Hai moitas condicións anormais que poden provocar danos no xerador.Algunhas destas condicións son o resultado dunha falla dentro do xerador ou dun dos seus subsistemas e outras orixínanse no propio sistema de enerxía.A seguinte táboa resume os tipos de fallos que se poden producir e os métodos de protección asociados.
Fallos a terra do estator
A falla máis común do enrolamento do estator é a rotura do illamento entre unha fase única e terra.Sen detectalo, este fallo pode danar rapidamente o núcleo do xerador.Tamén son posibles incendios en máquinas arrefriadas por aire.A capacidade do elemento diferencial do estator para detectar unha falla a terra é función da corrente de falla a terra dispoñible.Polo tanto, xeralmente requírese unha protección dedicada por falla de terra para o estator.
Os xeradores proporcionan a enerxía utilizada por todas as cargas do sistema de enerxía e gran parte da potencia reactiva necesaria para subministrar os elementos indutivos, mantendo así a tensión do sistema nos valores nominais.Os sistemas de enerxía teñen pouca capacidade de almacenamento de enerxía.Polo tanto, a xeración perdida debe ser substituída inmediatamente ou unha cantidade equivalente de carga debe ser liberada.É de primordial importancia que o sistema de protección do xerador sexa altamente seguro durante perturbacións externas.
O xerador é un compoñente dun sistema complexo que inclúe un motor principal, un excitador e varios sistemas auxiliares.Ademais da detección de curtocircuítos, o IED de protección do xerador é necesario para detectar unha serie de condicións anormais que poidan danar o xerador ou un dos seus subsistemas.Os xeradores pódense clasificar en dous grandes tipos: de indución e síncronos.As máquinas de indución adoitan ter un tamaño máis pequeno, que van ata os cen kVA, e normalmente son impulsadas por un motor alternativo.As máquinas síncronas varían en tamaño desde varios centos de kVA ata 1200 MVA.
Os xeradores síncronos poden ser impulsados por unha variedade de motores principais, incluíndo motores alternativos, turbinas hidráulicas, turbinas de combustión e grandes turbinas de vapor.O tipo de turbina afecta ao deseño do xerador e, polo tanto, pode afectar aos requisitos de protección.O tamaño do xerador e o seu método de conexión a terra tamén afectan aos seus requisitos de protección.As máquinas pequenas e medianas adoitan estar conectadas directamente a unha rede de distribución (conexión directa).Nesta configuración pódense conectar varias máquinas ao mesmo bus.As máquinas grandes adoitan conectarse mediante un transformador de potencia dedicado á rede de transmisión (unidade conectada).
Un segundo transformador de potencia nos terminais do xerador proporciona enerxía auxiliar á unidade.Os xeradores están conectados a terra para controlar os transitorios de tensión prexudiciais e para facilitar o funcionamento das funcións de protección.Os xeradores de conexión directa adoitan conectarse a terra a través dunha baixa impedancia que limita a corrente de falla a terra a 200-400 amperios.As máquinas conectadas ás unidades adoitan estar conectadas a terra a través dunha alta impedancia que limita a corrente a menos de 20 amperios.
Para máquinas conectadas directamente a terra de baixa impedancia, utilízase un método de detección baseado en corrente.Esta protección debe ser rápida e sensible para fallas de terra internas e, ao mesmo tempo, segura durante perturbacións externas.Isto pódese conseguir mediante un elemento de falla a terra restrinxido ou un elemento direccional neutro.O elemento de falla a terra restrinxida implementado no G30 e G60 emprega un mecanismo de retención de compoñentes simétricos que proporciona un alto grao de seguridade durante fallas externas cunha saturación significativa de CT.
Para as máquinas conectadas a unidade e con conexión a terra de alta impedancia, adoitan utilizarse métodos baseados en voltaxe para proporcionar detección de fallas a terra.Usando unha combinación de elementos de tensión fundamental e de terceiro harmónico, pódese conseguir unha cobertura de falla a terra para o 100% do enrolamento do estator.Os relés GE empregan un elemento de tensión de terceiro harmónico que responde á relación entre os valores de neutro e terminal do terceiro harmónico.Este elemento é sinxelo de configurar e insensible ás variacións dos niveis de terceiros harmónicos en funcionamento normal.
Fallos de fase do estator
Os fallos de fase que non implican terra poden ocorrer no extremo do enrolamento ou dentro dunha ranura en máquinas que teñan bobinas da mesma fase na mesma ranura.Aínda que un fallo de fase é menos probable que un fallo a terra, a corrente resultante deste fallo non está limitada pola impedancia de posta a terra.Polo tanto, é fundamental que estes fallos se detecten rapidamente para limitar os danos na máquina.Dado que a relación XOR do sistema é particularmente alta no xerador, o elemento diferencial do estator é particularmente susceptible á saturación do TC debido á compoñente CC da corrente durante unha perturbación externa.O algoritmo diferencial do estator G60 engade seguridade adicional no formato dunha comprobación direccional cando se sospeita de saturación de CT debido aos compoñentes de CA ou CC da corrente.
Hora de publicación: 30-xan-2023