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.
|
|
ГЕНЕРАТОРОВ БЛОКОВ В качестве основной защиты от междуфазных КЗ в обмотке статора на всех генераторах блоков используется продольная дифференциальная защита. Она подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны линейных выводов и со стороны нулевой точки генератора. Для генераторов типов ТВВ и ТГВ мощностью 160 МВт и более минимальный ток срабатывания защиты должен лежать в пределах (0,1-0,2)I ном.г. (согласно ПУЭ [1]) для того, чтобы защита действовала в самом начале повреждения при КЗ через большое переходное сопротивление. Для этих генераторов применяется дифференциальное реле типа ДЗТ-11/5 с быстронасыщающимся трансформатором и магнитным торможением или микроэлектронное реле РСТ-15. Реле ДЗТ-11/5 имеет одну тормозную обмотку, которая включается во вторичную цепь трансформаторов тока со стороны линейных выводов генератора. Схема внутренних соединений реле и схема его включения для защиты генераторов различных типов приведены на рис. Насыщающийся трансформатор реле обеспечивает отстройку от апериодической составляющей в токе небаланса при внешних КЗ. Рис. 3.4. Схема продольной дифференциальной защиты генератора с реле ДЗТ-11/5: а – при установке трансформаторов тока со стороны нейтрали на две параллельные ветви обмотки статора б – тоже, на каждую параллельную ветвь Рабочая обмотка реле р имеет 144 витка и выполняется с одной отпайкой от средней точки. Отпайка используется для выравнивания действия токов в плечах защиты, если трансформаторы тока со стороны нулевых выводов генератора установлены на каждой параллельной ветви обмотки статора (рис. 3.4, б). Магнитодвижущая сила срабатывания реле F с.р. =100А, минимальный ток срабатывания реле при отсутствия торможения 144 р р с р с = = = w F I min А. Ток срабатывания защиты при этом I min min K I I ⋅ = р с з с, где K I – коэффициент трансформации трансформаторов тока генератора. При этом для всех генераторов первичный ток срабатывания составляет (0,1 – 0,2)I ном Использование тормозной обмотки дает возможность отстроить защиту от токов небаланса с помощью торможения, для чего выбирается число витков тормозной обмотки т в следующем порядке 1. Определяется максимальное значение расчетного тока неба- ланса в защите при внешнем КЗ или при асинхронном ходе: I нб.расч. =k одн k апер εI (3) , где k одн – коэффициент однотипности, принимается для однотипных трансформаторов со стороны линейных выводов и нейтрали равным, а для разнотипных – 1; k апер =1 – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую в токе КЗ; ε = 0,1 – полная погрешность трансформаторов тока – периодическая составляющая тока трехфазного КЗ, протекающая через генератор при повреждении на его выводах, или наибольшее значение тока асинхронного хода при угле расхождения ЭДС системы и генератора Ток асинхронного хода, приведенный к напряжению генератора, определяется по формуле с бл , a x x U I max + ⋅ = , (3.3) 106 где U – линейное напряжение генератора; x бл =х г +х т – сопротивление цепи блока, при этом сопротивление генератора равно d x ′ (переходное реактивное сопротивление – сопротивление системы в максимальном режиме. Все сопротивления должны быть приведены к напряжению генератора. Определяется намагничивающая сила рабочей обмотки реле р расч нб отс р р р, где отс k = 1,3 ÷ 1,5 – коэффициент отстройки; р w =144 – число витков рабочей обмотки. Определяется тормозная намагничивающая сила т по тормозной характеристике реле (рис. 1.19). При аппроксимации тормозной характеристики гиперболой 100 136 рт. Определяется число витков тормозной обмотки т т т I F w = (3.6) Так как по тормозной обмотке протекает вторичный ток одного из плеч защиты, то при внешнем КЗ по ней будет протекать вторичный ток КЗ или ток асинхронного режима I K I I ) 3 ( т = (3.7) Принимается ближайшее большее целое число витков тормозной обмотки w т.уст. , которое можно установить на реле (см. рис. Для генераторов типа ТВФ 63-120 МВт, согласно ПУЭ [1], ток срабатывания дифференциальной защиты должен быть не более) номинального тока генератора. Защита выполняется трехфазной с использованием трех реле типа РНТ-565 с улучшенной отстройкой от апериодической составляющей в токе небаланса. 107 Первичный ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешнем коротком замыкании расч нб отс з с I k I ⋅ = , где k отс – коэффициент отстройки, принимается равным Расчетный ток небаланса I нб.расч. определяется по формуле (Дополнительно к условию (3.8) должно удовлетворяться следующее условие, которое практически всегда является расчетным: ном з с ) 6 , 0 Принимать значения I с.з. меньше указанных в выражении (3.9) не рекомендуется во избежание недостаточной отстройки защиты от переходных процессов. Расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора реле РНТ-565 определяется по выражению р с р с расч. I F w = , где з с р сток срабатывания реле K I – коэффициент трансформации трансформаторов тока вцепи генератора р с F – намагничивающая сила срабатывания реле, F с.р. =100 А. Принимается ближайшее меньшее целое число витков уст, которое можно установить на реле (рис. 3.5). Иногда для установки требуемого числа витков необходимо последовательно включить рабочую и уравнительную обмотки. После выбора числа витков обмотки определяется уточненное значение тока срабатывания защиты I K w F I ⋅ = уст р с з.уточн с Рис. 3.5. Схема продольной дифференциальной защиты генератора с реле ДЗТ-11/5 Коэффициент чувствительности защиты определяется по выражению 2уточн з с КЗ ч ≥ = I I k min , где min I КЗ определяется при двухфазном КЗ на выводах генератора в случае одиночно работающего генератора самосинхронизации (см. раздел На блоках с выключателем вцепи генератора дифференциальная защита генератора действует на отключение выключателя генератора (рис. 3.3), на гашение поля генератора и возбудителя и на останов турбины в схеме технологических защит. На блоках без выключателя вцепи генератора и на блоках с выключателями нагрузки вцепи генератора дифференциальная защита генератора действует на отключение всего блока, те. отключает выключатели на стороне ВН блока, выключатели 6 кВ за рабочим трансформатором собственных нужд, включает короткозамыкатель в нейтраль трансформатора блока, действует на гашение поля генератора и останов турбины. Отключение выключателей со стороны 6 кВ рабочего ТСН необходимо для автоматического перевода (с помощью АВР) нагрузки собственных нужд на резервный источник. ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ МЕЖДУ ВИТКАМИ ОДНОЙ ФАЗЫ В ОБМОТКЕ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРА Односистемная поперечная дифференциальная токовая защита устанавливается на генераторах, имеющих выведенные параллельные ветви обмотки статора. Защита выполняется на реле РТ-40/Ф с фильтром высших гармоник, которое присоединяется к трансформатору тока, установленному в перемычке между нейтралями параллельных обмоток статора. Схема защиты приведена на рис. Ток срабатывания защиты должен быть отстроен оттока небалан- са при внешних коротких замыканиях и принимается равным гном з с I I − = (3.13) где гном номинальный ток генератора. Ток срабатывания реле , з р с I K I I = (3.14) где K I – коэффициент трансформации трансформатора тока, питающего защиту, который принимается [7]: – для генераторов 60 и 120 МВт K I = 1500/5; – для генераторов 200 МВт K I = 2000/5; – для генераторов 300 МВт K I = 3000/5; – для генераторов 500 МВт K I = 2000/5; – для генераторов 800 МВт K I = 3000/5. 3.5. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ОБМОТКЕ СТАТОРА БЛОЧНОГО ГЕНЕРАТОРА Токи и напряжения нулевой последовательности. Если генератор работает блоком с трансформатором, то сеть генераторного напряжения включает обмотку статора генератора, обмотку низшего напряжения трансформатора блока, ошиновку генератора, отпайку к ТСН и обмотку ТСН. Генераторы работают с изолированными нейтралями. С сетью ВН генераторы связаны через повышающий трансформатор, те. электрической связи с сетью ВН нет. Генератор связан с сетью ВН посредством электромагнитной индукции и емкостной связи СТ (рис. Емкость СТ очень мала, поэтому при замыкании на землю в сети ВН трансформатора (точка К) через емкости СТ, емкости СТ, емкости сети генераторного напряжения С С , емкости обмоток генератора С Г и через землю будет протекать емкостный ток Г, равный ( ) Σ + = 0 Т 2 K 0 Г 0 х x U I , где 2 K 0 U – напряжение нулевой последовательности в точке К при замыкании на землю; 1 Т Т 1 C x ω = ; ) ( 1 Т C 0 Т 0 C C C x + + = Σ ω Поскольку х Т очень велико, Г измеряется долями ампера. Напряжение нулевой последовательности на стороне генератора блока при этом Σ ⋅ = С Г 0 Г 0 х I U будет также мало – (1-3)%U ф Таким образом, в блочных схемах при замыканиях на землю в сети ВН U 0Г и Г будут ничтожно малы, и защита от них может быть отстроена. При замыкании на землю в обмотке статора генератора (точка К1, рис 3.6) вместе замыкания появляется напряжение нулевой последовательности К. Величина К зависит от числа замкнувшихся витков обмотки статора генератора К U ф.г. , где U ф.г. – фазное напряжение генератора. Если замыкание возникло в сети генераторного напряжения или на выводах генератора, то α =1 и U 0К1 =U ф.г. . При приближении точки замыкания на землю к нейтрали генератора К уменьшается и при замыкании в нейтрали α =0 и К (рис. 3.6, б). Под действием напряжения нулевой последовательности К через место замыкания будет протекать емкостный ток нулевой последовательности з, который определяется емкостями обмотки генератора С Г , обмотки НН трансформатора СТ и сети генераторного напряжения С С : Г C 0 T 1 K 0 з Ток з, как и напряжение К, изменяется при изменении Характер зависимости U 0 из от числа замкнувшихся витков α показан на рис. 3.6, б. Рис. 3.6. Токи и напряжения нулевой последовательности в генераторе блока при замыканиях на землю: а – схема замещения блока б – зависимость U 0 из от числа замкнувшихся на землю витков обмотки статора Значения емкостей элементов сети генераторного напряжения невелики, поэтому ток вместе замыкания на землю з относительно мал. Он определяется в основном емкостью обмотки статора генератора, зависит от типа и мощности генератора и достигает 4,5-15 А. Напряжение нулевой последовательности Г при замыкании на выводах достигает фазного Защита, реагирующая на напряжение 3U 0 . Раньше в России на блочных генераторах применялась защита, реагирующая на напряжение при замыкании на землю. Схема защиты приведена на рис. 3.7. Она состоит из реле максимального напряжения KV, которое подключается на напряжение 3U 0 к фильтру напряжения нулевой последовательности, в качестве которого используется схема соединения вторичных обмоток трансформатора напряжения в разомкнутый треугольник. В нормальном режиме 3U 0 =0. Однако из-за погрешностей трансформатора напряжения и наличия третьих гармоник в ЭДС генератора на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение небаланса U нб =U нб.погр +U 03 (3.17) Рис. 3.7. Защита от замыканий на землю блочного генератора, реагирующая на Напряжение срабатывания защиты должно быть отстроено от напряжения небаланса U с.з. =k отс U нб (Обычно принимается U с.з. =(0,1 – 0,15)U ном.г. 113 При замыкании на землю вблизи нейтрали напряжение нулевой последовательности Г может оказаться меньше, чем напряжение срабатывания защиты. Таким образом, защита имеет зону нечувствительности (мертвую зону. Она не действует, если 3U 0 <U с.з. . Число витков, при которых защита не действует, в долях от полного числа витков обмотки фазы α м.з. =U с.з. /U ф Мертвая зона располагается вблизи нейтрали генератора. Мертвая зона может быть определена графически, как это показано на рис. 3.6, б. Защита действует с выдержкой времени для отстройки от переходных процессов при замыкании на землю в сети ВН 5 , 1 1 ЛЭП з с з с ÷ ≈ ∆ + = t t t с, где ЛЭП з с – время срабатывания защит нулевой последовательности ЛЭП со стороны ВН. Защита будет действовать при замыканиях на землю не только в обмотках генератора, но и на всех элементах генераторного напряжения (обмотках НН трансформатора блока, ошиновке генератора). Защита, не имеющая зоны нечувствительности, типа ЗЗГ-11. На мощных генераторах с непосредственным охлаждением обмоток, особенно если обмотка статора охлаждается водой, возможно повреждение изоляции и появление замыкания на землю в любой точке обмотки статора, в том числе и вблизи нейтрали генератора. Если защита не реагирует на эти повреждения, то они со временем переходят в витковые или междуфазные КЗ, которые приводят к значительным разрушениям генератора. Поэтому для генераторов с непосредственным охлаждением обмоток должна применяться (согласно ПУЭ) от замыканий на землю защита, не имеющая мертвой зоны. Для генераторов типов ТВВ и ТГВ 160 МВт и выше разработана во ВНИИЭ и применяется защита типа ЗЗГ-11 (БРЭ1301.01) без зоны нечувствительности [7]. 114 Защита состоит из двух органов – К и К (рис. Рис. 3.8. Защита от замыканий на землю типа ЗЗГ-11 (БРЭ Орган К реагирует на напряжение 3U 0 и представляет собой реле максимального напряжения, которое подключается к разомкнутому треугольнику трансформатора напряжения TV1, установленному со стороны линейных выводов генератора. Для повышения чувствительности орган К включен через фильтр ZF 0 , пропускающий к реле только первую гармонику напряжения 3U 0 . Орган К, как было показано выше, защищает только 85-90% витков обмотки статора (начиная с линейных выводов генератора) и имеет мертвую зону вблизи нейтрали. Для работы при возникновении повреждений в зоне нечувствительности органа К предназначен орган напряжения третьей гармоники К ЭДС генератора всегда содержит составляющую третьей гармоники фазной ЭДС генератора. ЭДС третьей гармоники Е во всех трех фазах совпадают по фазе, одинаковы по величине и ведут себя также, как составляющие нулевой последовательности. На рис. 3.9 приведена схема замещения для одной фазы генератора и эпюры напряжений третьей гармоники между фазой и землей. Как видно из рис. 3.9, б, в нормальном режиме векторы напряжений третьих гармоник со стороны нейтрали ни выводов генератора в U составляют около Е, равны по величине и противоположно направлены. Потенциал напряжения третьей гармоники в середине обмотки равен нулю Рис. 3.9. Напряжение третьих гармоник в обмотке статора генератора: а – схема замещения б – напряжения третьих гармоник в нормальном режиме в – тоже при замыкании на землю в нейтрали генератора При замыкании на землю в нейтрали генератора (рис. 3.9, в) на в. Эти изменения напряжений нив используются в органе третьей гармоники Орган третьей гармоники К представляет собой реле напряжения с торможением и содержит два контура – рабочий и тормозной. К рабочему контуру (рис. 3.8) подводится сумма напряжений третьих гармоник от трансформатора напряжения со стороны линейных выводов генератора TV1 и от трансформатора напряжения, установленного специально для защиты в нейтрали н в раб U U U + = К тормозному контуру подводится только напряжение третьих гармоник со стороны нейтрали: н т U U = Срабатывание органа третьей гармоники определяется уставкой коэффициента торможения, равного отношению напряжения рабочей цепи к напряжению тормозной цепи. Реле сработает, если отношение U раб к т будет больше установленного коэффициента торможения U раб / U т >k т или если раб k т U т н отс в н т отс раб т, где отс k – коэффициент отстройки, принимается отс k = При замыкании на землю в нейтрали генератора напряжение н снижается до нуля, вследствие чего исчезает торможение, а напряжение в U повышается до значения в. При этом орган третьей гармоники может сработать, если т, но имеет мертвую зону в середине обмотки. При замыкании в середине обмотки эпюра напряжения третьих гармоник будет такой же, как при нормальном режиме (рис. 3.9, б, инв раб будет близко к нулю. Если т, то орган третьей гармоники не действует при замыкании со стороны линейных выводов, т. к. при этом U раб =U т =Е 3 Коэффициент торможения органа третьей гармоники рассчитывается из условий надежного действия при замыканиях на землю со стороны нейтрали (принимается зона надежного действия В случае замыкания в конце этой зоны нив При этом ( ) 4 0 7 0 3 0 3 н в раб Е , Е , , U U U = − = + = Принимая k отс =2, получим 3 , 0 2 4 , 0 т отс раб т = ⋅ = = Е Е U k U k (3.20) Такую уставку можно принять для всех генераторов мощностью МВт и выше, работающих блоком с трансформатором. Зона действия органа третьей гармоники при т со стороны нейтрали составит 0,375, а со стороны линейных выводов – 0,25. При замыкании на землю ближе к середине обмотки орган третьей гармоники не действует, но при таких замыканиях надежно срабатывает орган первой гармоники К1. Схема выходных цепей защиты приведена на рис. 3.8. Орган первой гармоники К может действовать с выдержкой времени (реле КТ) для отстройки от переходных процессов при замыканиях на землю со стороны ВН блока. Выдержка вводится, если блок работает с раззем- ленной нейтралью. Если нейтраль трансформатора блока заземлена, выдержка времени исключается накладкой SX. Орган К действует без выдержки времени. Оба органа действуют на отключение генератора, гашение поля и останов турбины. Защита типа ЗЗГ-12. Для генераторов типа ТВФ (63-120 МВт) во ВНИИЭ разработана более дешевая защита от замыканий назем- лю, не требующая установки трансформатора напряжения в нейтрали генератора. Тип защиты ЗЗГ-12 (БРЭ1301.02) Как ив предыдущем случае, защита состоит из двух органов: органа К, реагирующего на первую гармонику 3U 0 , и органа третьей гармоники К, реагирующего на скорость изменения (производную) третьих гармоник в напряжении U в Блок первой гармоники К выполнен таким же, как ив защите ЗЗГ-11. Блок третьей гармоники состоит из пускового, измерительного и исполнительного органов. Защита включается на напряжение 3U 0 к разомкнутому треугольнику трансформатора напряжения, установленного со стороны линейных выводов генераторов (рис. Пусковой орган блока третьей гармоники реагирует на производную повремени при возрастании напряжения в. При замыкании назем- лю вблизи нейтрали напряжение в будет быстро изменяться (см. рис. 3.9) и пусковой орган сработает. При медленном нарастании напряжения третьей гармоники в, что может быть при изменении нагрузки генератора, пусковой орган не сработает ввиду малого значения производной dU в /dt. Рис. 3.10. Защита от замыканий на землю типа ЗЗГ-12 (БРЭ При замыкании на землю со стороны линейных выводов производная в отрицательна и пусковой орган не срабатывает, но при этом надежно сработает орган К1. Измерительный орган осуществляет контроль увеличения в в установившемся режиме по сравнению со значением в до замыкания на землю. Измерительный орган срабатывает при быстром нарастании напряжения в. При медленном изменении в измерительный орган не действует. Пусковой и измерительный органы включены по схеме И, т. е. исполнительный орган сработает только при одновременном срабатывании пускового и измерительного органа. Исполнительный орган имеет на выходе промежуточное реле К2. Выходные цепи защиты ЗЗГ-12 выполнены также, как и у защиты ЗЗГ-11 (рис. 3.10), однако защита, как правило, действует на сигнал, поскольку у генераторов типа ТВФ емкостный ток при замыканиях на землю меньше 1,5 Ане поддерживает дугу и неопасен для статора. Блок третьей гармоники не имеет регулятора уставок. Защиты ЗЗГ-11 и ЗЗГ-12 выполнены на полупроводниках. В защитах имеются блоки питания и блоки сигнализации. Недостатком защиты типа ЗЗГ-12 является то, что при постепенном снижении уровня изоляции обмотки статора или при подъеме с нуля напряжения на поврежденном генераторе защита не действует. С учетом этого для генераторов большой мощности применяется защита типа ЗЗГ-11. |