Существует множество ненормальных условий, которые могут привести к повреждению генератора.Некоторые из этих состояний являются результатом отказа генератора или одной из его подсистем, а другие возникают в самой энергосистеме.В следующей таблице приведены типы сбоев, которые могут возникнуть, и соответствующие методы защиты.
Замыкания статора на землю
Наиболее частым отказом обмотки статора является пробой изоляции между одной фазой и землей.Незамеченная, эта неисправность может быстро повредить сердечник генератора.Также возможны пожары на машинах с воздушным охлаждением.Способность дифференциального элемента статора обнаруживать замыкание на землю зависит от доступного тока замыкания на землю.Таким образом, для статора обычно требуется специальная защита от замыканий на землю.
Генераторы обеспечивают энергию, используемую всеми нагрузками в энергосистеме, и большую часть реактивной мощности, необходимой для питания индуктивных элементов, тем самым поддерживая напряжение системы на номинальных значениях.Энергетические системы имеют небольшую емкость для хранения энергии.Таким образом, потерянная генерация должна быть немедленно заменена или эквивалентное количество нагрузки должно быть сброшено.Крайне важно, чтобы система защиты генератора была надежно защищена от внешних помех.
Генератор является одним из компонентов сложной системы, включающей первичный двигатель, возбудитель и различные вспомогательные системы.Таким образом, помимо обнаружения коротких замыканий, устройство защиты генератора должно обнаруживать ряд нештатных ситуаций, которые могут повредить генератор или одну из его подсистем.Генераторы можно разделить на два основных типа: индукционные и синхронные.Асинхронные машины обычно меньше по размеру, всего до ста кВА, и обычно приводятся в действие поршневым двигателем.Мощность синхронных машин варьируется от нескольких сотен кВА до 1200 МВА.
Синхронные генераторы могут приводиться в действие различными первичными двигателями, включая поршневые двигатели, гидротурбины, турбины внутреннего сгорания и большие паровые турбины.Тип турбины влияет на конструкцию генератора и, следовательно, может влиять на требования к защите.Размер генератора и способ его заземления также влияют на требования к его защите.Машины малого и среднего размера часто напрямую подключаются к распределительной сети (прямое подключение).В этой конфигурации к одной шине можно подключить несколько машин.Большие машины обычно подключаются через специальный силовой трансформатор к сети передачи (блок подключен).
Второй силовой трансформатор на клеммах генератора обеспечивает вспомогательное питание агрегата.Генераторы заземляются для защиты от разрушительных скачков напряжения и для облегчения работы функций защиты.Генераторы с прямым подключением часто заземляются через низкий импеданс, который ограничивает ток замыкания на землю до 200-400 ампер.Машины, подключенные к блоку, обычно заземляются через высокое полное сопротивление, которое ограничивает ток менее 20 ампер.
Для машин с прямым подключением и заземлением с низким импедансом используется метод обнаружения на основе тока.Эта защита должна быть быстрой и чувствительной к внутренним замыканиям на землю и в то же время надежной при внешних помехах.Это может быть достигнуто с помощью ограниченного элемента замыкания на землю или нейтрального направленного элемента.Ограниченный элемент замыкания на землю, реализованный в G30 и G60, использует симметричный механизм ограничения компонентов, который обеспечивает высокую степень безопасности при внешних замыканиях со значительным насыщением ТТ.
Для подключенных к агрегату машин с заземлением с высоким импедансом часто используются методы, основанные на напряжении, для обнаружения замыкания на землю.Используя комбинацию элементов напряжения основной и третьей гармоники, можно обеспечить защиту от замыканий на землю для 100% обмотки статора.В реле GE используется элемент напряжения третьей гармоники, реагирующий на соотношение значений нейтрали и клемм третьей гармоники.Этот элемент прост в настройке и нечувствителен к изменениям уровней третьей гармоники при нормальной работе.
Неисправности фазы статора
Неисправности фазы, не связанные с землей, могут возникать на конце обмотки или внутри паза в машинах, имеющих катушки одной фазы в одном и том же пазе.Хотя замыкание фазы менее вероятно, чем замыкание на землю, ток, возникающий в результате этого замыкания, не ограничивается полным сопротивлением заземления.Таким образом, очень важно, чтобы эти неисправности были обнаружены быстро, чтобы ограничить повреждение машины.Поскольку коэффициент XOR системы особенно высок в генераторе, дифференциальный элемент статора особенно чувствителен к насыщению ТТ из-за постоянной составляющей тока во время внешнего возмущения.Дифференциальный алгоритм статора G60 обеспечивает дополнительную безопасность в формате проверки направленности, когда подозревается насыщение ТТ из-за составляющей переменного или постоянного тока тока.
Время публикации: 30 января 2023 г.