Relaisschutz von Synchronmaschinen

Synchrone elektrische Maschinen sind Wechselstrommaschinen, meist dreiphasig. Wie die meisten elektromechanischen Wandler können sie sowohl im Generator- als auch im Motormodus betrieben werden. Eine besondere Betriebsart einer Synchronmaschine ist die Blindleistungskompensation. Zu diesem Zweck konzipierte Spezialmaschinen werden Synchronkompensatoren genannt.

Trotz der grundsätzlichen Reversibilität von Synchronmotoren und -generatoren weisen sie meist Konstruktionsmerkmale auf, die den Einsatz von Motoren als Generatoren und umgekehrt nur selten ermöglichen.

Beschädigte Generatoren

Schäden an der Statorwicklung:

• Mehrphasige Kurzschlüsse;

• Einphasige Erdschlüsse (falls zutreffend);

• Zwillingserdfehler;

• Kurzschluss zwischen den Windungen einer Phase (bei Synchrongeneratoren mit parallelen Ausgangszweigen).

Fehler in der Rotorwicklung (in der Feldwicklung):

• Erdung (Rotorkörper) an einem Punkt;

• Erdung an zwei Punkten des Erregerkreises.

Abnormale Betriebsmodi der Generatoren

• Statorüberlastung eines Synchrongenerators (symmetrisch und asymmetrisch).

• Überlastungen bei externen Kurzschlüssen.

• Spannungsanstieg an den Statorwicklungsklemmen.

• Asynchroner Modus.

Anforderungen an den Relaisschutz von Generatoren

Selektivität — Der Schutz darf den Generator nur bei Fehlern und Zuständen abschalten, die eine tatsächliche Gefahr für den Generator darstellen.

Produktivität — um den Grad des Maschinenausfalls zu reduzieren und einen instabilen Parallelbetrieb von Generatoren und Systemen zu verhindern.

Empfindlichkeit — bei allen Arten von Fehlern in einem Synchrongenerator sowie bei Kurzschlüssen benachbarter Elemente, um die Schutzvorrichtungen und Schalter dieser Elemente im Falle ihres Ausfalls zu unterstützen. Die Verteidigung muss funktionieren nicht nur auf Q, sondern auch auf einem AGP-Gerät um den vom Generator selbst gesendeten Kurzschlussstrom zu stoppen.

Stromabschaltung ohne Zeitverzögerung

Es wird als Hauptschutz für Generatoren mit einer Leistung von weniger als 1 MW gegen mehrphasige Kurzschlüsse in der Statorwicklung eingesetzt. Wird seitlich an den Sammelschienenklemmen montiert.

Längsdifferentialschutz

Es wird als Hauptschutz für Generatoren über 1 MW gegen mehrphasige Kurzschlüsse in der Statorwicklung eingesetzt.

Der TA wird auf der Sammelschienenseite und auf der Neutralleiterseite installiert.

Berechnung der Parameter des Längsdifferentialschutzes

Schutzstrom:

Abhängig von der Leistung des Generators liegt der Auslösestrom des Schutzes normalerweise im Bereich:

Schutzempfindlichkeitstest:

Querdifferentialschutz

Es dient als Hauptschutz für Generatoren mit einer Leistung von mehr als 1 MW gegen einen Kurzschluss pro Umdrehung. Hält den Längsdifferentialschutz im Falle eines mehrphasigen Kurzschlusses in der Statorwicklung aufrecht.

Querdifferentialschutzschaltung mit einem Relais

Der Stromwandler ist in einem Stromkreis zwischen zwei Nullpunkten paralleler, im Stern geschalteter Zweige der Statorwicklung eingebaut.

ZF-Filter zur Abstimmung von im Neutralleiter fließenden höheren Harmonischen, Vielfache von drei.

Schutz vor Erdschlüssen in der Statorwicklung von Generatoren oder deren Anschlüssen

1. Stromrichtungsschutz für Generatoren, die in einer Einheit mit einem Transformator in einem Netzwerk mit betrieben werden isoliert neutral.

2. Erdschlussschutz unter Verwendung niederfrequenter Komponenten von Verbrauchergütern, die durch einen intermittierenden Lichtbogenfehler für vernetzte Generatoren erzeugt werden neutral kompensiert.

3. Erdschlussschutz für Generatoren, die im Netzwerk betrieben werden ohmsch geerdeter Neutralleiter.

4. Signalisierung bei einphasiger Erdung der Nullspannung.

Erdschlussschutz für Generatoren, die in Netzen mit isoliertem oder resonant geerdetem Neutralleiter betrieben werden

Der Erdungsschutz hat eine „tote Zone“ von etwa 5 % des Statorwicklungswiderstands für einen Kurzschluss nahe Null (Punkt K2). Die Werte 3U0, 3I0 sind proportional zur Anzahl der Phasenwindungen zwischen dem Neutralleiter und dem Fehlerort.

Einphasiger Erdschlussalarm bei Nullspannung

Erdschlussschutz für Generatoren, die in einem ohmsch geerdeten Neutralleiternetz betrieben werden

Schutz vor Sekundärerdung in der Rotorwicklung

Spannungsverteilung an der Rotorwicklung bei Erdschlüssen.

Schutzschaltung des Generators gegen einen Kurzschluss an zwei Punkten des Erregerkreises

(a) Anregungsschema; b) Betriebsstromkreise

Überspannungsblockierung gegen Überspannung

• Entwickelt, um Generatoren vor Überstrom bei externen Kurzschlüssen zu schützen.

• Geeignet für Generatoren mit einer Leistung von weniger als 30 MW.

• Es wird in zwei Schritten durchgeführt.

Überspannungsschutzschaltung

a) Stromkreise; b) Spannungskreise; c) Betriebsstromkreise

Gegensystem-Überstromschutz

• Es wird für Generatoren mit einer Leistung von 30-60 MW eingesetzt.

• Entwickelt, um Generatoren vor externen asymmetrischen Kurzschlüssen zu schützen.

a) Stromkreise; b) Spannungskreise; c) Betriebsstromkreise

Generator-Distanzschutz

• Es wird für Generatoren mit einer Leistung von mehr als 60 MW eingesetzt.

• Entwickelt, um Generatoren vor externen asymmetrischen Kurzschlüssen zu schützen.

Der Widerstand des Schutzbetriebs wird je nach Einstellbedingung aus maximaler Belastung bei minimaler Betriebsspannung gewählt:

Generator-Distanzschutzschaltung

Auslöseschutz:

Überspannungsschutz

Installiert auf Wasserkraftgeneratoren:

Installiert auf Turbinengeneratoren mit einer Leistung von 160 MW und mehr:

Generatorschutz gegen asynchrone Modi

Arten von AR-Generatoren

1. Mit voller oder teilweiser Erregung.

2. Keine Aufregung.

Das Prinzip des Schutzes von Generatoren vor asynchronen Modi – aus der Ferne, wird der Widerstand des Generators überwacht.

Motorschutz

Schäden an Elektromotoren:

• einphasige Erdschlüsse;

• Abschlüsse zwischen Windungen einer Phase;

• Phasenkurzschlüsse.

Abnormale Betriebsarten der ED:

• Überlastung mit Strömen über dem Nennwert;

• Aktuatorüberlastung.

Mehrphasiger Kurzschlussschutz

Schutzschaltung für unverzögerten Überstrom

Unterspannungsschutz

Bei geringerem Reifendruck kann es zu keinem Selbststart der Motoren kommen:

Unterspannungsschutzschaltung mit Direktrelais:

Schutz von Synchron-Elektromotoren gegen Absturz aus einem Synchronnetz: