Устройства защиты генератора напряжением выше 1000 В от ненормальных режимов работы

Защита от внешних коротких замыканий. Для выполнения этой защиты используют токовый принцип. Для повышения чувствитель­ности она снабжается дополнительным пусковым органом напря­жения. На генераторах малой мощности допускается устанавли­вать минимальную защиту напряжения. Защита отключает генера­тор при коротком замыкании на смежных элементах в случае их неотключения по каким-либо причинам. Она резервирует также защиты генератора от многофазных замыканий в обмотке статора. В зависимости от мощности генератора защиту выполняют по од­ному из следующих вариантов: максимальная токовая защита;

максимальная токовая защита с комбинированным пусковым ор­ганом напряжения; минимальная защита напряжения; токовая за­щита обратной последовательности с приставкой для действия при симметричных повреждениях.

Максимальная токовая защита. Эта защита устанавливается на генераторах малой мощности. Для ее выполнения используется двухфазная двухрелейная или двухфазная однорелейная схема включения реле. С целью резервирования дифференциальной за­щиты реле тока желательно подключать к трансформаторам тока со стороны нейтрали. Параметры защиты выбирают с учетом требований, изложенных выше (см. § 12.2). Если шины генераторного напряжения секционированы, то защиту целесообразно выполнить с двумя выдержками времени. С меньшей выдержкой времени t ₁= t _эл.max+ Δt она должна действовать на отключение секцион­ного выключателя, а с большей выдержкой времени t ₂=t₁+ Δt — на отключение генератора.

Так как максимальная токовая защита практически не может отличить внешние короткие замыкания от перегрузок, то для гене­раторов мощностью Р _г > 1,0 МВт рекомендуется максимальная токовая защита с пусковым органом напряжения. При этом на­пряжение срабатывания, выбранное по (12.3) или (12.4), часто оказывается соизмеримым с остаточным напряжением при двух­фазных коротких замыканиях за реакторами и трансформаторами, присоединенными к шинам генераторного напряжения. В таких случаях защита не действует из-за отказа реле напряжения. По­этому в настоящее время используют более чувствительный комби­нированный орган напряжения. Максимальная токовая защита с таким пусковым органом показана на рис. 12.8. Реле тока защиты KA1—КАЗ соединены по схеме полной звезды. Комбинированный пусковой ор­ган напряжения состоит из минимального реле напря­жения KV, включенного на междуфазное напряжение, и максимального реле напря­жения KVZ, которое присое­диняется к фильтру напря­жения обратной последова­тельности. Благодаря реле KVZ схема имеет повышен­ную чувствительность, не за­висящую от группы соедине­ния обмоток трансформато­ра, за которым происходит несимметричное короткое замыкание. Срабатывая при несиммет­ричных коротких замыканиях, оно разрывает цепь обмотки реле KV, обеспечивая его действие независимо от остаточного на­пряжения. Реле KVZ кратковременно срабатывает и при трехфаз­ных коротких замыканиях, в связи с чем реле KV работает в усло­виях возврата, поэтому повышается чувствительность защиты и к симметричным коротким замыканиям. Напряжение возврата мини­мального реле больше напряжения срабатывания в k _в раз, поэтому и чувствительность защиты повышается. Напряжение срабатыва­ния реле KVZ должно быть отстроено от напряжения небаланса нормального режима. По данным опыта эксплуатации, рекоменду­ется принимать U _c.p ≈ 6 В. Напряжение срабатывания реле KV выбирается с учетом условий (12.3) и (12.4). При этом обеспечи­вается отстройка защиты от перегрузок и появляется возможность при выборе тока срабатывания по (12.1) принять коэффициент k _c.з = 1,0. Защита при наличии секционного выключателя имеет две выдержки времени, выбираемые, как и для максимальной то­ковой защиты.

В связи с наличием реле напряжения защита должна иметь требуемую чувствительность не только по току, но и по напряже­нию. Для реле тока k _{ч I} = I _к.min /1 _с.з , для реле напряжения KVZ коэффициент k _{ч U} = U _2к.min /U _c.з и для реле напряжения KV значе­ние k _{ч U} = U_с.з /U _{к max}. Здесь I _к.min , U _2к.min и U _к.max — соответственно минимальные ток и напряжение обратной последовательности и максимальное междуфазное напряжение в месте установки за­щиты при повреждении в конце зоны резервирования. При этом должны обеспечиваться k _{ч I} > 1,2; k _{ч U} > 1,2. Принцип действия и выбор параметров минимальной защиты напряжения рассмотрены выше (см. § 12.3).

Токовая защита обратной последовательности с приставкой для действия при симметричных повреждениях. Достоинствами этой защиты являются: высокая чувствительность при несимметричных коротких замыканиях, в том числе и за трансформатором с любой группой соединения обмоток; непосредственное реагирование на весьма опасный для генераторов ток обратной последовательности; обеспечение одним устройством защиты от внешних коротких за­мыканий и защиты от перегрузки токами обратной последователь­ности.

Основными элементами защиты обратной последовательности являются фильтры-реле тока (рис. 12.9), состоящие из фильтра тока обратной последователь­ности AAZ и двух реле тока: KAZ1 — измерительного орга­на защиты от внешних ко­ротких замыканий и KAZ2, осуществляющего сигнализацию о перегрузке. Для дейст­вия при трехфазных коротких замыканиях предусмотрены ре­ле тока КА, включенное на фазный ток, и минимальное реле напряжения KV, включенное на междуфазное напряже­ние. Выдержку времени защи­ты создает реле времени КТ.

Ток срабатывания реле KAZ1 выбирается исходя из следующих требований: реле не должно срабатывать при обрывах фаз в сети генераторного напряжения; по чувствительности защита должна быть согласована с защитами предыдущих элементов. Эти требования обычно выполняются при I _с.з1 > (0,5÷0,6) I _{г. ном}.

При выборе тока срабатывания реле KAZ2 исходят из условий отстройки максимального допустимого тока несимметрии I _c.з2 > I _2доп.max , возврата после отключения внешнего несимметричной короткого замыкания, когда через защиту проходят ток небаланса. обусловленный рабочим током генератора, и длительно возможный ток несимметрии I _2доп:

I _с.з2 > k _зап (I _нб + I _2доп)/ k _в .

В зависимости от типа и мощности генераторов расчетным для тока I _с.з2 может оказаться любое условие. Выдержка времени за­щиты от внешних коротких замыканий выбирается, как и максимальной токовой защиты, а выдержка времени защиты от перегруз­ки принимается несколько большей.

Защиты от перегрузок и от повышения напряжения. Защита от симметричных перегрузок. Наибольшее распространение получила схема защиты, содержащая одно реле тока, включенное на ток фа­зы, и термически стойкое реле времени. Ток срабатывания защиты определяют по выражению (12.1), в котором принимают k _сз=1, k _зап = 1,05 при действии защиты на сигнал и k _зап = 1,1÷1,2 при ее действии на разгрузку или отключение (гидрогенераторов). Вы­держка времени принимается больше времени срабатывания защи­ты от внешних коротких замыканий. Известны и другие схемы за­щиты.

При возрастании тока в обмотке статора увеличивается и ток в обмотке ротора вследствие автоматического регулирования возбуж­дения генератора (см. § 12.7). Эта зависимость используется для выполнения защиты от симметричных перегрузок с зависимой и не­зависимой характеристикой выдержки времени, реагирующей на ток ротора [11].

Защита от перегрузки токами обратной последовательности. За­щита предусматривается на генераторах мощностью Р _г > 30 МВт. Причем на генераторах средней мощности она выполняется в виде рассмотренной выше сигнализации от несимметричных перегрузок (рис. 12.9, реле KAZ2). Более сложной получается защита мощных генераторов. Ее параметры выбираются из условия предотвраще­ния повреждений ротора из-за перегрева при прохождении в об­мотке статора токов I ₂ обратной последовательности. Защита должна иметь зависимую от тока I ₂ характеристику выдержки времени, соответствующую перегрузочной способности генератора. Выбор параметров защиты изложен [58].

Максимальная защита напряжения. Как отмечалось, защита от повышения напряжения устанавливается только на гидрогенерато­рах. Измерительным органом защиты является максимальное реле напряжения, подключаемое к трансформатору напряжения генера­тора и имеющее уставку напряжения срабатывания U _с.р = (1,5÷1,7) U _г.ном/K _U. Защита содержит реле времени с уставкой t _с.з=0,5 с. Выдержка времени предотвращает действие защиты при кратковременных повышениях напряжения, устраняемых системой автоматического регулирования возбуждения. Защита действует на отключение генератора и автомата гашения поля (АГП).