Защита обмотки статора генератора от междуфазных КЗ

Основной защитой генераторов от многофазных КЗ в обмотке статора является продольная дифференциальная защита. Эта защита подключается к ТТ, установленным со стороны выводов и со стороны нулевой точки генератора; в зону ее действия входят обмотки, выводы статора и кабели или шины до распределительного устройства генераторного напряжения. На электростанциях без обслуживающего персонала, где продольная дифференциальная защита при срабатывании автоматически пускает воду в генератор, она подключается к ТТ так, чтобы в зону ее действия входили лишь обмотка и выводы статора.

На генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, применяются главным образом две схемы продольной дифференциальной защиты (рис. 3.1). В первой из них, которая применяется на генераторах мощностью менее 30 МВт, используются два токовых реле и четыре ТТ (рис. 3.1, а). Недостатком этой схемы является то, что защита не будет срабатывать при двойном замыкании на землю (одно в сети, другое в обмотке статора), если в генераторе замкнется на землю фаза статора, на которой отсутствуют ТТ защиты. Для отключения генератора в этом случае предусматривается дополнительное токовое реле в схеме защиты от замыканий на землю, действующее без выдержки времени на отключение (см. ниже).

Рис. 3.1. Схема продольной дифференциальной защиты генератора:

а — первичная схема и токовые цепи (ТТ установлены в двух фазах); защита в двухфазном исполнении; 6 — цепи оперативного тока; защита в трехфазном исполнении; в — токовые цепи; г — цепи оперативного тока.

Если генератор не имеет защиты от замыкании на землю, действующей на отключение, продольная дифференциальная защита должна устанавливаться на трех фазах (рис. 3.1, б). На генераторах мощностью более 30 МВт с целью повышения надежности продольная дифференциальная защита всегда выполняется в трехфазном исполнении независимо от наличия защиты от замыканий на землю, действующей на отключение.

Ток срабатывания продольной дифференциальной защиты выбирается по условию отстройки от тока небаланса, проходящего в реле при внешних КЗ:

где k_Н—коэффициент надежности, равный 1,3; I_{НБ.РАСЧ}—расчетный ток небаланса, определяемый согласно следующему выражению:

где k_a, — коэффициент апериодичности, учитывающий дополнительную погрешность ТТ в переходном процессе и принимаемый равным 1 для защиты с реле РНТ-565 и 1,5—2 для защиты с реле РТ-40 или с реле прямого действия РТМ; k_ОДН — коэффициент однотипности ТТ, принимаемый равным 0,5; f_i; — относительное значение погрешности ТТ, равное 0,1; Iк,mах — периодическая составляющая тока (при t == 0), который проходит по ТТ защиты при внешнем металлическом КЗ на шинах генераторного напряжения.

Чтобы уменьшить токи небаланса, проходящие в реле при внешних КЗ, для продольной дифференциальной защиты подбираются ТТ, имеющие одинаковые характеристики намагничивания. При расчете по формуле (9.3) это учитывается коэффициентом однотипности. С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления плеч дифференциальной защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей, а в схемах защит генераторов небольшой мощности включать последовательно с обмотками токовых реле добавочные сопротивления 5—10 Ом. Для уменьшения тока небаланса, повышения чувствительности и надежности дифференциальной защиты целесообразно использовать в схеме реле с насыщающимися трансформаторами.

Продольная дифференциальная токовая защита генераторов большой мощности должна иметь ток срабатывания не более 0,6Iном. Для генераторов мощностью до 30 МВт с косвенным охлаждением допускается выполнять защиту с током срабатывания (1,3—1,4) Iном. При такой уставке срабатывания дифференциальная защита, как правило, бывает надежно отстроена от тока небаланса и вместе с тем предотвращается ее ложное срабатывание в нормальном режиме в случае обрыва соединительных проводов или неисправности одного из ТТ. В последнем случае для сигнализации обрыва соединительных проводов дифференциальной защиты в нулевой провод токовых цепей включается токовое реле КА0 (рис. 3.1, в), ток срабатывания которого устанавливается равным 20—30 % Iном.

Для надежной отстройки реле РНТ от токов небаланса в переходном режиме при внешних КЗ на короткозамкнутой обмотке реле РНТ-562 устанавливаются отпайки А—А, а на реле РНТ-565 сопротивление, подключенное к короткозамкнутой обмотке, принимается равным 10 Ом.

Продольная дифференциальная защита генератора во всех случаях должна обеспечивать коэффициент чувствительности больше двух при КЗ на выводах генератора:

где Iк, min — периодическая составляющая тока для t == 0 при металлическом двухфазном КЗ на выводах генератора.

Расчетный ток КЗ определяется для двух режимов: повреждение одиночно работающего генератора, когда ток к месту повреждения подходит только от генератора, и повреждение генератора, включаемого методом самосинхронизации, когда ток к месту КЗ подходит только от сети. В формулу (9.4) подставляется меньшее значение тока КЗ, определенное для этих двух расчетных режимов.