6.3.2 Продольная дифференциальная защита

О сновной защитой от междуфазных коротких замыканий генераторов является продольная дифференциальная защита, схема которой дана на Рис. 6.13.

Рис. 6.13. Схема продольной дифференциальной защиты генератора:

а  принципиальная; б  развернутая

Реле тока включаются на разность токов трансформаторов тока ТАI и ТАII, установленных со стороны основных выводов генератора и со стороны нейтрали. При этом зона защиты находится между двумя комплектами трансформаторов тока; для ее увеличения одни комплект трансформаторов тока устанавливается возможно ближе к выключателю. Защита действует на отключение генератора и автомата гашения поля (АГП), а также на остановку турбины.

При внешнем КЗ ток в первичных обмотках трансформаторов тока ТАI и ТАII одинаков, а ток и реле равен разности вторичных токов этих трансформаторов тока, т. е. току небаланса. При внутренних КЗ токи в первичных обмотках трансформаторов тока ТАI и ТАII различны; при этом ток в реле равен сумме вторичных токов трансформаторов тока. Защита не должна действовать при внешних КЗ, поэтому ее ток срабатывания должен удовлетворять условию:

I_с,з > I_нбmax.

Значение тока небаланса зависит от идентичности характеристик трансформаторов тока, сопротивлений плеч защиты, а также от токов в первичных обмотках трансформаторов тока (увеличивается с их увеличением).

Практически ток срабатывания защиты находится по выражению

I_с,з = k_отсk_aI_нбmax = k_отсk_ak_однεI_kmax,

где k_отс = 1,2  коэффициент отстройки; k_a  коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в токе КЗ; k_одн = 0,5  1  коэффициент однотипности характеристик трансформаторов тока; ε – погрешность трансформаторов тока; I_kmax  наибольшее начальное действующее значение тока трехфазного КЗ генератора при КЗ на его выводах.

Дифференциальная защита является быстродействующей защитой, работающей без выдержки времени; селективность ее действия обеспечивается самой схемой защиты. Для повышения чувствительности защиты реле тока включают через быстронасыщающиеся трансформаторы тока (БНТ), практически запирающие защиту, если в токе КЗ есть значительная апериодическая составляющая. При этом можно принять k_a = 1. Наличие в схеме БНТ позволяет эффективно отстроиться от бросков тока небаланса при внешних КЗ, но приводит к увеличению на 1  1,5 периода времени действия защиты при внутренних КЗ.

6.3.3 Защита от замыканий между витками одной фазы

Т акая защита устанавливается на мощных генераторах, у которых обмотка статора имеет две параллельные ветви. Распространение получила схема защиты, приведенная на Рис. 6.14.

Реле тока KA защиты подключено через фильтр токов основной частоты KAZ к трансформатору тока TA, установленному на перемычке между нейтралями двух параллельных ветвей статорной обмотки. В нормальном режиме и при внешних КЗ в перемычке имеются только токи гармоник, кратных трем, обусловленные несинусоидальностью формы индукции в воздушном зазоре машины и несимметрией фазных токов КЗ. Фильтр KAZ не пропускает эти токи в цепь защиты. Витковые замыкания сопровождаются появлением в контуре поврежденной фазы уравнительных ЭДС Е_ур и тока I_ур основной частоты, а в реле тока I_р = I_ур/K_I.

Если I_ур > I_с,з, то защита срабатывает. Чем меньше число замкнувшихся витков, тем меньше уравнительный ток. Защита, следовательно; имеет мертвую зону. Ток срабатывания реле отстраивается от максимального тока небаланса при внешних КЗ. Практически берут Iс,з ≈ (0,20,4)I_г.ном.

Защита может ложно работать при двойных замыканиях на землю в цепи ротора, когда нарушается магнитная симметрия параллельных ветвей статорной обмотки. Для исключения ложной работы защиты при неустойчивых двойных замыканиях в цепи ротора в защиту вводится реле времени КТ с выдержкой t_з = (0,5 ÷ 1) с. Трансформатор тока в перемычке между нейтралями параллельных ветвей должен быть динамически стоек при максимальных токах в перемычке. Его коэффи­циент трансформации обычно выбирается равным К_I = 0,25I_г.ном/5.