методэ. Шелушенина РЗА генер. АТ и С.Ш.. М. О. Скрипачев релейная защита электроэнергетических систем. Защита генераторов, трансформаторов и сборных шин
 Скачать 4.26 Mb.
|
|
4.2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ БЛОКА ГЕНЕРАТОР – ТРАНСФОРМАТОР В микропроцессорном терминале блока генератор – трансформатор шкафа ШЭ 1111 представлены следующие дифференциальные защиты продольная токовая дифференциальная защита генератора I∆G; – дифференциальная защита трансформатора блока Т дифференциальная защита блока генератор – трансформатор» I∆GТ; – дифференциальная защита трансформатора собственных нужд I∆ТСН; – поперечная токовая дифференциальная защита генератора I∆>. Схема подключения защит к трансформаторам тока приведена на рис. Токи от высоковольтных трансформаторов тока в цифровом виде могут участвовать в защитах двух и более присоединений (например, ТА5 – дифференциальные защиты блочного трансформатора, трансформатора собственных нужд и блока генератор – трансформатор»). Вторичные обмотки всех трансформаторов тока соединяются по схеме звезда несмотря на то, что трансформатор блока соединен по схеме Υ/Δ – 11. Компенсация фазового сдвига и коэффициента схемы, а также выравнивание вторичных токов по величине производятся расчетным путем. Точность выравнивания вторичных токов повели- чине составляет 3%. 169 Дифференциальные защиты всех присоединений (генератора, трансформатора, блока генератор – трансформатор и ТСН) выполнены по одному принципу и имеют одинаковые тормозные характеристики. Дифференциальные защиты содержат чувствительную ступень и отсечку. Чувствительная ступень выполняется с торможением для отстройки от токов небаланса при нормальном режиме и при внешних КЗ. Дифференциальная отсечка предназначена для быстрого отключения при больших токах КЗ при повреждении в зоне действия защиты, когда из-за наличия апериодической составляющей чувствительная ступень будет заблокирована на некоторое время. Отсечка должна быть отстроена от токов небаланса при внешних КЗ, а для трансформаторов – дополнительно от бросков намагничивающих токов при их включении. ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА Защита выполняется трехфазной и подключается к двум группам трансформатора тока, установленным в нейтрали генератора (ТА) и со стороны линейных выводов (ТА, рис. В защите формируется дифференциальный ток с учетом принятых направлений токов (риса 1 д I I I − = (4.1) Тормозной ток рассчитывается с учетом реального направления токов в защищаемом генераторе. Такой способ формирования тормозного тока называется направленным торможением, он рассмотрен в разделе 3. 170 Рис. 4.1. Дифференциальные защиты блока генератор – трансформатор ΔG – продольная дифференциальная защита генератора IΔT – дифференциальная защита трансформатора тока IΔGT – резервная дифференциальная защита блока IΔTCH – дифференциальная защита трансформатора собственных нужд Рис. 4.2. Схемы подключения дифференциальных защит к трансформаторам тока а – для генератора б – для трансформатора блока в – для резервной дифференциальной защиты блока г – для ТСН При внешнем КЗ (риса) тормозной ток ст (где α – угол между токами I 1 и (- I 2 ). При внешнем КЗ α ≥ 0 (равен нулю при отсутствии токов нагрузки, cos α ≈ 1, торможение будет максимальным. При КЗ в зоне т = 0, т. к. угол α будет близок к 180 ° и cos α < 0 (cos α = - 1). 172 Тормозная характеристика защиты (рис. 4.3) имеет наклон, определяемый коэффициентом торможения т. Коэффициент торможения равен тангенсу угла наклона характеристики срабатывания, те. отношению т д т (Рис. 4.3. Тормозная характеристика дифференциальной защиты При токе т ≥ B (точка излома характеристики) производится переключение характеристики если I 1 ≥ B и I 2 ≥ то защита блокируется. Если I 1 < B или I 2 < B, наклон характеристики определяется коэффициентом торможения. Начальный ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки оттока небаланса номинального режима: нб.ном отс с.р.0 I k I ⋅ = , ном одн нб.ном I k I ⋅ ε ⋅ = , где k отс – коэффициент отстройки, равен 2,0; ε – относительная погрешность трансформаторов тока, равна 0,1; k одн – коэффициент однотипности, при однотипных трансформаторах тока равен 0,5, при разнотипных равен 1,0. 173 Если подставить в (4.4) указанные величины, то получим 1 , 0 5 , 0 2 0 ном ном р с I I I = ⋅ ⋅ ⋅ = На реле можно установить уставки в диапазоне от 0,1 до 0,8 с шагом Коэффициент торможения т выбирается с учетом отстройки защиты от токов небаланса, вызванных погрешностями трансформаторов тока при внешних КЗ: т нб(КЗ) отс т , где максимальный ток небаланса при внешнем трехфазном КЗ max I k k I КЗ одн апер нб(КЗ) ⋅ ε ⋅ ⋅ = , (4.7) апер k – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей, апер k = 2; max I КЗ – максимальный ток трехфазного КЗ при повреждении на выводах генератора, или ток асинхронного режима, приведенный к номинальной мощности генератора. Диапазон уставок тот до 0,7 с шагом 0,1 (значение уставки устанавливается в долях от номинального тока. Типовое значение уставки 0,5. Тормозной ток В определяет точку излома характеристики срабатывания. При тормозном токе более В защита блокируется. Диапазон уставок Вот до 5,0 с шагом 0,1, типовое значение Ток срабатывания дифференциальной токовой отсечки выбирается в пределах от 6 до 12 с шагом 0,1. Типовое значение уставки – 6. Дифференциальная отсечка обеспечивает быстрое и надежное отключение генератора при КЗ с большими токами при глубоком насыщении трансформаторов тока 4.4. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА БЛОКА БЛОКА ГЕНЕРАТОР – ТРАНСФОРМАТОР И ТРАНСФОРМАТОРА СОБСТВЕННЫХ НУЖД IΔTСН Защиты от внутренних повреждений трансформатора блока и ТСН, а также от повреждений на их выводах. Защита трансформатора блока подключается к трансформаторам тока, установленным на стороне высшего напряжения блока ТА, к трансформаторам тока на отпайке к ТСН ТА, а также к трансформаторам тока со стороны линейных выводов генератора ТА (рис. 4.2, б). Защита ТСН подключается к трансформаторам тока со стороны высшего напряжения ТСН ТА и к трансформаторам в цепях выключателей низшего напряжения ТА и ТА (рис. 4.2, г). Защита блока генератор – трансформатор. В зону действия дифференциальной защиты блока входят генератор и блочный трансформатор. Эта защита используется как резервная дифференциальная защита блока для ближнего резервирования. Защита подключается к трем группам трансформаторов тока (рис, в к трансформаторам тока со стороны высшего напряжения блока ТА, к трансформаторам тока на отпайке к ТСН ТА и к трансформаторам тока, установленным в нулевых выводах генератора ТА2 (рис. 4.2, в). В защитах предусмотрено программное выравнивание вторичных токов по фазе и по величине с точностью до Все рассматриваемые защиты трансформаторов выполнены на одном принципе и имеют одинаковые характеристики с дифференциальной защитой генератора. Защиты подключаются к трем группам трансформаторов тока на токи I 1 , I 2 и I 3 , однако, чтобы привести защиты к единому алгоритму с защитой генератора, принято за ток I' 1 взять наибольший из трех токов, аза ток I' 2 – сумму оставшихся двух 2 1 1 , , I I I max I = ′ ; 1 3 2 1 2 I I I I I ′ − + + = ′ 175 Тогда, согласно рис. 4.2, дифференциальный ток, формируемый в защите д (Тормозной ток, как ив защите генератора, рассчитывается с учетом реального направления токов и будет равен т для 0 cos ≥ α (внешнее КЗ), т I = 0 для α cos < 0 (внутреннее КЗ), где α – угол между векторами 1 I ′ и (- Защита имеет две ступени – чувствительную и грубую (отсечка). Чувствительная ступень выполняется с торможением по характеристике (рис. 4.3) такой же, как у защиты генератора. Однако расчет защит трансформаторов имеет некоторые особенности. Начальный ток срабатывания защиты отстраивается оттока неба- ланса нормального режима, который содержит три составляющие ток небаланса за счет погрешностей трансформаторов тока ток небаланса за счет регулирования напряжения с помощью РПН (только для трансформатора собственных нужд ток небаланса за счет неточности выравнивания вторичных токов в защите: нб.ном отс 0 р сном нб.выр одн отс 0 с.р 100 % I I u k k I ⋅ + ∆ + = ∗ ε , где отс k = 2 – коэффициент отстройки; одн k = 1 – коэффициент однотипности = 0,1 – допустимая погрешность трансформаторов тока – половина суммарного диапазона регулирования напряжения РПН (только для ТСН, у трансформатора блока РПН нет и % u ∆ = 0); выр нб ∗ I = 0,03 – относительное значение тока небаланса, вызванного неточностью выравнивания вторичных токов. Коэффициент торможения определяется по (4.6), где максимальный ток небаланса при внешних КЗ max I I u k k I КЗвн выр нб одн апер нб(КЗ) 100 % ⋅ + ∆ + ε ⋅ ⋅ = ∗ , (4.11) 176 где I КЗ вн.max – максимальный ток внешнего трехфазного КЗ; значения остальных величин приведены для формул (4.7) и (При расчете защиты трансформатора блока и ТСН за max I КЗвн необходимо взять наибольший ток, протекающий через трансформатор, из расчета повреждений на стороне ВН и на стороне НН трансформатора. Оба тока должны быть приведены к одному напряжению. Отстройка от броска тока намагничивания при включении. Дифференциальная защита трансформатора не должна срабатывать при включении трансформатора под напряжение, когда по его обмотке протекает ток намагничивания. Бросок тока намагничивания обнаруживается по соотношению второй гармоники тока Г к основной гармонической составляющей Г. При I 2Г /I 1Г > уставки защита блокируется. Действие функции обнаружения броска тока намагничивания длится в течение времени включения t вкл (уставка от 1,0 до с с шагом 0,1 с. Типовое значение уставки I 2Г /I 1Г принимается равным в защитах других фирм). Дифференциальная отсечка (грубая ступень) отстраивается от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, при этом принимается ном отс 5 , 6 I I ⋅ ≥ (4.12) Кроме того, ток срабатывания дифференциальной отсечки проверяется по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешнем КЗ: нб(КЗ) отс отс I k I ⋅ = , где коэффициент отстройки k отс = 1,5, нб(КЗ) I определяется по (4.11). 4.5. ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА IΔ< Защита предусматривается для генераторов с двумя параллельными ветвями на фазу в обмотке статора. Защита подключается к трансформатору тока в токопроводе между нейтралями параллельных ветвей обмотки статора, соединенных в звезду (см. рис. 4.1, ТА1). Защита предназначена для действия при витковых замыканиях в обмотке статора. Ток срабатывания защиты регулируется в диапазоне от 0,1 до 1,5 Ас шагом 0,01 А. Рекомендуется принять 0,2. 4.6. ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ I 2 Резервная защита от внешних несимметричных КЗ и защита от перегрева ротора генератора из-за несимметричных перегрузок реагирует на относительное значение тока обратной последовательности ) ∗ 2 I . Назначение, принцип действия и логическая схема защиты аналогичны защите на реле РТФ-6М (см. раздел 3). Защита выполнена с интегрально зависимой оттока выдержкой времени и содержит следующие органы сигнальный орган сигн 2 I ; – пусковой орган пуск, осуществляющий при срабатывании пуск интегрального органа орган токовой отсечки отс 2 I ; – интегральный орган (ИО, срабатывающий с зависимой оттока выдержкой времени, определяемой уравнением ) 2 2 ИО.з. с ∗ = I А t , где А – постоянная величина, численно равная допустимой длительности несимметричного режима при ∗ 2 I = 1. Дается за- водом-изготовителем в паспорте генератора ∗ 2 I = I 2 / ном – относительный ток обратной последовательности – ток обратной последовательности в первичной цепи генератора; I ном – номинальный ток генератора. В интегральном органе, кроме процесса нагрева генератора токами обратной последовательности, имитируется процесс охлаждения ротора генератора после устранения перегрузки по экспоненциальному закону. ЗАЩИТА ОТ СИММЕТРИЧНЫХ ПЕРЕГРУЗОК Защита реагирует на относительный ток фазы статора генератора в трехфазном режиме ∗ I . Защита позволяет использовать перегрузочные характеристики генератора и не допустить перегрева обмотки статора как при перегрузках, таки при внешних симметричных КЗ, на которые защита по I 2 не реагирует. Защита содержит следующие органы сигнальный орган I сигн ; – пусковой орган пуск, осуществляющий при срабатывании пуск интегрального органа орган токовой отсечки I отс , срабатывающий с независимой выдержкой времени интегральный орган (ИО, имеющий зависимую оттока выдержку времени, определяемую уравнением ) 2 2 с.з.(ИО) I B С t − = ∗ , (где ном – относительный ток статора; В и С – постоянные коэффициенты, величина которых определяется по перегрузочной характеристике генератора. Интегральный орган защиты имитирует также процесс охлаждения генератора после устранения перегрузки 4.8. РЕЗЕРВНАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ Z Защита одноступенчатая может быть одно- или трехрелейной. Защита выполняется на основе измерительного органа минимального сопротивления Z и подключается к трансформаторам тока и напряжения на линейные напряжения и разности фазных токов (аналог защиты реле БРЭ 2801, раздел Характеристика срабатывания защиты представляет собой окружность, расположенную в I и II квадрантах комплексной плоскости со смещением в III и IV квадранты по линии максимальной чувствительности (рис. Защита отстраивается от минимального сопротивления нагрузки, как это было представлено в (уст – уставка по сопротивлению срабатывания, может изменяться от 1,0 до 100 Ом/фазу с шагом 0,1 Ом/фазу. Z см – уставка по сопротивлению смещения. Пределы изменения как у Z уст φ м.ч – угол максимальной чувствительности, может принимать значения от 0 до 360° с шагом 1°, типовое значение Рис. 4.4. Характеристика резервной дифференциальной защиты блока Для защит, действующих с малым временем срабатывания (менее сек, предусмотрена блокировка от качаний, которая отличает повреждение от качаний в энергосистеме по скорости изменения полного сопротивления на входе органа минимального сопротивления (функция. Функция ΔZ при обнаружении качаний блокирует защиту. Защита блокируется также при срабатывании защиты от потери возбуждения и органа, контролирующего исправность цепей напряжения. 4.9. РЕЗЕРВНАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОТ КЗ НА ЗЕМЛЮ Защита подключается к трансформатору тока, встроенному в вывод нейтрали обмотки высшего напряжения трансформатора. Защита реагирует на ток 3 I 0 , протекающий в заземленной нейтрали трансформатора. Защита выполняется двухступенчатой. Уставки потоку регулируются в диапазоне для органа I ступени (I 01 ) – 0,15 до 6 с шагом 0,01; – для органа II ступени (I 02 ) – от 0,1 до 4 с шагом Для режима работы блока с незаземленной нейтралью предусмотрена защита напряжения нулевой последовательности (U 0 ) с контролем отсутствия тока в нейтрали. ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА ОТ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА ПРИ ПОТЕРЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ Ф < Защита реагирует на изменение вектора полного сопротивления Z р в асинхронном режиме. Защита выполняется на основе измерительного органа полного сопротивления Z, который подключается к измерительным трансформаторам вцепи генератора на междуфазное напряжение и разность фазных токов. Защита вводится в действие после включения генератора в сеть при появлении тока в обмотке статора для отстройки от режима включения генератора методом самосинхронизации Характеристика срабатывания защиты имеет вид окружности, смещенной в III и IV квадранты комплексной плоскости (рис. 4.5). Уставка по сопротивлению срабатывания на угле максимальной чувствительности принимается равной синхронному реактивному сопротивлению генератора d x Z = уст (и изменяется в диапазоне от 4,0 до 100 Ом/фазу с шагом 0,1. Уставка по сопротивлению смещения принимается равной половине переходного реактивного сопротивления генератора d x Z ′ ⋅ = 5 , 0 см (4.17) Уставка по углу максимальной чувствительности φ м.ч равна Рис. 4.5. Характеристика срабатывания дистанционной защиты генератора от асинхронного режима при потере возбуждения При полной потере возбуждения годограф сопротивления на выводах генератора смещается в III квадрант комплексной плоскости (кривая 1, риса при частичной потере возбуждения (кривая годограф сопротивления может кратковременно выходить из области срабатывания. Для обеспечения срабатывания защиты в указанном режиме в защите имеется специальный интегратор, который поддерживает сигнал действия на отключение, если время выхода годографа из зоны срабатывания не превышает время возврата в, при этом время срабатывания защиты выбирается в пределах от 1,0 до с, а время вот до 2,0 с. ЗАЩИТА ОТ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА |