Differentialbeskyttelse af en generator

Generator Differentialbeskyttelse

Differentialbeskyttelse for en generator beskytter hovedsageligt statorvindinger mod jordfejl og faser til fase-fejl. Fejl i statorvindingerne udgør en betydelig trussel, der kan forårsage alvorlige skader på generatoren. For at beskytte statorvindingerne anvendes et differentialbeskyttelsessystem, som rydder fejl i den korteste tid muligt, hvilket minimaliserer omfanget af skader.

Merz-Prize Cirkulerende Strømsystem

I dette beskyttelsessystem sammenlignes strømmene ved de to ender af den beskyttede sektion. Under normal drift er størrelsen af strømme i sekundærspolen af strømtransformatorerne ens. Når dog en fejl opstår, flyder en kortslutningsstrøm gennem systemet, hvilket fører til, at strømmens størrelser divergerer. Denne forskel i strøm under fejlforhold ledes gennem relæets arbejdsbobin.

Når strømmen overstiger den forudindstillede tærskel, lukker relæet sine kontakter, hvilket udløser kredsløbsbryderen til at springe. Dette handling isolerer den defekte sektion fra resten af systemet. Et sådant beskyttelsesmekanisme kaldes Merz-Prize cirkulerende strømsystem, som viser sig at være meget effektivt i at opdage og reagere på jordfejl og faser til fase-fejl.

Tilslutning af Differentialbeskyttelsessystemet

Differentialbeskyttelsessystemet kræver to identiske strømtransformatorer, der installeres på hver side af den beskyttede zone. Sekundære terminaler på disse strømtransformatorer er forbundet i en stjernekonfiguration, og deres slutterminaler er forbundet via pilotledninger. Samtidig er relæbobiner forbundet i en trekantskonfiguration. De neutrale punkter på strømtransformatorerne og relæet forbinder derefter til en fælles terminal. Denne specifikke ledningskonfiguration sikrer præcis opdagelse af strømubalancer og gør hurtig fejlisolering mulig.

Relæet er forbundet over de potentialepunkter af de tre pilotledninger for at sikre, at hver strømtransformator bærer en lige byrde. Da midtpunktet af hver pilotledning repræsenterer dens potentialepunkt, er relæet strategisk placeret ved midtpunktet af disse ledninger.

For at differentialbeskyttelsessystemet skal fungere optimalt, er det vigtigt at placere relæbobiner tæt på strømtransformatorerne nær hovedkredsløbet. Dette kan opnås ved at indsætte balanceringsmodstande i serie med pilotledninger, hvilket effektivt skubber potentialepunkter tættere på hovedkredsløbsbryderen.

Arbejdsgang for Differentialbeskyttelsessystemet

Antag, at der opstår en isolationsoverbelastning på R-fasen i netværket, hvilket udløser en fejl. Dette resulterer i, at strømme i sekundærene af strømtransformatorerne bliver ubalancerede. Denne ubalance genererer differentialstrømme, der flyder gennem relæbobinen. Dermed aktiverer relæet og udsteder en springekommando til kredsløbsbryderen, hvilket isolerer den defekte sektion fra resten af systemet.

Dette beskyttelsessystem har dog en betydelig begrænsning: det er meget følsomt over for magnetiseringsstartstrømmen i transformatorerne. Startstrømmen kan få relæet til at virke forkert. For at løse dette problem anvendes et biaset differentialrelæ. Dette type relæ tillader, at en vis grad af ubalanceret strøm passer gennem bobinen uden at udløse unødig operation.

For yderligere at reducere indflydelsen af magnetiseringsstartstrømmen inkluderes en bremsebobin i designet. Bremsebobinen reducerer effektivt indflydelsen af startstrømmen, hvilket gør relæet immun over for falsk springing på grund af magnetiseringsstart. Relæer udstyret med en sådan konfiguration kaldes biaset differentialrelæer.

Fejlscenario og Relæoperation

Når en fejl opstår mellem to faser, for eksempel mellem faser Y og B, vil en kortslutningsstrøm flyde gennem disse to faser. Denne fejl forstyrrer balancen af strømme, der flyder gennem strømtransformatorerne (CTs). Dermed passerer en differentialstrøm gennem relæets arbejdsbobin, hvilket får relæet til at springe og åbne dets kontakter, og dermed isolerer den defekte sektion fra elektricitetssystemet.

Problemer med Differentialbeskyttelsessystemet

I et differentialbeskyttelsessystem bruges typisk en neutral modstandsledning til at mildne de negative effekter af jordfejlstrømme. Når dog en jordfejl opstår tæt på det neutrale punkt, genererer en lille elektromotorisk spænding (emf) en relativt lille kortslutningsstrøm, der flyder gennem det neutrale punkt. Modstanden i den neutrale jordning reducerer denne strøm yderligere. Som resultat når kun en minimal strøm relæet. Da denne lille strøm ikke er tilstrækkelig til at aktivere relæbobinen, kan fejlen gå upåagtet, hvilket potentielt kan føre til skade på generatoren.

Ændret Differentialbeskyttelsessystemskema

For at løse ovennævnte problem er et forbedret differentialbeskyttelsessystems skema udviklet. Dette ændrede skema inkluderer to forskellige elementer: ét designet til at beskytte mod faserfejl og det andet til at beskytte mod jordfejl.

Fasefejlbeskyttelselementerne er forbundet i en stjernekonfiguration sammen med en modstand. I mellemtiden er jordfejlrelæet placeret mellem stjerneforbundne faseelementer og det neutrale punkt. Specifikt er to fasefejl-elementer, sammen med en justeringsmodstand, forbundet i en stjernekonfiguration, og jordfejlrelæet forbinder derefter mellem stjernetilslutningen og den neutrale pilotledning. Denne konfiguration forbedrer systemets evne til præcis at opdage og reagere på både fase- og jordfejl, hvilket forbedrer differentialbeskyttelsessystemets samlede pålidelighed.

Stjerneforbundet kredsløb viser symmetri, hvilket sikrer, at enhver balanceoverskudsstrøm, der stammer fra strømcirkuleringspunktet, ikke passerer gennem jordfejlrelæet. Som resultat kan det sensitive jordfejlrelæ operere med en høj grad af stabilitet i dette system, og pålideligt opdage jordfejl uden at blive udløst af normale balancestrømfluktuationer.