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.
|
|
БЕЗ ПОТЕРИ ВОЗБУЖДЕНИЯ Ф Z Защита предназначена для ликвидации асинхронного режима при нарушении устойчивости в системе и развитии качаний, при которых наблюдаются большие колебания активной и реактивной мощности, что опасно для генератора и турбины. Защита является резервной и действует при отказе или неэффективности автоматики ликвидации асинхронного режима (АЛАР). Защита выполняется на основе двух измерительных органов полного сопротивления, которые подключаются к трансформаторам тока и напряжения в цепях генератора на междуфазное напряжение и разность фазных токов, и фазочувствительного органа Характеристики срабатывания измерительных органов приведены на рис. ИО Z 1 имеет характеристику в виде окружности, смещенной в квадрант с уставками Z уст1 = х + см = d x ′ , (где d x ′ – переходное сопротивление генератора х т – сопротивление трансформатора блока Z C – сопротивление линии связи и эквивалентное сопротивление системы Рис. 4.6. Характеристики защиты блока от асинхронного режима без потери возбуждения Угол максимальной чувствительности φ м.ч1 равен углу сопротивления (х т + Z C ) ИО имеет характеристику в виде окружности с уставками d х , Z 2 1 2 уст = , т 2 см х Z = , (где х – синхронное реактивное сопротивление генератора. Угол максимальной чувствительности для ИО Z 2 равен 270° . 184 Фазочувствительный орган ИО W выполняется с характеристикой срабатывания в виде прямой линии, проходящей через начало координат с углом максимальной чувствительности, равным φ м.ч.1 + 90°. Уставки по сопротивлению срабатывания ИО Z регулируются в пределах от 1,0 до 80 Ом/фазу. Если электрический центр качаний расположен в генераторе или в трансформаторе (прохождение годографа по кривой 1), то защита будет действовать на отключение по I ступени после прохождения заданного цикла качаний. Если электрический центр качаний расположен в линии связи с системой (кривая годографа 2), то защита действует на отключение по ступени после заданного количества циклов качаний (выбирается больше, чем при отключении по I ступени). В нормальном режиме вектор сопротивления нагрузки н находится в первом квадранте и ИО Z 1 , Z 2 и W не работают. При качани- ях ИО выявляют области 1, 2, 3 ив плоскости сопротивлений. При попадании годографа сопротивления в область 1 сработает и не сработают W и Z 2 , а в область 2 – сработают Z 1 и W и не сработает. С помощью ИО Z 2 выявляются области срабатывания 3 и когда электрический центр качания находится в блоке генератор – трансформатор». Структурная схема защиты содержит схему выявления асинхронного режима – канал I cтупени защиты со счетчиком циклов качаний; – канал II ступени со счетчиком циклов качаний. Защита вводится в действие при включении генератора и блокируется при неисправностях в цепях напряжения. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ Кроме защит, рассмотренных выше, в терминале предусмотрены следующие защиты: − защита генератора от замыканий на землю в обмотке статора защита ротора от перегрузки; − защита ротора от замыканий на землю водной ив двух точках; − защита от повышения напряжения генератора; − защита обратной мощности; − максимальная токовая защита; − защита от изменения частоты; − защита от перевозбуждения; − УРОВ генератора, а также ряд защит, которые используются в случае, если генератор работает на сборные шины. Необходимые защитные функции могут выбираться из библиотеки программ цифрового терминала в зависимости от схемы подключения и мощности генератора. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. Как выполняются дифференциальные защиты элементов блока в микропроцессорном терминале фирмы «Экра»? 2. Что означает термин направленное торможение и какие тормозные характеристики имеют дифференциальные защиты элементов блока (терминал фирмы «Экра»)? 3. Как выполняются резервные защиты блока в микропроцессорном терминале фирмы «Экра»? 4. Как выполняется микропроцессорная защита блока от асинхронного режима с потерей возбуждения. Как выполняется микропроцессорная защита блока от асинхронного режима без потери возбуждения (качаний в системе Чем опасен для генератора такой режим Как защита действует. ЗАЩИТЫ СБОРНЫХ ШИН. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТАМ На сборных шинах электрических станций случаются такие же повреждения, как и на линиях электропередач. На сборных шинах 110 186 кВ и выше сетей, работающих с глухим заземлением нейтрали, возможны трехфазные ( ) 3 Κ , двухфазные ( ) 2 Κ и однофазные ( ) 1 Κ КЗ. На сборных шинах 35 кВ и ниже сетей с изолированными нейтралями возможны трехфазные ( ) 3 Κ , двухфазные ( ) 2 Κ КЗ и двойные замыкания на землю ( ) 1 , 1 Κ . Замыкание одной фазы на землю в этих сетях КЗ не является. КЗ на шинах подстанций могут отключаться резервными защитами отходящих присоединений. Однако такое отключение будет производиться с выдержкой времени, в то время как отключение КЗ на шинах электрических станций с выдержкой времени недопустимо по условиям устойчивости параллельной работы станции с системой. Поэтому на электрических станциях согласно ПУЭ предусматривается специальная защита для сборных шин всех напряжений [1, В качестве специальных защит наибольшее распространение получили дифференциальные токовые защиты шин. Дифференциальная токовая защита шин должна отключать КЗ на сборных шинах без выдержки времени. При этом должны отключаться выключатели всех питающих присоединений, подключенных к шинам. Тупиковые линии могут не отключаться. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ОДИНОЧНОЙ СИСТЕМЫ СБОРНЫХ ШИН Принцип действия. Для выполнения дифференциальной защиты сборных шин на всех присоединениях устанавливаются трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации (Токовые реле защиты подключаются к соединенным параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока, установленным на каждом присоединении (рис. 5.1). 187 Рис. 5.1. Распределение токов в цепях дифференциальной защиты: а – при КЗ вне зоны действия б – в зоне действия При КЗ на шинах в зоне действия защиты (рис. 5.1, б) токи по всем питающим элементам будут протекать к точке КЗ КВ реле тока защиты будет протекать сумма вторичных токов всех присоединений: = P Ι Ι Ι Ι K Ι K Ι K Ι Ι Ι Ι ΙΙΙ ΙΙ Ι + + = + + 3 2 1 = Ι K Ι КЗ (5.2) Дифференциальное реле тока КА при этом сработает и отключит выключатели всех присоединений, по которым протекает ток в точку КЗ. При внешнем КЗ на одном из присоединений (К, рис. 5.1, а) сумма первичных токов, направленных к шинам по двум присоедине- ниям, равна току, направленному от шин в точку КЗ по третьему при- соединению: ΙΙΙ ΙΙ Ι − = + Ι Ι Ι ; сумма вторичных токов в реле будет близка к нулю 3 2 и реле не действует. Ток срабатывания. В действительности при внешнем КЗ в реле протекает ток небаланса, вызванный разными погрешностями трансформаторов тока (ТТ). Вторичный ток ТТ с учетом погрешностей (тока намагничивания) равен Ι K Ι Ι Ι нам 1 − = Ι , (где нам – ток намагничивания трансформаторов тока, поэтому ток в реле при внешнем КЗ равен Ι K Ι Ι Ι Ι Ι Ρ − = нам Ι K Ι Ι ΙΙ ΙΙ − + нам Ι K Ι Ι ΙΙΙ ΙΙΙ − − нам = − − + ΙΙΙ ΙΙ Ι Ι K Ι Ι Ι = − + − ΙΙ Ι Ι K Ι Ι Ι ΙΙΙ нам нам нам Ι нб K Ι Различие в токах намагничивания трансформаторов тока в схеме дифференциальной защиты определяется не столько различием характеристик намагничивания ТТ (как в схеме дифференциальных защит генераторов и трансформаторов, а, главным образом, различием нагрузок на ТТ поврежденного и неповрежденных элементов. Ток КЗ по поврежденному элементу будет значительно больше, чем по неповрежденным. Токи КЗ при повреждении вблизи шин могут достигать больших значений, сердечники ТТ будут сильно насыщаться, в результате ток небаланса может быть большим. Для уменьшения тока небаланса возможно следующее применять ТТ класса Р (Р или Р, которые имеют более высокие характеристики намагничивания и меньше насыщаются уменьшать вторичные токи за счет увеличения коэффициента трансформации Ι K ; – уменьшать нагрузку на ТТ путем увеличения сечения и уменьшения длины соединительных проводов использовать ТТ с вторичным номинальным током 1А. Дифференциальная защита шин должна быть отстроена от токов небаланса при внешних КЗ расч нб отс з с Ι k Ι = , (где отс k – коэффициент отстройки, равный Расчетный ток небаланса определяется по формуле max Ι ε k Ι з к апер расч нб = , (где ε = 0,1 – допустимая полная погрешность трансформаторов тока з к – начальное значение периодической слагающей максимального тока КЗ при повреждении вне зоны защиты (точка К1, рис. 5.1, а); апер k – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в переходных токах внешнего КЗ. Для повышения чувствительности защиты в ней используются дифференциальные реле, имеющие отстройку от апериодической составляющей (РНТ-567, РСТ-15). Поэтому k апер может быть принят равным В процессе эксплуатации защиты шин возможны обрывы вторичных обмоток трансформаторов тока и токовых цепей одного из плеч защиты. При этом баланс токов в реле будет нарушаться и защита может сработать ложно при внешнем КЗ. Так как ложные действия дифференциальной защиты шин приводят к отключению большого числа присоединений, в схеме защиты предусматривается вывод ее из действия при неисправности токовых цепей. Чтобы в этом случае защита не сработала ложно в нормальных режимах, ток срабатывания отстраивается от максимального тока в защите при обрывах вторичных цепей в нагрузочном режиме: max Ι k Ι нагр отс з с = , где отс k принимается равным 1,2 ÷ 1,25; нагр max Ι – первичный ток нагрузки наиболее мощного присоедине- ния. За ток срабатывания защиты принимается больший из двух токов, рассчитанный пои (Чувствительность защиты. Коэффициент чувствительности защиты определяется по формуле 2 с.з. КЗ ≥ = I I k min ч (где min Ι КЗ – периодическая слагающая (при t=0) минимального тока КЗ на шинах. При этом учитывается тот вид КЗ, при котором ток меньше (однофазное или двухфазное КЗ). 190 На рис. 5.2 приведена упрощенная схема дифференциальной защиты одиночной системы сборных шин для распределительного устройства 110 кВ и выше. Защита выполняется трехфазной. Три токовых реле КАТ, КАТ2, КАТ3 типа РНТ-560 включаются каждое на сумму токов одноименных фаз всех присоединений. Реле КАТ1-КАТ3 срабатывают при КЗ на сборных шинах, замыкают свои контакты и подают плюс на обмотку выходного промежуточного реле KL1, которое срабатывает и отключает выключатели Q1 и Рис. 5.2. Дифференциальная токовая защита одиночной системы шина – цепи переменного тока б – цепи оперативного постоянного тока Блокировка защиты при обрывах вторичных цепей трансформаторов тока осуществляется с помощью токового реле КА, включенного в нулевой провод токовых цепей защиты. В случае обрыва проводов одной из фаз от трансформаторов тока любого присоединения в дифференциальном реле этой фазы защиты ив нулевом проводе будет протекать несбалансированный ток поврежденной фазы. Реле КА0 сработает, запустит реле времени КТ, которое с выдержкой времени подаст плюс на обмотку промежуточного реле KL2. При срабатывании это реле своим размыкающем контактом KL2.1 снимет плюс с контактов токовых реле КАТ, КАТ, КАТ, чем выведет защиту из действия. Замыкающий контакт реле KL2.2 подаст сигнал обрыв цепей тока дифференциальной защиты шин». Кроме токового реле КА для контроля за исправностью токовых цепей защиты предусмотрен миллиамперметр PmA, установленный в нулевом проводе защиты, с помощью которого оперативный персонал один разв смену производит замер тока небаланса для проверки того, что ток небаланса не выходит за допустимые значения. Вместо реле КА типа РТ может применяться трехфазное реле тока типа РТ-40/Р, которое имеет три обмотки и включается на токи трех фаз. Схема трехфазного реле тока приведена на рис. Рис. 5.3. Схема трехфазного реле тока типа РТ-40/Р 5.3. ЗАЩИТА ШИН НАПРЯЖЕНИЕМ 330-500 КВ Для распределительных устройств, работающих по схемам с двумя выключателями на присоединение и двумя системами сборных шин (полуторная схема, схема 4/3, схема с двумя выключателями на присоединение, для каждой системы сборных шин предусматривается отдельная дифференциальная защита шин по схеме, приведенной на рис. 5.4. При КЗ на I системе шин срабатывает защита с реле КАТ1 и отключает выключатели, подключенные к I системе шин. Защита системы шин при этом не работает. Защита с реле КАТ будет действовать при КЗ на II системе шин. После отключения выключателей поврежденной системы шин все присоединения остаются в работе, питаясь от оставшейся в работе системы шин. Рис. 5.4. Защита шин 330-500 кВ Для защиты ошиновки между выключателями присоединений предусматривается специальная дифференциальная защита ошинов- ки. На рис. 5.4 показана защита ошиновки для блока генератор трансформатор (KAW), которая выполняется на реле тока с торможением типа ДЗТ-11. Защита подключается к трансформаторам тока ТА1, ТАТА и действует на отключение выключателей блока Q1, Q2, на гашение поля генератора (АГП) и останов турбины. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ДВОЙНОЙ СИСТЕМЫ ШИН 110-220 КВ Распределительные устройства электрических станций и ответственных подстанций 110-220 кВ выполняются, как правило, по схеме с двумя системами сборных шин, одним выключателем и двумя разъединителями на присоединение (рис. 5.5). Нормально в работе находятся обе системы шин, шиносоединительный выключатель включена присоединения равномерно распределены между I и II системами шину каждого присоединения включен только один шинный разъединитель. Такое распределение присоединений фиксируется. При фиксированном распределении присоединений удается выполнить более простую дифференциальную защиту шин. К защите шин в этом случае предъявляются следующие требования защита не должна срабатывать при внешних КЗ (точка К на риса) при любом распределении элементов между системами шин, в том числе и при нарушении фиксации при фиксированном распределении присоединений должна отключаться только поврежденная система сборных шин при КЗ на ней при нарушении фиксации и КЗ на одной системе шин отключаются обе системы шин. Дифференциальная защита шин при фиксированном распределении присоединений имеет пусковой орган (реле КА, рис. 5.5), который подключен к токовым цепям, охватывающим обе системы шин Он не различает, на какой системе шин КЗ. Для выбора поврежденной системы шин предусмотрено два избирательных органа для первой системы шин – КА, для второй – КА2. Пусковой орган защиты включен на сумму токов всех присоеди- нений. Избирательные органы включены на сумму токов присоедине- ний, фиксированных за своей системой шин. На рис. 5.5 показано распределение первичных и вторичных токов при КЗ на I системе шин (точка К1). Для первой (поврежденной) системы шин первичные токи будут равны (за положительный ток принимается ток, направленный к шинам): Ι Ι + ΙΙ Ι + V Ι = . Ι КЗ Для второй системы шин 0; V Ι = Вторичные токи, протекающие в избирательном органе первой системы шин (реле КА, будут равны 2 1 1 КА Ι Ι Ι Ι + + = = Ι K Ι КЗ и реле КА сработает. В избирательном органе второй системы шин (реле КА) будет протекать ток небаланса 5 4 3 2 КА Ι Ι Ι Ι − + = = Ι K Ι нб и реле КА не сработает, если оно отстроено оттока небаланса. В пусковом органе защиты будет протекать сумма вторичных токов всех элементов: Ι КЗ 5 5 4 3 2 КА Рис. 5.5. Дифференциальная токовая защита двойной системы шин с фиксированным распределением: а – цепи переменного тока б – цепи постоянного оперативного тока; в – цепи отключения Пусковой орган КА при этом сработает, замкнет свои контакты, сработает реле KL3 и подает плюс на контакты избирательных органов защиты. Так как сработал только избирательный орган I системы шин (реле КА, сработает выходное промежуточное реле и отключит выключатели Q1 и Q2 присоединений I системы шин и шиносоединительный выключатель При КЗ на второй системе шин сработает пусковой орган КА и избирательный орган второй системы шин КА. Сработает выходное реле KL2 и отключит выключатели присоединений второй системы шин Q3, Q4 и шиносоединительный выключатель При внешнем КЗ (точка К) ни одно из реле дифференциальной защиты шин не сработает. При нарушении фиксации присоединений и КЗ на одной системе шин избирательные комплекты становятся неселективными и правильно сработать не могут, поэтому они должны быть выведены из действия. Это выполняется при включении специального рубильника и промежуточного реле (на схеме не показаны, которое шунтирует контакты избирательных органов. В этом случае сработает только пусковой орган защиты и отключит присоединения обеих систем шин. В схемах с двумя рабочими системами сборных шин при одном выключателе на присоединение обычно предусматривается обходная система сборных шин и обходной выключатель, который вводится в работу для замены выводимого в ремонт рабочего выключателя любого присоединения. Токовые цепи обходного выключателя нормально отключены и подключаются к одному из избирательных органов защиты при включении обходного выключателя. Возможно выполнение дифференциальной защиты для распределительных устройств с гибкой фиксацией элементов. При этом токовые цепи от трансформаторов тока каждого присоединения могут подключаться к любому из избирательных органов защиты в зависимости оттого, на какую систему шин включено присоединение. Переключения в токовых цепях выполняются оперативным персоналом с помощью специальных испытательных блоков, что существенно снижает надежность защиты. Ток срабатывания пусковых и избирательных органов выбирается одинаковыми рассчитывается по выражениями (Число витков рабочей обмотки реле РНТ-567 определяется по отношению р с р, где ток срабатывания реле з с р с – магнитодвижущая сила срабатывания реле РНТ-567; з с Ι – ток срабатывания защиты – коэффициент трансформации трансформаторов тока (выбирается одинаковым для всех присоединений). Чувствительность защиты определяется по (5.8). Чувствительность защиты должна проверяться при минимальном токе КЗ наши- нах в реальном режиме работы. Коэффициент чувствительности должен быть не менее 2. В режиме опробования, когда после отключения КЗ на шинах включается от АПВ или вручную одно присоединение (обычно линия связи станции с системой, ток КЗ будет понижен и допускает снижение коэффициента чувствительности до 1,5. Если коэффициент чувствительности защиты шин при опробовании окажется меньше 1,5, необходимо предусматривать специальный чувствительный комплект защиты, вводимый на время опробования. Ток срабатывания чувствительного пускового комплекта можно определить по требуемому ч k : ч.треб КЗ с.з. k Ι Ι min = , где min I КЗ – начальное значение периодической слагающей тока КЗ на шинах при включении только одного питающего элемента; ч.треб k – требуемый коэффициент чувствительности, равный 1,5. |