1Общие вопросы релейной защиты

• Название: 1Общие вопросы релейной защиты
• Анкор: releinaya_zashita.docx
• Дата: 23.03.2018
• Размер: 1.27 Mb.
• Имя файла: releinaya_zashita.docx
• Тип: Документы; #17077
• страница: 18 из 19

неполная дифференциальная защита. Основное ее отличие от полной дифференциальной защита в то, что она, включается на сумму токов всех источников питания (рис. 71). Пусковые органы защиты - реле тока KA1 иKA2 - включены на токи генератора, трансформатора связи с системой и секционного выключателя. Защита шин обычно выполняется в двухфазном исполнении, так как применяется для сетей 6 - 10 кВ, работающих с изолированной нейтралью.

 

                                       

                 Рис. 71. Схема неполной дифференциальной защиты шин

 

Неполная дифференциальная защита шин с генераторами мощностью до 60 Мвт обычно выполняется двухступенчатой: первая ступень - токовая отсечка, предназначенная для действия при КЗ на шинах; вторая ступень - максимальная токовая защита, предназначенная резервирования защиты отходящих линий при КЗ за реакторами. При КЗ на соседней секции, в генераторе или трансформаторе защита в действие не приходит, так как в реле при этом будет попадать только ток нагрузки, а ток КЗ в реле не попадет.

При КЗ за реактором линии в реле защиты проходит ток, равный сумме тока КЗ и тока нагрузки остальных неповрежденных линий данной секции. Для предотвращения срабатывания первой ступени защиты шин в этом случае ее ток срабатывания выбирается по следующему условию:

,

где K_н - коэффициент надежности, равный 1,2 ; - коэффициент нагрузки, учитывающий увеличение тока нагрузки за счет торможения и самозапуска двигателей вследствие снижения напряжения при КЗ за реактором, принимается равным 1,2 ; - максимальный первичный ток КЗ при повреждении за реактором защищаемой линии; - суммарный ток нагрузки питаемых линий, присоединенных к защищаемой секции шин при работе всех секций; - суммарный дополнительный ток нагрузки линий при отключении одной из секций.

Ток срабатывания второй ступени - максимальной токовой защиты отстраивается от максимального тока нагрузки все питаемыхединенных к защищаемой секции. При этом рассматриваются режимы, когда ток нагрузки будет максимальным:

1)            после отключения КЗ за реактором одной из питаемых линий, присоединенных к защищаемой секции шин в том случае, когда ее нагрузка была увеличенной в результате отключения другой секции шин :

,

 где - коэффициент возврата, принимаемый равным 0,8 ;

2)              в момент переключения от устройств АВР приемных подстанций нагрузки отключенной секции на защищаемую

,

где - коэффициент самозапуска.

 

Первая ступень защиты шин действует без выдержки времени на отключение всех источников питания, за исключением генераторов, отключение которых осуществляется их токовыми защитами. Вторая ступень защиты действует с выдержкой времени, отстроенной от максимальной выдержки времени защит отходящих линий, на отключение трансформаторов, секционных и шиносоединитель-ных выключателей. Обычно на второй ступени защиты предусматривается также и вторая выдержка времени, с которой она действует на отключение генераторов, подключенных к поврежденной секции шин, если после отключения трансформаторов, секционных и шино-соединительных выключателей КЗ не устранилось.

Чувствительность первой ступени защиты, подсчитанная при металлическом двухфазном КЗ на шинах подстанции, должна быть не меньше 1,5. Коэффициент чувствительности второй ступени защиты шин, определенный при металлическом двухфазном КЗ за реактором, должен быть не менее 1,2.

Для защиты шин с генераторами мощностью  63-100 Мвт применяется неполная дифференциальная защита с использованием комбинированной отсечки по току и напряжению.

Первичный ток срабатывания защиты выбирается по следующим условиям:

1)     отстройки от максимального рабочего тока защищаемой секции шин:

;

2)   отстройки реле от тока небаланса и подпитки от асинхронных и синхронных электродвигателей при внешнем КЗ:

,

где  - ток небаланса при переходном режиме внешнего КЗ в максимальном режиме работы станции; - начальный суммарный ток подпитки от асинхронных электродвигателей, подключенных к данной секции при работе всех секций при внешнем КЗ; - сверхпереходный ток подпитки от синхронных двигателей в тех же условиях; - коэффициент надежности, учитывающий погрешности реле и необходимый запас; принимается равным 1,5 ; - коэффициент, учитывающий отстройку от тока подпитки асинхронных двигателей; принимается равным 0,6; - коэффициент надежности, учитывающий подпитку от быстрозатухающего тока подпитки синхронных электродвигателей; принимается равным 1,2.

Расчетным является условие, по которому ток срабатывания защиты имеет наибольшее значение.

Напряжение срабатывания защиты определяется по условию отстройки от минимального напряжения на защите, появляющегося при КЗ за реактором на питаемых линиях, при токе в защите равном току срабатывания токовых реле:

,

где - ток срабатывания реле тока комбинированной отсечки; - сопротивление реактора расчетной питаемой линии, подключенной к защищаемой секции;

K_н  =1,3.

Минимальный коэффициент чувствительности при замыкании замыкании между двумя фазами на шинах в минимальном режиме должен быть не менее 1,5.

             

5.Защита синхронных генераторов

 

Синхронные генераторы являются наиболее ответственным оборудованием в энергосистеме. Поэтому к релейной защите генераторов предъявляются повышенные требования. Генераторы, как и трансформаторы, снабжаются защитами от ненормальных режимов работы и от внутренних повреждений.

5.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы

 

Наиболее опасными являются повреждения в обмотках генератора (особенно статора):

1.   Междуфазные КЗ. Сопровождаются горением дуги и выгоранием активной стали статора.

2.   Однофазные замыкания на землю. Могут приводить к возникновению дуги между проводниками обмотки и корпусом.

3.   Замыкания между витками одной фазы. Сопровождаются значительным увеличением токов в замкнутых витках, их нагреву и порче изоляции. Кроме того, витковые замыкания часто переходят в двухфазные.

Последствия перечисленных повреждений столь серьезны, что любое из них требует немедленного отключения.

В обмотке ротора возможны следующие повреждения:

1.   Замыкание на землю в одной точке обмотки ротора. Этот вид повреждения никакого влияния на работу генератора не оказывает.

2.   Замыкание в двух точках обмотки ротора. Сопровождается протеканием больших токов, которые сильно искажают магнитное поле ротора. Часто приводит к возникновению дуги. Поэтому генератор необходимо немедленно отключить.

Серьезную опасность для генератора представляют ненормальные режимы работы, сопровождаются протеканием сверхтоков и возникновением перенапряжений:

1.   Перегрузки систематические и аварийные, связанные с отключением части работающих генераторов, нарушением синхронизма, потерей возбуждения. Во всех этих случаях возможен перегрев различных частей генератора. Поэтому длительность работы агрегатов в таких режимах строго регламентируется. Если генератор работает больше установленного срока, то его разгружают или при необходимости отключают.

2.   Несимметрия токов в фазах. Приводит к перегреву ротора и к механической вибрации агрегата.

3.   Повышение напряжения. Часто возникает на генераторах при внезапном сбросе нагрузки. Может привести к пробою изоляции. На турбогенераторах устанавливают быстродействующие регуляторы скорости и поэтому значительного увеличения напряжения не возникает.

5.2. Виды защит, применяемых для генераторов

 

1.   Продольная дифференциальная защита – для защиты от междуфазных повреждений внутри генератора.

2.   Поперечная дифференциальная защита – для защиты от межвитковых КЗ при наличии выведенных параллельных ветвей обмоток и их соединении в звезду.

3.   Защита нулевой последовательности – для защиты от однофазных замыканий на землю.

4.   Токовая отсечка и максимальная токовая защита – для защиты от внешних КЗ (и от внутренних у генераторов малой мощности).

5.   Токовая защита с четырехплечным мостом – для защиты от замыканий в двух точках обмотки возбуждения.

6.   Защита от максимального напряжения – применяется на гидрогенераторах.

7.   Защита от перегрузки – применяется на генераторах всех мощностей.

8.   Токовая защита обратной последовательности.

5.2.1. Продольная дифференциальная защита

Для защиты генератора от междуфазных повреждений применяется продольная дифференциальная защита. Принцип ее действия основан на сравнении токов с обеих сторон защищаемого объекта. Для этого защита подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны главных и нулевых выводов генератора. Вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и реле соединяют между собой таким образом, чтобы при КЗ вне защищаемой зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал или был близок к нулю, а при повреждении внутри генератора был больше уставки срабатывания реле.

В нормальном режиме работы и при внешнем КЗ ток, протекающий по обмоткам реле , равен току небаланса

,

где  и - токи в плечах защиты.

При КЗ в зоне действия защиты

.

Продольная дифференциальная защита действует на отключение всех выключателей генератора, гашение поля и останов турбины.

Поскольку генераторы работают в сетях с незаземленной или резонансно-заземленной нейтралью, то при мощности генератора РЈ30 МВт дифференциальная защита выполняется по двухфазной схеме. Недостатком этой схемы является то, что она не реагирует на двойные замыкания (когда одно произошло в сети, а другое в генераторе, на фазе где нет трансформатора тока). Поэтому необходима дополнительная установка защиты от двойных замыканий на землю.

 

                    

                          Рис.72. Схема продольной дифференциальной защиты генератора

 

На мощных генераторах защиту выполняют в трехфазном варианте, чтобы обеспечить срабатывание и при двойных замыканиях на землю, когда одно из мест пробоя находится вне защищаемой зоны.

Токи небаланса в дифференциальной защите генераторов могут достигать значительной величины. Причины их появления – не идентичность кривых намагничивания, неодинаковая вторичная нагрузка и погрешность трансформаторов тока.

Для исключения ложного срабатывания защиты в режиме внешнего КЗ  от токов небаланса применяются два способа:

1. Уменьшают величину и длительность броска тока небаланса неустановившегося режима с помощью сопротивления, включенного последовательно с обмоткой токовых реле. Способ используется на генераторах малой мощности.

2. Для защиты мощных генераторов (более 25 МВт) применяются реле типа РНТ-565 и ДЗТ-11/5, не реагирующие на броски тока небаланса.

Ток срабатывания для дифференциальной защиты генератора выбирается из условия отстройки от токов небаланса при внешнем КЗ:

,

где - коэффициент надежности, =1,3;

;

где – учитывает наличие апериодической составляющей в токе КЗ, для реле типа РНТ и ДЗТ = 1; - коэффициент однотипности трансформаторов тока, при однотипных трансформаторах тока принимается = 0,5;  – величина допустимой погрешности трансформаторов тока; – ток трехфазного КЗ на выводах генератора.

Если ток максимальный ток асинхронного хода  больше тока трехфазного КЗ на выводах генератора, то при расчете тока небаланса необходимо подставлять его величину. 

Чувствительность защиты проверяется при двухфазном КЗ на выводах генератора:

.

5.2.2. Поперечная дифференциальная защита

 

Устанавливается на генераторах, имеющих несколько параллельных ветвей, выведенных наружу и соединенных в звезду. Используется для защиты от межвитковых КЗ одной фазы обмотки статора. Действует без выдержки времени на отключение всех выключателей генератора, гашение поля и останов турбины.

Возможно трехсистемное и односистемное исполнение защиты. В односистемной схеме (рис.73) производится сравнение суммы токов трех фаз одной группы ветвей с суммой токов трех фаз другой параллельной группы ветвей. Реле тока KAZ (применяется реле серии РТ-40/Ф с фильтром высших гармоник ZF) подключается к трансформатору тока ТА, установленному в нулевом проводе, соединяющем нейтрали. В трехсистемной схеме производится сравнение токов параллельных ветвей каждой фазы.

В настоящее время используются только односистемные схемы, так как они отличаются простотой, экономичностью, надежностью и большей чувствительностью.

В нормальном режиме в параллельных ветвях каждой фазы наводятся одинаковые ЭДС. Сопротивления параллельных ветвей равны. Поэтому равны и токи параллельных ветвей  и . Сумма токов параллельных ветвей трех фаз (ток в реле ) равна току небаланса :

,

где  и - суммы токов в первых и вторых параллельных ветвей.

Ток небаланса определяется наличием токов высших гармоник, кратных трем, и токов нулевой последовательности, вызванных несимметрией ЭДС фаз. Для отстройки от токов небаланса высших гармоник реле включают через фильтр ZF, что дает возможность уменьшить ток срабатывания защиты примерно в 10 раз.

                  

                       

                       Рис.73. Схема исполнения односистемной поперечной

дифференциальной защиты

 

В случае замыкания между витками одной фазы сопротивления параллельных ветвей становятся различными и равенство токов нарушается. В перемычке между нейтралями паpаллельных обмоток статоpа протекает ток, вызывающий срабатывание защиты.

По своему принципу работы защита не требует выдержки времени. Ток срабатывания выбирается из условия отстройки от тока небаланса:

.

На практике ток срабатывания выбирается:

,

 где - номинальный ток генератора.

Пpи наладке ток сpабатывания уточняется по pезультатам измеpений, и величина его может быть существенно снижена.

Поперечной дифференциальной защиты отличается простотой, экономичностью, быстротой действия и  высокой чувствительностью.

Недостатками поперечной дифференциальной защиты являются: возможность ложного срабатывания и наличие мертвой зоны, при малом количестве замкнувшихся витков, когда ток протекающий в перемычке между нейтралями невелик.

Поперечная дифференциальная защита в некоторых случаях может сработать и при многофазном КЗ, резервируя продольную дифференциальную защиту.