Es gibt viele abnormale Bedingungen, die zu einer Beschädigung des Generators führen können.Einige dieser Bedingungen sind das Ergebnis eines Ausfalls innerhalb des Generators oder eines seiner Subsysteme, andere haben ihren Ursprung im Stromversorgungssystem selbst.Die folgende Tabelle fasst die Arten von Fehlern zusammen, die auftreten können, und die zugehörigen Schutzmethoden.
Stator-Erdschluss
Der am häufigsten auftretende Ausfall der Statorwicklung ist ein Zusammenbruch der Isolierung zwischen einer einzelnen Phase und Erde.Unerkannt kann dieser Fehler den Generatorkern schnell beschädigen.Auch bei luftgekühlten Maschinen sind Brände möglich.Die Fähigkeit des Statordifferentialelements, einen Erdschluss zu erkennen, ist eine Funktion des verfügbaren Erdschlussstroms.Daher ist für den Stator im Allgemeinen ein dedizierter Erdschlussschutz erforderlich.
Generatoren liefern die Energie, die von allen Lasten im Stromversorgungssystem verwendet wird, und einen Großteil der Blindleistung, die zur Versorgung der induktiven Elemente benötigt wird, wodurch die Systemspannung auf Nennwerten gehalten wird.Energiesysteme haben wenig Kapazität zur Energiespeicherung.Ausgefallene Erzeugung muss daher sofort ersetzt oder eine entsprechende Last abgeworfen werden.Es ist von größter Bedeutung, dass das Schutzsystem für den Generator bei externen Störungen hochgradig sicher ist.
Der Generator ist eine Komponente eines komplexen Systems, das eine Antriebsmaschine, einen Erreger und verschiedene Hilfssysteme umfasst.Zusätzlich zur Erkennung von Kurzschlüssen muss das Generatorschutz-IED daher eine Reihe von anormalen Bedingungen erkennen, die den Generator oder eines seiner Subsysteme beschädigen könnten.Generatoren können in zwei Haupttypen eingeteilt werden: Induktion und Synchron.Induktionsmaschinen sind typischerweise kleiner, reichen bis hinunter zu einhundert kVA und werden normalerweise von einem Hubkolbenmotor angetrieben.Synchronmaschinen haben eine Größe von mehreren hundert kVA bis 1200 MVA.
Synchrongeneratoren können von einer Vielzahl von Antriebsmaschinen angetrieben werden, einschließlich Kolbenmaschinen, Wasserturbinen, Verbrennungsturbinen und großen Dampfturbinen.Der Turbinentyp beeinflusst die Konstruktion des Generators und kann sich somit auf die Schutzanforderungen auswirken.Die Generatorgröße und die Art der Erdung wirken sich auch auf die Schutzanforderungen aus.Kleine und mittelgroße Maschinen sind oft direkt an ein Vertriebsnetz angeschlossen (Direct Connected).In dieser Konfiguration können mehrere Maschinen an denselben Bus angeschlossen werden.Große Maschinen werden in der Regel über einen eigenen Leistungstransformator an das Übertragungsnetz angeschlossen (Unit Connected).
Ein zweiter Leistungstransformator an den Generatoranschlüssen liefert Hilfsenergie für das Gerät.Generatoren sind geerdet, um schädliche Spannungsspitzen zu vermeiden und den Betrieb von Schutzfunktionen zu erleichtern.Direkt angeschlossene Generatoren sind oft über eine niedrige Impedanz geerdet, die den Erdschlussstrom auf 200-400 Ampere begrenzt.An eine Einheit angeschlossene Maschinen sind normalerweise über eine hohe Impedanz geerdet, die den Strom auf weniger als 20 Ampere begrenzt.
Für direkt angeschlossene, niederohmig geerdete Maschinen wird ein strombasiertes Erkennungsverfahren verwendet.Dieser Schutz muss schnell und empfindlich für interne Erdschlüsse sein und gleichzeitig sicher bei externen Störungen.Dies kann mit einem Erdschlussschutzelement oder einem neutralen Richtungselement erreicht werden.Das in G30 und G60 implementierte eingeschränkte Erdschlusselement verwendet einen symmetrischen Komponenten-Rückhaltemechanismus, der ein hohes Maß an Sicherheit bei externen Fehlern mit erheblicher Stromwandlersättigung bietet.
Bei an eine Einheit angeschlossenen, hochohmig geerdeten Maschinen werden häufig spannungsbasierte Methoden verwendet, um eine Erdschlusserkennung bereitzustellen.Unter Verwendung einer Kombination aus Spannungselementen der Grundschwingung und der dritten Oberschwingung kann eine Erdschlussabdeckung für 100 % der Statorwicklung erreicht werden.GE-Relais verwenden ein drittes harmonisches Spannungselement, das auf das Verhältnis der Neutral- und Endwerte der dritten Harmonischen reagiert.Dieses Element ist einfach einzustellen und im Normalbetrieb unempfindlich gegenüber Schwankungen der Pegel der dritten Harmonischen.
Statorphasenfehler
Phasenfehler ohne Erdbezug können am Wicklungsende oder innerhalb einer Nut bei Maschinen mit Spulen gleicher Phase in derselben Nut auftreten.Obwohl ein Phasenfehler weniger wahrscheinlich ist als ein Erdschluss, wird der aus diesem Fehler resultierende Strom nicht durch die Erdungsimpedanz begrenzt.Daher ist es entscheidend, dass diese Fehler schnell erkannt werden, um den Schaden an der Maschine zu begrenzen.Da das XOR-Verhältnis des Systems am Generator besonders hoch ist, ist das Statordifferentialelement besonders anfällig für eine CT-Sättigung aufgrund der DC-Komponente des Stroms während einer externen Störung.Der G60-Statordifferentialalgorithmus fügt zusätzliche Sicherheit in Form einer Richtungsprüfung hinzu, wenn eine CT-Sättigung aufgrund von AC- oder DC-Komponenten des Stroms vermutet wird.
Postzeit: 30. Januar 2023