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
1. 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.
Сигнализация при появлении однофазного замыкания на землю по напряжению нулевой последовательности
Защита от замыканий на землю для генераторов, работающих на сеть с резистивной заземленной нейтралью
Защита от второго замыкания на землю в обмотке ротора
Распределение напряжения по обмотке ротора при замыканиях на землю.
Схема защиты генератора от замыканий в двух точках цепи возбуждения
а) цепи возбуждения; б) цепи оперативного тока
МТЗ с блокировкой по напряжению
-
Предназначена для защиты генераторов от сверхтоков при внешних КЗ.
-
Применяется для генераторов с мощностью менее 30 МВт.
-
Выполняется двухступенчатой.
Схема МТЗ с блокировкой по напряжению
а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока
Токовая защита обратной последовательности
-
Применяется для генераторов с мощностью 30-60 МВт.
-
Предназначена для защиты генераторов от внешних несимметричных КЗ.
а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока
Дистанционная защита генераторов
-
Применяется для генераторов с мощностью более 60 МВт.
-
Предназначена для защиты генераторов от внешних несимметричных КЗ.
Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от максимальной нагрузки при минимальном эксплуатационном напряжении:
Схема включения дистанционной защиты генератора
Сопротивление срабатывания защиты:
Защита от повышения напряжения
Устанавливается на гидрогенераторах:
Устанавливается на турбогенераторах с мощностью 160 МВт и выше:
Защита генераторов от асинхронных режимов
Виды АР генераторов
1. С полным или частичным возбуждением.
2. Без возбуждения.
Принцип выполнения защиты генераторов от асинхронных режимов - дистанционный, осуществляется контроль сопротивления генератора.
Защита электродвигателей
Повреждения электродвигателей:
-
однофазные замыкания на землю;
-
Замыкания между витками одной фазы;
-
междуфазные короткие замыкания.
Ненормальные режимы работы ЭД:
-
Перегрузка токами, большими номинального;
-
Перегрузка приводимого механизма.
Защита от многофазных КЗ
Схема защиты токовой отсечкой мгновенного действия
Защита минимального напряжения
Самозапуск двигателей может не произойти, если напряжение на шинах окажется ниже:
Схема защиты минимального напряжения с реле прямого действия:
Защита синхронных электродвигателей от выпадения из синхронизма:
