3. Защита от повышения напряжения.

На всех блоках с гидрогенераторами, а также на блоках с мощными турбогенераторами и трансформаторами устанавливается защита от повышения напряжения.

Заводы-изготовители допускают интенсивное использование стали магнитопроводов при изготовлении крупных генераторов и трансформаторов. При этом величина магнитной индукции достигает значений близких к насыщению стали магнитопроводов. Поэтому на мощных генераторах и трансформаторах повышение напряжения сверх номинального вызывает насыщение стали магнитопроводов и как следствие повышенный их нагрев.

Опасные повышения напряжения на генераторах и трансформаторах в блочных схемах возможны в режимах холостого хода и при внезапном отключении блока от сети (при неисправностях в системах возбуждения генераторов, при ошибочных действиях дежурных, а также в режимах сброса нагрузки на гидрогенераторах из-за увеличения оборотов агрегата и отказе в работе регулятора возбуждения).

Защита от повышения напряжения блоков мощностью 160 мВт и более (рис. 9-4) выполняется в виде 2-х ступенчатой защиты максимального напряжения с использованием 2-х реле напряжения (РН1 и РН2) типа РН-58/200, имеющих высокий коэффициент возврата (К_В0,95).

Рис. 9-4. Защита от повышения напряжения генератора блока генератор-трансформатор

а) – цепи тока и напряжения

б) – оперативные цепи

Первая ступень защиты с уставкой 1,2U_ном.Г не имеет выдержки времени и может действовать только в режиме холостого хода генератора (на развозбуждение генератора) или блока.

При работе блока на нагрузку 1 ступень защиты автоматически вводится из действия с помощью 3-х фазных реле тока типа РТ-40/Р, размыкающих свои контакты при появлении тока нагрузки. При переходе генератора или блока в режим холостого хода 1 ступень защиты вводится в действие с выдержкой времени порядка 3с, перекрывающей длительность кратковременного повышения напряжения на генераторе или блоке при его отключении от сети.

Вторая ступень защиты с уставкой 1,41,5 U_ном.Г предназначена для защиты генератора и трансформатора, работающего в сети и действует на отключение блока и развозбуждение генератора с небольшой выдержкой времени порядка 0,30,5с отстроенной от кратковременных повышений напряжения в сети ВН блока.

4. Защита генераторов блока от замыканий на землю

Генераторы блоков работают с изолированной или заземленной через дугогасящую катушку нейтралью. Сеть генераторного напряжения (обмотка статора генератора – токоведущие части от генератора к трансформатору – обмотка блочного трансформатора) при этом обладает небольшой ёмкостью по отношению к земле и следовательно, величина тока однофазного замыкания на землю в сети генераторного напряжения обычно не превышает 5А.

В качестве защиты от однофазных замыканий на землю в статоре генераторов, работающих в блоке с трансформаторами широко применяют защиту максимального напряжения нулевой последовательности, выполненную на одном реле максимального напряжения, которое включается на обмотку разомкнутого треугольника трансформатора напряжения, установленного на главных выводах генератора.

Схема защиты представлена на рис. 9-5 и состоит из реле максимального нгапряжения 1, реле времени 2 и вольтметра 3. Реле напряжения включается на фильтр напряжения нулевой последовательности (к разомкнутому треугольнику генераторного ТН). Для правильной работы фильтра нейтраль первичной обмотки ТН должна быть обязательно заземлена, при этом напряжение на разомкнутом треугольнике

В нормальном режиме из-за погрешностей ТН и наличия третьих гармоник в напряжении в фазных э.д.с. вследствие искажения синусоидальной формы кривой, на зажимах размкнутого треугольника ТН появляется напряжение небаланса U_нб, поэтому напряжение срабатывания защиты должно удовлетворять условию:

U_с.з.>U_нб

Рис. 9-5. Схема защиты генератора блока от замыканий на землю с реле напряжения нулевой последовательности

а) схема защиты с ТН на выводах генератора;

б) зависимость U₀ и I_з от числа замкнувшихся на землю витков обмотки статора.

При замыканиях на землю (на корпус) обмотки генератора появляется напряжение нулевой последовательности U_{0 Г} = U_Ф.Г.,

где:
	-	количество замкнувшихся на землю витков обмотки статора генератора, %;
UФ.Г.	-	фазное напряжение генератора.

Защита срабатывает при условии 3U_{0 Г}>U_с.з..

На рис. 9-5, б представлена зависимость напряжения нулевой последовательности U_{0 Г} и тока замыкания на землю I_з от числа замкнувшихся витков, из которой видно, что рассматриваемая защита имеет зону нечувствительности (мёртвую зону) если U_с.з.<3U_{0 Г}=_xU_Ф.Г.,

где:
х	-	число витков, при которых U0 Г. недостаточно для действия защиты

Обычно уставка срабатывания защиты выбирается порядка U_с.з.=0,15U_Ф.Г. (U_с.р.=15 В), при этом защита надёжно отстроена от напряжений небаланса появляющегося на обмотке разомкнутого треугольника ТН в реальных эксплуатационных режимах, в том числе защита не реагирует на замыкания на землю в сети собственных нужд, но может сработать при замыканиях на землю в сети ВН блочного трансформатора.

На генераторах, имеющих ток замыкания на землю менее 5А защиту выполняют с действием на сигнал с выдержкой времени порядка 0,51,5с, а при токах замыкания на землю более 5А устанавливают в нулевой точке генератора дугогасящую катушку, компенсирующую ёмкостный ток генератора до величины меньше 5А.

Для повышения чувствительности защиты реле максимального напряжения включают через фильтр третьей гармоники (используют специальное реле с фильтром типа РНН-57), что значительно снижает уставку защиты (до величины 4-5 В).

Недостатком рассмотренной максимальной защиты напряжения нулевой последовательности является наличие зоны нечувствительности при замыкании вблизи нулевых выводов обмотки статора. Вероятность повреждений в указанной зоне возросла в связи с использованием на мощных генераторах (300 мВт и выше) непосредственного охлаждения обмотки статора. Поэтому в последние годы на генераторах с непосредственным охлаждением применяют защиту типа ЗЗГ-1, не имеющей мёртвую зону (так называемую «100% земляную защиту генератора»).

Схема подключения ЗЗГ-1 приведена на рис. 9-6.

Рис. 9-6. Схема подключения реле ЗЗГ-1

Защита состоит из 2-х реле: органа основной гармоники и органа третьей гармоники.

Орган первой гармоники представляет собой максимальное реле напряжения с фильтром высших гармоник, пропускающим только напряжение основной гармоники.

Реле подключается к разомкнутому треугольнику ТН генератора и предназначено для защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора со стороны главных выводов генератора.

Орган третьей гармоники представляет собой реле напряжения с торможением, в котором рабочее напряжение представляет собой сумму напряжений третьей гармоники , а тормозным напряжением является напряжение нейтрали . Реле подключается к разомкнутому треугольнику ТН генератора и ко вторичной обмотке ДГК (или ТН нейтрали генератора) и предназначено для защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора со стороны нулевых выводов генератора.

Орган третьей гармоники срабатывает в режимах, когда

U_раб= >U_торм= ,

где:
	-	напряжение нейтрали генератора;
	-	напряжение на главных выводах генератора.

Коэффициент торможения реле обычно принимают равным:

Значения напряжений третьей гармоники как на главных выводах, так и в нейтрали генератора относительно малы. Отношение этих напряжений практически не изменяется и не зависит от изменения нагрузки и режима работы генератора.

Орган 3-ей гармоники реагирует на отношение модулей векторов

и ,

где:
и	-	векторы напряжений 3-ей гармоники в нейтрали и на главных выводах генератора

В нормальном режиме (без замыкания на землю) защита ЗЗГ-1 не работает так как во-первых орган основной гармоники имеет уставку срабатывания превышающую напряжение небаланса на разомкнутом треугольнике ТН генератора U_с.з1>U_нб, и во-вторых суммарное напряжение (в рабочем контуре реле близко к нулю | | и | | противоположны по фазе, а в тормозном контуре действует напряжение надёжно блокируя орган третьей гармоники.

При замыкании на землю на главных выводах или в части обмотки статора со стороны главных выводов генератора орган основной гармоники срабатывает т.к. на разомкнутом треугольнике ТН генератора появляется напряжение 3U₀=U_Ф.Г.>U_с.з.1=0,15U_Ф.Г.

Орган третьей гармоники не работает, так как при замыкании на землю одной из фаз на выводах генератора напряжение равно нулю, при этом напряжение в рабочем и тормозном контурах будут равны. Срабатывание или несрабатывание защиты в этом случае зависят от коэффициента торможения, а так как К_Т настраивается равным 2, то орган третьей гармоники будет блокирован.

При замыкании в нейтрали напряжение третьей гармоники снижается до нуля, а возрастает, при этом тормозное напряжение также снижается до нуля, а рабочее возрастает U_раб>U_торм и орган третьей гармоники срабатывает. Орган первой гармоники в этом режиме не работает т.к. имеет мёртвую зону со стороны нейтрали.

Защита ЗЗГ-1 действует на отключение и развозбуждение генератора.

Выводы:

1. В качестве защиты от однофазных замыканий на землю в статоре блочных генераторов с косвенным охлаждением применяют защиту максимального напряжения нулевой последовательности выполненную на одном реле максимального напряжения подключаемым к обмотке разомкнутого треугольника трансформатора напряжения установленного на главных выводах генератора. Защита выполняется с действием на сигнал и имеет «мёртвую зону» со стороны нейтрали генератора.

2. Для защиты блочных генераторов с непосредственным охлаждением (мощностью более 300 мВт) применяют защиту от замыканий на землю, не имеющую зоны нечувствительности типа ЗЗГ-1. Защита выполняется с действием на отключение и развозбуждение генератора.