Захист від випадання із синхронізму (ANSI 78) — асинхронний режим генератора

Гід про захист від втрати збудження генератора (40) розглядає, що відбувається, коли генератор втрачає збудження. Ця стаття розглядає споріднений, але принципово інший механізм відмови: генератор, який ще має збудження, але втрачає синхронізм з мережею через тяжке, тривале пошкодження або надто повільне відновлення напруги — це називається випаданням із синхронізму (asynchronous operation, pole slip), що позначається кодом ANSI 78.

Що таке випадання із синхронізму?

Щоб віддавати потужність у мережу, синхронний генератор повинен обертатися з тією самою електричною кутовою швидкістю, що й мережа, до якої він підключений — кут ротора відносно мережі (кут потужності δ) при цьому залишається у стійкому діапазоні. За тяжкого, тривалого пошкодження поблизу генератора, або за недостатнього демпфування чи надто повільного повернення до рівноваги після збурення, кут потужності може зрости настільки, що генератор втрачає синхронізм: ротор «прослизає» на повний оберт полюса відносно поля мережі замість повернення до нової рівноваги. Це спричиняє велике механічне ударне навантаження на вал і муфту, значні сплески струму й напруги, а якщо залишається непоміченим — може вплинути на стійкість більшої частини мережі через те, що генератор неодноразово виходить із фази.

Відмінність від стійкого гойдання потужності

Не кожне збурення кута потужності є випаданням із синхронізму: після пошкодження кут ротора може тимчасово відхилитися, а потім, із загасанням, повернутися до нової стійкої рівноваги — це називається стійким гойданням потужності (power swing). Важливо, щоб реле захисту відрізняло це від справжнього випадання із синхронізму:

• За стійкого гойдання кут потужності повертається у нормальний діапазон після одного чи кількох коливань — відключення не потрібне, і небажане відключення в цьому разі саме по собі підірвало б стійкість замість того, щоб захистити її.
• За нестійкого випадання із синхронізму кут потужності проходить повний цикл 360° (або кратне йому значення) — генератор має бути швидко й контрольовано відключений, бажано якомога ближче до моменту проходження опору через електричний центр системи, щоб обмежити механічний удар і провал напруги для інших споживачів мережі.

Розпізнавання через діаграму опору R-X

Реле з кодом ANSI 78 виявляє випадання із синхронізму не за струмом чи напругою окремо, а за траєкторією виміряного опору на діаграмі R-X у міру того, як генератор виходить із фази з мережею:

• За нормальної роботи виміряний опір залишається в обмеженій області навколо робочого опору.
• За випадання із синхронізму виміряний опір рухається характерною траєкторією, що перетинає діаграму від одного квадранта до іншого, у міру того як кут потужності δ зростає від 0° до 360°.

Реле використовує дві або більше налаштовані характеристики (часто лінзоподібну зону плюс одну або дві прямі лінії-«шторки» крізь неї), щоб визначити: якщо опір перетинає обидві шторки протягом певного часу (що вказує на швидку, нестійку траєкторію), це розпізнається як випадання із синхронізму і відбувається відключення; якщо опір залишається всередині лінзи, не перетинаючи обидві шторки, це розглядається як стійке гойдання, і реле не втручається.

Увага: поряд із ANSI 78 (реле, яке справді відключає за випадання із синхронізму) на практиці також використовується ANSI 68 (блокування за гойдання потужності) — функція, яка, навпаки, блокує інші, швидші захисти (наприклад, дистанційний захист 21) під час стійкого гойдання потужності, щоб ці швидше реагуючі реле не інтерпретували гойдання як пошкодження і не відключалися без потреби.

Практична значущість

Під час оцінювання захисту великого синхронного генератора (промислова когенераційна установка, аварійний генератор, що працює паралельно з мережею, або децентралізована генеруюча установка) важливо перевірити, чи присутній захист від випадання із синхронізму (78) і чи правильно він налаштований поряд зі звичайними функціями, такими як захист від втрати збудження (40) та захист зворотної послідовності (46) — генератор, який одного разу випав із синхронізму без своєчасного, контрольованого відключення, наражається на реальний ризик механічного пошкодження вала, навіть якщо електричні величини самі по собі не одразу активують класичний максимальний струмовий чи земляний захист.

Типові помилки

1. Плутати захист від випадання із синхронізму (78) з блокуванням за гойдання потужності (68) — перший справді відключає за нестійкого стану, другий, навпаки, запобігає непотрібному відключенню інших реле за стійкого стану.
2. Не розрізняти стійке гойдання та справжнє випадання із синхронізму під час налаштування характеристик шторки/лінзи, що призводить до непотрібних відключень за нормальних, загасаючих збурень мережі.
3. Відключення в довільний момент під час випадання із синхронізму замість якомога ближче до моменту проходження через електричний центр — це без потреби збільшує механічний удар і збурення напруги для інших споживачів мережі.
4. Вважати захист від випадання із синхронізму зайвим для меншого децентралізованого генератора, тоді як і менша машина може зазнати значного пошкодження вала за непоміченого випадання із синхронізму, навіть якщо загальномережевий вплив менший, ніж у великої централізованої установки.

Дивіться також

• Захист від втрати збудження генератора (40)
• Захист зворотної послідовності (46) — фазовий дисбаланс у двигуна/генератора
• Контроль синхронізації (25) — реле синхронізації під час паралельного увімкнення
• Захист від зворотної потужності (32) — генератор, режим анти-двигуна