Релейная защита синхронных машин — АСУ ТП: сообщество инженеров

Синхронные электрические машины относятся к машинам переменного тока, как правило, трехфазным. Как большинство электромеханических преобразователей они могут работать и в режиме генератора, и в режиме двигателя. Особым режимом работы синхронной машины является режим компенсации реактивной мощности. Специальные машины, предназначенные для этой цели называются синхронными компенсаторами.

Несмотря на принципиальную обратимость синхронных двигателей и генераторов они имеют обычно конструктивные особенности, которые редко дают возможность использовать двигатели в качестве генераторов и наоборот.

Повреждения генераторов

Повреждения в обмотке статора:

Многофазные КЗ;
Однофазные замыкания на землю (на корпус);
Двойные замыкания на землю;
Замыкание между витками одной фазы (для синхронных генераторов с выведенными параллельными ветвями).

Повреждения в обмотке ротора (в обмотке возбуждения):

Замыкание на землю (тело ротора) в одной точке;
Замыкание на землю в двух точках цепи возбуждения.

Ненормальные режимы работы генераторов

Перегрузка статора синхронного генератора (симметричная и несимметричная).
Сверхтоки при внешних КЗ.
Повышение напряжения на выводах обмотки статора.
Асинхронный режим.

Требования к релейной защите генераторов

Селективность — защита должна отключать генератор только при тех повреждениях и режимах, которые представляют действительную опасность для генератора.

Быстродействие – чтобы уменьшить размеры повреждения машины и не допустить нарушения устойчивости параллельной работы генераторов и систем.

Чувствительность – ко всем видам повреждений в синхронного генераторе, а также к КЗ на смежных элементах для резервирования защит и выключателей этих элементов в случае их бездействия. Защита должна воздействовать не только на Q, но и на устройство АГП для прекращения тока КЗ, посылаемого самим генератором.

Токовая отсечка без выдержки времени

Применяется в качестве основной защиты для генераторов с мощностью менее 1 МВт от многофазных КЗ в обмотке статора. Устанавливается со стороны выводов к сборным шинам.

Продольная дифференциальная защита

Применяется в качестве основной защиты для генераторов с мощностью более 1 МВт от многофазных КЗ в обмотке статора.

ТА устанавливается со стороны шинных выводов и со стороны нейтрали.

Расчет параметров продольной дифференциальной защиты

Ток срабатывания защиты:

Обычно, в зависимости от мощности генератора, ток срабатывания защиты находится в пределах:

Проверка чувствительности защиты:

Поперечная дифференциальная защита

Применяется в качестве основной защиты для генераторов с мощностью более 1 МВт от витковых КЗ. Резервирует продольную дифференциальную защиту при многофазных КЗ в обмотке статора.

Схема однорелейной поперечной дифференциальной защиты

Трансформатор тока устанавливается в цепи между двумя нулевыми точками параллельных ветвей обмотки статора, соединенных в звезду.

ZF–фильтр для отстройки от высших гармоник, протекающих в цепи нейтрали кратных трем.

Защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов или на его выводах

Токовая направленная защита для генераторов, работающих в блоке с трансформатором на сеть с изолированной нейтралью.

2. Защита от замыканий на землю, использующая низкочастотные составляющие ТНП, порождаемые перемежающимся дуговым замыканием для генераторов, работающих на сеть с компенсированной нейтралью.

3. Защита от замыканий на землю для генераторов, работающих на сеть с резистивно-заземленной нейтралью.

4. Сигнализация при появлении однофазного замыкания на землю по напряжению нулевой последовательности.

Защиты от замыканий на землю генераторов, работающих в сетях с изолированной или резонансно заземленной нейтралью

Защита от замыкания на землю имеет «мертвую зону» около 5% от сопротивления обмотки статора при замыкании в близи нейтрали (точка К2). Величины 3U0, 3I0 пропорциональны числу витков фазы между нейтралью и местом замыкания.