Протекание больших токов, вызванных внутренними или внешними короткими замыканиями (КЗ) может вызвать при несвоевременном отключении, не только повреждения токоведущих частей, но и конструктивные разрушения элементов силового электрооборудования. Сквозные сверхтоки могут вывести из строя исправное на момент КЗ оборудование соседних участков. Поэтому защитой от сверхтоков КЗ должно обеспечиваться быстрое отключение каждого энергообъекта в электрической цепи. Основными видами защит при этом являются токовые, дифференциальные, дистанционные. Конкретный выбор вида защиты зависит от мощности, типа и назначения всевозможных условий и режимов работы электрооборудования и элементов электрической цепи.
В понятие релейной защиты электрической части электростанций объединяются защиты всех элементов электрической цепи, начиная от цепей возбуждения ротора, заканчивая последним звеном ошиновки распределительной установки охваченным зоной дифференциальной защиты. При неисправности котла, турбины, когда технологические защиты действуют на закрытие стопорных клапанов турбины, вспомогательные компоненты воздействуют на отключение генератора и гашения поля ротора через цепи релейной защиты и автоматики. Первые ступени основных защит, действующие на отключение выключателя блока генератор-трансформатор, должны одновременно воздействовать на перевод тепловой части блока в режим холостого хода.
Основной задачей построения релейной защиты энергоблока является обеспечение его эффективного функционирования при любых видах повреждений, предотвращение развития аварий и значительных разрушений защищаемого оборудования, а также предотвращение нарушений устойчивости в энергосистеме.
Для этого необходимо выполнение следующих условий:
- основные защиты от внутренних коротких замыканий должны обеспечивать быстрое отключение повреждений любого элемента блока. При этом не должно оставаться ни одного незащищенного (не входящего в зону действия защит) участка первичной схемы. Однако в ряде случаев приходится вынужденно допускать применение защит не полностью охватывающих защищаемое оборудование (например, при витковых замыканиях);
- резервные защиты энергоблока также должны охватывать все его элементы и должны обеспечивать ближнее и дальнее резервирование основных защит блока и прилегающей сети;
- повреждения, не сопровождающиеся коротким замыканием и не отражающиеся на работе энергоблока, также должны при возможности быстро отключаться, если их развитие может привести к значительным разрушениям оборудования;
- анормальные режимы (например, перегрузки, потеря возбуждения и др.) должны автоматически ликвидироваться защитой, если они недопустимы для оборудования или для энергосистемы. В случаях, когда не требуется немедленная ликвидация анормального режима, допускается только сигнализация об их возникновении;
- действие устройств релейной защиты должно быть увязано с технологическими защитами и автоматикой энергоблока.
Основные требования к выполнению релейной защиты, обязательные при проектировании и в эксплуатации, регламентированы нормативным документом – Правилами устройства электроустановок.
Для генераторов мощностью более 10 МВт в блоке генератор-трансформатор должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
- замыканий на землю на стороне генераторного напряжения;
- многофазных замыканий в обмотке статора генератора и на его выводах;
- замыканий между витками одной фазы в обмотке статора турбогенератора;
- внешних КЗ;
- перегрузки генератора токами обратной последовательности (для блоков с генераторами мощностью более 30 МВт);
- симметричной перегрузки обмотки статора генератора;
- перегрузки обмотки ротора генератора током возбуждения (для турбогенераторов с непосредственным охлаждением проводников обмоток и для гидрогенераторов);
- повышение напряжения на статоре генератора (для блоков с турбогенераторами мощностью 160 МВт и более и для всех блоков с гидрогенераторами);
- замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения;
- асинхронного режима с потерей возбуждения.