5 Релейная защита и автоматика
Скачать 189.44 Kb.
|
5 Релейная защита и автоматикаСиловое электрооборудование электростанций, подстанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов устройствами релейной защиты, автоматическими выключателями или предохранителями и оснащено устройствами электроавтоматики, в том числе устройствами противоаварийной автоматики и устройствами регулирования. Рассмотрим защиты основных элементов ГЭС: генераторов, трансформаторов и ЛЭП. 5.1 Перечень защит основного оборудованияВ соответствии с ПУЭ согласно мощности генератора принимаем к установке следующие виды защит на основном оборудовании. На главном генераторе ГГ:
На силовом трансформаторе блока:
На трансформаторе СН ГЭС:
На линиях электропередачи 110 кВ: - Основные защиты:
- Резервные защиты:
5.2 Описание защит и расчет их уставок5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (I∆G)Продольная дифференциальная защита генератора является основной быстродействующей чувствительнойзащитой от междуфазных коротких замыканий в обмотке генератора и на его выводах. Защита выполняется трехфазной и подключается к трансформаторам тока в линейных выводах статора генератора и к трансформаторам тока в нейтральных выводах. Номинальный ток генератора: Коэффициент трансформации трансформаторов тока: 1) Начальный ток срабатывания определяет чувствительность защиты при малых тормозных токах. Величина выбирается с учетом возможности отстройки защиты от тока небаланса номинального режима: где - коэффициент однотипности трансформаторов тока; - относительная погрешность трансформаторов тока. Уставка выбирается из условия: где - коэффициент надежности. Принимаем уставку: 2) Коэффициент торможения определяет чувствительность защиты к повреждениям при протекании тока нагрузки. Величина выбирается с учетом отстройки защиты от токов небаланса, вызванных погрешностями трансформаторов тока при сквозных коротких замыканиях. Максимальный ток небаланса при внешнем трехфазном коротком замыкании равен: где – коэффициент апериодической составляющей; - относительная погрешность трансформаторов тока; - коэффициент однотипности трансформаторов тока (0,5-для однотипных ТТ, 1,0 для разных ТТ); - максимальный ток через трансформаторы тока в линейных выводах при внешнем трехфазном коротком замыкании в цепи генераторного напряжения; Таким образом, максимальный ток небаланса равен по (5.3): Коэффициент торможения выбирается из условия: где – коэффициент надежности; - ток трехфазного короткого замыкания на выводах генератора. Принимаем уставку 3) Уставка начального торможения (увеличивает зону работы защиты без торможения): 4) Тормозной ток В определяет точку излома характеристики срабатывания. При выборе В должно выполняться условие: Принимаем типовое значение уставки В = 1,5 (при этом условие выполняется). На рисунке 5.1 приведена характеристика срабатывания дифференциальной защиты генератора. Рисунок 5.1 – Характеристика срабатывания дифференциальной защиты генератора Защита действует на отключение генератора, гашение полей, останов турбины со сбросом аварийно-ремонтных затворов и на пуск пожаротушения генератора. 5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un (Uo))Защита обеспечивает 100% охват обмотки статора генератора, работающего в режиме изолированного блока и не имеющего гальванической связи с системой собственных нужд. Защита выполнена с помощью двух органов напряжения: 1) Первый орган (U0) реагирует на основную составляющую напряжения нулевой последовательности U0 и защищает 85-95% витков обмотки статора со стороны фазных выводов; U0 включается на напряжение нулевой последовательности 3U0 ТН линейных выводов генератора, измеряемое обмоткой «разомкнутый треугольник». Напряжение срабатывания органа основной гармоники выбирается из условия отстройки от действующего значения напряжения нулевой последовательности основной частоты обусловленного электростатической индукцией силового трансформатора блока при КЗ на землю на стороне ВН. Расчет выполнен в соответствии с методикой, рекомендованной Руководящими Указаниями. Схема замещения для определения напряжения, обусловленного электростатической индукцией между обмотками трансформатора представлена на рисунке 5.2. Рисунок 5.2 - Схема замещения для определения напряжения, обусловленного электростатической индукцией между обмотками трансформатора – емкость одной фазы обмотки статора генератора на землю; – емкость одной фазы обмотки НН трансформатора на землю; – емкость шинопровода по отношению к земле; – емкость генераторного выключателя со стороны траснформатора; – емкость генераторного выключателя со стороны генератора. Суммарная емкость фазы сети генераторного напряжения: где – коэффициент, учитывающий распределение напряжения по обмотке ВН трансформатора. В соответствии с Руководящими Указаниями для трансформаторов, работающих с глухозаземленной нейтралью, – емкость между обмотками высшего и низшего напряжения одной фазы траснформатора, – напряжение нулевой последовательности при замыкании на землю на стороне высшего напряжения трансформатора. Принимается равным: Суммарный емкостной ток сети 10,5 кВ: Напряжение нулевой последовательности на выводах генератора при однофазных замыканий на стороне 110 кВ: Напряжение срабатывания защиты определится из выражения: , где – коэффициент надежности; – коэффициент трансформации ТН; – коэффициент возврата. имеет уставку срабатывания по напряжению нулевой последовательности, регулируемую в диапазоне от 5 до 20 В. Принимаем следующие уставки: с уставкой 5 В действует с выдержкой времени 9,0 с действует на сигнал; с уставкой 10 В и выдержкой времени 0,5с действует на разгрузку агрегата; с уставкой равной 15 В и выдержкой времени 0,5 с действует на отключение выключателя генератора, гашение полей ГГ и ВГ и останов турбины со сбросом аварийно-ремонтных затворов. 2) Второй орган реагирует на соотношение напряжение третей гармоники и в нейтрали на выводах генератора и защищает порядка 30% витков обмотки статора со стороны нейтрали. Для органа уставка по коэффициенту торможения регулируется от 1 до 3. Расстояние от нейтрали генератора до места замыкания в обмотке статора зависит от: При орган работает селективно и защищает 32,3 % обмотки статора со стороны нейтрали. Защита с выдержкой времени 0,5 с действует на отключение выключателя генератора, гашение полей и останов турбины со сбросом аварийно-ремонтных затворов. 5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>)
2) В дополнение к вышеуказанной защите на генераторе предусмотрен второй орган U1> с уставкой предназначенный для работы в режиме холостого хода или при сбросе нагрузки. U1> вводится в работу в режиме холостого хода генератора. Уставка U1> рассчитывается: Уставка органа тока, контролирующего отсутствие тока в цепи генератора и на стороне 110 кВ принимается минимальной и равной . Защита с выдержкой времени 0,5 с действует на отключение выключателя генератора, гашение полей. 5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2)Защита предназначена для ликвидации недопустимых перегрузок генератора токами обратной последовательности при внешних несимметричных междуфазных коротких замыканиях и других несимметричных режимах энергосистемы, а также при несимметричных коротких замыканиях в самом генераторе. Защита реагирует на относительный ток обратной последовательности : где – ток обратной последовательности в первичной цепи генератора, – номинальный ток генератора в первичной цепи. Допустимая длительность несимметричного режима при неизменном значении тока характеризуется выражением: где – параметр, заданный заводом-изготовителем. Защита содержит следующие функциональные органы: 1) Сигнальный орган срабатывающий при увеличении тока выше значения уставки срабатывания с независимой выдержкой времени (действует на сигнал). Принимаем уставку сигнального органа: 2) Пусковой орган срабатывает без выдержки времени при увеличении значения выше уставки срабатывания и осуществляет пуск интегрального органа. Ток срабатывания пускового органа выбирается по условию обеспечения надежного пуска интегрального органа при При этом: Уставка равна: где – коэффициент надежности. При этом допустимая длительность перегрузки может быть определена по тепловому действию тока, равного 3) Интегральный орган срабатывает при удаленных несимметричных режимах, сопровождающихся токами перегрузки с зависимой от тока выдержкой времени, определяемой уравнением: Допустимая длительность протекания токов обратной последовательности в генераторе представлена в таблице 1. Таблица 5.1 - Допустимая длительность протекания токов обратной последовательности в генераторе
Харктеристика интегрального органа защиты обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) представлена на рисунке 5.3. Рисунок 5.3 - Характеристика интегрального органа защиты обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) Исходя из характеристики срабатывания интегрального органа время срабатывания принимаем: t мин. = 20 с, t макс. = 600 с. Интегральный орган имитирует процесс охлаждения статора генератора после устранения перегрузки по экспоненциальному закону. При этом промежуток времени, за который перегрев генератора снижается от максимально допустимой величины до 0,135 от этой величины, условно называется временем «полного охлаждения» (Iохл) и регулируется в диапазоне от 10 до 999 с. Этот параметр выставляется согласно указаниям завода-изготовителя (tохл= 100с). 4) Орган токовой отсечки срабатывает с независимой выдержкой времени при увеличении тока выше уставки срабатывания органа и является защитой от внешних несимметричных коротких замыканий. Ток срабатывания органа отсечки определяется из следующих условий:
По первому условию: выбор тока срабатывания производится по кривой предельной длительности протекания через генератор токов обратной последовательности По второму условию: а) по условию обеспечения чувствительности при двухфазных коротких замыканиях на шинах ВН блока: где - сверхпереходное сопротивление генератора по продольной оси; - сопротивление обратной последовательности генератора; - сопротивление трансформатора в относительных единицах. б) по условию обеспечения чувствительности к повреждениям в конце линий 110 кВ при отключении выключателей на противоположном конце ВЛ и работе всех генераторов: При двухфазном КЗ в конце линии: По третьему условию: ток срабатывания выбирается исходя из согласования по чувствительности с резервными защитами линии. В связи с отсутствием необходимых данных принимаем уставку срабатывания по второму условию. Отсечка действует с выдержкой времени 8,5 с на отключение блочных выключателей 110 кВ и выключателей ТСН, с выдержкой времени 9,0 с на отключение выключателя генератора и гашение полей. 5.2.5 Защита от симметричных перегрузокЗащита предназначена для ликвидации недопустимых перегрузок обмоток статора. Защита выполнена с зависимой от тока выдержкой времени и содержит следующие функцональные органы:
Уставка сигнального органа: где – коэффициент надежности; – коэффициент возврата. Выдержка времени
Уставка пускового органа:
Уставка интегрального органа определяется по интегральной перегрузочной характеристике обмотки статора, приведенной в таблице 5.2: Таблица 5.2 - Уставка интегрального органа, определяемая по интегральной перегрузочной характеристике обмотки статора
Характеристика интегрального органа защиты от симметричных перегрузок представлена на рисунке 5.4. Рисунок 5.4 - Характеристика интегрального органа защиты от симметричных перегрузок Интегральный орган защиты через отключающий орган действует на отключение выключателя генератора, гашение полей ГГ и ВГ. Уставка выдержки времени отключающего органа принимается минимальной и равной 0,01 с.
Уставка органа отсечки: Токовая отсечка выполнена с пуском по минимальному напряжению Напряжение срабатывания принято равным: Отсечка действует с выдержкой времени 8,5 с на отключение блочных выключателей 110 кВ и выключателей ТСН, с выдержкой времени 9,0 с на отключение выключателя генератора и гашение полей. 5.2.6 Дистанционная защита генератораЗащита выполняется на основе дистанционных органов и подключается к измерительным трансформаторам тока в нейтрали генератора и трансформаторам напряжения на выводах генератора. Характеристика срабатывания задается в виде круга, расположенного в I и II квадранте со смещением в III и IV квадрант комплексной плоскости сопротивлений.
Согласование производится для условий работы на шинах 110 кВ ГЭС одного блока. приведенное к напряжению 110 кВ, может быть принято: а) по согласованию с первой ступенью защит вл 110 кВ Сангарская ГЭС – Сунтар: где – коэффициент, учитывающий, что линии параллельны; – сопротивление трасформатора, приведенное к нпаряжению стороны 110 кВ; В относительных единицах, приведенных к номинальным параметрам генератора: в первичных Омах составит: где Уставка на реле будет равна: Принимаем уставку
Сопротивление нагрузки в нормальном режиме: где – номинальный ток статора, А. Для определения сопротивления нагрузки в режиме форсировки возбуждения генератора выполняется расчет тока статора при двойном токе возбуждения и напряжения на зажимах статора (без учета насыщения): где – ток ротора холостого хода, А; – синхронное индуктивное сопротивление генератора по продольной оси. С учетом насыщения машины величина тока статора генератора в режиме форсировки составит Соответственно сопротивление нагрузки в этом режиме: Угол нагрузки в режиме форсировки равен Сопротивление срабатывания защиты может быть принято: Значение уставки реле составит: Принимаем уставку Величина смещения характеристики срабатыванияпо оси максимальной чувствительности составляет 12%. Уставки по сопротивлению смещения Выдержка времени второй ступени должна быть отстроена от наибольшей выдержки времени резервных защит линий. Вторая ступень действует с выдержкой времени 8,5 с – на отключение блочных выключателей 110 кВ и выключателей ТСН, с выдержкой времени 9,0 с на отключение генератора и гашение полей ГГ и ВГ. Характеристика срабатывания дистанционной защиты представлена на рисунке 5.5. Рисунок 5.5 - Характеристика срабатывания дистанционной защиты 5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротораЗащита предназначена для ликвидации недопустимых перегрузок обмоток ротора. Защита выполнена с зависимой от тока выдержкой времени. Защита содержит следующие функциональные органы:
Таблица 5.3 – Перегрузочная способность обмотки ротора
Характеристика интегрального органа защиты от перегрузки обмотки ротора представлена на рисунке 5.6. Рисунок 5.6 - Характеристика интегрального органа защиты от перегрузки обмотки ротора
Выдержка времени токовой отсечки принимается 3,0 с. Защита действует на отключение выключателя генератора, гашение полей ГГ и ВГ. |