Защита от многофазных коротких замыканий в обмотке статора генератора напряжением выше 1000 В

Для генераторов небольшой мощности (Р _г < 1,0 МВт), рабо­тающих параллельно с другими генераторами или электриче­ской системой, в качестве защиты от многофазных коротких замы­каний предусматривается токовая отсечка без выдержки времени, устанавливаемая со стороны выводов генератора к сборным ши­нам. Если чувствительность токовой отсечки оказывается недоста­точной, то допускается устанавливать продольную дифференциаль­ную защиту. Для одиночно работающих генераторов небольшой мощности допускается использовать максимальную токовую защиту, устанавливаемую со стороны нейтрали. При отсутствии выво­дов отдельных фаз со стороны нейтрали в качестве защиты от многофазных коротких замыканий можно использовать минималь­ную защиту напряжения. На генераторах мощностью более Р _г > 1,0 МВт основной защитой от многофазных коротких замыка­ний является продольная дифференциальная защита.

Ток срабатывания токовой отсечки без выдержки времени дол­жен удовлетворять условию (6.17) и (8.2). Минимальный коэффи­циент чувствительности при двухфазном коротком замыкании у места установки защиты допускается k _ч > 2,0.

Выполнение максимальной токовой защиты аналогично соот­ветствующей защите генераторов напряжением до 1000 В (см. § 12.2).

В минимальной защите напряжения (рис. 12.3) используются три минимальных реле напряжения KV1—KV3 типа РН-54, под­ключенных к трансформатору напряжения TV через автоматиче­ский воздушный выключатель SF. При отключении автомата за­щита вспомогательным контактом SF.1 выводится из действия. Напряжение срабатывания защиты определяется исходя из двух условий:

отстройка от режима самозапуска электродвигателей после от­ключения внешнего короткого замыкания

U _с.з < U _раб.min / (k _зап k _в k _сз),                                          (12.3)

 

где k _сз  - коэффициент самозапуска, учитывающий понижение напряжения при самозапуске электродвигателей после отключения внешнего короткого замыкания; приблизительно принимается U _с.з ≈(0,5÷0,7) U _г.ном;

отстройки от понижения напряжения при потере возбуждения – учитывается только для турбогенераторов, которые могут самосинхронизироваться; при этом принимается

 

U _с.з ≈(0,5÷0,6) U _г.ном.                                                   (12.4)

 

Таким образом, для защиты гидрогенератора расчетным явля­ется условие (12.3), а для защиты турбогенератора — условие (12.4).

Выдержка времени берется больше максимального времени t _эл.max действия защит предыдущих элементов: t _з = t _эл.max + Δt. Чувствительность защиты проверяется при трехфазном коротком замыкании в конце зоны резервирования. При этом междуфазное напряжение в месте установки защиты U _к должно быть таким, чтобы коэффициент чувствительности k _{ч U} = U _c.з/ U _к был не ме­нее k _{ч U} = 1,2.

Продольная дифференциальная защита может быть выполнена в виде двухфазной двухрелейной (рис. 12.4) и трехфазной трех­релейной (рис. 12.5). Недостатком защиты в двухфазном испол­нении является то, что она не может отключать двойные замыкания на землю, если одно из мест повреждения находится в сети генера­торного напряжения, а второе — в фазе генератора, не имеющей трансформаторов тока. Такие повреждения ликвидируются защи­тами от замыкания на землю — защитой поврежденного элемента сети и защитой генератора. Это допустимо для генераторов неболь­шой мощности (Р _г < 1,0 МВт).

Для выполнения защиты используются трансформаторы тока ТА I1, ТА I2, установленные со стороны шинных выводов, и ТА II1, ТА II2 со стороны нейтрали. Трансформаторы тока ТА I1, ТА I2 располагают у генераторного выключателя так, что в зону действия защиты входит не только обмотка статора, но и соединения генератора с выключателем. Трансформаторы тока выбирают с одинаковыми коэффициентами трансформации. Защитное заземление вторичных цепей трансформаторов тока выполняется общим в одном месте у реле. В зависимости от мощности генератора в схеме используются различные реле – реле прямого действия типа РТМ, реле реле КА1, КА2 косвенного действия типа РТ-40 (рис. 12.4), реле с промежуточным насыщающимся трансформатором тока (реле КАТ типа РНТ) (рис. 12.5). В ряде случаев для мощных генераторов применяют реле с магнитным торможением.

Расчет продольной дифференциальной защиты в общем случае сводится к определению тока срабатывания и коэффициента чувствительности. Ток срабатывания продольной дифференциальной защиты, как известно, должен удовлетворять условию

 

I _с.з = k _зап K_I I _{нб.рсч max}.

 

Для определения I _{нб.рсч max} рассматривают два режима [11]:

трехфазное короткое замыкание на шинах генераторного напряжения (при t=0). При этом (см. §10.3)

 

I _{нб.рсч max} = k _одн k _ап ε I⁽³⁾ _{к.вн max} / (100 K_I);

Асинхронный режим, при котором

 

I _{нб.рсч max} = k _одн ε I _{ур. max} / (100 K_I),

 

где I _ур.max определяется, как и при выборе тока срабатывания то­ковой отсечки без выдержки времени (см. § 8.1).

При выборе тока срабатывания принимается большее из двух найденных значений тока небаланса. Для уменьшения I _{нб.рсч max} трансформаторы тока подбирают с мало отличающимися характеристиками намагничивания, сопротивления плеч защиты вырав­нивают подбором сечения соединительных проводов; при этом по­следовательно с реле тока включают добавочные резисторы сопро­тивлением R=5÷10 Ом (рис. 12.4) или применяют реле типа PНT (рис. 12.5). В приведенных выражениях коэффициенты k _зап = 1,3, k _одн = 0,5 и ε = 10 %. Для реле типа РТМ и реле тока с добавочным резистором коэффициент k _ап = 1,5÷2,0, а для реле типа РНТ он может быть принят равным k _ап = 1,0÷1,3.

Одной из разновидностей реле КAТ является реле типа РНТ-565 (рис. 12.5,6). Оно состоит из исполнительного элемента КА (электромагнитное реле типа РТ-40) и промежуточного насыщающегося трансформатора (НТТ) с трехстерж­невым магинтопроводом TLAT, на котором размещены обмотки (см. рис. 1.10): первичная дифференциально включаемая ω ₁= ω _диф; вторичная работая ω ₂= ω _раб; две уравнительные ω _урI и ω _урII; две части короткозамкнутой ω' _к + ω'' _к= ω _к. Промежуточный насыщающийся трансформатор и реле встроены в общий кожух. Все обмотки НТТ, кроме вторичной рабочей ω _раб и короткозамкнутой ω _к, выполнены секционированными с отводами для возможности дискретного изменения параметров реле. Короткозамкнутая обмотка способствует отстройке реле от переходных значений токов небаланса. Изменением сопротивления резистора R в цепи обмотки можно изменять эффективность действия НТТ.

Наличие уравнительных обмоток позволяет использовать реле для защиты элементов с неодинаковыми токами по концам защищаемой зоны. При этом вторичные токи I _2I и I _2II также неодинаковы. Поэтому ток в обмотке реле при нормальной и внешних коротких замыканиях может быть значительным. Уравнительные обмотки включаются в плечи дифференциальной защиты так, чтобы результирующая магнитодвижущая сила, обусловленная прохождением токов I _2I и I _2II в уравнительных обмотках и тока İ _диф =İ _2I - İ _2II в дифференциальной обмотке, при нормальной работе и внешних короких замыканиях быларавна нулю. Благодаря этому обеспечивается отсутствие тока п обмотке реле. У генераторов токи по концам защищаемой зоны одинаковы, поэтому надобность в выравнивании токов отпадает и в схеме защиты используется только диффе­ренциальная обмотка с числом витков

 

ω _диф = F _с.р К _I / I _с.з

 

где F _с.р = 100 А — МДС срабатывания реле.

В нулевой провод схемы защиты с реле типа РНТ в трехфаз­ном исполнении (рис. 12.5, а) включено реле КА4, сигнализирую­щее о появлении обрыва во вторичных цепях трансформаторов то­ка. Ток срабатывания реле принимается I _с.р = 0,2 I _г.ном. Для ис­ключения срабатывания сигнализации при внешних коротких замыканиях ее выдержка времени должна быть больше выдержки времени защиты генератора от внешних коротких замыканий. Сиг­нализация необходима, если при обрывах проводов дифференциальная защита не срабатывает. Это обеспечивается при I _с.з > I _г.ном. Ток срабатывания защиты, отстроенный от I _{нб.рсч.mах}, практически всегда меньше номинального тока генератора. Однако вероятность обрывов проводов мала, поэтому специальные устрой­ства, предотвращающие ложные срабатывания защиты, не преду­сматриваются. Для этой цели можно применить специальную схе­му включения реле КАТ с использованием уравнительных обмоток. Для гидрогенераторов мощностью Р _г< 5 МВт и турбогенераторов мощностью Р _г < 100 МВт рекомендуется выполнять дифференци­альную защиту с током срабатывания I _с.з = (1,3÷1,4) I _{г. ном} [31]. В этих случаях при обрывах проводов защита не действует.

Чувствительность продольной дифференциальной защиты прове­ряют при двухфазном кратком замыкании на выводах генератора. При этом ток I _к.min находят для двух возможных режимов: одиноч­но работающего генератора, когда ток к месту повреждения идет только от генератора; включения генератора в сеть методом само­синхронизации, когда к месту повреждения ток подходит только из сети. Условию k _ч > 2,0 должен удовлетворять меньший из двух найденных токов I _к.min.