3.2. Защита генераторов от внутренних повреждений

Обычно от такого типа повреждений рассматриваются следующие виды защит:

• продольная дифференциальная защита;

• защита от витковых коротких замыканий в обмотке статора;

• защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора;

• защита нулевой последовательности от двойных замыканий на землю в обмотке статора;

• защита от замыканий на корпус в обмотке возбуждения.

3.2.1. Продольная дифференциальная защита

Защита от междуфазных к.з., представляющих наибольшую опасность для работы, должна иметь высокие характеристики по быстродействию и чувствительности. Эти требования позволяют обеспечить применение дифференциального принципа, который до сих пор является наиболее эффективным способом защиты от междуфазных к.з. в обмотке статора, на фазных и нулевых выводах и соединении генератора со сборными шинами или трансформатором связи (до ТА защиты).

Известно, что в условиях режима нагрузки и внешнего к.з. через дифференциальное реле защиты протекают разности вторичных токов плеч защиты, т.е. токи небаланса , которые надо ограничивать.

Для повышения чувствительности и улучшения отстройки защиты от в отечественной практике получили широкое применение две разновидности дифференциальных реле с насыщающимися трансформаторами тока (НТТ): реле с улучшенной отстройкой от апериодической составляющей серии РНТ и реле с магнитным торможением серии ДЗТ.

С использованием реле серии РНТ выполняются схемы дифференциальной продольной защиты в трехфазном трехрелейном исполнении для генераторов мощностью (60...100) МВт (рис.3.1). В реле ДЗТ подмагничивание НТТ осуществляется не только апериодическими составляющими , но и полными токами внешних к.з. (магнитное торможение). Эти реле лучше отстроены от установившихся , поэтому защита может быть выполнена более чувствительной. Схемы с реле ДЗТ используются для защиты мощных генераторов, работающих в блоках с трансформаторами.

Ток срабатывания продольной дифференциальной защиты должен быть больше максимального тока небаланса в переходном режиме при внешнем к.з.:

, (3.3)

где – коэффициент отстройки, принимаемый равным 1, 3.

Максимальный ток небаланса определяется по выражению

, (3.4)

где – коэффициент, учитывающий переходный режим, для реле РНТ , а для РТ-40 , – коэффициент однотипности трансформаторов тока (ТТ); для однотипных ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации и мало отличающимися нагрузками вторичных цепей; в остальных случаях; – погрешность ТТ, принимаемая равной ; – максимальный ток, проходящий через генератор при внешнем к.з.

Расчетная точка для определения этого тока находится на выводах генератора. Кроме того, при выполнении схемы следует учитывать, что обрыв соединительного провода плеча защиты нарушает баланс токов в реле и вызывает ложное ее срабатывание в нормальном режиме и при сквозном к.з.

Принципиально возможно выполнить продольную дифференциальную защиту с реле РНТ, не работающую при обрыве токовых цепей, но имеющую ток срабатывания при этом меньше номинального. Это достигается специальной схемой включения реле РНТ: в нулевой провод дифференциальной цепи последовательно включаются уравнительные обмотки всех трех реле РНТ. Причем дифференциальные и уравнительные обмотки в каждом реле включаются встречно.

Рис.3.1 Схема дифференциальной продольной защиты в трехфазном трехрелейном исполнении.

Число витков уравнительных обмоток выбирается по условию отстройки от номинального тока генератора по выражению

, (3.5)

где – намагничивающая сила срабатывания реле, для РНТ ;

– коэффициент трансформации ТТ.

Число витков дифференциальной обмотки подсчитывается при условии

(3.6)

При обрыве соединительного провода одного из ТТ распределение токов в схеме будет таково, что в двух реле неповрежденных дифференциальных цепей ток будет протекать только по уравнительным обмоткам (реле не сработает), в третьем по дифференциальной и уравнительной. С учетом полярности обмоток результирующий магнитный поток в последнем реле пропорционален . Это реле так же не сработает, так как в соответствии с (3.5) и (3.6) . Ток срабатывания защиты в этом случае может быть равным

(3.7)

Если защиты с РНТ не срабатывают при обрыве токовой цепи одной из фаз, то в схемах может предусматриваться устройство контроля, действующее на сигнал в случае неисправности токовых цепей. Включается реле в нулевой провод дифференциальной защиты, ток срабатывания его принимается

Определение параметра срабатывания реле дифференциальной защиты сводится к расчету тока срабатывания реле РНТ и числа витков дифференциальной обмотки РНТ по выражениям

, (3.8)

. (3.9)

Округляя до ближайшего целого числа в меньшую сторону, принимают окончательное значение (если число витков рабочей обмотки меньше расчетного, то используется последовательное соединение рабочей и уравнительной обмоток).

Чувствительность продольной дифференциальной защиты оценивается коэффициентом чувствительности , значение, которого, согласно ПУЭ, должно быть не менее 2:

, (3.10)

где – ток металлического замыкания между двумя фазами на выводах генератора для одиночно работающего генератора.