3. Защиты синхронных генераторов.

Продольная дифференциальная защита генераторов (назначение, принцип действия, выбор параметров срабатывания).

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

Высокая чувствительность защиты обеспечивается соответствующим выбором трансформаторов тока, применением дифференциальных реле с БНТ, а также диф. реле с торможением. Недостатком продольной диф. защиты с БНТ является наличие некоторого замедления её действия при к.з. в зоне (до 0,060,1 с).

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

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.

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}

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.

Поперечная дифференциальная защита генераторов (назначение, принцип действия, выбор параметров срабатывания).

Поперечная дифференциальная защита является основной защитой от витковых замыканий в обмотке статора генератора имеющего параллельные ветви в фазах статорной обмотки. Принцип действия поперечной дифференциальной защиты основан на сравнении геометрической суммы токов в параллельных ветвях фаз обмотки статора генератора. Односистемная поперечная диф. защита, нашедшая наибольшее применение на генераторах, имеющих параллельные ветви в фазах обмотки статора, отличается простотой и обладает необходимым быстродействием и чувствительностью.

К недостаткам односистемной поперечной диф. защиты относятся наличие «мёртвой зоны» при малом числе замкнувшихся витков обмотки статора, а также невозможность её использования в качестве защиты от витковых замыканий на генераторах, не имеющих параллельных ветвей.

При витковом замыкании в одной из ветвей (например, фазы А) сопротивление этой ветви и э.д.с. уменьшаются. В контуре, образованном обеими ветвями фазы А, возникает разность э.д.с. и ток . Ток виткового к.з. протекает по трансформатору тока поперечной защиты и вызывает её срабатывание.

Величина I_к зависит от количества замкнувшихся витков, поскольку Е прямо пропорционально их числу.

Необходимо отметить, что в месте повреждения величина тока может оказаться во много раз больше за счёт тока, циркулирующего в контуре образованном коротко замкнутыми витками.

Поперечная диф. защита будет работать также при замыканиях между витками ветвей разных фаз и может не сработать при замыканиях между витками разных ветвей одной фазы при одинаковом числе замкнувшихся витков т.к. в этом случае .

С целью повышения чувствительности токовое реле поперечной защиты включается через фильтр токов основной частоты для отстройки от воздействия гармоник, кратных трём, наличие которых обусловлено искажением формы кривой э.д.с. генератора.

Кроме своего основного назначения – защиты от витковых замыканий, поперечная диф. защита может также в некоторых случаях срабатывать и при междуфазных к.з. в обмотке статора генератора, резервируя продольную диф. защиту генератора.

Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора генератора (принцип действия, выбор параметров срабатывания).

На генераторах малой и средней мощности (менее 100 МВт) с изолированной нейтралью, работающих непосредственно на шины генераторного напряжения в качестве основной защиты обмотки статора от однофазных замыканий применяют токовую защиту нулевой последовательности с ТНП. Основным недостатком токовой защиты нулевой последовательности является наличие мёртвой зоны вблизи нейтрали генератора. На генераторах, работающих в блоке с трансформаторами в качестве защиты обмотки статора от однофазных замыканий, применяют максимальную защиту напряжения нулевой последовательности, которая также как и токовая защита с ТНП имеет мёртвую зону вблизи нейтрали обмотки статора генератора.

Для уменьшения тока замыкания на землю в сети генераторного напряжения, что существенно повышает надёжность эксплуатации, генераторы напряжением 2 кВ и выше, как правило, работают с изолированной нулевой точкой (нейтралью) или с нейтралью заземлённой через дугогасящий реактор.

Применяют два способа выполнения токовой защиты нулевой последовательности: с помощью трёхтрансформаторного фильтра токов нулевой последовательности и с помощью однотрансформаторного фильтра токов нулевой последовательности.

Однако, защита, выполненная с помощью 3-х трансформаторного фильтра нулевой последовательности (рис, а) имеет недостаточную чувствительность, так как срабатывает при токах замыкания на землю порядка 15-20А (из-за необходимости отстройки защиты от токов небаланса, определяемых погрешностями трансформаторов тока).

Защита, выполненная с помощью однотрансформаторного фильтра токов нулевой последовательности с подмагничиванием (ТНП или ТШНП), получается более чувствительной (так как имеет ток срабатывания порядка 3‑5А) (рис, б).