Differensskydd för en generator

Generatordifferentialskydd

Differentialskydd för en generator skyddar huvudsakligen statorspolar mot jordfel och fas-till-fasfel. Statorspolfel utgör ett betydande hot som kan orsaka allvarliga skador på generatoren. För att skydda statorspolarna används ett differentialskyddssystem för att eliminera fel så snabbt som möjligt, vilket minimerar skadornas omfattning.

Merz-Prize cirkulerande strömsystem

I detta skyddsschema jämförs strömmarna vid de två ändarna av den skyddade sektionen. Under normal drift är strömstorlekar i sekundärspolarna av strömmätare lika. När ett fel uppstår flödar en kortslutningsström genom systemet, vilket leder till att strömstorlekar divergerar. Denna skillnad i ström under felförhållanden dirigeras genom reläets arbetsbobin.

När strömmen överskrider det förinställda tröskelvärdet stänger reläet sina kontakter, vilket utlöser brytaren att slå av. Detta åtgärd isolerar den defekta sektionen från resten av systemet. Ett sådant skyddssystem kallas Merz-Prize cirkulerande strömsystem, vilket visar sig vara mycket effektivt för att upptäcka och reagera på jordfel och fas-till-fasfel.

Anslutning av differentialskyddssystemet

Differentialskyddssystemet kräver två identiska strömmätare, som installeras på var sida om den skyddade zonen. Sekundärterminalerna av dessa strömmätare ansluts i en stjärnkonfiguration, och deras slutterminaler kopplas via pilotledningar. Samtidigt ansluts reläbobinerna i en triangelkonfiguration. De neutrala punkterna av strömmätarna och reläet ansluts sedan till en gemensam terminal. Denna specifika kablagearrangemang säkerställer korrekt upptäckt av ströminbalans och möjliggör snabb felisolering.

Reläet ansluts över de ekvipotentiella punkterna av de tre pilotledningarna för att säkerställa att varje strömmätare bär en lik belastning. Eftersom mitten av varje pilotledning representerar dess ekvipotentiella punkt placeras reläet strategiskt i mitten av dessa ledningar.

För att differentialskyddssystemet ska fungera optimalt är det viktigt att placera reläbobinerna nära strömmätarna nära huvudkretsen. Detta kan uppnås genom att infoga balanseringsresistorer i serie med pilotledningarna, vilket effektivt flyttar ekvipotentiella punkter närmare huvudbrytaren.

Arbetsprincip för differentialskyddssystemet

Om en isoleringsnedbrott inträffar i R-fasen av nätet, vilket utlöser ett fel, blir strömmarna i sekundärerna av strömmätarna obalanserade. Denna obalans genererar differentiella strömmar som flödar genom reläbobinen. Som ett resultat aktiveras reläet och ger ett avbrottskommando till brytaren, vilket isolerar den defekta sektionen från resten av systemet.

Detta skyddssystem har dock en betydande begränsning: det är mycket känsligt för magnetiseringsinruschströmmen i transformatorn. Inruschströmmen kan orsaka att reläet fungerar felaktigt. För att hantera detta problem används ett biaserat differentialrelä. Detta typ av relä tillåter en viss nivå av obalanserad ström att passera genom sin bobin utan att utlösa onödig operation.

För att ytterligare minska inverkan av magnetiseringsinruschströmmen integreras en bromsande bobin i designen. Bromsande bobinen reducerar effektivt inverkan av inruschströmmen, vilket gör reläet immunt mot falska avbrott orsakade av magnetiseringsinrusch. Reläer utrustade med en sådan konfiguration kallas för biaserade differentialreläer.

Felscenario och reläoperation

När ett fel uppstår mellan två faser, till exempel mellan faser Y och B, kommer en kortslutningsström att flöda genom dessa två faser. Detta fel stör balansen av strömmar som flödar genom strömmätarna (CT). Som ett resultat passerar en differentiell ström genom reläets arbetsbobin, vilket får reläet att slå av och öppna sina kontakter, vilket isolerar den defekta sektionen från elektriska systemet.

Problem med differentialskyddssystemet

I ett differentialskyddssystem används vanligtvis en neutral resistansledning för att mildra de negativa effekterna av jordfelströmmar. När ett jordfel uppstår nära den neutrala punkten genererar en liten elektromotorisk kraft (emf) en relativt liten kortslutningsström som flödar genom neutralen. Motståndet i den neutrala jordningen minskar ytterligare denna ström. Som ett resultat når endast en minimal ström reläet. Eftersom denna lilla ström inte räcker för att aktivera reläbobinen kan felet gå oobserverat, vilket potentiellt kan leda till skador på generatoren.

Modifierat differentialskyddssystemschema

För att lösa ovan nämnda problem har ett förbättrat differentialskyddssystemschema utvecklats. Det modifierade schemat inkluderar två distinkta element: ett utformat för att skydda mot fasfel och det andra för att skydda mot jordfel.

Fasfel-skyddelementen ansluts i en stjärnkonfiguration tillsammans med en resistor. Medan jordfelreläet placeras mellan de stjärnanslutna faselementen och den neutrala punkten. Specifikt ansluts två fasfel-element, tillsammans med en balanseringsresistor, i en stjärnpattern, och jordfelreläet kopplas sedan mellan stjärnanslutningen och den neutrala pilotledningen. Denna konfiguration förbättrar systemets förmåga att korrekt upptäcka och reagera på både fas- och jordfel, vilket förbättrar differentialskyddssystemets totala tillförlitlighet.

Stjärnanslutna kretsen visar symmetri, vilket säkerställer att någon balanserad överskottström som ursprungligen kommer från strömcirkulationspunkten inte passerar genom jordfelreläet. Som ett resultat kan det känsliga jordfelreläet inom detta system fungera med en hög grad av stabilitet, pålitligt upptäcker jordfel utan att utlösas av normala balanserade strömfluktuationer.