а) Повреждения обмотки статора

Многофазные короткие замыкания относятся к наиболее тяжелым повреждениям генератора. Они сопровождаются большими токами, в несколько раз превышающими номинальный ток генератора. Для защиты от многофазных коротких замыканий, вызывающих значительные разрушения в статоре, на всех генераторах мощностью выше 1 000 кВт при наличии выводов отдельных фаз со стороны нейтрали устанавливается продольная дифференциальная защита, действующая на отключение генератора.

На генераторах малой мощности для защиты от многофазных коротких замыкании допускается применение более простых устройств: максимальной токовой защиты или отсечки, установленной со стороны выводов генератора, а также автоматов или плавких предохранителей.

Основной защитой генераторов от многофазных коротких замыканий в обмотке статора является продольная дифференциальная защита. Эта защита подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны выводов и со стороны нулевой точки генератора; в зону ее действия входят обмотки, выводы статора и кабели или шины до распределительного устройства генераторного напряжения.

На электростанциях без обслуживающего персонала, где продольная дифференциальная защита при срабатывании автоматически пускает воду в генератор, она подключается к трансформаторам тока так, чтобы в зону ее действия входили лишь обмотка и выводы статора.

Продольная дифференциальная защита не действует при витковых замыканиях в обмотке статора, так как в этом случае токи, проходящие со стороны выводов и нулевой точки, одинаковы, вследствие чего ток в реле отсутствует.

Для защиты генераторов, имеющих две параллельные ветви и более, применяется специальная поперечная дифференциальная защита, которая реагирует на разность токов, проходящих в параллельных ветвях обмотки статора. Принцип действия защиты такой же, как у поперечной дифференциальной (восьмерочной) защиты параллельных линий (см. гл. 8). В нормальном режиме в параллельных ветвях проходят равные токи, и в реле попадает только ток небаланса. При замыкании между витками одной из параллельных ветвей равенство токов нарушается, и реле срабатывает.

а) Назначение защиты

Для уменьшения тока замыкания на землю в сети генераторного напряжения, что существенно повышает надежность эксплуатации генераторов и кабельных сетей, генераторы напряжением 2 кВ и выше, как правило, работают с изолированной нулевой точкой.

а) Максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению

Максимальная токовая защита устанавливается для защиты генераторов от сверхтоков, вызванных внешними короткими замыканиями. Три максимальных реле тока T₁ включены на фазные токи генератора (рис. 10-10). При таком включении токовых реле обеспечивается срабатывание защиты при любом виде короткого замыкания как в сети генераторного напряжения, так и на стороне высшего напряжения силовых трансформаторов, соединенных по схеме

Защита, схема которой показана на рис. 10-13, состоит из реле напряжения, включенного на междуфазное напряжение генератора, и реле времени для предотвращения срабатывания защиты при кратковременном повышении напряжения.

а) Защита от замыкания на землю в одной точке

Для периодического контроля состояния изоляции цепей возбуждения используется вольтметр, один зажим которого связан с землей, а второй поочередно подсоединяется к полюсам ротора. Если изоляция ротора хорошая, замеры вольтметра в обоих случаях будут близки к нулю. При замыкании на землю в роторе вольтметр замерит величину напряжения каждого полюса относительно земли. Для того чтобы точнее замерить величину сопротивления изоляции ротора относительно земли, необходимо использовать вольтметр с высоким сопротивлением.

На гидрогенераторах и синхронных компенсаторах рекомендуется устанавливать специальную защиту, действующую на сигнал. На рис. 10-15 приведена принципиальная схема такой защиты, которая может применяться на гидрогенераторах при емкости цепи возбуждения относительно земли не больше 0,5 мкФ.

Как уже отмечалось выше, не допускается длительная перегрузка обмотки ротора мощных турбогенераторов с непосредственным охлаждением. Для предотвращения повреждения ротора при перегрузке предусматривается специальная защита, а также выполняется ограничение длительности форсировки возбуждения.

Наиболее полноценная защита ротора от перегрузки может быть осуществлена с помощью реле, имеющего характеристику, зависимую от тока ротора. Такая защита разработана во Всесоюзном научно-исследовательском институте релестроения (ВНИИР) и установлена в опытную эксплуатацию на нескольких мощных турбогенераторах. Однако вследствие отсутствия достаточного опыта эксплуатации таких защит в настоящее время на турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток устанавливается временная защита с независимой характеристикой. Варианты выполнения временной защиты ротора от перегрузки приведены на рис. 10-18.

На рис. 10-20 показана полная схема защиты турбогенераторов типов ТВФ-60-2 и ТВФ-100-2, работающих на шины генераторного напряжения.

На генераторе установлены следующие защиты: продольная дифференциальная с реле РНТ (1, 2, 3); защита от замыканий па землю (4, 5, 17, 25, 26); поперечная дифференциальная защита с реле РТФ (13); токовая защита обратной последовательности (8 — 12, 15, 16, 20 — 24); токовая защита с блокировкой минимального напряжения (7, 14, 19); токовая защита от перегрузки (6, 18).

а) Схемы электрических соединений блоков

Наиболее часто по схеме блока генератор — трансформатор или генератор — автотрансформатор включаются мощные турбо- и гидрогенераторы.