Є багато ненормальних умов, які можуть призвести до пошкодження генератора.Деякі з цих станів є наслідком збою генератора або однієї з його підсистем, а інші виникають у самій енергосистемі.У наведеній нижче таблиці підсумовано типи збоїв, які можуть виникнути, і відповідні методи захисту.
Замикання на землю статора
Найбільш поширеною несправністю обмотки статора є прорив ізоляції між окремою фазою та землею.Невиявлена ця несправність може швидко пошкодити сердечник генератора.Також можливі пожежі на машинах з повітряним охолодженням.Здатність диференціального елемента статора виявляти замикання на землю залежить від наявного струму замикання на землю.Таким чином, для статора зазвичай потрібен спеціальний захист від замикання на землю.
Генератори забезпечують енергію, що використовується всіма навантаженнями в енергосистемі, і більшу частину реактивної потужності, необхідної для живлення індуктивних елементів, таким чином підтримуючи напругу системи на номінальних значеннях.Енергетичні системи мають невелику ємність для зберігання енергії.Таким чином, втрачена генерація повинна бути негайно замінена або еквівалентна кількість навантаження повинна бути відкинута.Надзвичайно важливо, щоб система захисту генератора була надійно захищена від зовнішніх впливів.
Генератор є одним із компонентів складної системи, яка включає первинний двигун, збудник і різні допоміжні системи.На додаток до виявлення коротких замикань, IED захисту генератора, таким чином, необхідний для виявлення ряду ненормальних умов, які можуть пошкодити генератор або одну з його підсистем.Генератори можна розділити на два основних типи: індукційні та синхронні.Асинхронні машини, як правило, мають менші розміри, починаючи від ста кВА, і зазвичай приводяться в рух від поршневого двигуна.Синхронні машини мають потужність від кількох сотень кВА до 1200 МВА.
Синхронні генератори можуть приводитися в рух різними двигунами, включаючи поршневі двигуни, гідротурбіни, турбіни внутрішнього згоряння та великі парові турбіни.Тип турбіни впливає на конструкцію генератора і, отже, може впливати на вимоги захисту.Розмір генератора та спосіб його заземлення також впливають на вимоги щодо його захисту.Малі та середні машини часто безпосередньо підключаються до розподільної мережі (пряме підключення).У цій конфігурації кілька машин можна підключити до однієї шини.Великі машини зазвичай підключаються через спеціальний силовий трансформатор до мережі передачі (блок підключений).
Другий силовий трансформатор на клемах генератора забезпечує допоміжне живлення для агрегату.Генератори заземлені, щоб контролювати перехідні процеси напруги, що викликають пошкодження, і полегшити роботу функцій захисту.Генератори з прямим підключенням часто заземлюються через низький опір, який обмежує струм замикання на землю до 200-400 ампер.Машини, підключені до блоку, зазвичай заземлені через високий імпеданс, який обмежує струм менше ніж 20 амперами.
Для прямих підключень із заземленими машинами з низьким опором використовується метод визначення струму.Цей захист має бути швидким і чутливим до внутрішніх замикань на землю, водночас безпечним під час зовнішніх збурень.Цього можна досягти за допомогою обмеженого елемента замикання на землю або нейтрального спрямованого елемента.Елемент обмеженого замикання на землю, реалізований у G30 та G60, використовує симетричний механізм обмеження компонентів, який забезпечує високий ступінь безпеки під час зовнішніх замикань зі значним насиченням трансформатора струму.
Для заземлених машин з високим опором, підключених до блоку, для виявлення замикання на землю часто використовуються методи на основі напруги.Використовуючи комбінацію елементів напруги основної та третьої гармонік, можна досягти покриття від замикань на землю для 100% обмотки статора.У реле GE використовується елемент напруги третьої гармоніки, який реагує на співвідношення нейтральних і кінцевих значень третьої гармоніки.Цей елемент простий в установці та нечутливий до коливань рівнів третьої гармоніки за нормальної роботи.
Несправності фази статора
Замикання фази без заземлення може виникнути на кінці обмотки або всередині слота в машинах, які мають котушки однієї фази в тому самому щілині.Хоча замикання фази менш імовірне, ніж замикання на землю, струм, що виникає внаслідок цього замикання, не обмежується опором заземлення.Таким чином, критично важливо, щоб ці несправності були виявлені швидко, щоб обмежити пошкодження машини.Оскільки системне співвідношення XOR є особливо високим у генераторі, диференціальний елемент статора особливо сприйнятливий до насичення трансформатора струму через постійну складову струму під час зовнішніх збурень.Диференціальний алгоритм статора G60 додає додатковий захист у форматі спрямованої перевірки, коли підозрюється насичення трансформатора струму через змінну або постійну складову струму.
Час публікації: 30 січня 2023 р