ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Литература / Шнеерсон

тельная дифференциальная защита [9] на основе сравнения то­ ков нулевой последовательности, протекающих по обеим сторо­ нам обмоток статора генератора (рис. 9.2,а).

ДИфференциальная защита (рис. 9.2,б) имеет обычную тор­ мозную характеристику (см. рис. 6.3) и должна обладать высо­ кой чувствительностью при К3 через переходное сопротимение. Поэтому во избежание неправильного действия при внешних К3 с большими токами, сопровождающимися насыщением транс­ форматоров тока, защита блокируется при превышении макси­ мальным из токов заданного значения (блок (.. ). Срабатывание защиты происходит и при возникновении напряжения нулевой последовательности U0 (блок U0 ), что обеспечивает несраба­ тывание при внешних междуфазных КЗ, сопровождающихся большими токами небаланса. Дополнительно контролируется угол между токами нулевой последовательности (блок Л<р0), что также обеспечивает повышение селективности при внешних од­ нофазных КЗ.

9.1.3.Защита от витковых замыканий

вобмотке статора

Витковые К3 характеризуются замыканием доли витков од­ ной фазы обмотки статора (рис. 9.3,а).

У генераторов с параллельными обмотками каждой фазы воз­ можны замыкания между витками параллельНЪIХ ветвей (рис. 9.3,б). Такие замыкания достаточно опасны, поскольку могут сопровождаться большими токами КЗ, протекающими между за­ короченными витками. Некоторые варианты возможных реше­ ний защиты от витковых К3 приведены на рис. 9.3.

Вариант, предстаменный рис. 9.3,а, основан на использова­ нии разницы напряжений между нейтралью генератора и ис­ кусственно созданной нулевой точкой, возникающей при вит­ ковЬ1Х К3 вследствие неравенства напряженийотдельных фаз ге­ нератора. При этом возможно реагирование как на напряжение

лельных ветвей статорных обмоток дает возможность эффектив­ ного применения поперечной дифференциальной защиты, ос­ нованной на сравнении токов параллельных ветвей каждой фа­ зы (рис. 9.3,б). Наиболее качественным решением является при­ менение дифференциальной защитной функции для каждой из

439

к

к

в)

Рис. 9.3. Варианты выполнения защиrы от ВИТJ(ОВЫХ КЗ

В отличие от продольных дифференциальных защит, где срав­ ниваемые токи имеют разные направления при внешних КЗ, в поперечной дифференциальной защите сравниваемые токи име­

ют одинаковое направление. Поэтому дифференциальный ток Id определяется как разность сравниваемых токов.

Во многих случаях для упрощения поперечная дифференци­ альная защита выполняется на основе реагирования на диффе­

ренциальный ток, например, дlл = llл -l I с применением обычных токовых реле (Лiл >, Ыв >, Ыс>) вместо дифференци­

альных. Данная защита имеет меньшую чувствительность вслед­ ствие необходимости отстройки от небалансов, возникающих

при близких внешних КЗ, сопровождающихся большими токами. Односистемвая поперечная дифференциальная защита ре­ агирует на ток, возникающий в цепи между общими точками

параллельных ветвей, соединенных в звезду (рис. 9.3,в). В дан­ ном случае необходим частотный фильтр Ф для отстройки от

440

высших гармоник, протекающих в цепи нейтрали и кратных трем. Данная защита реагирует как на витковые замыкания в одной фазе, так и на междуфазные КЗ.

Защита имеет мертвые зоны при замыканиях, соответствую­ щих равной удаленности места КЗ от нейтралей обеих звезд, т.е. чувствительность защиты не всегда обеспечивается.

9.1.4. Токовые защиты статора

Максимальные токовые защиты (МТЗ) в основном исполь­ зуются как резервные защиты электрических машин при внуr­ ренних КЗ, а таюке при внешних КЗ в прилегающих частях ЭС, когда запаздывание в отключении может приводить к недопус­ тимой по длительности перегрузке объекта токами КЗ. В объ­ ектах небольшой мощности токовые защиты (токовые отсечки и .(2 могут использоваться как основные защиты. Для быст­ родействующего селективного отключения внуrренних КЗ воз­ можно использование направленной токовой защиты (см. рис. 4.27).)2на входах генератора.

Структура токовых защит не отличается принципиально от структуры защит с независимой и зависимой выдержкой време­ ни, рассмотреННЬIХ в гл. 4. В то же время существуют особенно­ сти выполнения, связанные со свойствами защищаемого объек­

та .-.,2 Максимальная токовая защита с фиксацией пуска при сни­

жении напряжения. В генераторах, имеющих систему возбуж­ дения, питающуюся от напряжения сети, ток КЗ с определенной постоянной времени уменьшается при снижении напряжения на входе генератора, вЬ1Званном внешним КЗ. Это может при­ водить к возврату МТЗ, действующей с выдержкой времени (12. казу в срабатывании). В целях обеспечения функционирования в этом режиме МТЗ может содержать дополнительный блок, фиксирующий пуск защиты и удерживающий пусковой сигнал при последующем снижении напряжения, что поясняется на рис. 9.4.

В данном случае цепь отключения МТЗ, состоящая из пуско­ вых органов каждой фазы (упрощено на рис. 9.4 блок ).(. и эле­ мента выдержки: времени Т (блок 2), имеет ввод подхватываю­ щего сигнала, подводимого к блоку ,. от триггера (блок -(). Пуск триггера возникает при одновременном наличии токового пус­ ка ).(. контроля снижения напряжения ... и отсутствии блоки-

441

Рис. 9.4. Структура МТ3 с фиксацией пуска при снижении напряжения

F(U)

442

(см. §4.2) изменяется уставка по току /Р. В общем случае дан­ ные изменения могут производиться ступенчато или плавно в зависимости от значения входного напряжения. В последнем

случае для текущей уставки по току имеем I = kм;(U)I , rде ко­

эффициент является функцией напряжения на выводах эле­

() ycr p

ктрической машины (рис. 9.5,6). Параметр /Р определяет, напри­ мер, в соответствии с выражениями (4.4) и (4.5) не только стар­ товый ток, но и характеристику выдержки времени; поэтому ха­ рактеристики выдержки (см. рис. 4.14) смещаются вдоль оси то­ ков в зависимости от напряжения на выводах электрической ма­ шины. Блок )((, фиксации неисправности в цепях напряжения

блокирует в необходимых случаях функцию коррекции уставки F(U), оставляя в действии МТЗ.

Защита от тепловой перегрузки предотвращает температур­ ный перегрев электрической машины. Возможный вариант вы­

полнения использует моделирование в первом приближении теплового процесса в соответствии с дифференциальным урав­

нением (5.6) на основе измерения текущего тока статора. Ва­ риант реализации защиты от тепловой перегрузки, который мо­ жет использоваться для защиты статора электрической маши­ ны, рассмотрен в rл. 5 (см. рис. 5.3).

Защита от воздействия несимметричных токов. Составля­ ющие токов обратной последовательности (() в обмотке статора создают магнитное поле, вращающееся с удвоенной скоростью относительно ротора и индуцирующее дополнительно разоrре-

443

вающие его токи. Указанное определяет существенно большее влияние симметричных составляющих обратной последователь­ ности в токе статора по сравнению с составляющими прямой последовательности. Поэтому для контроля значения и време­ ни протекания токов 1() применяются отдельные защитные функ­ ции с обратно-квадратичной зависимой временной характери­ стикой срабатывания, описываемой в общем случае выражени­

ем t = k(/(l /l;011 0 k( ())При этом k()и k2 - постоянные для дан­ ного типа электрической машины величины, характеризующие

относительное количество энергии, выделяемой током 12• Вари­ ант выполнения защиты по току обратной последовательности рассмотрен в гл. 4 (рис. 4.17).

9.1.5. Дистанционная защита генераторов

дистанционная защита используется в генераторах средней и большой мощности как защита обмотки статора и частично трансформатора, а таюке как резервная защита по отношению к другим защитам генератора, трансформатора и прилегающих элементов сети (рис. 9.6,а).

Питание цепей тока защиты всегда осуществляется со сторо­ ны нейтрали, что обеспечивает протекание токов через транс­ форматоры тока при внутреннем К3 и отключенном от сети ге­ нераторе или отсутствии в сети других питающих элемешов. характеристики срабатывания дистанционных органов выпол­ няются ненаправленными (рис. 9.6,б), что обеспечивает запасы по чувствительности при внутренних КЗ и не влияет на селек­ тивность, так как любые К3 в защищаемой зоне соответствуют измерениям в положительном направлении. При использовании двуступенчатой дистанционной за1ЦИТЬ1 область охвата первой

быстродействующей ступени Z отстраивается от К3 за силовым

ZД

трансформатором Т (рис. 9.6,а), а вторая ступень с запасом ох­ ватывает трансформатор и по выдержке времени согласуется с защитами смежных элементов сети.

Защита должна содержать основные необходимые функцио­ нальные элементы, в том числе блокировку при качаниях и бло­ кировку при неисправности в цепях напряжения. Принципы по­ строения и примеры выполнения дистанционных защит рассмо­ трены в гл. 7. При наличии токового пуска для выбора повреж­

денньµс фаз в дистанционной защите целесообразно иметь воз­ можность фиксации пуска защиты аналогично рис. 9.4 при сни-

((()

--

б)

Рис. 9.6. Дистанционная защита генераторов:

.. - зоны действия; б- возможные харахrеристихи

женин напряжения, вызванном действием системы возбуждения генератора после возникновения КЗ.

9.2. Защита статора при замыканиях на землю

9.2.1. Защиты, использующие напряжения и токи нулевой последовательности

Замыкания на землю обмотки статора генератора, работаю­ щего в режиме изолированной нейтрали, могуr быть достаточ­ но опасными вследствие того, что, несмотря на сравнительно небольшие емкостные токи КЗ, возникающая электрическая ду­ га повреждает изоляцию и оплавляет активную сталь статора.

Защиты генераторов в блоках генератор-трансформатор выполняются наиболее простым образом на основе контроля

значения напряжения нулевой последовательности ЗU при изо­

UК

лированной нейтрали (рис. 9.7,а) или тока 3/0, протекающего через заземляющий трансформатор (рис. 9.7,б).

Возможность селективного отключения К3 на землю К(( в ге­ нераторе и сети генераторного напряжения основана на том, что при внешнем К3 на землю КЗКнапряжения нулевой последо­ вательности в сети генераторного напряжения теоретически не возникает ввиду запирания токов нулевой последовательности трансформатором Т при соединении обмоток звезда-треуголь­ ник. На практике при замыкании на землю возникает напряже­ ние ЗUU.Кобусловленное емкостью С011 между обмотками транс­ форматора Т. Однако, учитывая, что емкость С011 значительно

445

а) 6) в)

Рис. 9.7. Защита статора rенератора от замыканий на эеюuо:

-,6. - бпок rенератор-трансформатор; --. генератор, подсоединяемый к шинам

меньше результирующей емкости C0r в сети генераторного на­ пряжения, значение напряжения ЗU13 при внешнем К3 К() доста­ точно мало. Указанное дает возможность выполнить защиту от

(рис. .,.),(,.

Следует отметить, что данная защита не может охватить ...(r обмотки статора генератора, так как контролируемые величи­ ны ЗU13 и 3113 пропорциональны числу витков фазы между нейт­ ралью и местом замыкания на землю. В частности при замыка­ нии на землю нейтрали генератора (К2) число витков, опреде­ ляющее составляющие нулевой последовательности, равно ну­

лю, и величины ЗU13 (311 (3 отсутствуют.

Поэтому данная защита в микропроцессорном исполнении ох­ ватывает ..0.(r обмотки статора, т.е. имеет «мертвую зону» при К3 вблизи нейтрали генератора.

Направлеm1ая защита нулевой последовательности гене­ раторов, присоединяемых к сборным шинам. В данном слу­ чае напряжение нулевой последовательности практически оди­ наково при замыкании на землю К1 на выводах генератора и К3

в близлежащей сети (рис. .,r7,в). Для обеспечения селективной защиты в этом случае возможно принятие таких же решений,

как и для защиты объектов сетей с малым током замыкания на землю.

446

В случае, если суммарная емкость внешней по отношению к рассматриваемому генератору сети значительно больше емкос­ ти генератора, то возможно использование только контроля значения тока нулевой последовательности (см. §4.4). В более сложном случае, когда генератор достаточно мощный и его ем­ кость по отношению к земле соизмерима с емкостью внешней сети, необходимо применение направленной защиты нулевой последовательности (см. п. 4.6.3). Упрощенно данное решение поясняет рис. 9.7,в, где для обеспечения селективной защиты используется контроль напряжения и тока нулевой последова­ тельности, а также угла Лq>0 между ними.

Указанная защита по рассмотренным выше причинам также имеет «мертвую зону» (5-10%) при КЗ вблизи нейтрали гене­ ратора К2, где напряжение нулевой последовательности 3U0 при зам:ыкании на землю с учетом необходимости отстройки от не­ балансов в нормальном режиме недостаточно для срабатывания защиты.

9.2.2. Защита на основе контроля третьей zармонической составляющей напряжения обмотки статора

Несинусоидальность индукции в воздушном зазоре электри­ ческой машины определяет постоянное присутствие в фазных напряжениях третьей гармонической составляющей Из. Сдвиг на 120° первых гармонических составляющих фазного напряже­ нщ приводит к сдвигу на 360° имеющихся в фазных напряже­ ниях составляющих третьей гармоники. Это означает, что со­

ставляющие Из во всех фазных напряжениях статора совпадают по фазе в нормальном режиме и суммируются в результирую­ щем напряжении открытого треугольника. Поэтому для их схем

контроля можно использовать любую из схем контроля, показанных на рис. 9.7,а и б.

При относительно симметричном распределении емкости на

землю обмотки статора напряжение Из распределяется равно­ мерно вдаль обмотки, что приводит к равным и сдвинуrым меж­ ду собой по фазе на 180° напряжениям третьей гармоники O,SUз

в нейтрали генератора (точка Н) и на его выводах (точка В на рис. 9.8,а).

При замыкании на землю К в нейтрали генератора Н потен­ циал этой точIСи становится равным нулю. Указанное приводит

447