3.1. Продольная дифференциальная защита генератора (I g)

Назначение - защита от междуфазных повреждений в обмотке статора генератора и на его выводах, а также от двойных замыканий на землю в цепях генераторного напряжения.

Защита выполняется трехфазной и подключается к двум группам трансформаторов тока (ТТ). В защите предусмотрено подключение к третьей группе для ввода тока цепи выпрямительного трансформатора системы тиристорного самовозбуждения, если этот трансформатор подключен к выводам генератора. В такой схеме не требуется выполнять специальное согласование действия защиты с работой предохранителей в системе возбуждения.

Начальный ток срабатывания, I_СР,0 определяет чувствительность защиты при малых тормозных токах. Величина I_СР,0 выбирается с учетом возможности отстройки защиты от тока небаланса в номинальном режиме:

,

где - относительная погрешность ТТ, =0,1; К_ОДН - коэффициент однотипности ТТ, К_ОДН =0,5 (при разнотипных ТТ К_ОДН =1), - вторичный номинальный ток генератора:

,

Уставка выбирается из условия:

,

где К_Н - коэффициент надежности, равный 2,0.

Принимается уставка:

Коэффициент торможения, К_Т определяет чувствительность защиты к повреждениям при протекании тока нагрузки или качаниях и асинхронном ходе. Величина Кт выбирается с учетом отстройки защиты от токов небаланса, вызванных погрешностями трансформаторов тока при сквозных КЗ. Максимальный ток небаланса при внешнем трехфазном КЗ или асинхронном ходе:

;

,

где К_АП - коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока, К_АП = 2; I_max - максимальный ток через ТТ при внешнем трехфазном КЗ в цепи генераторного напряжения: .

Коэффициент торможения выбирается из условия:

;

,

где, .

Типовое значение уставки К_Т =0,5. Более высокие значения (К_Т > 0,5) выбираются в случае резко различных условий работы ТТ при внешних КЗ (различных типов ТТ или разных нагрузок).

Принимаем типовое значение: К_Т =0,5 (рекомендации НПП «ЭКРА»).

Ток начала торможения, определяетcя из условия.

;

.

Принято: .

Тормозной ток блокировки, В

Типичное значение уставки В=1,5. Т.е. при сквозном токе внешнего к.з. защита блокируется. При таком значении обеспечивается достаточная чувствительность к токам КЗ в зоне рабочих токов (рекомендации НПП «ЭКРА»).

Рис. 3.1. Характеристика срабатывания продольной дифференциальной защиты генератора, I Δ G.

Дифференциальный ток отсечки, I_ОТС обеспечивает быстрое и надежное срабатывание защиты при внутренних КЗ с большими токами, когда возможно насыщение высоковольтных ТТ при значении полной погрешности ТТ до 50%.

Ток отсечки выбирается из условий:

,

где ; k_нб(1) – отношение амплитуды первой гармоники тока небаланса к приведенной амплитуде периодической составляющей тока внешнего КЗ. Если используются ТТ с вторичным номинальным током 5А, можно принимать k_нб(1) = 0,7. Коэффициент отстройки k_отс принимается равным 1,2.

Принимается уставка:

Амплитудная коррекция K₁, К₂. определяет амплитудную коррекцию входных токов для согласования базовых токов аналоговых каналов цифрового терминала с базовыми токами защитной функции (I G).

.

Чувствительность дифференциальной токовой отсечки проверяется на холостом ходу генератора при отсутствии торможения по току двухфазного КЗ на выводах генератора в минимальном режиме работы системы при малом тормозном токе по горизонтальному участку тормозной характеристики (при внешних КЗ):

,

Защита выдает сигнал и действует на отключение выключателя, гашение поля генератора и возбудителя и пуск УРОВ, останов турбины.

3.2. Токовая защита обратной последовательности (I₂>)

Назначение - резервная защита от внешних несимметричных повреждений, защита генератора от несимметричных перегрузок.

Защита реагирует на относительный ток обратной последовательности (I₂*). Содержит следующие функциональные органы:

- сигнальный орган (I_2СИГН), срабатывающий с независимой выдержкой времени при увеличении тока I₂* выше значения уставки срабатывания органа;

- пусковой орган (I_2ПУСК), срабатывающий без выдержки времени при увеличении тока I₂* выше значения уставки срабатывания органа и осуществляющий пуск интегрального органа;

- орган токовой отсечки (I_2ОТС), срабатывающий с независимой выдержкой времени при увеличении тока I₂* выше значения уставки срабатывания органа;

- интегральный орган (ИО), срабатывающий с зависимой от тока I₂* выдержкой времени, определяемой уравнением:

,

где t_СРАБ – время срабатывания интегрального органа при воздействии тока I₂*, с;

А – постоянная величина, являющаяся характеристической величиной генератора, числено равная допустимой длительности несимметричного режима при I₂* = 1,0 (по данным завода изготовителя);

I₂* – относительный ток обратной последовательности, равный:

,

где I'₂ – ток обратной последовательности в первичной цепи генератора; I'_N – номинальный ток генератора в первичной цепи.

Коэффициент возврата I_2СИГН, I_2ПУСК и I_2ОТС не ниже 0,95.

ИО имитирует процесс охлаждения ротора генератора после устранения перегрузки по экспоненциальному закону.

При этом промежуток времени, за который перегрев ротора генератора снижается от максимально допустимой величины до 0,135 от этой величины, условно называется временем "полного охлаждения" (t_ОХЛ).

Ток срабатывания органа отсечки:

,

где .

Принято: .

Выдержка времени отсечки принимается по условию согласования с быстродействующими защитами генератора равной 0,3 с.

Ток срабатывания сигнального органа принимается равным: .

Ток срабатывания пускового органа выбирается по условиям надёжного пуска интегрального органа: .

Уставка по постоянной А принимается равной номинальному значению этой постоянной для данного типа генераторов А = 15.

Максимальное время срабатывания соответствует допустимой длительности перегрузки током обратной последовательности:

.

Минимальное время срабатывания соответствует максимально допустимой кратности тока обратной последовательности:

,

где .

Уставка по времени полного охлаждения определяется из условия снижения перегрева обмотки статора генератора от максимально допустимой величины до 0,135 от этой величины:

с.

Принимаем уставку по времени полного охлаждения равной .

3.3. Защита от повышения напряжения генератора (UG >)

Назначение – предотвращение недопустимого повышения напряжения на генераторе в режиме холостого хода или сброса напряжения.

Защита содержит следующие органы:

1) Орган максимального напряжения (имеет коэффициент возврата 0,97):

;

2) Орган контроля отсутствия тока в одной или двух цепях первичной схемы (в цепи генератора или в цепи генератора и в цепи обмотки высокого напряжения трансформатора блока):

.

По цепям напряжения защита подключается к трансформатору напряжения у выводов генератора на линейное напряжение. Срабатывание защиты происходит при срабатывании органа напряжения. Ввод защиты в действие осуществляется при возврате любого из органов тока. При работе генератора на нагрузку защита автоматически выводится из действия блокирующим реле.