Защита от однофазных повреждений в обмотке статора генератора напряжением выше 1000 В

Защита от замыканий на землю. На генераторах, работающих непосредственно на шины, в качестве защиты от замыканий на землю в обмотке статора используют токовую защиту нулевой по­следовательности, реагирующую на токи установившегося режи­ма. Защита подключается к трансформатору TAZ тока нулевой последовательности (ТНП), установленному со стороны шинных выводов генератора. При повреждении в обмотке статора из сети в точку замыкания на землю направляется ток нулевой последо­вательности 3I⁽¹⁾ _0.эк , который определяется емкостью всех непо­врежденных элементов схемы генераторного напряжения С _0.эк. При внешних однофазных замыканиях на землю от генератора в сеть проходит ток 3I⁽¹⁾ _0.г, обусловленный емкостью генератора С _0г . Обычно 3 I⁽¹⁾ _0.эк > 3 I⁽¹⁾ _0.г . Это позволяет использовать токовый принцип для выполнения селективной с достаточной чувствительностью за­щиты.

На генераторах небольшой мощности она выполняется анало­гично защите от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью (см. § 6.12). При этом ток срабатывания защиты не должен превышать I _с.з=5 А. Для генераторов мощностью Р _г > > 1,0МВт для повышения чувствительности защиты применяют трансформаторы тока нулевой последовательности с подмагничиванием, рассмотренные выше (см. § 1.7).

При внешних коротких замыканиях в реле, подключенном к ТНП, появляется большой ток небаланса. Отстройка по току сра­батывания от токов небаланса при внешних коротких замыканиях недопустимо загрубляет защиту генератора от замыканий на зем­лю. Чтобы не загрублять защиту, к ТНП подключают два реле то­ка: чувствительное и грубое. Чувствительное реле, предназначенное для действия при замыканиях на землю в генераторе, от внеш­них коротких замыканий не отстраивается, а при их возникно­вении выводится из действия промежуточным реле, управляе­мым реле тока защиты генератора от внешних многофазных ко­ротких замыканий. При двойных замыканиях на землю, когда одно из них находится в сети, чувствительное реле тоже выводится из действия, но при этом остается в работе и может действовать гру­бое реле.

Указанный способ положен в основу защиты от замыканий на землю с ТНП с подмагничиванием TAZT, показанной на рис. 12.6. Чувствительное реле KA1 действует на отключение с выдержкой времени t _с.з=1÷2с, создаваемой реле КТ для от­стройки от переходных значений емкостного тока при внешних коротких замыканиях на землю. Реле KL1 является запрещающим: оно разрывает оперативную цепь реле КА1 при внешних коротких замыканиях. Грубое реле КА2 действует на отключение без вы­держки времени.

Ток срабатываниячувствительного комплекта защиты

I _с.з1 = (k' _зап I _Cг + k'' _зап I _нб1 )/ k _в,                                  (12.5)

где I _Cг= 3 I _0г=[3 ωC _г U _г.ном]/√3 – установившийся емкостной ток замыкания на землю защищаемого генератора (приводится в его паспортных данных), А; I _нб1 – ток небаланса защиты,соответствующий току срабатывания защиты от внешних многофазных коротких замыканий, А; k' _зап = 2÷3 и k'' _зап = 1,3÷1,5 – коэффициенты запаса, учитывающие соответственно броски емкостного тока в неустановившемся режиме и неточность расчета тока небаланса.

Ток срабатывания грубого комплекта защиты отстраивается от максимального тока в реле при внешних коротких замыканиях. Обычно принимают I _с.з2=100 А, что соответствует отстройке от указанного тока со значительным запасом.

Рассмотрев эквивалентную схему ТНП (см. рис. 1.17, в), можно получить связь между первичным током срабатывания I _с.з и током срабатывания реле:

I _c.p = I _с.з Z ' _эк.нам /(| Z ' _эк.нам  + Z _p| ω₂).                         (12.6)

Подстановкой в (12.6) токов I _c.з1 и I _с.з2 определяются токи срабатывания реле КА1 и КА2. Достоинством рассмотренной за­щиты с ТНП является ее высокая чувствительность; недостатки защиты — ее сложность и наличие мертвой зоны при повреждениях у нейтрали генератора.

Защита от замыканий между витками одной фазы. Способы вы­полнения защит генераторов от замыканий между витками рас­смотрены в [11]. При наличии выведенных параллельных ветвей обмотки статора наиболее просто выполняется односистемная по­перечная дифференциальная токовая защита (рис. 12.7). Парал­лельные ветви соединяются по схеме звезды каждая, в цепь между нейтралями которых включается трансформатор тока ТА.

В нормальном режиме и при внешних ко­ротких замыканиях токи обеих параллель­ных ветвей одинаковы. Поэтому через ТА проходит только некоторый ток небаланса, содержащий высшие гармонические, крат­ные трем, обусловленные искажением кри­вой ЭДС генератора. В токе небаланса со держится также ток нулевой последовательности, вызванный несимметрией фаз обмотки статора. Для отстройки от токов высших гармонических реле КА подключа­ется к трансформатору тока ТА через час­тотный фильтр ZF, пропускающий только составляющую тока про­мышленной частоты.

При замыкании между витками одной фазы через трансформа­тор тока ТА проходит уравнительный ток, достаточный для срабатывания реле КА. Защита действует и при многофазных коротких замыканиях.

Для исключения срабатывания защиты при внешних коротких замыканиях ее ток срабатывания должен быть отстроен от макси­мального тока небаланса, расчет которого затруднителен. Поэтому на основании опытных данных рекомендуется принимать I _cз = (0,2÷0,3) I _{г. ном}.

Как правило, защита выполняется без выдержки времени. Од­нако применительно к турбогенераторам предусматривается воз­можность перевода ее на работу с выдержкой времени t _c.з=0,5÷1,0 с при появлении замыкания на землю в одной точке цепи воз­буждения. Выдержка времени необходима для отстройки от слу­чайных кратковременных замыканий во второй точке цепи возбуж­дения, когда поперечная дифференциальная защита может срабо­тать вследствие несимметрии магнитного потока.