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.
|
|
3.6. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ОДНОЙ ТОЧКЕ ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА Устанавливается на турбогенераторах мощностью 100 МВт ибо- лее. Защита выполняется с наложением на цепь возбуждения напряжения переменного тока частотой 25 Гц. Защита действует на сигнал. Мощные генераторы 160 МВт и более не могут длительно работать с замыканием на землю водной точке цепи возбуждения ввиду опасности появления замыкания на землю во второй точке. Поэтому при появлении замыкания водной точке питание его возбуждения переключается на резервный возбудитель, и если земляне исчезнет, генератор должен быть разгружен и отключен. Для сигнализации замыкания на землю вцепи возбуждения применяется защита типа КЗР-3 (комплект защиты ротора, основанная на использовании наложенного на цепь возбуждения тока частотой Гц (рис. 3.11). 120 Рис. 3.11. Защита от замыканий на землю водной точке цепи возбуждения типа КЗР-3: а – принципиальная схема б – схема подключения защиты Источником наложенного тока является магнитный делитель частоты МДЧ, получающий питание переменным током частотой 50 Гц. Питание подается от сети собственных нужд, чтобы защита действовала и на остановленном генераторе В МДЧ имеются две обмотки для питания защиты переменным током 25 Гц. Одна из них используется для наложения тока на цепь возбуждения генератора, а вторая в схеме защиты. Переменный ток 25 Гц подается на землю (навал генератора) и на обмотку ротора LG через вспомогательное устройство ВУ. Частотные фильтры ZF в ВУ не пропускают в защиту слагающие частоты 50, 150 и 300 Гц из тиристорной или высокочастотной систем возбуждения. Конденсатор С отделяет защиту от постоянного тока возбуждения генератора. Резистор R ограничивает наложенный ток при металлическом замыкании на землю водной точке. Наложенный ток проходит через сопротивление изоляции из и емкостное сопротивление на землю цепи возбуждения. Он состоит из двух составляющих – активного и емкостного тока. Защита должна реагировать на изменение сопротивления изоляции из, те. только на активную составляющую тока. Для ее выделения в измерительном органе защиты применена фазочувствитель- ная схема. На выход измерительного органа включено магнитоэлектрическое реле КА. Набор резисторов служит для регулирования уставки. Выдержка времени у защиты (реле КТ) необходима для предотвращения излишних сигналов при срабатывании защиты в условиях переходных процессов (при синхронизации, гашении поля и др.). Для отключения генератора при замыкании на землю во второй точке цепи возбуждения применяется переносное устройство типа КЗР-2. Одно такое устройство может быть использовано на нескольких однотипных генераторах. Оно подключается к генератору и вводится в работу после появления замыкания на землю водной точке, о возникновении которого сигнализирует защита КЗР-3. На генераторах блоков мощностью 63-100 МВт замыкание на землю водной точке выявляется при периодических измерениях сопротивления изоляции цепи возбуждения с помощью вольтметра При обнаружении замыкания водной точке к цепи возбуждения генератора подключается устройство типа КЗР-2. Схема и принцип действия устройства КЗР-2 были рассмотрены в разделе 2.5. 3.7. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА БЛОКА Дифференциальная защита трансформатора блока выполняется на реле ДЗТ-21 [19, На блоках с высшим напряжением 110-220 кВ, подключенных к двойной системе шин, защита со стороны высшего напряжения (ВН) подключается к трансформаторам тока, установленным в распределительном устройстве, и охватывает ошиновку трансформатора. На блоках с высшим напряжением 330 кВ и выше, присоединяемых к ОРУ высшего напряжения через два выключателя, дифференциальная защита со стороны ВН подключается к трансформаторам тока, встроенным в силовой трансформатор, и не охватывает ошиновку (см. рис. Со стороны низшего напряжения (НН) блока при наличии выключателя вцепи генератора защита подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны линейных выводов генератора. При отсутствии генераторного выключателя защита на стороне НН может подключаться к трансформаторам тока, установленным со стороны нулевых выводов генератора. Тогда генератор будет входить в зону действия защиты (рис. В реле ДЗТ-21 для отстройки от бросков тока намагничивания при включении силового трансформатора используется времяимпульсный принцип в сочетании с торможением от второй гармоники дифференциального тока, что позволяет снизить минимальный ток срабатывания защиты доном трансформатора (см. раздел 1.11). Для предотвращения срабатывания защиты от токов небаланса при внешних КЗ у реле имеются цепи процентного торможения от токов плеч защиты. Это дает возможность не отстраивать ток срабатывания защиты от токов небаланса при таких внешних повреждениях, когда имеется торможение, что существенно повышает чувствительность защиты Реле подключается к трансформаторам тока через трансреактор TAV,первичная обмотка которого включается в дифференциальную цепь защиты. Тормозные цепи подключаются через два трансформатора ТА и ТА. Первичные обмотки трансреактора и трансформаторов тормозных цепей выполнены с отпайками. На рис. 3.12 приведена структурная схема модуля реле ДЗТ-21 для одной фазы и схема его подключения. Времяимпульсный принцип осуществляется в реагирующем органе, к которому через устройства формирования 1, 2 и 3 подаются выпрямленный дифференциальный ток от первой обмотки трансреак- тора TAV, выпрямленный ток второй гармоники от второй обмотки трансреактора и фильтра ZF2 и полусумма выпрямленных токов процентного торможения К первой вторичной обмотке трансреактора подключена также дифференциальная отсечка, выполненная на реле КА с магнитоуправ- ляемым контактом. Выходы реагирующих органов и отсечек всех трех фаз подаются на общий исполнительный орган 5, в который входят усилитель, блок питания и выходные реле. При применении на стороне высшего напряжения блока трансформаторов тока с номинальным вторичным током А устанавливаются автотрансформаторы тока TALI типа АТ для расширения диапазона выравнивания токов плеч дифференциальной защиты. При использовании для дифференциальной защиты на всех напряжениях трансформаторов тока с номинальным вторичным током 5 А автотрансформаторы тока в плечах защиты не устанавливаются Рис. 3.12. Схема дифференциальной защиты трансформатора с реле ДЗТ-21: а – для блока с выключателем вцепи генератора; б – без выключателя вцепи генератора Определение минимального тока срабатывания защиты. Минимальный ток срабатывания защиты (при отсутствии торможения) I с.з.min выбирается по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора блока под напряжение: т ном з с I k I min ⋅ ≥ , (3.21) 125 где k – коэффициент, обеспечивающий отстройку защиты от броска тока намагничивания, принимается равным 0,3; I ном.т – номинальный ток трансформатора, приведенный к стороне ВН. Расчет защиты в условиях торможения. В дифференциальной защите с реле ДЗТ-21 используются две тормозные цепи. Первая из указанных цепей присоединяется к трансформаторам тока, установленным на стороне высшего напряжения блока, и включается последовательно с рабочей цепью защиты. Вторая тормозная цепь присоединяется к трансформаторам тока, установленным на ответвлении к трансформатору или реактору собственных нужд, и включается независимо от рабочих цепей защиты (см. рис. Предотвращение срабатывания защиты от токов небаланса при внешних коротких замыканиях обеспечивается выбором тормозной характеристики (коэффициента торможения). Коэффициент торможения реле т определяется в соответствии с тормозной характеристикой реле, приведенной на рис. 3.13, как отношение приращения тока в рабочей дифференциальной цепи реле ΔI *р к полусумме приращения тока в тормозной цепи реле 0,5 Δ Σ *т : нач * т * р с * * отс р * р * т 5 , 0 р, где рт относительные значения рабочего и тормозного токов при внешнем КЗ; I *с.р. min – выбранная уставка реле нач – относительное значение тока начала торможения, для блоков принимается нач k отс – коэффициент отстройки, принимается равным В выражении (3.22) относительные значения токов рабочей и тормозной цепей определяются как отношение токов в именованных единицах к выбранным номинальным токам ответвлений трансреактора и трансформатора тока тормозных цепей. Указанные номинальные токи ответвлений могут быть выбраны при расчете дифференциальной защиты блока с реле ДЗТ-21 по программе, разработанной на кафедре Рис. 3.13. Тормозная характеристика реле ДЗТ-21 Расчетными точками при определении коэффициента торможения являются: а) внешнее трехфазное КЗ на стороне высшего напряжения трансформатора блока при подключении цепей дифференциальной защиты к трансформаторам тока, установленным со стороны нулевых выводов генератора (точка К, и дополнительно на стороне низшего напряжения трансформатора при подключении цепей дифференциальной защиты к трансформаторам тока, установленным со стороны линейных выводов генератора (точка К на рис. б) внешнее трехфазное КЗ на ответвлении к собственным нуждам в режиме, когда выключатель на стороне высшего напряжения блока отключен (точка КЗ на рис. Расчет по пункту a. При внешнем трехфазном КЗ в точках Кили К по рабочей цепи реле протекает ток Р, равный максимальному значению расчетного вторичного тока небаланса I нб.расч.в. , протекающему в реле защиты: в расч нб р Рис. 3.14. Расчетные схемы Ток небаланса определяется как сумма двух составляющих: в расч нб в расч нб в расч нб I I I ′′′ + ′ = , (3.24) где в расч нб I ′ – составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока в расч нб I ′′′ – составляющая, обусловленная неточностью установки расчетного значения токов на ответвлениях трансреактора. Формулы для расчета токов небаланса приведены в гл. 1. За расчетный ток КЗ принимается большее значение из токов КЗ, рассчитанных при повреждениях в точках К и К, при этом оба тока должны быть приведены к напряжению U ВН По тормозной цепи реле протекает тормозной ток, равный периодической слагающей вторичного тока трехфазного КЗ: (3) в КЗ 1 т . I I = , (где 1 (3) КЗ (3) в. КЗ ⋅ = I K I I , (3.26) 1 I K – коэффициент трансформации трансформаторов тока стороны ВН. 128 Коэффициент торможения т, необходимый для отстройки защиты от токов небаланса при внешнем КЗ в точке К и К, определяется по (Расчет по пункту б. При внешнем повреждении на ответвлении к собственным нуждам в точке КЗ в режиме, когда отключен выключатель на стороне высшего напряжения блока, ток в рабочей цепи равен вторичному току трехфазного: 2 ) 3 ( КЗ ) 3 ( в КЗ I р K I I I = = , (где з к периодическая составляющая тока трехфазного КЗ при повреждении в точке К, приведенная к низшему напряжению трансформатора блока К – коэффициент трансформации трансформаторов тока стороны НН. По тормозной цепи реле протекает тормозной ток, равный периодической слагающей вторичного тока трехфазного КЗ I (3) КЗ при повреждении в точке КЗ, ТСН (3) КЗ (3) в КЗ T2 I K I I I = = , (где K I.ТСН – коэффициент трансформации трансформаторов тока ответвления к собственным нуждам. Коэффициент торможения т, необходимый для отстройки защиты от внешнего повреждения на ответвлении к собственным нуждам, определяется по выражению (В качестве уставки коэффициента торможения защиты т выбирается большее из двух полученных расчетных значений т и k т2 Выбор уставок дифференциальной отсечки. Дифференциальная отсечка защиты используется для повышения быстродействия защиты при больших кратностях тока короткого замыкания в защищаемой зоне. Уставка тока срабатывания дифференциальной отсечки выбирается из условия отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора блока под напряжение. Рекомендуется принять уст Определение чувствительности защиты. Чувствительность защиты определяется при повреждении в защищаемой зоне только при отсутствии торможения. Расчетной точкой является металлическое КЗ на выводах высшего напряжения трансформатора блока при отключенном выключателе со стороны высшего напряжения: min min I I k з с ) 2 ( КЗ ) 3 ( ч = , где ) 2 ( КЗ min I – первичный расчетный минимальный ток двухфазного КЗ; I с.з.min – первичный ток срабатывания защиты, подсчитанный по (В соответствии с Правилами устройства электроустановок минимальный коэффициент чувствительности должен быть не менее 2. 3.8. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ОШИНОВКИ 330-500 КВ Дифференциальная защита ошиновки трансформатора устанавливается на блоках, подключенных к энергосистеме через два выключателя. Защита выполняется с помощью реле ДЗТ-11/4 при номинальном вторичном токе трансформаторов тока 1 А. Схема подключения защиты и схема реле ДЗТ-11/4 изображены на рис. При такой схеме подключения блока в некоторых режимах через два последовательно соединенных выключателя Q1 и Q2 может протекать максимальный ток КЗ, равный расчетному максимальному току КЗ на шинах данного напряжения. Предотвращение срабатывания защиты от токов небаланса при таком повреждении обеспечивается с помощью торможения. Тормозная обмотка реле т подключается к трансформаторам тока, установленным вцепи одного из выключателей, рис Предотвращение срабатывания защиты при внешних КЗ, когда торможение отсутствует, обеспечивается выбором минимального тока срабатывания защиты. Определение минимального тока срабатывания защиты и расчет числа витков рабочей обмотки 1. Первичный минимальный ток срабатывания дифференциальной защиты выбирается по условию отстройки от расчетного тока небаланса при переходном режиме внешнего КЗ: расч нб отс з с I k I min = , (где k отс. принимается равным 1,5. 2. Расчетный ток небаланса находится по выражению k I КЗ одн апер расч нб ε = (где коэффициенты, определение которых было дано ранее, принимаются равными k апер = 1; k одн. = 1; ε = 0,1; I КЗ – периодическая слагаемая (при t = 0) максимального первичного тока внешнего КЗ, протекающего по трансформаторам тока защиты, когда выключатель, вцепи которого установлена тормозная обмотка, отключен. Выбор расчетных точек показан на рис. 3.16. На блоках без выключателя вцепи генератора за расчетный ток принимается ток КЗ в точке К (риса, а на блоках с выключателем вцепи генератора большее из значений токов, протекающих через защиту при повреждениях в точках К и К (сторона низшего напряжения трансформатора блока, рис. 3.16, б. Определяется число витков рабочей обмотки реле по выражению min min I F w р с р с расч р, (где I с.р.min – минимальный ток срабатывания реле з с р с (3.33) K I – коэффициент трансформации трансформаторов тока в защите ошиновки; F с.р.min =100А– минимальная намагничивающая сила (при отсутствии торможения) для реле ДЗТ. Если расчетное число витков получается дробным, то принимается ближайшее меньшее целое число витков рабочей обмотки, которое может быть установлено на реле р (см. рис. 3.15). 131 Рис. 3.15. Схема дифференциальной защиты ошиновки с реле ДЗТ-11/4 4. Определяются уточненные значения минимального тока срабатывания реле и тока срабатывания защиты, соответствующие фактически установленному числу витков рабочей обмотки насыщающегося трансформатора реле w р : р р с уточн р с w F I min min = ; (3.34) I min min K I I уточн р с уточн з с = (3.35) 132 Рис. 3.16. Расчетные схемы Расчет защиты в условиях торможения. При подключении тормозной обмотки реле т к трансформаторам тока, установленным вцепи одного из выключателей, защита отстраивается от токов неба- ланса при максимальном токе внешнего КЗ с помощью торможения. Определяется максимальный расчетный ток небаланса по. При этом в формулу подставляется наибольшее значение тока внешнего КЗ при таком повреждении, когда имеется торможение. Можно принять этот ток равным максимальному току КЗ на шинах данного напряжения. 6.Определяется намагничивающая сила рабочей обмотки реле расч нб отс p p p w K I k w I F I = = , где k отс принимается равным 1,5; К – коэффициент трансформации трансформаторов тока защиты. По характеристике срабатывания реле, соответствующей минимальному торможению (кривая 1 на рис. 1.16), определяется тормозная намагничивающая сила т, соответствующая F р ,под- считанной по (3.36). 133 Для убыстрения расчетов можно тормозную характеристику аппроксимировать прямой, проходящей через начало координат. В этом случае p расч т, где tgα – тангенс угла наклона вышеуказанной прямой коси абсцисс. Для реле ДЗТ-11/4 можно его принять равным 0,87. 8. Определяются вторичный токи число витков тормозной обмотки реле I K I I т в т = , (где т – тормозной ток защиты: I т = I КЗ вн. max ; (3.39) т.в т.расч т.расч I F w . = (Принимается ближайшее большее целое число витков тормозной обмотки, которое должно быть установлено на реле. Определение чувствительности защиты. При отсутствии торможения коэффициент чувствительности защиты определяется по формуле , I I уточн min з с min КЗ ч = k (3.41) где I КЗmin – периодическая слагающая (при t = минимального тока КЗ при повреждении на ошиновке. Расчетными режимами работы системы при вычислении ч являются реально возможные режимы, обуславливающие минимальный ток. При этом следует рассматривать как двухфазные, таки однофазные КЗ. Согласно ПУЭ [1] величина ч должна быть не менее 2. В режиме опробования при подъеме напряжения с нуля на отключенном от сети блоке допустимо иметь сниженный коэффициент чувствительности защиты порядка 1,5. 134 Чувствительность защиты в режимах, когда имеется торможение, как правило, обеспечивается с большим запасом и при проектировании защиты может не определяться. ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА БЛОКА Газовая защита реагирует на замыкания внутри бака трансформатора, которые сопровождаются выделением газа. Выполняется с одним газовым реле для трехфазных трансформаторов и стремя реле для группы из трех однофазных трансформаторов. Газовая защита имеет две ступени, действующие на сигнал и на отключение соответственно. Ступень защиты, действующая на отключение, может быть переведена для действия на сигнал (например, после доливки масла в трансформатор. Ранее защита выполнялась на реле с чашкообразными элементами типа РГЧЗ-66. Наряде трансформаторов с пленочной защитой масла установлено изготовляемое в ГДР газовое реле типа В настоящее время на трансформаторах устанавливаются отечественные газовые реле. Газовые реле РГТ50 и РГТ80 имеют сигнальный элемент и два отключающих элемента. Сигнальный элемент представляет собой пластиковый поплавок, на котором укреплен постоянный магнит. При слабом газообразовании вначале повреждения газы скапливаются в верхней полости реле, верхний поплавок опускается, и постоянный магнит подходит к геркону, который размещен в специальном контактном узле, изолированном от масла. Первый отключающий элемент выполнен в виде такого же поплавка и магнитоуправляемого геркона. Другим отключающим элементом служит пластина, установленная поперек потока масла и газа, с которой связан магнит. Сигнальный контакт срабатывает приуменьшении объема масла в реле на 100-250 см. Отключающие контакты срабатывают раньше, чем уровень масла снизится до нижнего края отверстия фланца реле Отключающий контакт, связанный с пластиной, реагирует на скорость потока газо-масляной смеси через реле. На реле можно установить следующие уставки по скорости потока (мс 0,65; 1,0; 1,5. |