Защита генератора на сборных шинах: чем отличается от блочной схемы

Генератор, работающий на сборные шины генераторного напряжения, — это схема с параллельной работой нескольких источников на общие шины. Она отличается от блока тем, что у генератора есть свой выключатель, а на шинах могут работать несколько генераторов одновременно. Отсюда два следствия: защиты должны быть селективны по отношению друг к другу, а на самих шинах нужна отдельная защита.

Разберу состав защит и то, что специфично именно для этой схемы. Про блочную схему — в статье защита блока генератор-трансформатор.

Схема и её особенность

генератор → генераторный выключатель → сборные шины → фидеры нагрузки / ТСН
                                            ↑
                                    второй генератор

Ключевая особенность: ток КЗ на шинах складывается от всех работающих генераторов и от системы (если есть связь через трансформатор). Это означает, что:

• ток через защиту генератора при внешнем КЗ зависит от числа работающих генераторов;
• при отключении одного генератора уставки остаются правильными, но чувствительность защит, рассчитанных на «все в работе», меняется;
• защита шин генераторного напряжения должна работать при любом числе генераторов.

Основные защиты генератора

Продольная дифференциальная — от многофазных КЗ в статоре. Та же, что в блочной схеме: сравнение токов выводов и нейтрали. Требует ТТ с обеих сторон обмотки.

Поперечная дифференциальная — специфична для схем с параллельными ветвями. Применяется, когда обмотка статора имеет параллельные ветви: сравниваются токи ветвей. Замыкание в пределах одной ветви даёт разность токов между ветвями, которую продольная защита не видит. Такая защита есть не у всех генераторов — зависит от схемы обмотки.

Защита от замыканий на землю в статоре — по напряжению нулевой последовательности и по току в цепи заземления нейтрали. В сети генераторного напряжения с изолированной нейтралью ток замыкания определяется ёмкостью; защита должна быть чувствительной, поскольку выжигание стали статора происходит при малых токах.

Защита от замыканий на землю в роторе — на генераторах с непосредственным охлаждением обмотки возбуждения контроль изоляции ротора обязателен. Двойное замыкание на землю в роторе — тяжёлая авария, требующая немедленного гашения поля.

Защита от сверхтоков внешних КЗ — токовая, с выдержкой, согласованной с защитами фидеров. Действует на отключение или на разгрузку в зависимости от тяжести.

Защита от перегрузки — по току статора, обычно на сигнал и на разгрузку. Интегральная характеристика по току обратной последовательности — от несимметричных режимов, которые греют ротор.

Защита от потери возбуждения — по изменению сопротивления на выводах генератора (уход в область потребления реактивной мощности). Без неё генератор после потери возбуждения переходит в асинхронный режим и перегревается.

Защита от повышения напряжения — для гидрогенераторов обязательна: при сбросе нагрузки напряжение может вырасти до опасных значений.

Защита сборных шин генераторного напряжения

Секция генераторного напряжения защищается собственной защитой, и здесь применимы два подхода.

Дифференциальная защита шин — то же решение, что и на подстанциях: сумма токов всех присоединений. Требует ТТ на каждом присоединении и цепей фиксации, если есть переключения. На генераторном напряжении ДЗШ применяют реже из-за большого числа присоединений и малых расстояний.

Дистанционная защита секций — историческое решение для реактированных сетей генераторного напряжения, известное по руководящим указаниям: защита выполняется ненаправленной с одной ступенью, комплекты включаются на всех элементах, связывающих защищаемую секцию с другими. Принцип — измерение сопротивления до места повреждения вместо сравнения токов, что позволяет обойтись без ТТ на каждом присоединении.

На практике выбор определяется схемой: если присоединений много и они короткие, ДЗШ по каждому присоединению дороже и сложнее, чем дистанционная защита секции.

Расчёт: что берут за расчётный режим

Главная особенность расчёта уставок в этой схеме — переменное число источников.

Для отстройки берут режим, когда все генераторы работают и связь с системой включена: максимальный ток КЗ на шинах.

Для проверки чувствительности — режим минимального тока КЗ: один генератор в работе, связь через трансформатор отключена. Именно в этом режиме защиты могут «не увидеть» КЗ на шинах, и именно его забывают посчитать.

Отдельно проверяют режим, когда генератор работает на изолированную нагрузку (после отделения от системы): токи КЗ здесь определяются только этим генератором и существенно меньше. Защиты, отстроенные от «системного» режима, в этом случае могут оказаться грубыми.

Что проверять при наладке

1. Дифференциальные защиты — полярность, выравнивание, небаланс при нагрузке
2. ОЗЗ статора — чувствительность при малом токе, правильность цепи 3U0
3. Контроль изоляции ротора — имитация замыкания на землю
4. Защита от внешних КЗ — согласование выдержек с фидерами
5. Защита от перегрузки — уставка и действие (сигнал/разгрузка)
6. Защита от потери возбуждения — граница срабатывания по сопротивлению
7. Действие на АГП и на отключение генераторного выключателя
8. Взаимодействие с АВР и с защитами шин

Отдельный пункт — проверка при выводе одного из генераторов. Уставки защит, оставшихся в работе, не пересчитываются, но чувствительность меняется; для ответственных объектов это фиксируется в инструкции по эксплуатации.

Частые вопросы

«Зачем поперечная защита, если есть продольная?» Продольная сравнивает полные токи фаз и не видит замыкание внутри одной параллельной ветви. Поперечная сравнивает ветви между собой и такое замыкание чувствует.

«Нужна ли защита шин, если есть защиты всех присоединений?» Да: КЗ на ошиновке не входит в зону ни одной защиты присоединения, а повреждение шин — самое тяжёлое по последствиям.

«Почему уставка МТЗ генератора должна быть согласована с фидерами?» Иначе при КЗ на фидере первым отключится генератор, и обесточится вся секция вместо одного присоединения.

«Что делать, если генератор работает на изолированную нагрузку?» Проверить чувствительность защит в этом режиме расчётом: токи КЗ будут определяться только генератором, и часть защит может не пройти по чувствительности.

Итог

Генератор на сборных шинах защищён набором продольных, поперечных и режимных защит, а сами шины — отдельной защитой (дифференциальной или дистанционной, в зависимости от схемы). Расчёт уставок здесь отличается не формулами, а количеством режимов: максимальный ток для отстройки, минимальный для чувствительности и изолированный режим для проверки работоспособности без системы.