ele cu micanita , cu ajutorul czilor de randunica Periile de contact 25 x30x30 mm –12 bucati colecteaza curentul continiu la colector si il transmit prin conductor la borne . Arcurile de apasare ale periilor asigura contactul dintre perii si colector de 2.2 kgf/cm2.

CAPITOLUL 3

DEFECTE SI REGIMURI ANORMALE ALE HIDROGENERATOARELOR

Defecte posibile și cauzele lor:

3.1. Defecte de izolație – străpungere sau conturnarea izolației.

3.2. Întreruperea circuitului electric primar.

3.3. Regimuri anormale de funcționare.

3.1 DEFECTE DE IZOLATIE

Defectele de izolație se manifesta in diferite forme, cum ar fi:

punerile la pământ.

scurtcircuite monofazate

scurtcircuite bifazate

scurtcircuite trifazate.

Prima punere la pământ

Prima punere la pământ este un defect de izolație a unei faze față de pământ la o instalație electrică trifazată a cărui nul este izolat față de pământ. În acest caz tensiunea față de pământ a fazei cu izolația defectă devine nulă, în timp ce tensiunile față de pământ ale fazelor sănătoase cresc cu , devenind astfel egale cu tensiunile între faze, iar punctul neutru, care înainte de defect avea potențialul pământului, din motive de simetrie a celor trei faze, are acum față de pământ o tensiune egală și de sens contrar cu tensiunea de fază a fazei cu izolația defectă. Această tensiune a neutrului față de pământ se numește deplasarea punctului neutru sau tensiunea de deplasare.

Asemenea defecte nu constituie un pericol major iminent și în anumite condiții pot fi tolerate chiar câteva ore.

Dubla punere la pământ

Punerea la pământ a două faze diferite în două puncte diferite ale unei instalații electrice trifazate cu neutrul izolat se numește dublă punere la pământ. În acest caz punerea la pământ poate fi prin arc ori neta (metalic).

Scurtcircuite monofazate

Scurtcircuitele monofazate sunt defecte care pot apărea doar în rețele care au punctul neutru legat rigid la pământ și constă în străpungerea sau conturnarea izolației unei faze față de pământ, realizându-se astfel o buclă de scurtcircuit.

Curentul de scurtcircuit monofazat este dat de relația: Isc1=

unde: Uf – tensiunea de fază.

Ze – impedanța liniei (circuitului până la defect).

Zp – impedanța circuitului prin pământ (între nulul sursei și locul de defect).

Scurtcircuite bifazate

Curenții de scurtcircuit bifazat circulă numai prin cele două conductoare scurtcircuitate. În acest caz nu există simetrie între curenți și tensiuni. Curenții de scurtcircuit în cele două conductoare cu izolația defectă sunt egali în valoare absolută, însă de sensuri contrare.

Curentul de scurtcircuit bifazat este dat de relația: Isc2=.

Față de curentul de scurtcircuit trifazat produs în aceeași rețea în aceleași condiții, curentul de scurtcircuit bifazat este mai mic, raportul dintre ei fiind: ==1,5.

Scurtcircuite trifazate

Scurtcircuitele trifazate pot fi:

scurtcircuite trifazate simetrice;

scurtcircuite trifazate asimetrice.

Scurtcircuitele trifazate simetrice se produc prin rezistențe egale, ca atare atât curenții, cât și tensiunile își păstrează simetria, cu toate că valorile nominale au abateri mari pe timpul regimului cu defect (defect metalic).

Scurtcircuite trifazate asimetrice se produc prin rezistențe diferite. În acest caz, atât curenții cât și tensiunile pe cele trei faze sunt diferite, datorită rezistenței arcului dintre cele trei faze cu rezistențe diferite. Curentul de scurtcircuit trifazat are o componentă aperiodică și o componentă periodică. Valoarea eficace a componentei periodice se poate exprima: Isc3=

3.2 ÎNTRERUPEREA CIRCUITULUI ELECTRIC PRIMAR

Întreruperea circuitului electric primar în faze incomplete (a unei faze ori două faze) reprezintă un regim dezechilibrat deoarece curenții nu mai sunt egali pe cele trei faze.

La hidrogeneratoare, cât și la marea parte a rețelelor de medie tensiune, neutrul este izolat față de pământ. Întreruperea unui conductor transformă linia trifazată în linie bifazată.

La rețelele trifazate cu neutrul legat la pământ în ambele capete ale liniei, întreruperea unui conductor transformă linia din rețea trifazată tot în trifazată (al treilea conductor fiind pământul), însă asimetrică, deoarece impendanțele celor trei conductoare nu mai sunt egale.

Dacă la bornele statorului hidrogeneratorului apare o tensiune inversă, atunci componenta inversă creează în generator încălziri excesive, în special la rotor. În rotorul hidrogeneratorului care se rotește cu viteza de sincronism în sensul normal, în înfășurarea de amortizare și în fier iau naștere curenți de inducție care produc încălziri excesive.

Gradul de dezechilibru la generatoare se poate determina astfel: Idez(%)=x100

Valoarea maximă admisibilă a curentului de dezechilibru pentru hidrogeneratoare este maxim de 20%, cu condiția ca pe nici o fază curentul să nu depășească valoarea nominală. Regimul dezechilibrat poate fi pus în evidență prin:

mărimile diferite ale curenților pe cele trei faze ale statorului;

temperatura apei de ieșire (aer ieșire) răcitori stator hidrogenerator, peste limitele normale (temperaturi mărite provocate de încălzirea excesivă a statorului);

vibrații ale hidroagregatului, care pot conduce la limitarea sarcinii pe hidrogenerator, ori scoaterea din funcțiune a acestuia;

regimul de funcționare al hidrogeneratorului la sarcini asimetrice, curentul de secvență inversă al statorului produce supraîncălziri la rotor prin curenți turbionari, datorită câmpului magnetic rotoric de succesiune inversă;

regimul de funcționare al generatorului sincron, subexcitat, favorizează apariția curenților de alunecare și implicit încălzirea inadmisibilă a rotorului.

3.2.1 Întreruperea înfășurării de amortizare

Înfășurarea de amortizare are rolul de a reduce amplitudinea armonicelor superioare ale tensiunilor magnetomotoare de excitație (în regim permanent).

În regimuri tranzitorii, prin reactanța pe care o introduce înfășurarea de amortizare, se asigură constanta de timp mică. De asemenea, înfășurarea de amortizare ajută la sincronizarea generatorului prin crearea unui câmp sincronizat .

Cauzele întreruperii înfășurării de amortizare:

încălzirea înfășurării de amortizare, drept cauză, scurtcircuite nesimetrice la bornele hidrogeneratorului, regimuri anormale ale hidrogeneratorului;

vibrații mari ale hidroagregatului.

Efectele întreruperii înfășurării de amortizare:

modificarea câmpului inductor ce are drept consecință pendulațiile puterii pe hidrogenerator;

distrugerea mecanică a izolației datorită ecliselor desprinse, pieselor metalice ce se rotesc odată cu rotorul.

3.3 REGIMURI ANORMALE DE FUNCȚIONARE

Suprasarcina

Suprasarcina sau creșterea curentului într-o instalație peste curentul nominal la care a fost construită aceasta.

Suprasarcina poate fi cauzată de:

supraîncărcarea peste curentul nominal al unei instalații (generator, transformator, linie, etc.);

provocata de creșterea consumului;

apariția unui defect în instalație ( punere la pământ a unei faze, întreruperea unei faze, etc.);

subdimensionarea unei instalații față de sarcina reală.

Pendulările mașinilor sincrone (generatoare)

La funcționarea în paralel a generatoarelor sincrone, observam uneori, cu ocazia, schimbărilor rapide în configurația sistemului, sau a scurtcircuitelor care nu au fost eliminate la timp, variații importante ale curenților, tensiunilor și puterilor debitate de generatoare, care pot avea ca urmare ieșirea din sincronism a acestora. Aceste variații reprezintă pendulările generatoarelor sincrone.

Puterea debitată de un generator în sistem poate fi exprimată:

P = x sin D

unde:

E – tensiunea electromotoare a generatorului;

U – tensiunea în punctul de conexiune a generatorului cu sistemul;

Xs– reactanța totală stator generator la punctul de conexiune (generator, transformator, linie);

D – unghiul intern (unghiul dintre E și U).

Generatorul rămâne în sistem (în sincronism) pentru unghiul D între 00 – 900.

Variația unghiului intern determină mutarea centrului electric (punctului de tensiune minimă) în lungul liniei, determinând variația curentului, puterii active și puterii reactive. Dacă variația este în limite mari, schimbări rapide, bruște a unghiului intern, generatorul poate ieși din sincronism.

Regimul de motor sincron al generatorului

Generatorul este cuplat la sistem, excitat și aparatul director si vana operativa inchise (adică lipsa cuplului motor creat de apă).

Regimul subexcitat (reactiv capacitiv)

Acest regim se caracterizează prin faptul că (unghiul intern al hidrogeneratorului (unghiul dintre tensiunea electromotoare și tensiunea la borne) este la limita de stabilitate.

Regimul asincron al generatorului

Regimul asincron este regimul de funcționare a generatorului din momentul întreruperii excitației, generatorul fiind în continuare cuplat la rețea.

generator asincron – excitația întreruptă – aparatul director deschis;

motor asincron – excitație întreruptă – aparatul director si vana operativa închise

CAPITOLUL 4

PROTECTIILE HIDROGENERATORULUI TIP HVS

CALCULUL PROTECTIIILOR

4.1. PARAMETRII HIDROGENERATORULUI:

Putere aparenta nominala: SN G= 6600KVA

Putere activa nominala: PN G= 5940KVA

Factor de putere: cosΦ=0.9

Tensiune nominala: UNG=6300±5%V

Curent nominal statoric: ING=605A

Frecventa nominala: FNG=50Hz

Reactanta sincrona longitudinala:Xd=1.33u.r.

Reactanta directa saturata: X’d=0.295 u.r.

4.1.1. Transformatoarele de curent.

3xCIRTos 600/5/5A(cl.0.5;30VA,cl.10P;30VA)

6xCIRTim 600/5/5A(cl.0.5;30VA,cl.10P;30VA)

4.1.1.2.Transformatoarele de tensiune.

3xTIRMo 6:√3/0,1:√3/0,1:3Kv(cl.0.5;100VA;cl.1;100VA)

4.2. PARAMETRII LINIE TRANSFORMATOR DE EVACUARE

Transformatorul de evacuare

Tip TTU-ONAF

Puterea nominala:SNTR=16 MVA

Raport de transformare:nTr=6,3/123Kv

Grupa de conexiuni:Ynd-11

Tensiunea de scurtcircuit:Uk=11%

4.2.1. Transformatoare de curent pe partea 6,3 Kv

3xCIRTim 1250/5/5A(cl.0.5;30VA,cl.10P;30VA)

4.2.2 Transformatoare de curent pe partea de 123Kv

3xCESU-110 2x 75/5/5/5A(cl.0.5;30VA,cl.10P;30VA,cl.10P60VA)

4.2.3. Transformatoare de tensiune pe partea 123Kv

3XTECU-110 110:√3/2×0,1:√3/0.1:3Kv(cl.0.5;100VA;cl.1;100VA cl.3:120VA)

4.3. PARAMETRII TRAFO. SERVICII INTERNE

4.3.1. Transformatorul SI 6,3/0,4 KV

Tip TTU-ONAN

Puterea nominala:SNTR=400kVA

Raport de transformare:nTr=6,3/0.4Kv

Grupa de conexiuni:Dyn-5

Tensiunea de scurtcircuit:Uk=6%

4.3.2. Transformatoare de curent

3x CIRSo 50/5/5A(cl.1;10VA,cl.10P;10VA)

1x CIRT-0.5KA;600/5A;cl.0.5

4.3.3. Transformatorul SI 20/0,4 KV

Tip TTU-ONAN

Puterea nominala:SNTR=400kVA

Raport de transformare:nTr=20/0.4Kv

Grupa de conexiuni:Dyn-5

Tensiunea de scurtcircuit:Uk=6%

4.3.4. Transformatoare de curent

3x CIRSo 50/5/5A(cl.1;15VA,cl.10P;15VA)

1x CIRT-0.5KA;500/5A;cl.0.5

4.4. CALCULUL PROTECTIILOR ELECTRICE ALE GENERATOARELOR G1 SI G2

4.4.1 Protectia diferentiala longitudinala (cod ANSI 87G)

Protectia diferentiala a generatorului actioneaza la scurtcircuite polifazate ce apar intre infasurarile statorului , la bornele generatorului sau pe conexiuni , pana la transformatoarele de curent la care se conecteaza protectia. Protectia este sensibila , rapida si cu selectivitate absoluta.

Conditii si ipoteze

Se au in vedere urmatoarele:

Transformatoarele de curent pe ambele parti ale protectiei sunt identice;

Curentul maxim de scurtcircuit exterior ce trebuie avut in vedere la stabilirea reglajelor este cel produs de generator la un scurtcircuit trifazat la borne;

Protectia se desensibilizeaza fata de curentul maxim de dezechilibru produs de curentul de scurtcircuit maxim exterior protectiei;

Nu se utilizeaza infasurarea de franare deoarece desensibilizeaza protectia la defecte interioare.

Marimi de reglaj.

Conform cu cele enumerate mai sus ,protectia diferentiala de generator realizata cu releul RDS-3a are un singur parametru de reglaj cu valoare semnificativa , celelalte avand valoarea zero;

Numarul de spire al infasurarii diferentiale (Wd)≠0;

Weg1=Weg2=Wfr=0

Relatii de calcul si expresii

Curentul primar maxim de dezechilibru :

Emax=10%, eroarea maxima considerata pentru TC;

Curentul primar fata de care se face desensibilizarea protectiei :

Ksig = 1,2÷1,4 coeficient de siguranta ;

Curentul secundar fata de care se face desensibilizarea protectiei:

KTC=600/5=120 raportul de transformare al TC;

Curentul secundar de dezechilibru:

Numarul de spire calculat al infasurarii diferentiale :

Umm.ac=60 [A] tensiunea magnetomotoare de actionare a releului RDS-3a;

Numarul de spire ales :

Ales din sirul de numere posibile;

Curentul real de actionare:

coeficientul de siguranta

Ksig >1,5

Coeficientul de sensibilitate

Ksens >1,5

Valori de calcul :

Idez.max.1=312 [A] ; Ipp1= 405,6 [A]; Ipp2= 3.38 [A];Wdc= 17.51 [sp]; Ipp2r= 4,63 [A]

Wda=13 [sp]; Ksig.=1,78>1,5 ; Ksens.=11,3 > 1.5

Valori de reglaj :

Wd= 13 [sp]; Weg.1=0[sp]; Weg2=0[sp];Wfr.= 0[sp]

4.4.2 Protectia pentru p.l.p. stator (cod ANSI 59N)

Protectia impotriva punerilor la pamant stator 85% protejeaza infasurarea statorica impotriva defectelor la pamant, prin masurarea deplasarii punctului neutru.Deplasarea punctului neutru al generatorului este maxima pentru o p.l.p. la bornele generatorului si nula pentru o p.l.p. in punctul neutru. Pentru cresterea sensibilitatii este necesar sa se elimine armonica de ordinul trei.

Protectia se realizeaza cu un releu de tip F11.

Marimi de reglaj

Sunt doua marimi de reglaj:

Tensiunea de actionare;

Temporizarea.

Relatii de calcul si expresii

Ureg- tensiunea la care se va regla releul;

Ksig- coeficientul de siguranta , cuprins intre 1,25-1,5;

Krev- coeficientul de revenire, aproximativ 0,6;

Udez- tensiunea de dezechilibru.

Pentru erori maxime ale tensiunilor pe cele trei faze se obtine :

UH= 0.034 U [V] dezechilibru nu depaseste 3,4% din tensiunea pe faza , respectiv:

Udez = UH = 0.034 = 1.97 V

Valori de calcul

Upr= 4.33V

UN= 100V rezulta Upr = 4.33%

Valori de reglaj

Upr = 5% UN tpr = 3 [s]

4.4.3 Protectia maximala de curent cu blocaj de minima tensiune (cod ASI 51/27)

Protectia maximala de curent este folosita ca o protectie de rezerva pentru defectele externe , interne si ca protectie de bare.aceasta protectie are caracteristica de timp independenta , temporizarea protectiei alegandu-se astfel incat sa permita eliminarea defectelor exterioare de catre protectiile elementelor respective in zona in care s-a produs defectul.

Blocajul la tensiune minima este prevazut pentru a asigura o sensibilitate marita.

Protectia maximala de curent cu controlul tensiunii este alimentata de la transformatoarele de curent montate in circuitul statoric.Se prefera montarea acestor transformatoare spre neutrul acestuia si nu spre borne , deoarece , in acest caz , ele vor fi parcurse de curentul de defect si in cazul unui scurtcircuit in stator , chiar daca generatorul ar functiona izolat de sistemul electric si astfel aceasta protectie reprezinta o protectie de rezerva impotriva defectelor interne.

Temporizarea se va alege astfel incat la defecte interne sa actioneze protectia diferentiala a generatorului , iar defectele pe bare sa fie eliminate in timp scurt.

Protectia se realizeaza cu releee de tip RC.

Marimi de reglaj

Sunt trei marimi de reglaj:

Curentul de actionare

Tensiunea de blocaj

Temporizarea.

Relatii de calcul si expresii:

– valoarea curentului de actionare se alege astfel incat curentul de actionare si cel de revenire sa fie mai mari decat cel nominal , pentru a nu fi posibile actionari gresite in regim normal

Ksig = 1,2 ; Krev = 0,85;

Valori de calcul:

Ipp = 854 A ; Ksens I = 3,16 > 1,5; Ksens II =2,97 > 1,2 ; Ipr = 7,12 A; Upr = 72,54 V

Valori de reglaj:

Ipr = 7,1[ A]; Upr = 72,5 [V]; tpr = 0,3 [s]

4.4.4 Protectia impotriva suprasarcinilor ( cod ANSI 51)

Protectia la suprasarcini protejeaza generatorul impotriva suprasarcinilor simetrice in infasurarile acestuia si actioneaza numai la semnalizare.Se realizeaza cu un releu maximal de curent pe o singura faza , cu o temporizare mare.

Marimi de reglaj:

Sunt doua marimi de reglaj

Curentul de actionare

Temporizarea.

Relatii de calcul si expresii:

valoarea curentului de actionare se alege astfel incat curentul de actionare si cel de revenire sa fie mai mari decat cel nominal , pentru a nu fi posibile actionari gresite in regim normal.

Ksig = 1,05; Krev = 0,85;

Valori de calcul :

Ipp = 747,4 [A] ; Ipr = 6,23 [A]

Valori de reglaj:

Ipr = 6,2 A ; t = 10 s

4.4.5. Protectia impotriva supratensiunilor (cod ANSI 59)

Protectia are rolul de a preveni distrugerea izolatiei generatoarelor si a infasurarilor si a infasurarilor transformatorului de evacuare datorita aparitiei unor supratensiuni cauzate de interventii eronate ale regulatorului de tensiune sau a unor caderi importante de sarcina si interventia necorespunzatoare a regulatoarelor.

Pe langa solicitare izolatiei apar si pierderi suplimentare in fier care conduc la suprasolicitari

termice.Protectia se temporizeaza pentru a preveni functionarile false in perioada regimurilor tranzitorii.

Protectia se realizeaza cu un releu de tip RUMAX.

Marimi de reglaj:

Sunt doua marimi de regaj:

Tensiunea de actionare

Temporizarea.

Relatii de calcul si expresii

Valori de calcul

Upp = 1,18 UN = 1,18×6300 = 7434 [V] ; Upr = 118 [V]

Valori de reglaj:

Upr = 118 [V] ; tpr = 3 [s] .

4.4.6. Protectia pentru p.l.p. rotor (cod ANSI 64)

Protectia la p.l.p. in rotor se prevede pentru detectarea p.l.p. in circuitul de excitatie .Metoda utilizata se bazeaza pe injectarea in circuitul rotoric , prin intermediul unor impedante capacitive , a unui curent alternativ . Se masoara , astfel rezistenta de p.l.p. in circuitul de excitatie .

Prima punere la pamant in circuitul de excitatie nu prezinta un pericol imediat , existand insa pericolul unei a doua puneri la pamant in circuitul de excitatie , regim foarte periculos pentru generator.

Exista o singura protectie care actioneaza asupra declansarii , cu o temporizare de ordinul a 10 s pentru a prevenii functionarea in regimuri tranzitorii , datorat in special circuitelor capacitive.

Protectia se realizeaza cu releul tip DPPEs.

Marimi de reglaj:

Sunt doua marimi de reglaj:

Rezistenta minima de actionare

Temporizarea.

Valori de reglaj:

Riz.= 2.5 kΩ ; tpr = 9[ s ]

Daca nu sunt date indicatii de catre constructorul generatorului sau al sistemului de excitatie privind valoarea minima admisa a izolatiei , reglarea definitiva se face la punerea in functiune a generatorului.

Dispozitivul de protectie este conectat in instalatie cu eclisa de alegere a pragului pe pozitia sensibilitatii maxime ( 2.5 kΩ).Daca dispozitivul de protectie actioneaza, se trece eclisa pe pozitia imediat inferioara.Eclisa se fixeaza in final pe pozitia la care dispozitivul de protectie nu actioneaza

4.4.7 Protectia pentru pierderea excitatiei(cd ANSI 40).

Protectia de pierdere a excitatiei protejeaza generatorul la aparitia unui regim periculos, cand poate sa dispara sau sa se reduca partial curentul de excitatie.In aceasta situatie, generatorul consuma energie reactiva din retea .Daca puterea absorbita de generator este mai mare decat limita admisa constructiv de generator, acesta trebuie izolat de retea pentru a evita solicitarile mecanice si termice.

Principiul de functionare al protectiei de minima impedanta ( impedanta capacitiva)

Generatorul sincron nu poate furniza energie reactiva ( capacitiva sau inductiva) cu valoare mai mare decat este dimensionat mecanic si termic, chiar mai mult, depasirea sarcinii capacitive poate scoate generatorul din sincronism.Motivul este ca limita de stabilitate statica depinde de unchiul de sarcina δ= 900 si poate sa apara cand generatorul este subxcitat , adica pentru cosρcapacitiv.In situatia pierderii excitatiei , marimile de la bornele generatorului ( curent si tensiune respectiv impedanta aparenta) determina curba de limita a stabilitatii pentru ansamblul generator – transformator, care este un cerc situat in semiplanul inferior (capacitiv). Cercul este definit de punctul extrem ZM, care reprezinta pierderea totala a excitatiei.Caracteristica protectiei , un cerc in planul inferior (capacitiv in planul impedantelor) , nu trebuie sa fie identica cu limitele de stabilitate , pentru a evita o deconectare falsa pe durata lipsei tensiunii cauzate de defecte in statorul generatorului.

Functionarea protectiei este temporizata pentru a permite generatorului sa revina la conditiile de sincronism dupa trecerea perioadei tranzitorii de scurta durata , cand δ> 900. Valoarea uzuala a temporizarii este de 2 s.

Caracteristica protectiei RPEx (din figura de mai jos) este definita de cercul ce intersecteaza axa imaginara negativa in doua puncte, respectiv Zm si ZM.Punctul Zmnu este reglabil , fiind stabilit din fabricav la valoarea 1,5÷2 Ω . punctul ZM este reglabil in domeniul 10÷40 Ω, in trepte de 5Ω.

Marimi de reglaj.

Protectia formata din releul RPEx si releul de timp RTPa-5 au ca marimi de reglaj:

Valoarea maxima a impedantelor (ZM releul RPEx);

Temporizarea (tpex releul Rtpa-5)

Relatii de calcul si expresii:

Determinarea impedantei maxime

[Ω secundari/faza];k=0,8 pentru generatoare cu poli aparenti;

Verificarea impedantei minime

[Ω secundari/faza];k=0,8 pentru generatoare cu poli aparenti;

Valori de calcul:

ZM=12.2[Ω secundari/faza];Zm=2.7[Ω secundari/faza]>2[Ω secundari/faza], deci intra in caracteristica de actionare.

KsigM = 1.23;Ksig.m = 1.35 un coeficient de siguranta de 10% este acoperitor

Se alege ZM = 15 [Ω secundari/faza];

Valori de reglaj:

ZM = 15 [Ω secundari/faza]; tPEx = 2 s

4.4.8. Protectia de putere inversa ( cod ANSI 32)

Protectia de putere inversa este utilizata , in principal pentru a proteja turbina daca cuplul motor devine mai mic decat pierderile totale ale ansamblului turbina generator.

La un defect in turbina care provoaca interventia protectiilor tehnologice ce comanda oprirea vanei de admisie.In aceste conditii generatorul se comporta ca un motor sincron, lansat cu viteza de sincronism si trece in regim de motor , antrenand turbina defecta , in care deteriorarile se pot marii.Prin interventia protectiei de putere inversa se limiteaza deteriorarile in generator.

Se prevad doua protectii de putere uinversa pe agregat cu doua trepte de temporizare fiecare , functionand pe principiul 1 din 2.

Prima treapta cu un timp mai mic este activa daca vana admisie apa este inchisa;

A doua treapta cu timp mai mare este activata numai de demaraj.

Marimi de reglaj:

Protectia formata din releul RPIg si releul de timp RTPa-5 au ca marimi de reglaj:

0,5% PNG stabilita din fabrica

Temporizarea

Valori de reglaj

T Pig = 3 s.

CAPITOLUL 5

IMPLEMENTAREA PROTECTIILOR NUMERICE IN HIDROCENTRALE

5.1. AVANTAJELE PROTECTIILOR NUMERICE:

Rapiditate in functionare

Consum propriu redus

Gabarit redus

Cheltuieli reduse in exploatare

Sensibilitate crescuta

Durata mai mare de viata

Siguranta in exploatare marita

Mentenanta redusa

Existenta unei biblioteci de functii

Posibilitatea integrarii intr-un sistem SCADA

Existenta mai multor seturi de parametrii

Functie de autotestare

Memorare evenimente si valori masurate

5.2. RELEUL NUMERIC SEPAM 87G

Releul numeric SEPAM este un dispozitiv numeric de protectie si comanda cu interfete de comunicatie ce permit comanda si setarea parametrilor de la distanta si cu interfata de operare proiectata ergonomic si cu o larga functionalitate.

Dispozitivul utilizeaza tehnici de masurare numerice, procesarea integral numerica a semnalelor asigurand acuratete si uniformitate a masuratorilor.

Dispozitivul SEPAM 87G are urmatoarele functii :

Functii de protectie:

Protectie maximala de curent cu caracteristica de actionare dependenta sau independenta de curent sau definita de utilizator cu temporizare sau fara.

Protectie maximala de curent directionala

Protectia la suprasarcina.

Protectie de tensiune maxima si minima.

DRRI (protectie de rezerva la refuz de intrerupator)

Protectie pamant stator

Functii de comanda

Starea intrerupatoarelor este afisata pe display pe panoul frontal

Posibilitate comandarii intrerupatorului local sau de la distanta

Logica interna programabila

Functii de monitorizare

Marimi monitorizate:

Valori masurate U,I.f,etc

Energie activa si reactiva

Stare intrerupator

Supraveghere circuit declansare

Monitorizare sigurante

Posibilitatea inregistrarii a 8 defecte

5.2.1 Conectarea SEPAM la transformatoarele de curent

Sepam poate fi conectat la orice transformator de curent standard de 1A sau 5A.

5.2.2. Conectarea SEPAM la transformatoarele de tensiune

5.2.3. Schema protectiilor realizate cu releul numeric SEPAM