Защита блока генератор-трансформатор: состав и особенности

Схема «блок генератор-трансформатор» без генераторного выключателя радикально меняет логику защит. Генератор и трансформатор в ней — единый объект: чтобы отключить генератор от повреждённого трансформатора, нужно погасить его, отключить автомат гашения поля и только затем отключить выключатель на стороне ВН. Защиты при этом взаимодействуют иначе, чем в схеме с генераторным выключателем.

Разберу, из каких защит состоит блок и что в нём делается не так, как на станции с генераторными шинами.

Что входит в зону блока

На рис. типовой блок: генератор — трансформатор — выключатель ВН — шины высокого напряжения. В зону защит блока входит:

· статор генератора
· его выводы и кабельная/шинная связь с трансформатором
· обмотки трансформатора
· ошиновка на стороне НН и связь с ТСН
· ротор (цепи возбуждения) — для отдельных защит

ТСН (трансформатор собственных нужд) отпайкой от выводов генератора или от блока — важная деталь: замыкание в ТСН или питающей его ошиновке должно отключаться без полного гашения блока, если позволяет схема.

Продольная дифференциальная защита

Основная защита генератора — продольная дифференциальная: сравнивает токи на выводах статора и в нейтрали.

Iд = | Iвыводы − Iнейтраль |

Ключевые особенности, которые отличают её от дифференциальной защиты трансформатора:

• Торможение от сквозного тока обычно не требуется: зона короткая, токи плеч одинаковы.
• Отстройка от броска не нужна вовсе: в статоре нет броска намагничивания.
• Есть витковые замыкания, которые дифференциальная защита не видит (или видит только при неполной схеме). Для них предусмотрены отдельные защиты — от замыканий на землю и контроль изоляции ротора.
• Двойное заземление в цепи ротора — отдельная защита, никак не связанная с дифзащитой статора.

Здесь же важна защита от замыкания на землю в статоре: ток замыкания определяется ёмкостью сети генераторного напряжения и лежит в единицах ампер, поэтому защита выполняется чувствительной, с контролем напряжения нулевой последовательности, а в блоках с выключателем — с трансформатором тока нулевой последовательности.

Дифференциальная защита трансформатора блока

Трансформатор блока защищён собственной дифференциальной защитой — и здесь есть отличие от обычной ДЗТ: в зону включают ТСН и ошиновку НН, если ТСН питается отпайкой.

Уставки считаются так же, как для любого трансформатора (см. ДЗ трансформатора: выбор уставок), но добавляются два обстоятельства:

Плечо ТСН. В нормальном режиме через него течёт ток собственных нужд; при КЗ в ТСН — ток от генератора. Дифференциальная защита с плечом ТСН должна быть отстроена от тока нагрузки ТСН и одновременно чувствительна к КЗ в его зоне.

Режим с выведенным генератором. Если генератор выведен, а блок работает от системы (или наоборот), защита не должна терять работоспособность — это учитывают в проектной схеме и в переносе уставок.

Защиты от внешних КЗ и от перегрузки

Внешние КЗ (на шинах ВН, на отходящих линиях) опасны для генератора не током, а нагревом обмоток и механическими усилиями. Поэтому ставят:

• токовую защиту от внешних КЗ с выдержкой, согласованной с защитами присоединённых линий;
• защиту от перегрузки по току статора, действующую обычно на сигнал и на разгрузку;
• защиту от несимметричных режимов — по току обратной последовательности, поскольку нагрев ротора при несимметрии резко возрастает: допускается длительная несимметрия в единицах I2, и защита отстраивается по интегральной характеристике.

Автоматика блока

Защиты без автоматики блок не защищают — отключение выключателя само по себе не гасит генератор:

АГП — автомат гашения поля ........ снимает возбуждение
АПВ блока ........................ после успешного отключения внешнего КЗ
АВР ТСН .......................... при потере питания собственных нужд
УРОВ ............................. при отказе выключателя

Ключевое: при внутреннем КЗ блок должен быть погашен до отключения выключателя ВН. Обратный порядок опасен: генератор, оставшийся под возбуждением без связи с сетью, разгоняется и может быть повреждён.

Особенности наладки

Проверка действий на несколько цепей. Каждая защита блока действует не на одно реле, а на цепочку: отключение выключателя, пуск АГП, пуск УРОВ, сигнал. Каждая цепочка проверяется отдельно.

Проверка выравнивания в ДЗТ с плечом ТСН. Ток ТСН в нормальном режиме не равен нулю, поэтому балансировка выполняется при нагрузке или имитацией с учётом трёх плеч.

Проверка защит от ОЗЗ. Сеть генераторного напряжения работает с изолированной или компенсированной нейтралью, поэтому проверка выполняется подачей напряжения нулевой последовательности и проверкой чувствительности по току.

Проверка АГП. Гашение поля проверяется вместе с защитами: последовательность «пуск АГП → снятие возбуждения → отключение выключателя» должна соблюдаться по времени.

Частые вопросы

«Зачем блоку защита от замыкания на землю, если сеть с изолированной нейтралью?» Ток замыкания в сети генераторного напряжения ограничен ёмкостью, но он опасен для стали статора — выжигание листов. Защита должна фиксировать малые токи, поэтому её выполняют чувствительной и не грубее требований по повреждению стали.

«Почему дифзащита генератора не защищает от витковых замыканий?» Она сравнивает полные фазные токи. Замыкание части витков внутри фазы не меняет фазный ток заметно, если не затрагивает выводы.

«Можно ли ставить блок без генераторного выключателя при наличии ТСН от отпайки?» Проектное решение зависит от мощности и схемы; особенности — в том, что защита ТСН входит в зону защит блока и должна селективно отключать только ТСН, когда это возможно.

«Что проверять в первую очередь при наладке?» Дифференциальные защиты: правильность полярности, выравнивание и небаланс. Ошибки там обнаруживаются только при подаче тока, причём маскируются под «нормальный небаланс».

Итог

Блок генератор-трансформатор — это система защит, объединённая общей логикой гашения. Дифференциальные защиты генератора и трансформатора защищают каждый свой объект, защиты от внешних КЗ и несимметрии — от последствий внешних режимов, автоматика (АГП, УРОВ, АПВ, АВР) обеспечивает правильную последовательность действий. Наладка начинается с дифзащит и заканчивается проверкой последовательности отключения — потому что при внутреннем КЗ порядок действий важнее, чем скорость отдельной ступени.