Теоретические сведения

В качестве защиты от междуфазных коротких замыканий в генераторе применяется быстродействующая продольная дифференциальная защита, её схема для одной фазы генератора показана на рис. 1, а.

Рис.2 Схема и принцип действия продольной дифференциальной защиты генератора

Принцип действия защиты основан сравнении величин и фаз токов ( и ) в начале и конце обмотки фазы статора. С этой целью с обеих сторон обмотки статора устанавливаются трансформаторы тока  и  с одинаковыми коэффициентами трансформации . Их вторичные обмотки соединяются последовательно, как показано на рисунке, разноимёнными полярностями. Дифференциальное реле  включается параллельно вторичным обмоткам обоих трансформаторов тока.

При к.з. вне зоны (точка  на рис.1. а) первичные токи  равны по величине и направлены в одну сторону (к месту к.з.). Распределение вторичных токов в показано на рис. 1, а, ток в реле , при идеальной работе трансформаторов тока  и поэтому  – защита не работает. В действительности из-за погрешности трансформаторов тока  и в реле появляется ток небаланса . Для исключения ложной работы необходимо обеспечить условие

При нагрузке распределение первичных и вторичных токов соответствует условиям внешнего короткого замыкания, ток  и защита не действует.

При коротком замыкании в зоне (точка  на рис. 1, б) первичные токи к.з. на обеих сторонах обмотки направлены встречно (к месту к.з.). В результате этого вторичные токи в реле суммируются  и реле приходит в действие, если . Для прекращения к.з. защита должна отключить генераторный выключатель и АГП.

Поскольку дифференциальная защита генераторов предназначена для действия при междуфазных к.з., она может выполняться по двухфазной схеме. Однако двухфазная защита не может обеспечить отключение генератора при двойных замыканиях на землю. Для быстрого отключения такого повреждения дифференциальная защита генератора должна выполнятся трёхфазной. В целях экономии трансформаторов тока дифференциальные защиты генераторов можно выполнять двухфазными, предусматривая при этом соответствующее исполнение защиты от замыканий на землю, позволяющее ей отключить двойное замыкание на землю.

Зона действия защиты ограничена участком между трансформаторами тока и . При выполнении защиты стремятся расширить её зону; с этой целью трансформаторы тока  обычно устанавливают возле непосредственно у выключателя, так чтобы повреждения на всех токоведущих частях от выводов генератора до выключателя выключалась мгновенно дифференциальной защитой.

Обрыв соединительного провода в схеме дифференциальной защиты нарушает баланс токов в реле и вызывает неправильную работу защиты при сквозных к.з. или даже в нормальном режиме. Поэтому токовые цепи защиты должны выполнятся с особой надёжностью. Число контактных соединений в токовых цепях должно быть минимальным, а качество соединений – надёжным.

Вторичные обмотки трансформаторов тока дифференциальной защиты заземляется только у одной группы трансформаторов  или ; вторая группа трансформаторов связана с первой и поэтому своего заземления не имеет. При заземлении обеих групп трансформаторов образуется цепь, по которой могут проходить токи, появляющиеся в контуре заземления подстанции, в результате чего возможно неправильное действие защиты.

При внешних к.з. в дифференциальном реле  (рис. 1)

Ток небаланса может вызывать неправильную работу дифференциальной защиты, поэтому принимаются меры к ограничению его величины.

Для этой цели необходимо соблюдать следующие требования :

1. трансформаторы тока не должны насыщаться при токах сквозного к.з., что позволяет уменьшить токи намагничивания, а следовательно, а ток небаланса при внешних к.з. . Это обеспечивается применением трансформаторов тока, насыщающихся при возможно больших значениях вторичной э.д.с., и уменьшением сопротивления плеч защиты, составляющих нагрузку трансформаторов тока при внешних к.з., от которой зависит величина .

2. для уменьшения разности намагничивающих потоков характеристики намагничивания трансформаторов тока  и  должны быть идентичными (совпадающими), а сопротивление плеч – по возможности равными. При этих условиях разность  будет минимальной.

Выполнение указанных требований весьма существенно ограничивает установившееся значение тока небаланса, обусловленный апериодической составляющей тока при внешнем к.з. или самосинхронизации генератора, может достигать значительной величины.

Для исключения работы дифференциальной защиты от тока небаланса в неустановившемся и установившемся режимах кроме отмеченных выше мер по уменьшению намагничивающих токов могут использоваться три способа:

1. уменьшение величины и продолжительности броска  в неустановившемся режиме;

2. применение реле, отстроенных от бросков , возникающих в этом режиме;

3. применение реле с торможением от тока сквозного к.з.

Уменьшение броска тока небаланса достигается с помощью активного сопротивления порядка 5 Ом, включаемого последовательно с обмотками дифференциальных реле. Активное сопротивление ограничивает величину  и, кроме того, уменьшает постоянную времени  вторичного контура трансформатора тока ( ). Однако включение значительного активного сопротивления (5 Ом) создаёт повышенную нагрузку на трансформаторы тока при к.з. в генераторе. В результате этого их погрешность увеличивается, что понижает чувствительность защиты и является недостатком, ограничивающим применение этого способа.

В качестве второго, более совершенного способа применяется отстройка от неустановившихся токов небаланса включением дифференциального реле через быстронасыщающийся трансформатор.

Третий способ предусматривает использование в качестве дифференциального реле – реле с торможением, автоматически заглубляющихся при внешнем к.з. одновременно с ростом тока небаланса.

Защита выполняется на реле с торможением и быстронасыщающемся трансформатором типа ДЗТ-11/5. Реле имеет рабочую обмотку с ответвлением посредине и тормозящую обмотку.

Тормозящую обмотку целесообразно присоединять к трансформаторам тока со стороны линейных выводов. Торможение позволяет увеличить чувствительность защиты за счёт отстройки от внешних и к.з. и асинхронного режима.

Выбор уставок

Номинальный ток генератора:

кА

Выбираем ТТ с коэффициентами трансформации:

12000/5 – для линейных выводов генератора;

6000/5 - для нулевых выводов генератора.

Номинальный вторичный ток:

– для линейных выводов генератора

- для нулевых выводов генератора

.

Принимаем число витков рабочей обмотки реле:

.- для линейных выводов генератора;

.- для нулевых выводов генератора.

Вторичный минимальный ток срабатывания реле:

 – для линейных выводов генератора;

 - для нулевых выводов генератора.

Расчётный ток небаланса:

где: - относительная погрешность ТТ, принимается 0,1;

- коэффициент однотипности принимаем 1;

- коэффициент, что учитывает апериодическую составляющую тока, для реле серии ДЗТ с насыщающимся трансформатором принимается равным 1,0;

-периодическая составляющая тока короткого замыкания, кА.

 (А).

Намагничивающая сила рабочей обмотки реле:

 ( ).

По тормозной характеристике реле ДЗТ 11/5 определяем намагничивающую силу тормозной обмотки (А).

Расчётное число витков тормозной обмотки:

. Принимаем

Коэффициент чувствительности:

блок генератор релейный дифференциальный защита