Защита с наложением контрольного тока частоты 25 Гц через дгр

Для генераторов любой мощности, работающих на сборные шины в сети с компенсированной нейтралью

Преимущество: независимость от уровня напряжения третьей гармоники

Недостаток: применение источника контрольного тока частоты 25 Гц

Защита подключается к трехтрансформаторному фильтру тока нулевой последовательности, установленному на линейных выводах генератора

Схема подключения (для гидрогенератора укрупненного блока):

На общую нейтраль 2 генераторов от источника подаётся напряжение U_ист частотой 25 Гц. Через ДГР каждого генератора на нейтраль данного генератора подаётся U_дгр частотой 25 Гц. С помощью ФТНП измеряется ток НП (в т.ч., частотой 25 Гц). С помощью обмотки разомкнутого треугольника на ТН (по сути, ФННП) измеряется напряжение НП (в т.ч. частотой 25 Гц). Если произошло замыкание на землю, образовался контур для тока НП, в т.ч. частотой 25 Гц. Но ток НП скомпенсирован ДГР, а для тока 25 Гц реактивные сопротивления другие (половина номинального сопротивления для ДГР и удвоенное для емкостей); таким образом, ток 25 Гц начинает протекать от источников к месту замыкания и обратно. Если замыкание произошло на генераторе (между 2 ФТНП), то на 1 ФННП будет ток 25 Гц, а на другом нет (дифференциальный принцип), гармоника напряжения 25 Гц уменьшится на треть (из-за падения напряжения, вызванного током в 1 фазе). Если замыкание произошло между генератором и выключателем (между ФТНП и ФННП), то гармоника напряжения 25 Гц в ТН упадет на треть, а ток потечёт через оба ФТНП. Если замыкание произошло за ТН, то напряжение 25 Гц на нём будет больше 2/3 нормального, а ток будет течь через оба ФННП. При этом, по изменению тока от напряжения U_ист проще отследить замыкание в сети (так как через оба генератора будет течь равный ток), а с помощью U_дгр проще отследить замыкание в ветви 1 из генераторов. (Это чисто моё представление о работе защиты, какие-то нюансы могут быть неточны. Если найдёте – исправьте, буду благодарен)

Внутренние замыкания в генераторе

Замыкание между фазами статорной обмотки является одним из наиболее опасных видов повреждения генератора.

В зависимости от режима работы генератора, от места замыкания и условий связи генератора с системой токи повреждения могут изменяться в широком диапазоне и достигать больших величин

Зависимость ЭДС от доли витков статорной обмотки генератора

𝐸_𝛼=𝛼𝐸_ф – общее ЭДС фазы, при 𝛼 витков в обмотке;

𝑅_𝛼=𝛼𝑅 – активное сопротивление фазы при при 𝛼 витков в обмотке;

𝛼 – число витков в обмотке

Сцепление потоков с витками

𝑋_𝛼=𝑋_с𝛼+𝑋_об𝛼

𝑋_𝛼=𝛼𝑋_с+𝛼²𝑋_об

Где 𝑋_с – собственное индуктивное сопротивление витка (𝑋_с𝛼 – сумма собственных индуктивных сопротивлений витков ωL для катушки);

𝑋_об – общее сопротивление витков, вызванное взаимной индуктивностью (𝑋_об𝛼 - сумма ωM каждого витка с каждым);

Так как витков всего 𝛼, а каждый виток сцепляется со всеми остальными:

𝑋_с𝛼 =𝛼∙ωL.

𝑋_об𝛼=𝛼∙(𝛼∙ωM) = 𝛼²ωM= 𝛼²𝑋_об

В случае выкорачивания части витков ток в них будет существенно меньше, чем в витках, по которым будет течь ток КЗ. Поэтому их влияние на витки с током КЗ мало, при КЗ сцепляемыми считаем только витки до закоротки – зависимость сопротивления от числа витков квадратичная.

X_об0 для части витков:

В уравнениях учтено активное сопротивление обмотки 𝑅 и замыкание предполагается через некоторое 𝑅_п.

Для 3-ф КЗ для 2-ф КЗ

Обе формулы – 2 закон Кирхгофа в чистом виде (поставьте вместо молний R_п и у вас получатся те же формулы).

Схема замещения для 3-ф:

Для 2-ф:

Для межвитковых замыканий:

Тот же 2 закон Кирхгофа, где и – индуктивное сопротивление нулевой последовательности.

Что такое I⁽¹⁾_к на графике слева, я не знаю. Судя по моей формуле, I⁽¹⁾_к не зависит от места замыкания. Зависимость от числа замкнувшихся витков при 1-ф повреждении обратная (рис. Справа), значит это не межвитковое замыкание.

Трёхфазное КЗ внутри генератора

• Напряжение увеличивается линейно (𝛼𝐸_ф)

• Часть сопротивления увеличивается линейно (𝛼R, 𝛼𝑋_с), часть - в квадрате от количества витков (𝛼²𝑋_об1), часть остаётся постоянной (R_п)

Значит, наибольший ток КЗ будет при 𝛼²𝑋_об1=R_п •Ток КЗ в некоторой области внутри больше, чем на выводах генератора

•Ток КЗ вблизи нейтрали мал