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.
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. От каких повреждений и ненормальных режимов следует защищать трансформаторы Каковы основные особенности автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами Почему нельзя разземлять нейтраль у автотрансформаторов дополнительные факторы необходимо учитывать в дифференциальной защите трансформаторов по сравнению с дифференциальной защитой линий? Как выравниваются вторичные токи в защите по фазе и по величине? 4. Как производится выравнивание вторичных токов в микропроцессорных защитах трансформаторов? 5. Какие слагающие токов небаланса учитываются в дифференциальной защите трансформатора и как они определяются? 6. Каким образом дифференциальные защиты отстраиваются от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение (защиты с реле РНТ, ДЗТ-21 и микропроцессорные защиты)? 7. Каково назначение торможения в дифференциальных защитах Как выполняются тормозные характеристики у защит с реле ДЗТ-11, ДЗТ-21 и у микропроцессорных защит? 8. Назначение и принцип выполнения дифференциальной отсечки в защите трансформатора. 9. С какой целью минимальный ток срабатывания дифференциальной защиты стремятся получить как можно меньше Какое значение I с.з.min можно установить у защит с различными реле и почему (РНТ, ДЗТ-11, ДЗТ-21 и цифровые защиты. Принцип работы газовой защиты. Какие газовые реле вызнаете Их преимущества и недостатки 11. Какие защиты могут использоваться от сверхтоков при внешних КЗ? 12. Как выполняется защита от внешних однофазных КЗ трансформаторов с питанием со стороны высшего напряжения. Каковы особенности выполнения резервных защит автотрансформаторов. Как выполняются и где устанавливаются резервные защиты от однофазных КЗ у автотрансформаторов Почему не устанавливаются эти защиты в нейтрали автотрансформатора. Как выполняются и где устанавливаются защиты от перегрузки трансформаторов. Какие функции защит предусмотрены в микропроцессорных устройствах «Сириус-Т»? 72 2. ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ, РАБОТАЮЩИХ НА СБОРНЫЕ ШИНЫ. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТАМ К шинам генераторного напряжения могут подключаться генераторы мощностью не более 120 МВт при напряжении 10 кВ и 63 МВт при напряжении 6 кВ. Сети генераторного напряжения 6 и 10 кВ работают с изолированными или компенсированными нейтралями. Турбогенераторы типа ТВФ 63 или 120 МВт выполняются с непосредственным охлаждением водородом обмотки ротора и косвенным водородным охлаждением обмотки статора. Каждая фаза обмотки статора этих генераторов состоит из двух параллельных ветвей. Три фазы параллельных ветвей соединяются в две звезды. Затем нулевые точки соединяются между собой через трансформатор тока, используемый в защите. В настоящей главе рассматриваются защиты генераторов типа ТВФ. На действующих ТЭЦ с шинами генераторного напряжения находятся в эксплуатации генераторы с воздушным охлаждением типа Т-2 мощностью 12; 25 и 50 МВт. На этих генераторах установлен тот же набор защит, что и у генераторов типа ТВФ, однако отдельные защиты могут выполняться поболее простым схемами с использованием устройств, в настоящее время снятых с производства. На генераторах типа ТВФ мощностью 60-120 МВт, работающих на сборные шины, устанавливаются следующие защиты от многофазных замыканий в обмотке статора и на выводах генератора продольная дифференциальная токовая защита от замыканий между витками одной фазы в обмотке статора генератора односистемная поперечная дифференциальная токовая защита от однофазных замыканий в обмотке статора генератора – чувствительная токовая защита нулевой последовательности от двойных замыканий на землю, одно из которых находится в генераторе, а другое в сети генераторного напряжения – токовая защита нулевой последовательности без выдержки времени – от внешних несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок токовая защита обратной последовательности от внешних симметричных КЗ – максимальная токовая защита спуском минимального напряжения или дистанционная защита от симметричных перегрузок обмотки статора – максимальная токовая защита от перегрузки ротора турбогенератора – защита, реагирующая на повышение напряжения на обмотке ротора от замыкания на землю в двух точках цепи возбуждения – токовая защита с четырехплечим мостом от асинхронного режима при потере возбуждения – дистанционная защита. Продольная и поперечная дифференциальные защиты и защиты от замыканий на землю являются основными защитами генератора и предназначены для отключения генератора при повреждениях в обмотках и на его выводах. Защиты от внешних несимметричных и симметричных КЗ являются резервными защитами и выполняют функции дальнего и ближнего резервирования, для чего действуют с двумя выдержками времени с первой обычно отключают шиносоединительный выключатель и секционные выключатели смежных секций, а со второй – выключатель генератора и АГП. 2.2. ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА Основной защитой генератора от многофазных КЗ в обмотке статора является продольная дифференциальная защита (рис. 2.1). Защита подключается к трансформаторам тока со стороны нулевых выводов генератора ТА и со стороны линейных выводов ТА, которые установлены в распределительном устройстве (РУ) генераторного напряжения. В зону действия защиты, таким образом, входят обмотки статора и ошиновка генератора до РУ генераторного напряжения. Для генераторов мощностью выше 30 МВт защита выполняется трехфазной. Со стороны нулевых выводов генератора трансформаторы тока охватывают обе параллельные ветви каждой фазы. Трансформаторы тока ТА и ТА выбираются с одинаковыми коэффициентами трансформации К Рис. 2.1. Продольная дифференциальная токовая защита обмотки статора При внешних КЗ (точка К, рис. 2.2) первичные токи İ I и İ II будут одинаковыми ив дифференциальных реле защиты будет протекать ток р, равный разности вторичных токов, которая равна вторичному току небаланса: I I II I I 2 I I I I - I I K K K нб 1 р = − = = (Оттока небаланса защита должна быть отстроена, тогда она не будет срабатывать при внешних КЗ. При КЗ в обмотке статора генератора или на его выводах (точка К2, рис. 2.2) оба первичных тока İ I и İ II будут направлены в генератор, вторичные токи в реле будут направлены согласно (токи İ II и İ 2 на рис 2.2 для этого случая показаны пунктиром) и ток в реле р будет равен вторичному току КЗ: I I II I I K I K I K I I I I КЗ 2 р (Рис. 2.2. Токи КЗ в дифференциальной защите генератора Защита сработает. Токовые реле защиты КАТ, КАТ, КАТ (рис) замкнут свои контакты вцепи выходного промежуточного реле, которое, сработав, отключит выключатель генератора Q1, автомат гашения поля (АГП) и остановит турбину. Указательное реле КН действует на сигнал о работе защиты. Для повышения чувствительности и лучшей отстройки от токов небаланса при внешних КЗ в защите используются реле тока с быст- ронасыщающимися трансформаторами типа РНТ-565. Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки оттока небаланса, проходящего в реле при внешних КЗ: расч нб отс з с I k I ⋅ = , (2.3) где k отс – коэффициент отстройки, равный 1,3. 76 Расчетный ток небаланса I нб.расч определяется по выражению ) ( . max . . I k k I 3 КЗвн одн апер. нб.расч. ε ⋅ ⋅ ⋅ = , где k апер – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую в реле при внешних КЗ; при использовании реле типа РНТ-565 может быть принят равным 1; k одн – коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимается равным 0,5; ε – допустимая полная погрешность трансформаторов тока, равна I (3) КЗ вн.max – периодическая составляющая тока (при t=0), протекающего через трансформаторы тока защиты при внешнем КЗ на выводах генератора. В дополнение к указанному выше должно выполняться условие, которое практически всегда является расчетным: ном з с ) 6 , 0 5 , 0 ( I I ⋅ ÷ = , где ном – номинальный ток генератора. Из двух условий (2.3) и (2.5) за расчетный принимается больший ток I с.з. Продольная дифференциальная защита во всех случаях должна иметь коэффициент чувствительности не менее з с ) 2 ( КЗ ч ≥ = I I k min , где I (2) КЗmin – периодическая составляющая тока для t=0 при металлическом двухфазном КЗ на выводах генератора. Ток КЗ определяется для двух режимов КЗ в генераторе, работающем на холостом ходу, когда к месту КЗ подходит ток только от генератора, и КЗ в генераторе при включении его методом самосинхронизации, когда у генератора еще нет возбуждения и ток к месту КЗ подходит только из сети. В (подставляется меньшее значение тока КЗ, рассчитанное для двух указанных режимов 2.3. ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА Для защиты генератора от витковых замыканий в обмотке статора, выполненной с двумя параллельными ветвями на фазу, применяют од- носистемную поперечную дифференциальную защиту (рис. Рис. 2.3. Односистемная поперечная дифференциальная токовая защита Параллельные ветви обмотки статора соединяются в две «звезды», нулевые точки которых объединяются специальным токопроводом, в котором устанавливается трансформатор тока ТА с подключенной к нему защитой KAZ. Защита выполняется на реле тока РТ-40/Ф с фильтром высших гармоник В нормальном режиме токи параллельных ветвей одной фазы равны, сумма токов трех фаз каждой звезды равна нулю ив реле ток не проходит. Через реле будут замыкаться только токи небаланса в основном высших гармоник, кратных трем. Для отстройки защиты от высших гармоник используется фильтр Принцип действия поперечной дифференциальной защиты поясняется схемой на рис. 2.4. В нормальном режиме ЭДС двух параллельных ветвей одной фазы равны Ė 1 = Ė 2 . При замыкании части α 78 витков одной параллельной ветви закорачивается ЭДС ΔĖ, под действием которой в закороченной части обмотки будет протекать ток КЗ. ЭДС оставшейся части параллельной ветви будет равна Под действием разности ЭДС двух параллельных ветвей между ними и по токопроводу, соединяющему две звезды, будет протекать уравнительный ток, который вызовет срабатывание защиты 1 2 1 2 1 защ x x E x x E E I + ∆ = + − ′ = , (где хи х – сопротивления поврежденной и неповрежденной параллельных ветвей. Рис. 2.4. Принцип действия поперечной дифференциальной защиты С уменьшением доли замкнувшихся витков α ток İ защ будет уменьшаться, поэтому защита имеет мертвую зону. Защита может также сработать при замыкании между ветвями одной фазы и между ветвями разных фаз. Ток срабатывания защиты отстраивается оттока небаланса при внешних КЗ и принимается равным ном з с ) 3 0 2 0 ( I I ÷ = , где ном – номинальный ток генератора 2.4. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ОБМОТКЕ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРА Рассматриваемые генераторы работают на сеть 6 или 10 кВ с изолированными или компенсированными нейтралями, поэтому замыкание фазы на землю К (на сталь статора генератора) не является коротким замыканием. Через место повреждения будут протекать емкостные токи, обусловленные емкостями фаз сети генераторного напряжения. Опасным для генератора считается емкостный ток, превышающий при замыкании на землю в его обмотке Ат. к. такой ток будет поддерживать дугу вместе замыкания, что приводит к выгоранию обмотки и стали статора. Емкостный ток сети генераторного напряжения, как правило, превышает А, поэтому на генераторах, работающих на сборные шины, предусматривается защита, реагирующая на емкостный ток замыкания на землю, который представляет собой ток нулевой последовательности – Поскольку токи замыкания на землю малы по сравнению стоками междуфазных КЗ, защита генератора от замыканий на землю должна иметь высокую чувствительность. Поэтому для подключения защиты используется специальный трансформатор тока нулевой последовательности шинного типа ТНПШ с подмагничиванием (рис. 2.5, рис. Рис. 2.5. Трансформатор тока нулевой последовательности с подмагничиванием ТНПШ состоит из двух прямоугольных сердечников, набранных из листовой стали, которые охватывают токопроводы трех фаз, которые являются первичной обмоткой ТНПШ. На каждом сердечнике находится по одной секции вторичной обмотки w 2 и по одной секции обмотки подмагничивания w п Секции вторичной обмотки соединены последовательно согласно, и к ним подключается токовое реле защиты КА. Рис. 2.6. Влияние подмагничивания на вторичную ЭДС ТНП: а – упрощенная схема ТНП: 1 – сердечник ТНП; 2 – вторичная обмотка 3 – обмотка подмагничивания б – характеристика намагничивания Подмагничивание переменным током улучшает трансформацию емкостных токов. Без подмагничивания ТНП работает в начальной пологой части характеристики (рис. 2.6, б. В этом случае, когда по первичной цепи проходит ток замыкания на землю з, который создает поток з, во вторичной обмотке наводится ЭДС точка А. Если подмагничивать сердечник переменным током п, то ЭДС во вторичной обмотке будет определяться суммой двух магнитных потоков, создаваемых током İ з и ампервитками обмотки подмагничивания п п п. При этом рабочая точка будет находиться в крутой части характеристики (точка Си ток з будет наводить во вторичной обмотке ЭДС 2 E ′′ , значительно большую, чем Для того чтобы магнитный поток подмагничивания не создавал ток в реле, обмотки подмагничивания двух сердечников соединены последовательно-встречно, при этом ЭДС оттока подмагничивания Е п , наводимые в двух секциях вторичной обмотки, будут направлены встречно и взаимно компенсируются. Схема защиты приведена на рис. 2.7. Цепь подмагничивания подключается к трансформатору напряжения TV (трансформатор используется для питания АРВ). К вторичной обмотке ТНПШ подключено реле тока KAZ типа РТЗ-51. Защита действует с выдержкой времени (реле КТ) для отстройки от бросков емкостного тока вовремя переходных процессов при замыкании в сети. Рис. 2.7. Токовая защита нулевой последовательности генератора, работающего на сборные шины Ток срабатывания защиты от однофазных замыканий на землю отстраивается оттока небаланса и собственного емкостного тока генератора, который он посылает при замыкании на землю в сети: ) I k I k ( k I . ' . нб '' отс С отс в с.з. 1 + ⋅ = , где С – емкостный ток генератора; k в – коэффициент возврата реле РТЗ-51, равный 0,9; ' отс k =2; ' ' k отс =1,5; I нб – первичный ток небаланса. Ток срабатывания защиты I с.з. должен быть не меньше 5 А При использовании трансформатора тока нулевой последовательности ТНПШ-ЗУ для генераторов типа ТВФ расчетные значения токов срабатывания, определенные по (2.9), получаются равными генератор ТВФ-63, 6,3 кВ – I с.з. = 4,1 А генератор ТВФ-63, 10,5 кВ – I с.з. = 4,6 А генератор ТВФ-110 (120), 10,5 кВ – I с.з. = 4,18 А. В защите от замыкания на землю генератора ТВФ-110 и ТВФ-120 производится компенсация собственного емкостного тока генератора. Время срабатывания защиты выбирается равным t с.з. =1,5-2 с. Для защиты генератора от двойных замыканий на землю, когда одно замыкание на землю находится в генераторе, а другое – в сети генераторного напряжения, используется реле КАТ типа РНТ-565, которое действует без выдержки времени на выходное промежуточное реле KL. Ток срабатывания защиты от двойных замыканий на землю принимается равным 100-200 А (соответствует минимальной уставке реле РНТ-565). В настоящее время ТНПШ заводами не выпускаются, но еще находятся в эксплуатации. Поэтому для генераторов, ошиновка которых до сборных шин выполняется комплектными экранированными токопроводами, разработана во ВНИИЭ и выпускается ЧЭАЗ защита нового типа – селективная высокочувствительная защита типа ЗЗГШ-3 (БРЭ 1301.03), которая реагирует на токи высших гармонических составляющих в дифференциальном токе Упрощенная схема защиты приведена на рис. 2.8. Защита состоит из токовых реагирующих органов, пускового органа напряжения и блока питания. Токовые реагирующие органы включаются по схеме дифференциальной защиты, но реагируют на высшие гармоники токов фаз. Составляющая 50 Гц подавляется входными фильтрами. Пусковой орган защиты реагирует на напряжение нулевой последовательности, которое появляется при замыканиях на землю и вводит защиту в действие. При междуфазных КЗ защита в работу не вводится Рис. 2.8. Схема подключения защиты типа БРЭ При внешних однофазных замыканиях на землю (точка Кв защите будет протекать разность емкостных токов генератора и сети, при этом защита не будет срабатывать. При замыкании на землю водной из фаз статора в зоне действия защиты (точка Кв поврежденной фазе будут протекать емкостные токи в точку замыкания на землю. В защите вторичные токи будут складываться. Уровень токов высших гармоник, поступающих в защиту, резко возрастет, и защита сработает с высоким коэффициентом чувствительности. Защита имеет мертвую зону (зону недействия) – часть обмотки, примыкающую к нейтрали 2.5. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ВО ВТОРОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ Цепи возбуждения генератора изолированы от земли и не заземляются, поэтому замыкания на землю водной точке цепи не влияют на работу генератора. Появление замыкания на землю водной точке обнаруживается оперативным персоналом при периодическом измерении изоляции цепей возбуждения с помощью вольтметра, после чего к поврежденному генератору подключается защита от замыканий на землю во второй точке цепи возбуждения. Защита выполняется в виде переносного устройства типа КЗР-2 (комплект защиты ротора, упрощенная схема которого приведена на рис. 2.9 [4]. Рис. 2.9. Защита от замыканий на землю во второй точке возбуждения: а – принцип работы б – упрощенная схема Защита КЗР-2 работает по принципу четырехплечего моста. Плечами моста являются сопротивления обмотки ротора генератора ' в R и 'вот места первого замыкания на землю K1 до ее полюсов и сопротивления потенциометра ' R и ' ' R от движка до полюсов обмотки возбуждения, к которым подключают потенциометр. В диагональ моста между движком потенциометра и землей включены реле тока KA и вольтметр с кнопкой для настройки защиты (рис. 2.9, б. Перед вводом защиты в работу мост уравновешивается путем установки движка потенциометра в такое положение, когда показания вольтметра будут равны нулю, те. сопротивления плеч моста будут находиться в соотношении 'п 'п "в ' в / / R R R R = Напряжение на реле А будет равно нулю. После этого защита вводится в работу. При возникновении второго замыкания в точке К часть обмотки возбуждения закорачивается, сопротивление '' в R уменьшается, равновесие моста нарушается, в его диагонали появляется токи защита сработает, если ток будет достаточным для срабатывания реле. За счет неравномерности воздушного зазора в машине магнитный поток, с которым сцепляются части обмотки возбуждения, разделенные точками К и К, пульсирует. При этом через реле может проходить переменный ток. Для предотвращения ложного срабатывания реле под воздействием этого тока принимается ряд мер последовательно сего обмоткой включается дросcель, параллельно – конденсатор (рис. 2.9, б. Для предотвращения случайных срабатываний защита снабжается небольшой выдержкой времени. Защита обладает рядом недостатков имеет мертвую зону не работает, если точка К располагается вблизи полюса ее трудно отстроить от переменного тока в реле Однако лучших исполнений нет. Поэтому защита используется на генераторах, которые оставляются на некоторое время в работе с замыканием на землю водной точке цепи возбуждения. На мощных турбогенераторах защита действует на отключение генератора и АГП, на генераторах средней мощности может действовать на сигнал. ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ Токи обратной последовательности протекают в обмотке статора при внешних несимметричных КЗ, неполнофазных режимах в энергосистеме и при больших несимметричных нагрузках близких потребителей (дуговых электропечей, тяговых подстанций и др.). Допустимая длительность протекания тока обратной последовательности определяется выражением доп, (где 2 * I – относительное значение тока обратной последовательности (отношение I 2 /I ном ); А – постоянная генератора, дается заводом-изготовителем. Она представляет собой нормированный тепловой импульс при нагреве токами обратной последовательности. Для генераторов типа ТВФ и 110 МВт А, для турбогенераторов с косвенным охлаждением типа ТА На генераторах 60-110 МВт для защиты от несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок применяется четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности, схема которой представлена на рис. 2.10. Защита выполнена с двумя реле тока обратной последовательности типа РТФ-9 (ранее выпускались реле РТФ-7), которые подключаются к трансформаторам тока, установленным со стороны нулевых выводов генератора (реле KAZ1 и Реле РТФ-9 состоит из фильтра токов обратной последовательности, к которому подключаются два реле тока, выполненные на интегральных микросхемах. Одно реле имеет больший ток срабатывания другое реле более чувствительное. Выходными элементами реле тока являются промежуточные реле KL2 (чувствительное) и KL1 (грубое Рис. 2.10. Токовая защита обратной последовательности, МТЗ спуском напряжения и защита от перегрузки Защита выполняется стремя ступенями, действующими на отключение, и четвертой, действующей на сигнал. Первая ступень защиты А (KL1) должна отключать несимметричные КЗ на выводах генератора (ближнее резервирование. Она действует с выдержкой времени (реле КТ1) на отключение генератора и АГП. Вторая ступень защиты предназначена для отключения несимметричных КЗ в прилежащей сети (дальнее резервирование). Третья ступень предназначена для защиты генератора от перегрузок токами I 2 при неполнофазных и несимметричных режимах. Вторая и третья ступени действуют с двумя выдержками времени с первой (проскальзывающие контакты реле времени КТ2 и КТ4) защита отключает шиносоединительный и секционные выключатели, со второй выдержкой времени (упорные контакты реле КТ2 и КТ4) защита действует на отключение выключателя генератора и АГП. Выдержка времени третьей ступени защиты обычно принимается равной 40 с, поэтому в схеме использованы два реле времени максимальная уставка повремени у каждого составляет 20 с. Уставки потоку и повремени ступеней защиты должны выбираться таким образом, чтобы ступенчатая характеристика своими верхними точками по возможности совпадала с тепловой характеристикой генератора, построенной по выражению доп Тогда при действии любой ступени защиты не будет превышения допустимой длительности несимметричного режима для генератора. Для генераторов типа ТВФ (А) рекомендуются уставки ступенчатой токовой защиты обратной последовательности, приведенные в табл. 2.1 [22], в которой I *2с.з. – уставка потоку обратной последовательности в долях от номинального t с.з. – уставка повременив секундах. Выдержки времени второй и третьей ступени даны для упорного контакта реле времени. Выдержки времени, устанавливаемые на проскальзывающих контактах реле времени этих ступеней, должны быть на ступень селективности |