Защита на синхронни генератори - Основи на релейната защита - РЗА
10-1. Повреди и ненормални режими на работа на синхронни генератори. Видове защита на генератора
a) Повреда на намотката на статора
Многофазните къси съединения са сред най-тежките повреди на генератора. Те са придружени от високи токове, няколко пъти по-високи от номиналния ток на генератора. За защита от многофазни къси съединения, които причиняват значителна повреда на статора, на всички генератори с мощност над 1000 kW, ако има изходи на отделни фази от неутралната страна, се монтира надлъжна диференциална защита, която действа за изключване на генератора.
При генератори с ниска мощност за защита срещу многофазни къси съединения е разрешено използването на по-прости устройства: защита от свръхток или прекъсване, монтирани от страната на изходите на генератора, както и прекъсвачи или предпазители.
10-2. Надлъжна диференциална защита
Основната защита на генераторите срещу многофазни къси съединения в намотката на статора е надлъжната диференциална защита. Тази защита е свързана към токови трансформатори, монтирани от страната на клемите и от страната на нулевата точка на генератора; покритието му включва намотки, клеми на статора и кабели или шини до разпределителното устройство за напрежение на генератора.
При електроцентрали без обслужващ персонал, където надлъжната диференциална защита при задействане автоматично пропуска вода в генератора, тя се свързва към токовите трансформатори, така че в зоната на покритие са включени само намотката на статора и клемите.
10-3. Напречна диференциална защита
Надлъжната диференциална защита не работи в случай на късо съединение в намотката на статора, тъй като в този случай токовете, преминаващи от страната на клемите и нулевата точка, са еднакви,в резултат на това в релето няма ток.
За защита на генератори с два или повече успоредни клона се използва специална напречна диференциална защита, която реагира на разликата в токовете, преминаващи в успоредните клонове на намотката на статора. Принципът на действие на защитата е същият като на напречната диференциална (осморка) защита на успоредни линии (виж Глава 8). В нормален режим протичат еднакви токове в паралелните клонове и само токът на дисбаланс влиза в релето. При затваряне между завоите на един от паралелните клонове се нарушава равенството на токовете и релето се активира.
10-4. Защита срещу еднофазни земни съединения
a) Цел на защитата
За да се намали токът на земна повреда в мрежата на напрежението на генератора, което значително повишава надеждността на работата на генераторите и кабелните мрежи, генераторите с напрежение 2 kV и повече, като правило, работят с изолирана нулева точка.
10-5. Токова защита срещу външно късо съединение и претоварване
a) Защита от свръхток с блокиране на напрежението
Защитата от свръхток е настроена за защита на генераторите от свръхток, причинен от външни къси съединения. Три релета за максимален ток Т1 са свързани към фазовите токове на генератора (фиг. 10-10). С това включване на токовите релета се осигурява действието на защитата при всякакъв вид късо съединение както в мрежата на генераторното напрежение, така и на страната на високото напрежение на силовите трансформатори, свързани по схемата.
10-6. Защита от пренапрежение
Защита, чиято схема е показана на фиг. 10-13, се състои от реле за напрежение, свързано към междуфазовото напрежение на генератора, и реле за време за предотвратяване на защитата от изключване при краткотрайно повишаване на напрежението.
10-7.Защита на веригата на възбуждане срещу заземяване
a) Едноточкова защита от заземяване
За периодично наблюдение на състоянието на изолацията на възбудителните вериги се използва волтметър, чийто един извод е свързан към земята, а вторият е свързан на свой ред към полюсите на ротора. Ако изолацията на ротора е добра, показанието на волтметъра ще бъде близо до нула и в двата случая. В случай на заземяване на ротора, волтметърът ще измери напрежението на всеки полюс спрямо земята. За да се измери точно стойността на съпротивлението на изолацията на ротора спрямо земята, е необходимо да се използва волтметър с високо съпротивление.
На хидрогенератори и синхронни компенсатори се препоръчва да се инсталира специална защита, която действа върху сигнала. На фиг. 10-15 показва схематична диаграма на такава защита, която може да се използва на хидрогенератори с капацитет на веригата на възбуждане спрямо земята не повече от 0,5 μF.
10-8. Защита от претоварване на ротора
Както беше отбелязано по-горе, не се допуска дългосрочно претоварване на намотката на ротора на мощни турбогенератори с директно охлаждане. За да се предотврати повреда на ротора при претоварване, е предвидена специална защита, а продължителността на форсирането на възбуждането също е ограничена.
Най-пълната защита на ротора срещу претоварване може да се извърши с помощта на реле, което има характеристика, която зависи от тока на ротора. Такава защита е разработена във Всесъюзния научноизследователски институт по релейна техника (VNIIR) и пусната в опитна експлоатация на няколко мощни турбогенератора. Въпреки това, поради липсата на достатъчно опит в експлоатацията на такива защити, в момента турбогенераторите с директно охлаждане на намотките са оборудвани с временна защита с независимаХарактеристика. Варианти за изпълнение на временна защита на ротора срещу претоварване са показани на фиг. 10-18.
10-9. Пълна верига за защита на генератора
На фиг. 10-20 показва пълната схема за защита на турбогенераторите TVF-60-2 и TVF-100-2, работещи на шини с генераторно напрежение.
На генератора са монтирани следните защити: надлъжна диференциална с RNT реле (1, 2, 3); земна защита (4, 5, 17, 25, 26); напречна диференциална защита с RTF реле (13); токова защита с обратна последователност (8 - 12, 15, 16, 20 - 24); токова защита с блокиране на ниско напрежение (7, 14, 19); защита от претоварване по ток (6, 18).
10-10. Характеристики на защита на блокове генератор - трансформатор
а) Схеми на свързване на блокове
Най-често мощните турбо- и хидрогенератори се включват по схемата генератор-трансформатор или генератор-автотрансформатор.