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.
|
|
5.5. ЗАЩИТА ШИН ГЕНЕРАТОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Для сборных шин 6-10 кВ электрических станций с реактирован- ными линиями применяются неполные дифференциальные защиты шин. Известны два варианта таких защит Двухступенчатая неполная дифференциальная токовая защита. При секционировании шин генераторного напряжения защита предусматривается для каждой секции и выполняется двухфазной (трансформаторы тока устанавливаются на фазах Аи С всех присоединений). На рис. 5.6 представлена однолинейная схема двухступенчатой неполной дифференциальной защиты одной секции шин генераторного напряжения. Реле тока КА первой ступени и реле тока КА второй ступени включены на сумму токов трансформаторов тока питающих элементов (генератора, трансформатора связи, секционного реактора. Трансформаторы тока отходящих реактированных линий к защите не подключаются, поэтому защита называется неполной. Первая ступень защиты (отсечка без выдержки времени) является основной. Она действует при КЗ на защищаемой секции и на питаемых линиях до реакторов. Вторая ступень (максимальная токовая защита с выдержкой времени на реле КТ) является резервной, предназначена для резервирования защит отходящих линий при КЗ за реакторами. Она защищает также реакторы отходящих линий и токопроводы от реакторов до выключателей этих линий. Обе ступени защиты через выходное промежуточное реле KL отключают при срабатывании выключатели питающих присоединений. При КЗ за реактором отходящих линий (точка К, рис. 5.6) в реле защиты проходит ток, равный сумме токов КЗ и тока нагрузки остальных неповрежденных линий. Чтобы первая ступень защиты не сработала при этом, ее ток срабатывания выбирается по условию = Ι з с Ι отс k ( ) ( ) нагр нагр 3 з к, где отс k – коэффициент отстройки, принимается равным 1,2; 199 нагр k – коэффициент нагрузки, учитывающий увеличение тока за счет торможения двигателей при снижении напряжения вовремя КЗ, принимается равным 1,2-1,3; нагр Ι – ток нагрузки всех неповрежденных линий, отходящих от защищаемой секции, с учетом АВР у потребителей з к – ток трехфазного КЗ при повреждении за реактором отходящей линии. Рис. 5.6. Двухступенчатая неполная дифференциальная защита шин генераторного напряжения. а – цепи переменного тока б – цепи оперативного постоянного тока При КЗ в генераторе (точка К, трансформаторе (точка Кили на соседней секции (точка К) защита не действует, так как ток КЗ в защите будет сбалансирован ив реле попадать не будет. В реле проходят только ток нагрузки и ток небаланса, от которых защита отстроена. Ток срабатывания второй ступени защиты отстраивается от максимального тока нагрузки с учетом самозапуска двигателей max Ι k k k Ι нагр в сзп отс з с = ΙΙ , (где отс k – коэффициент отстройки, принимается равным 1,4; сзп k – коэффициент, учитывающий самозапуск двигателей после отключения КЗ, принимается равным в – коэффициент возврата реле тока, равен 0,85; нагр max Ι – максимальный ток нагрузки отходящих линий защищаемой секции с учетом отключения соседней секции шин и срабатывания устройства АВР на подстанциях у потребителей. Выдержка времени второй ступени выбирается на ступень селективности больше времени срабатывания защит отходящих линий: t t t ∆ + = ΙΙ п з с з с , (где t ∆ – ступень селективности повремени, принимается равной 0,5 с; t с.з.п – наибольшее время срабатывания защит отходящих от шин присоединений. Чувствительность первой ступени защиты определяется приме- таллическом двухфазном КЗ на шинах и должна быть не менее 1,5: ( ) . , Ι Ι k . min 5 1 с.з 2 КЗ ч ≥ = Ι Ι (Коэффициент чувствительности второй ступени защиты шин определяется при металлическом двухфазном КЗ за реактором отходящей линии (точка К) и должен быть не менее 1,2-1,3: ( ) ( К 1 2 1 1 с.з 2 КЗ ч ÷ ≥ = ΙΙ ΙΙ (5.15) Защита шин генераторного напряжения мощных ТЭЦ Для сборных шин генераторного напряжения ТЭЦ с генераторами 60-100 МВт подключенных соответственно к сборным шинам 6-10 кВ, и при наличии групповых реакторов на отходящих линиях предложен комплект защит, однолинейная схема которых представлена на рис. 5.7, который включает неполную дифференциальную защиту шин, представляющую собой комбинированную отсечку потоку и напряжению дифференциальную защиту секционного реактора поэлементную максимальную токовую защиту на реакторах отходящих линий. Рис. 5.7. Защита шин генераторного напряжения мощных ТЭЦ Неполная дифференциальная защита обеспечивает отключение всех питающих присоединений при КЗ на защищаемой секции. Она представляет собой комбинированную отсечку потоку и напряжению. Токовый орган защиты (реле КА, выполненный с использованием реле РНТ-567, включается на сумму вторичных токов всех питающих присоединений секции (генератора, трансформатора связи, секционного реактора) и дополнительно трансформатора собственных нужд, если выключатель последнего рассчитан на отключение КЗ на его выводах (точка К4). Орган напряжения защиты (реле К) выполняется с помощью реле минимального напряжения типа РН-54, которое подключается к трансформатору напряжения секции. В нормальном режиме реле напряжения держит свой контакт разомкнутым. При КЗ на секции (точка Кв токовых реле защиты будет протекать вторичный ток КЗ и реле КА сработает. Напряжение на секции при КЗ снижается, реле минимального напряжения сработает и замкнет свой контакт. Сработает выходное промежуточное реле KL и отключит выключатели Q1-Q4 питающих присоединений. При внешних КЗ на питающих элементах в защите будет протекать ток небаланса и ток подпитки от синхронных двигателей, установленных у потребителей. От этого тока отстраивается токовый орган защиты (реле КА1). Расчет тока срабатывания проводится для двух режимов: а) при работе всех секций шин генераторного напряжения, когда в защите протекает наибольший ток небаланса + ′ ′ = нб отс з с Ι k Ι д с отс Ι k ′′ ; б) для случая, когда одна из секций отключена, при этом будет наибольшим ток подпитки от синхронных двигателей за счет увеличения нагрузки секций: + ′′ ′ = нб отс з с Ι k Ι ( ) доп д с д с отс Ι Ι k + ′′ , (где нб Ι ′ и нб Ι ′′ – токи небаланса при внешнем КЗ в точке К (рис. д сток подпитки от синхронных двигателей, подключенных к данной секции при работе всех секций станции доп д с Ι – дополнительный ток подпитки подключаемых к защищаемой секции двигателей при отключении одной из секции станции; коэффициенты отстройки принимаются равными отс k ′ = 1,5 и отс k ′′ = Ток подпитки от синхронных двигателей может быть принят равным ( ) нагр д с 7 , 0 Ток небаланса равен з к одн апер нб εΙ k k Ι = , где коэффициенты принимаются равными апер k =1 (реле РНТ-567), одн k =1; 1 , 0 = ε ; ( з к – периодическая слагающая (при t=0) первичного тока внешнего трехфазного КЗ (в точке К) при указанных выше расчетных режимах. В нормальном режиме в реле тока неполной дифференциальной защиты шин протекает вторичный ток нагрузки секции. При этом напряжение на секции близко к номинальному, реле напряжения защиты будут держать свои контакты разомкнутыми. Однако при обрывах цепей напряжения реле минимального напряжения могут сработать ложно и ввести защиту в действие. Для предотвращения неправильного действия защиты при нарушении цепей напряжения токовый орган защиты должен быть отстроен от максимального рабочего тока секции шин: ( ) доп нагр нагр в отс з с Ι Ι k k Ι + = , где нагр Ι – суммарный ток нагрузки питаемых линий, отходящих от защищаемой секции доп нагр Ι – дополнительный ток нагрузки при отключении одной из секций; отс k =1,2; в k – коэффициент возврата реле РНТ-567, равный За расчетный ток срабатывания защиты принимается большее значение, полученное по (5.16), (5.17), (Чувствительность токового органа защиты определяется приме- таллическом КЗ на шинах в минимальном режиме (точка К) по выражению ( з с 2 КЗ ч Ι Ι k min = и должен быть не менее При КЗ за реактором отходящих линий (точка К, рис. 5.7) напряжение на секции значительно не снижается, реле минимального напряжения срабатывать не будет, его контакты останутся разомкнутыми и защита действовать не будет. Напряжение срабатывания органа напряжения защиты отстраивается от остаточного напряжения на шинах при КЗ за реактором в режиме, когда ток КЗ равен току срабатывания токовых реле защиты отс P з с з с, где P x – наименьшее сопротивление реакторов отходящих линий, отс k =1,3, з с Ι – ток срабатывания токового органа защиты. Дифференциальная защита секционного реактора выполняется с помощью реле КА типа РНТ-567 и действует на выходные реле неполной дифференциальной защиты (рис. Ток срабатывания защиты выбирается по двум условиям: а) отстраивается оттока небаланса при внешнем КЗ нб отс с.з I k I ⋅ = , (где отс k =1,3; нб Ι – расчетный ток небаланса при внешнем КЗ, определяется по выражению (5.18), в котором коэффициенты могут быть приняты равными апер k = 1; одн k =0,5; = ε б) отстраивается от максимального тока в защите при обрывах вторичных цепей от трансформаторов тока в нагрузочном режиме: н отс з с Ι k Ι = , где 2 , 1 отс = k ; н Ι – номинальный ток секционного реактора. Коэффициент чувствительности защиты определяется по выражению ) . Ι Ι k . min 2 с.з 2 КЗ ч ≥ = (где ( з к определяется при КЗ на выводах секционного реактора (точка К, рис. 5.7) в режиме отсутствия питающих элементов на одной из секции. Поэлементная максимальная токовая защита состоит из отдельных комплектов токовых реле, подключаемых к трансформаторам тока в цепях реакторов питаемых линий со стороны сборных шин (реле КА, КА, рис. Защита предназначена для отключения повреждений в реакторах и реакторных сборках линий (точка К, риса также для резервирования защит отходящих линий. Защита действует с выдержкой времени (реле КТ) на выходное промежуточное реле KL неполной дифференциальной защиты. Для повышения надежности защиты и предотвращения ложных срабатываний в нагрузочных режимах поэлементная максимальная токовая защита дополняется пусковым органом, фиксирующим появление КЗ, типа КРБ-126. Устройство КРБ-126 обычно используется в дистанционных защитах линий для блокировки защиты от качаний в системе. Оно отличает режим КЗ по появлению, хотя бы кратковременно, тока обратной последовательности и вводит защиту в действие контактом БК на ограниченное время. В нормальном режиме, при перегрузках и самозапусках двигателей устройство КРБ не срабатывает и держит свой контакт БК разомкнутым. Ток срабатывания поэлементной максимальной токовой защиты отстраивается оттока нагрузки защищаемого реактора с учетом само- запуска питаемых двигателей: max Ι k k k Ι раб сзп в отс з с = , где раб максимальный ток нагрузки, принимается равным номинальному току защищаемого реактора 206 сзп k – коэффициент самозапуска, равен 2,5-3; отс k – равен 1,2-1,3; коэффициент возврата в (реле РТ-40). Чувствительность защиты определяется по (5.23), где ( ) 2 КЗ min Ι – ток двухфазного КЗ при повреждении за реактором питаемых линий в минимальном режиме (точка К, рис. 5.7). Коэффициент чувствительности должен обеспечиваться порядка 1,5. 5.6. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ ЗАЩИТЫ СБОРНЫХ ШИН Для защиты шин напряжением 110-220 кВ распределительных устройств (РУ) с фиксированным присоединением элементов фирма «Экра», г. Чебоксары, выпускает шкафы типа ШЭ 2607 061 Шкаф может применяться для РУ с двойной системой шин, двойной системой шин с обходной и двойной секционированной системой с обходной. При этом число присоединений – не более восемнадцати. Схема защищаемых шин показана на рис. 5.8. Присоединения Q1 (ШСВ), Q3 (СВ) и Q4 (СВ) выполнены с жесткой фиксацией. Для присоединений Q5 (обходной выключатель, Q17 и Q18 можно менять фиксацию с одной системы шин на другую с помощью переключателя, установленного на дверях шкафа. Фиксация остальных присоеди- нений Q6-Q16 задается программой и может меняться с помощью дисплея и клавиатуры Рис. 5.8. Схема распределительного устройства с двумя системами сборных шин и с обходной системой шин Дифференциальная защита шин имеет 18 входов для подключения к 18 трехфазным группам трансформаторов тока, причем коэффициенты трансформации у отдельных присоединений могут быть различными. В защите предусмотрена функция выравнивания различных коэффициентов трансформации трансформаторов тока. Точность выравнивания Защита действует при всех видах КЗ. Защита выполняется пофаз- ной. В шкафу устанавливаются три терминала БЭ2704 061. Каждый обеспечивает защиту одной фазы сборных шин. Упрощенная структурная схема защиты приведена на рис. 5.9. 208 Рис. Упрощенная функциональная схема дифференциальной защиты сборных шин Защита содержит пусковой орган (ПО, действующий при КЗ на и II системах шин, и избирательные органы первой (ИО) и второй (ИО2) систем шин, которые определяют поврежденную систему шин. Отключение поврежденной системы шин выполняется, если срабатывает пусковой орган и избирательный орган поврежденной системы шин. Пусковой орган через промежуточные трансформаторы тока включен на токи всех присоединений обеих систем шин, за исключением ШСВ. Избирательные органы первой (ИО) и второй (ИО) систем шин включаются на токи присоединений, зафиксированных на или II систему шин. Фиксация присоединений осуществляется по уставкам (программно) с помощью узла конфигурирования фиксации присоединений. Для действия на отключение в режиме опробования, в том числе и при неуспешном АПВ шин, в защите используется чувствительный токовый орган (ЧТО, который имеет более высокую чувствительность, чем пусковой орган. Это вызвано тем, что в режиме опробования на неустранившееся КЗ будет включаться только одно присоединение и ток КЗ может быть значительно меньше, чем при нормальной схеме распределительного устройства. Реле тока ДЗШ состоят из следующих узлов формирователя дифференциального и тормозного сигналов быстродействующего органа (БО, рис. 5.9); – медленнодействующего органа МО; – дифференциально-фазного органа ДФО. В защите формируется дифференциальный ток с учетом принятых положительных направлений токов к шинам как модуль геометрической суммы всех токов, поступающих на вход реле д (Тормозной ток рассчитывается как полусумма модулей всех токов, поступающих на вход реле ДЗШ: 5 0 1 т ∑ = n n I , I (5.26) Быстродействующий орган определяет разность скорости нарастания передних фронтов дифференциального и тормозного токов при КЗ. При КЗ в зоне дифференциальные и тормозные токи нарастают практически одновременно, а при внешнем КЗ тормозной ток нарастает раньше дифференциального. Медленнодействующий орган работает по принципу контроля формы дифференциального тока. При КЗ в зоне действия защиты дифференциальный ток по форме близок к синусоидальному и при выпрямлении изменяется два раза за период. При внешнем КЗ дифференциальный ток определяется насыщением высоковольтных трансформаторов тока, содержит большую апериодическую составляющую, за счет чего смещается относительно оси времени и при выпрямлении изменяется один раз за период. Дифференциально-фазный орган является дополнительным фактором, определяющим местонахождения КЗ: в зоне действия защиты (на шинах) или вне ее. Определение зоны КЗ осуществляется по углу сдвига фаз между векторами токов, сформированных из токов присо- единений. При КЗ на шинах угол между векторами токов близок к нулю. При внешних КЗ угол между векторами токов может составлять величину до Чувствительный токовый орган состоит из реле тока (ЧТО РТ) и блокирующего реле ЧТО РБ, включенных по логической схеме «И» (элемент Реле тока ЧТО РТ задает уставку потоку срабатывания, а блокирующее реле ЧТО РБ обеспечивает отстройку от небаланса, возникающего от бросков тока намагничивания при включении трансформаторов. При обрывах и других неисправностях во вторичных цепях трансформаторов тока увеличивается ток небаланса в дифференциальных реле. Для выявления неисправностей предусмотрены реле контроля, которые включаются вцепи реле ПО, ИО и ИО (на схеме не показаны. При срабатывании реле контроля обеспечивается сигнализация неисправность цепей тока и блокировка защиты, для чего сигнал подается на запрещающий вход элемента Ирис. Работа защиты. При коротком замыкании на I системе шин защита должна отключить все присоединения первой системы шин, назначенные уставкой для отключения «откл», шиносоединительный и секционный выключатели. При этом сработает пусковой орган ПО и через элемент ИЛИ, И) подаст сигнал на элемент И. Сработает также избирательный орган I системы шин ИО и через элемент ИЛИ) подаст сигнал на другой вход элемента И. С выхода элемента И) сигнал через элемент ИЛИ) и элемент с выдержкой времени на возврат В) подается на выходные реле защиты, которые производят отключение, пуск УРОВ и запрет АПВ присо- единений I системы шин, кроме выбранного уставкой для опробования системы шин (АПВШ). При КЗ на второй системе шин сработают пусковой орган ПО, избирательный орган второй системы шин ИО, и отключение будет производиться через элементы И, ИЛИ) и элемент с выдержкой времени на возврат В(14). После срабатывания ДЗШ и отключения всех питающих элементов возможно АПВ шин включением одного присоединения. При неуспешном АПВ токи КЗ могут быть значительно меньше, чем в полной схеме. Чтобы защита сработала ив этом случае, используется чувствительный токовый орган ЧТО, который действует следующим образом. При первом срабатывании ДЗШ сигнал с выхода элемента ИЛИ) подается на вход элемента с выдержкой времени на возврат В. Выдержка времени на возврат должна быть больше времени АПВШ. Элемент В запомнит, что было срабатывание ДЗШ, и подаст сигнал на вход элемента И, и после срабатывания реле ЧТО сигнал с выхода элемента И) будет подан на вход элемента ИЛИ. Через элемент В будет подан сигнал на выходные реле защиты. Срабатывание защиты после неуспешного АПВ второй системы шин производится через элемент с выдержкой времени на возврат В3, элементы И, ИЛИ(15). Расчет защиты. Микропроцессорные защиты не предъявляют жестких требований по равенству коэффициентов трансформации высоковольтных трансформаторов тока у всех присоединений. Трансформаторы тока могут выбираться по номинальным токам присоедине- ний. Выбранные коэффициенты трансформации трансформаторов тока указываются в карте заказа шкафа ДЗШ. В защите производится выравнивание вторичных токов при различных коэффициентах трансформации трансформаторов тока присоединений в соответствии с картой заказа. Точность выравнивания – не более ±3% от базисного тока. Дифференциальная защита шин выполнена с торможением от полусуммы модулей токов в тормозной цепи реле т Тормозная характеристика защиты приведена на рис. 5.10. Она состоит из двух участков – горизонтального и наклонного. Начальный горизонтальный участок задается током срабатывания I д0 Рис. 5.10. Тормозная характеристика дифференциальной защиты сборных шин. Начальный ток срабатывания дифференциальной защиты I д0 выбирается по условию отстройки оттока нагрузки самого мощного присоединения (отстройка от обрыва токовых цепей д = 1,2 баз, где баз – номинальный ток самого мощного присоединения (присоединения с наибольшим коэффициентом трансформации трансформаторов тока). Если чувствительность защиты оказывается недостаточной, то начальный ток срабатывания можно не отстраивать оттока небаланса при обрыве токовых цепей (защита выводится из действия при обрывах, тогда д = 0,4 I баз (5.28) Начальный ток срабатывания избирательных органов ИО и ИО2 выбирается равным I д0(ИО1) = д (ИО = 0,4 баз Уставка по начальному току срабатывания изменяется в пределах от 0,4 до 1,2 о.е. (в долях от базисного тока. Длина горизонтального участка, при котором торможение отсутствует, задается уставкой начального тока торможения т. Она не должна быть больше тормозного тока, протекающего через шины, с учетом максимальной перегрузки т ≤ k отс I скв.max / баз, где k отс выбирается в пределах 1,1÷1,5; I скв.max – максимальный сквозной ток нагрузки, протекающий через шины. Уставка по длине начального участка тормозной характеристики регулируется в пределах от 1 до 2 в долях от базисного тока. Коэффициент торможения (наклон характеристики второго участка) выбирается по условию отстройки оттока небаланса при максимальном токе внешнего КЗ: ( ) 0 т т 0 д расч нб отс т, где ток небаланса равен ( ) баз КЗвн I I k k I max выр апер расч . нб + ε ⋅ = ∗ Полусумма тормозных токов ∑ = ∗ баз КЗвн 5 0 I I I , max . т , где коэффициент отстройки k отс = д – относительное значение начального тока срабатывания защиты т – относительное значение тока начала торможения; k апер – коэффициент, учитывающий переходный процесс, принимается равным 2; ε = 0,1 – допустимая погрешность трансформаторов тока; k выр = 0,03 – погрешность выравнивания вторичных токов; I КЗвн.max – максимальное значение тока внешнего КЗ (максимальный режим, как правило, при трехфазном КЗ). 214 Коэффициент торможения т равен тангенсу угла наклона тормозной характеристики. Отсюда угол наклона α равен α = arctg k т Уставка по коэффициенту торможения регулируется в пределах от до 1,2. 4. Уставка чувствительного токового органа (ЧТО) выбирается по условию обеспечения требуемой чувствительности в режиме опробования баз ч.треб КЗ с.рЧТО I k I I .) присоед min( ⋅ = , (где I КЗmin(присоед.) – минимальный ток КЗ от присоединения, которым производится опробование системы шин; k ч.треб = 1,5 – требуемый коэффициент чувствительности. Кроме того, необходимо проверить, что ток срабатывания реле ЧТО отстроен оттока небаланса при самозапуске нагрузки, не отключаемой при действии ДЗШ: ( ) баз нагр выр апер отс с.р.ЧТО I I k k k I + ε ⋅ ⋅ ≥ , где I нагр – ток нагрузки присоединений, не отключаемых действием ДЗШ. Уставка потоку срабатывания ЧТО регулируется в пределах от до 1,0 баз. Реле контроля исправности цепей переменного тока отстраивается оттока небаланса максимального нагрузочного режима. Ток срабатывания реле от обрыва цепей тока равен ( ) баз скв. выр н.р. отс с.р.обр. I I k k I max + ε ⋅ ≥ ; (где k отс = 1,2 – коэффициент отстройки; ε н.р. = 0,03 – погрешности трансформаторов тока в нормальном режиме. Уставка потоку срабатывания реле регулируется в пределах от до 0,2 I баз |