Дифференциальная защита генератора

Дифференциальная защита генератора

Дифференциальная защита генератора в основном защищает обмотки статора от заземлений и межфазных замыканий. Замыкания в обмотках статора представляют значительную угрозу, способную нанести серьезный ущерб генератору. Для защиты обмоток статора используется дифференциальная система защиты, которая обеспечивает быстрое срабатывание при возникновении неисправностей, минимизируя степень повреждений.

Система циркулирующего тока Мерца-Прайза

В этой схеме защиты сравниваются токи на двух концах защищаемого участка. В нормальном режиме работы величины токов во вторичных обмотках трансформаторов тока равны. Однако при возникновении неисправности через систему протекает ток короткого замыкания, что приводит к расхождению величин токов. Эта разница токов при неисправности направляется через рабочую катушку реле.

Когда ток превышает установленный порог, реле замыкает свои контакты, вызывая срабатывание выключателя, который изолирует неисправный участок от остальной части системы. Такой механизм защиты известен как система циркулирующего тока Мерца-Прайза, которая высокоэффективна для обнаружения и реагирования на заземления и межфазные замыкания.

Подключение системы дифференциальной защиты

Система дифференциальной защиты требует двух одинаковых трансформаторов тока, которые устанавливаются по обе стороны защищаемой зоны. Вторичные выводы этих трансформаторов тока соединяются в звездной конфигурации, а их конечные выводы соединяются через пилотные провода. При этом катушки реле соединяются в треугольной конфигурации. Нейтральные точки трансформаторов тока и реле затем подключаются к общему выводу. Это специальное соединение обеспечивает точное обнаружение дисбаланса токов и позволяет быстро изолировать неисправность.

Реле подключается между равно потенциальными точками трех пилотных проводов, чтобы каждый трансформатор тока имел равную нагрузку. Поскольку середина каждого пилотного провода представляет его равно потенциальную точку, реле стратегически располагается в середине этих проводов.

Для оптимальной работы системы дифференциальной защиты важно расположить катушки реле близко к трансформаторам тока рядом с главным выключателем. Это можно достичь, вставляя балансирующие резисторы последовательно с пилотными проводами, что эффективно смещает равно потенциальные точки ближе к главному выключателю.

Принцип работы системы дифференциальной защиты

Предположим, что произошел пробой изоляции на фазе R сети, вызывающий неисправность. В результате токи во вторичных обмотках трансформаторов тока становятся несбалансированными. Этот дисбаланс создает дифференциальные токи, которые протекают через катушку реле. Вследствие этого реле активируется и подает команду на срабатывание выключателя, изолируя неисправный участок от остальной части системы.

Однако эта система защиты имеет значительное ограничение: она очень чувствительна к пусковому току намагничивания трансформатора. Пусковой ток может вызвать неправильное срабатывание реле. Для решения этой проблемы используется смещенное дифференциальное реле. Такое реле позволяет проходить определенному уровню несбалансированного тока через свою катушку без ненужного срабатывания.

Для дальнейшего снижения влияния пускового тока намагничивания в конструкцию включена сдерживающая катушка. Сдерживающая катушка эффективно уменьшает влияние пускового тока, делая реле невосприимчивым к ложному срабатыванию из-за пускового тока намагничивания. Реле, оборудованные такой конфигурацией, называются смещенными дифференциальными реле.

Сценарий неисправности и работа реле

При возникновении неисправности между любыми двумя фазами, например, между фазами Y и B, через эти две фазы будет протекать ток короткого замыкания. Эта неисправность нарушает баланс токов, протекающих через трансформаторы тока (ТТ). В результате дифференциальный ток проходит через рабочую катушку реле, вызывая его срабатывание и размыкание контактов, что изолирует неисправный участок от электрической системы.

Проблемы системы дифференциальной защиты

В системе дифференциальной защиты обычно используется нейтральный резистивный провод для уменьшения неблагоприятных эффектов токов заземления. Однако, когда заземление происходит близко к нейтральной точке, небольшая электродвижущая сила (ЭДС) создает относительно малый ток короткого замыкания, протекающий через нейтраль. Сопротивление заземления нейтрали еще больше уменьшает этот ток. В результате только минимальный ток достигает реле. Поскольку этот малый ток недостаточен для активации катушки реле, неисправность может остаться незамеченной, что потенциально может привести к повреждению генератора.

Модифицированная схема системы дифференциальной защиты

Для решения вышеупомянутой проблемы была разработана улучшенная схема системы дифференциальной защиты. Эта модифицированная схема включает два различных элемента: один предназначен для защиты от фазных неисправностей, а другой для защиты от заземлений.

Элементы защиты от фазных неисправностей подключены в звездной конфигурации вместе с резистором. В то же время реле защиты от заземления расположено между звездообразно соединенными фазными элементами и нейтральной точкой. Конкретно, два элемента защиты от фазных неисправностей, вместе с балансирующим резистором, подключены в звездной конфигурации, а реле защиты от заземления затем подключено между звездообразным соединением и нейтральным пилотным проводом. Эта конфигурация повышает способность системы точно обнаруживать и реагировать как на фазные, так и на заземленные неисправности, улучшая общую надежность системы дифференциальной защиты.

Звездообразное соединение обладает симметрией, что обеспечивает, что любой сбалансированный переток тока, исходящий из точки циркуляции тока, не будет проходить через реле защиты от заземления. В результате в этой системе чувствительное реле защиты от заземления может работать с высокой стабильностью, надежно обнаруживая заземления без срабатывания от нормальных сбалансированных колебаний тока.