Одним из самых значимых и сложных объектов в электроэнергетике, которому всегда уделяется пристальное внимание при его защите и диагностике, предотвращающей ненормальные и аварийные режимы работы, является синхронный генератор. К релейной защите генератора, ввиду сложности переходных процессов, проходящих в нем, предъявляются особые требования по надежности и чувствительности.
Но далеко не все отклонения от режимных параметров возможно выявить простыми, наглядными алгоритмами и точной измерительной системой защиты. Некоторые параметры можно получить только косвенными методами измерения.
К одним из таких режимов работы можно отнести несимметрию фазных обмоток статора, вызванную наличием витковых замыканий в одной из них.
Витковые замыкания в обмотке статора генератора не сопровождаются значительными отклонениями параметров, регистрируемых релейной защитой.
По этой причине стандартный подход к решению данной проблемы не приносит желаемого результата, т.е. защита не обладает требуемой чувствительностью к такому виду повреждений. Но пренебрежение таким режимом работы генератора при отсутствии ранней диагностики данного повреждения может в значительной степени усугубить его последствия. Речь идет о возможном развитии аварии и переходе межвитковых замыканий в замыкания на корпус машины, междуфазных КЗ. В таких случаях ущерб от аварии возрастает в десятки раз и, что более важно, сопровождается несчастными случаями на производстве.
Для защиты от витковых замыканий на генераторах большой мощности применяют специальную поперечную дифференциальную защиту. Принцип действия ее основан на сравнении геометрической суммы токов в параллельных ветвях фаз обмотки статора генератора. В нормальном режиме и при внешнем коротком замыкании геометрическая сумма токов каждой группы параллельных ветвей фаз, соединенных в звезду, равна нулю, и в защиту попадает только ток небаланса.
Отсюда следует первый недостаток защиты – необходимость отстройки от тока небаланса; в результате ток срабатывания защиты принимается на уровне (0,2 – 0,3) ∙ I ном, иными словами – защита имеет «мертвую зону» и при малой доле замкнувшихся витков не будет обладать достаточной чувствительностью для срабатывания. Второй недостаток описываемой защиты кроется в принципе ее работы, а именно – в невозможности ее использования в генераторах, обмотка статора которых не расщеплена. Таким образом, поперечная дифференциальная защита применяется лишь в части синхронных машин, в то время как значительное число генераторов остается вовсе без защиты от витковых замыканий.