2. Продольная дифференциальная защита

Основной защитой генератора от междуфазных к.з. в обмотке статора генератора и на его выводах является продольная дифференциальная защита.

Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении величин и фаз токов по концам защищаемой зоны.

С

хема, поясняющая принцип действия защиты представлена на рис.7-2.

Рис. 7-2. Принцип действия продольной диф.защиты генератора

а) токораспределение при внешнем к.з.

б) токораспределение при к.з. в зоне.

Реле защиты подключается на разность токов трансформаторов тока с одинаковыми коэффициентами трансформации установленных со стороны главных выводов и со стороны нейтрали генератора, поэтому в зону действия защиты входят обмотка и выводы (главные и нулевые) статора генератора.

При внешнем к.з. (К1) и в нагрузочных режимах токи в первичных обмотках трансформаторов тока (I_I и I_II) равны по величине и направлены в одну сторону (к месту к.з.), а ток в реле I_p=I_IB-I_IIB равен нулю поэтому защита не работает.

При к.з. в зоне действия защиты (К2) первичные токи к.з. направлены встречно (противоположны по фазе), ток в реле суммируется I_p=I_IB+I_IIB и реле срабатывает если I_p>I_с.з.

Продольная дифференциальная защита должна действовать на отключение генераторного выключателя и развозбуждение генератора (отключение автомата гашения поля – АГП).

В действительности из‑за погрешностей трансформаторов тока в реле появляется ток небаланса I_p=I_нб. Для исключения ложной работы защиты ток срабатывания продольной диф. защиты генератора выбирается по условию отстройки от тока небаланса, проходящего в реле при внешних к.з.:

I_c.з.=К_нI_{нб.макс}

где:
Кн=1,2	-	коэффициент надёжности;
Iнб.макс	-	расчётный максимальный ток небаланса, определяемый по выражению: Iнб.макс=ККоднfi Iк.з.макс.

где:
К=12	-	коэффициент апериодичности, учитывающий наличие апериодической составляющей в токе к.з.
К=1,5	-	для реле тока типа РТ-40
К=2,0	-	для реле тока прямого действия типа РТМ
Кодн=0,51,0			-	коэффициент однотипности характеристик ТТ
fi=0,1	-	относительная величина погрешности ТТ
Iк.з.макс.	-	наибольшее начальное действующее значение тока 3-х фазного к.з. на выводах генератора.

Чтобы уменьшить ток небаланса для продольной дифференциальной защиты подбираются трансформаторы тока с одинаковыми характеристиками намагничивания. При расчёте тока небаланса это учитывается коэффициентом однотипности.

С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления плеч продольной дифференциальной защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей и включать последовательно с токовыми реле добавочные сопротивления величиной 5-10 Ом.

Для повышения чувствительности дифференциальной защиты наиболее целесообразно использовать реле с быстро насыщающимися трансформаторами типа РНТ, а также использовать диф. реле с торможением типа ДЗТ.

На генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, применяются две схемы продольной диф. защиты (рис. 7-3).

В схеме на рис. 7-3, а, которая применяется на генераторах малой мощности (до 30 МВт), используются два токовых реле и четыре трансформатора тока. Существенным недостатком этой схемы защиты является то, что она не будет срабатывать при двойном замыкании на землю (одно в сети, другое в обмотке статора генератора, на фазе в которой отсутствуют трансформаторы тока). Обычно схему в 2-х фазном исполнении с реле тока типа РТ-40 применяют на генераторах, имеющих защиту от замыканий на землю, действующую на отключение генератора без выдержки времени при двойных замыканиях на землю. При отсутствии земляной защиты применяют схемы диф. защиты в 3-х фазном исполнении.

Рис. 7-3. Схемы продольной диф.защиты генератора

а) в 2-х фазном исполнении на реле РТ-40

б) в 3-х фазном исполнении на реле РНТ.

Защита может ложно сработать при обрывах проводов в её плечах, так как при этом в реле одной фазы появляется ток, соответствующий току нагрузки генератора. Поэтому ток срабатывания защиты выполненной с использованием реле тока РТ-40 определяют по выражению:

I_с.з.=1,3I_г.ном

при этом чувствительность защиты существенно уменьшается.

Схема продольной диф. защиты на реле РНТ (рис. 7-3, б) используется на генераторах мощностью выше 30 МВт, при этом защита выполняется, как правило, в 3-х фазном исполнении независимо от наличия защиты от замыканий на землю, действующей на отключение.

При использовании реле типа РНТ с быстронасыщающимся трансформаторами (БНТ) дифференциальная защита имеет задержку на срабатывание на время присутствия в токе к.з. значительной апериодической составляющей. При этом К_a=1. Наличие в схеме БНТ позволяет эффективно отстраиваться от бросков тока небаланса при внешних к.з., но приводит к увеличению на 1,01,5 периода времени действия защиты при внутренних к.з. Кроме того, наличие выравнивающих обмоток у реле РНТ позволяет скомпенсировать неравенство токов в плечах диф. защиты.

Ток срабатывания защиты с использованием реле РНТ определяется по выражению:

I_с.з.=(0,5-0,6) I_г.ном.

при этом чувствительность защиты выше, чем в защите с токовыми реле РТ‑40.

Для сигнализации обрыва соединительных проводов токовых цепей диф. защиты в нулевой провод токовых цепей включается токовое реле Т₀, ток срабатывания которого устанавливается равным (0,20,3) I_г.ном.

На рис. 7-4 представлена упрощённая схема продольной диф. защиты генератора с использованием реле подключенных через быстронасыщающиеся трансформаторы с торможением (с использованием реле ДЗТ) с током срабатывания

Рис. 7-4. Упрощённая схема продольной диф. защиты генератора на реле ДЗТ

При использовании дифференциальных реле с торможением типа ДЗТ в которых сочетается два принципа отстройки защиты от тока небаланса: применение быстронасыщающегося трансформатора для ограничения I_нб, поступающего в реле и торможения, при котором ток срабатывания реле автоматически увеличивается с ростом тока к.з. При этом I_с.з.=(0,1-0,2) I_г.ном.

Реле ДЗТ имеют тормозную (W_т) и рабочую (W_р) обмотки. Тормозная обмотка, как правило, включается на ток трансформаторов тока со стороны главных выводов генератора, а рабочая – по дифференциальной схеме на разность токов через быстронасыщающийся трансформатор.

Чувствительность продольной дифференциальной защиты генератора проверяют по току 2-х фазного к.з. на выводах отключённого от сети генератора:

Следует отметить, что продольная дифференциальная защита является быстродействующей защитой с абсолютной селективностью, так как работает без выдержки времени, а селективность её действия обеспечивается самой схемой защиты (защита действует только при к.з. внутри защищаемой зоны – в зоне между ТТ установленных на главных и нулевых выводах обмотки статора генератора).

Кроме того, продольная диф. защита генератора не действует при замыканиях между витками одной и той же фазы обмотки статора, а также при междуфазных к.з. вблизи нулевой точки генератора (в мёртвой зоне). Однако, из-за небольших потенциалов в этой части цепи статора генератора, вероятность возникновения там к.з. незначительна.

Выводы:

1. Продольная дифференциальная защита является основной защитой генератора от междуфазных к.з. в обмотке статора и на его выводах.

2. Продольная дифференциальная защита является защитой с абсолютной селективностью, обладает необходимыми быстродействием и надёжностью; селективность действия обеспечивается её принципом действия основанном на сравнении величин и фаз токов по концам защищаемой зоны.

3. Высокая чувствительность защиты обеспечивается соответствующим выбором трансформаторов тока, применением дифференциальных реле с БНТ, а также диф. реле с торможением.

4. Недостатком продольной диф. защиты с БНТ является наличие некоторого замедления её действия при к.з. в зоне (до 0,060,1 с).