УСТРОЙСТВО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ВАЛА ТУРБОАГРЕГАТА

Область техники
Полезная модель относится к защите электроустановок и, в частности, к защите элементов конструкции турбоагрегатов от наведенных напряжений.
Уровень техники
Для снятия наведенных напряжений с неподвижных конструкций и деталей электроустановок используют непосредственное их соединение с контуром заземления, а при подвижных - соединение с контуром заземления осуществляют через графитовые или металлографитовые контактные щетки. Нарушение заземления вала турбоагрегата приводит к повреждению элементов его конструкции и сокращению зоны действия блока контроля изоляции цепи возбуждения турбогенератора, поэтому для надежной работы турбоагрегата необходимо обеспечить качественное соединение его вала с контуром заземления [1]. Это соединение осуществляют двумя контактными щетками. Одну (заземляющую), установленную на валу со стороны турбины, непосредственно соединяют с контуром заземления, а вторую (релейную), установленную на валу со стороны возбудителя генератора, соединяют с контуром заземления через устройство заземления. Щетка, установленная со стороны турбины, работает в более тяжелых условиях, менее доступна для ремонта и ее контакт с валом чаще нарушается.
Функция устройства заземления, состоит, во-первых, в уменьшении величины наводимого на валу напряжения в случае нарушения контакта с валом щетки, установленной со стороны турбины, а во-вторых, в ограничении тока, протекающего через обе контактные щетки под действием наводимой в роторе продольной э.д.с.
Известно выбранное в качестве прототипа устройство заземления вала турбогенератора, содержащее первый вывод, предназначенный для подключения к контактной щетке, установленной на валу
турбоагрегата со стороны возбудителя, второй вывод, предназначенный для подключения к контуру заземления, и включенную между указанными выводами параллельную RC-цепь [2].
Недостаток прототипа - большое сопротивление RC-цепи постоянному току, что ухудшает заземление вала (равносильно увеличению сопротивления перехода щетка-вал), приводит к увеличению наведенного напряжения на валу. Это в свою очередь может привести к пробою масляного клина, протеканию тока через место пробоя и, как следствие, вызывает электроэрозию и повреждение деталей турбоагрегата, а также отрицательно влияет на работу средств контроля изоляции цепи возбуждения. С другой стороны уменьшение полного сопротивления RC-цепи для промышленной частоты до величины менее 300 Ом нежелательно, т.к. длительное протекание большого тока, вызванного продольной э.д.с. ротора, также может привести к повреждению деталей турбоагрегата.
Раскрытие существа полезной модели
Задача полезной модели - одновременно снизить сопротивление цепи заземления и уменьшить ток от продольной э.д.с. ротора.
Существо полезной модели состоит в том, что устройство заземления вала турбоагрегата содержит первый вывод, предназначенный для подключения к контактной щетке, установленной на валу турбоагрегата со стороны возбудителя, второй вывод, предназначенный для подключения к контуру заземления, и включенный между указанными выводами заградительный фильтр, выполненный с максимумом затухания на промышленной частоте и минимумом затухания на нулевой частоте.
Это решает задачу полезной модели.
Полезная модель имеет развития и уточнения, которые состоят в том, что:
- заградительный фильтр выполнен с минимумом затухания на частоте основной гармоники пульсаций напряжения возбудителя;
- введен коммутатор, нормально замкнутая контактная группа которого включена последовательно с заградительным фильтром;
- заградительный фильтр содержит индуктивность, включенную между первым и вторым выводами устройства, а коммутатор дополнительно снабжен переключающей контактной группой, нормально замкнутый контакт которой подключен к средней точке указанной индуктивности, нормально разомкнутый - к первому выводу устройства, а переключаемый контакт предназначен для подключения к блоку контроля изоляции цепи возбуждения турбогенератора;
- заградительный фильтр содержит последовательный LC-контур, настроенный в резонанс на частоте основной гармоники пульсаций напряжения возбудителя.
Эти развития позволяют исключить отрицательное влияние устройства заземления на работу средств контроля изоляции цепи возбуждения и, не переводя генератор на резервный возбудитель, определить место замыкания на землю цепи возбуждения (замыкание обмотки возбуждения на бочку ротора или замыкание на землю возбудителя), а также дополнительно снизить сопротивление устройства заземления для наводимой на валу турбоагрегата основной гармоники напряжения возбуждения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует схему и работу устройства, а фиг.2 - характеристику затухания заградительного фильтра с учетом развитии полезной модели.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 показаны входящие в состав турбогенератора: турбина 1, бочка 2 ротора турбогенератора, возбудитель 3, вал 4, обмотка 5 возбуждения, расположенная на бочке 2 ротора, контактная щетка 6, расположенная со стороны турбины 1, и контактная щетка 7,
расположенная со стороны возбудителя. Щетка 6 соединена непосредственно с контуром заземления 8. Щетка 7 соединена с первым выводом 9 устройства заземления вала, второй вывод 10 которого соединен с контуром заземления 8.
В состав устройства по полезной модели входят показанные на фиг.1: первый вывод 9, второй вывод 10, заградительный фильтр 11, включенный между выводами 9 и 10, а также коммутатор 12 с нормально замкнутой контактной группой 13 и переключающей контактной группой, в которую входят нормально замкнутый контакт 14, нормально разомкнутый контакт 15 и переключаемый между ними контакт 16. Контактная группа 13 включена последовательно с фильтром 11, в состав которого входят параллельный LC-контур 17, настроенный в резонанс на промышленной частоте, например, 50 гц и последовательный LC-контур 18, настроенный в резонанс на частоте основной гармоники пульсаций напряжения возбудителя, например, 300 гц. Контакт 14 подключен к средней точке индуктивности контура 17, контакт 15 - к выводу 9, а контакт 16 - к блоку 19 контроля изоляции цепи возбуждения турбогенератора, в которую включена обмотка 5. Выводы 9 и 10 подключены к контуру заземления 8 и к щетке 7 соответственно.
На фиг.2 обозначено: 20 - затухание фильтра 11; 21 - частота; 22 - резонансная частота контура 17; 23 - резонансная частота контура 18.
Устройство работает следующим образом.
В рабочем состоянии контактные группы коммутатора 12 находятся в положении, показанном на фиг.1. При хорошем контакте щеток 6 и 7 с валом 4 турбоагрегата ток заземления, протекающий в контур 8 от напряжения, наведенного в бочке 2 ротора, распределяется между щетками 6 и 7 пропорционально сопротивлению соответствующих цепей. Через щетку 6 и фильтр 11, характеристика затухания которого приведена на фиг.2, протекает: постоянный ток от
статических зарядов, возникающих при трении сухого пара о лопатки турбины; ток промышленной частоты, вызванный продольной э.д.с. ротора; ток основной гармоники напряжения возбудителя и постоянный ток, контролируемый блоком 19.
Сопротивление постоянному току, которое вносит индуктивность контура 17 в цепь, контролируемую блоком 19, незначительно и не оказывает влияния на его работу.
При наличии контакта между щеткой 6 и валом 4 (переходное сопротивление контакта не превышает нескольких Ом) статический заряд стекает с вала через щетку 6, а заградительный фильтр 17 ограничивает протекающий через обе щетки 6, 7 и элементы конструкции турбогенератора ток промышленной частоты, вызванный продольной э.д.с. ротора.
При нарушении контакта вала 4 со щеткой 6 (или ее временном отсутствии) ток, вызванный наведенными на валу 4 статическими зарядами, будет стекать на контур 8 заземления через фильтр 11.
Как видно из фиг.2, фильтр 11 имеет максимальное затухание для тока промышленной частоты, на которую настроен контур 17, и практически нулевые затухания на частотах, близких к постоянному току, к частоте основной гармоники пульсаций напряжения возбудителя, на которую настроен контур 18, а также на высоких частотах.
В результате ток промышленной частоты, текущий через обе щетки, будет ограничен резонансным затуханием параллельного LC-контура 17, а для постоянного тока отекания статического заряда, текущего через щетку 7 при нарушении контакта щетки 6 с валом 4, и тока с частотой основной гармоники пульсаций напряжения возбуждения, текущего через блок 19, будет обеспечиваться низкоомная электрическая связь с контуром 8 заземления.
Если блок 19 выдает сигнал о нарушении изоляции цепи возбуждения, то обслуживающий персонал искусственно создает режим отсутствия заземления вала 4 через щетку 6 и переводит коммутатор 12 в положение, при котором контактная группа 13 разомкнута, а переключаемый контакт 16 замкнут с контактом 15. Если в этом положении коммутатора 12 в вышеуказанное положение сигнал блока 19 о нарушении изоляции (о замыкании на землю) цепи возбуждения не пропадает, то персонал делает вывод о том, что нарушение изоляции произошло в обмотке возбуждения, расположенной на бочке ротора, а возбудитель исправен. Если при переводе коммутатора 12 сигнал с блока 19 пропадает, то персонал делает вывод о нарушении изоляции на внешнем по отношению к генератору участке цепи возбуждения, связанном с возбудителем, и, следовательно, о необходимости заменить возбудитель на резервный.
Таким образом, использование полезной модели позволяет одновременно уменьшить сопротивление в цепи заземления при нарушении контакта с валом щетки, расположенной со стороны турбины, и снизить ток через элементы конструкции турбогенератора от продольной э.д.с. ротора, а также дает возможность с помощью блока контроля изоляции определять место замыкания в цепи возбуждения генератора без его перевода на резервный возбудитель.
Источники информации
1. Эксплуатационный циркуляр № Ц-05-88/Э «О предотвращении электроэрозии турбоагрегатов». Министерство энергетики и электрификации СССР, 1988 г.
2. Amman С., Reichert К., Posedel Z. Shaft Voltages in Turbosets Operating Experience with RC-grounding and New Possibilites for Monitoring the Condition of Turbogenerators. - Proc. Of Int. Conf. «SM-100», Zurich, 27-29.08.91, pt. 111, 703-708.