Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей 1 Назначение релейной защиты и автоматики
 Скачать 5.63 Mb.
|
|
5.2.7 Максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению Защита выполняется на трех реле тока, включенных на фазные токи. Токовые реле подключаются к трансформаторам тока, установленным со стороны нулевых выводов обмотки статора. Для исключения сраба- тывания защиты при перегрузках пусковой орган дополнен блокиров- кой по напряжению из двух реле напряжения, реле напряжения обрат- ной последовательности KV2 и реле минимального напряжения KV1 (Рис.98). Рис.98 Схема максимальной токовой защиты с блокировкой по напря- жению: а) цепи переменного тока; б) цепи напряжения; в) цепи постоянного тока При перегрузках реле KV1 держит свой контакт разомкнутым, блокируя действие защиты. При несимметричных коротких замыканиях из-за по- явления напряжения обратной последовательности сработает реле KV2 и разорвет цепь питания реле напряжения KV1. Реле KV1, сработав, своим контактом подаст питание на промежуточное реле KL, и блоки- ровка защиты снимется. При трехфазных коротких замыканиях работа- ет KV1 и разрешает работу защиты. Ток срабатывания токовых реле отстраивается от номинального тока генератора. Напряжение срабатывания минимального реле напряжения отстраива- ется от минимального значения рабочего напряжения. Для предотвра- щения неправильного срабатывания защиты при самозапуске электро- двигателей собственных нужд допускается в случае необходимости уменьшать напряжение срабатывания до 0,5 ном U . Напряжение срабатывания реле напряжения обратной последовательно- сти выбирается из условия отстройки от напряжения небаланса на вы- ходе фильтра. Защита выполняется с двумя выдержками времени: с первой через кон- такт реле времени подается сигнал на отключение секционных и шино- соединительных выключателей, а со второй - на отключение генератора. Реле KA2, включенное на фазный ток генератора, выполняет функции защиты от перегрузки. 5.2.8 Токовая защита обратной последовательности Для генераторов средней и большой мощности токовая защита с блоки- ровкой по напряжению не обеспечивает требуемой чувствительности, в особенности при дальнем резервировании. Поэтому для защиты таких генераторов от внешних замыканий применяется токовая защита обрат- ной последовательности. Как указывалось выше, для защиты генераторов мощностью (30–60) МВт от внешних несимметричных замыканий используется двухсту- пенчатая токовая защита обратной последовательности. Защита выпол- нена на двух реле тока KA2 и KA3, подключенных к фильтру токов об- ратной последовательности (Рис.99). Токовое реле первой ступени КА2 должно обеспечить требования ближнего и дальнего резервирования 1 (0,3 0,7) ст сз ном I I Реле второй ступени КА3 предназначено для сигнализации возникнове- ния несимметричной нагрузки в сети: 2 (0,08 0,1) ст сз ном I I Реле КА1 и КV обеспечивают действие защиты при симметричных за- мыканиях. На турбогенераторах мощностью 60 МВт и более для защиты от внеш- них несимметричных коротких замыканий применяется четырехсту- пенчатая токовая защита обратной последовательности. Рис.99 Двухступенчатая токовая защита обратной последовательно- сти: а) цепи переменного тока; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного посто- янного тока Четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности включает в себя две отсечки, сигнальный, пусковой и интегральные ор- ганы (Рис.100). Информация о токе с выхода фильтра токов обратной последовательно- сти ФТОП через входные преобразователи ВП подается на схему. Чув- ствительная отсечка I предназначена для дальнего резервирования, гру- бая отсечка II - для ближнего резервирования, интегральный орган ИО - для защиты генератора от перегрузки токами обратной последователь- ности, сигнальный орган СО - для сигнализации о возникновении не- симметричной перегрузки. Ток срабатывания отсечки II выбирается по выражению (2) 2 2 . 2 , ср отс ч I I k , где 1,5 ч k - требуемый коэффициент чувствительности; (2) 2 I - сверхпереходный ток обратной последовательности при коротком за- мыкании на выводах генератора. Рис.100 Структурная схема четырехступенчатой токовой защиты обратной последовательности Принимать более высокий коэффициент чувствительности не рекомен- дуется во избежание излишних срабатываний при коротких замыканиях за трансформатором. Выдержка времени отсечки II принимается равной 0.3 сек. Применение отсечки II необходимо на энергоблоках с выключателем в цепи генератора, где она обеспечивает сохранение в работе трансфор- матора блока и питание собственных нужд при повреждении генератора и отказе основной защиты. На энергоблоках без выключателей в цепи генератора установка отсечки II не обязательна. Ток срабатывания отсечки I выбирается из условий обеспечения необ- ходимой чувствительности при двухфазном коротком замыкании в кон- це зоны резервирования и согласования с резервными защитами от ме- ждуфазных коротких замыканий. Отсечка I с первой выдержкой време- ни, отстроенной от выдержки времени резервных защит присоединений, действует на деление шин, а со второй, принимаемой на ступень селек- тивности больше первой, - на отключение генераторного выключателя или выключателя блока. Интегральный орган защиты имеет характеристику срабатывания, соот- ветствующую перегрузочной способности генератора к токам обратной последовательности, и запускается пусковым органом ПО, 2 (0 .08 0.24) сраб ПО ном I I Ток срабатывания сигнального органа принимается равным 2 0.09 сраб СО ном I I выдержка времени должна быть больше времени действия резервных защит блока. 5.2.9 Дистанционная защита Дистанционная защита применяется на турбогенераторах мощностью 60 МВт и более для защиты от внешних симметричных коротких замыка- ний Защита выполняется на реле с круговой или эллиптической характери- стикой, смещенной в III квадрант. Защита включается на разность токов ( ) a b I I трансформаторов тока, установленных в нейтрали генератора, и на междуфазное напряжение ab U трансформатора напряжения, уста- новленного на выводах генератора (Рис.101). Рис.101 Схема включения дистанционной защиты от внешних корот- ких замыканий Сопротивление срабатывания защиты выбирается из условия отстройки от максимального нагрузочного режима , cos( ) нагр сз отс в мч нагр z z k k где 3 мин нагр нагр ном U z I - сопротивление нагрузки в максимальном нагрузочном режиме; 0,95 мин ном U U - напряжение нагрузочного режима; max 1,5 нагр ном I I - расчетное значение максимального тока нагрузки; 1,25 отс k - коэффициент отстройки; 1,05 в k - значение коэффициента возврата; 0 80 мч - значение угла максимальной чувствительности; нагр - угол нагрузки в расчетном режиме. Для улучшения условий дальнего резервирования в ряде случаев целе- сообразно использовать эллиптическую характеристику. Защита выполняется с двумя выдержками времени, обеспечивающими дальнее и ближнее резервирование. Требуемое значение коэффициента чувствительности соответственно должно быть не менее 1.2 и 1.5. 5.2.10 Защита от повышения напряжения Защита от повышения напряжения устанавливается на гидрогенерато- рах, работающих в блоке с трансформаторами. Напряжение срабатывания принимается равным (1.5 1,7) ном U , вы- держка времени равна 0.5 сек . На энергоблоках с турбогенераторами защита от повышения напряже- ния устанавливается начиная с мощности 160 МВт, имеет уставку 1,2 ном U и вводится в работу только при холостом ходе генератора с вы- держкой около 3 сек., перекрывающей длительность кратковременного повышения напряжения на генераторе после его отключения из сети. 5.2.11 Пример выполнения схемы защиты турбогенератора Рис.102 Принципиальная схема релейной защиты турбогенератора: 1 - продольная дифференциальная защита; 2- поперечная дифференциальная защи- та; - защита от замыканий на землю в обмотке статора; 4 - токовая защита об- ратной последовательности; 5 - резервная дистанционная защита; 6 - защита от потери возбуждения; 7 - сигнализация симметричной перегрузки генератора; 8 - защита от перегрузки обмотки ротора; 9 - защита от замыканий на землю в цепи возбуждения; 10 - реле тока устройства резервирования при отказах выключателя 5.3 Защита электродвигателей На электростанциях в системе собственных нужд находят применение асинхронные и синхронные электродвигатели. Для большинства меха- низмов собственных нужд используются асинхронные электродвигате- ли с короткозамкнутым ротором, тип и мощность которых зависят от степени ответственности приводимых ими механизмов и от характери- стики нагрузки. Синхронные электродвигатели имеют ограниченное применение и ис- пользуются для привода шаровых мельниц и компрессоров. 5.3.1 Виды повреждений и ненормальных режимов работы электро- двигателей Ежегодно на долю электродвигателей приходится до 25-30% от общего числа повреждений электрооборудования высокого напряжения. Ос- новным видом неисправности являются электрические повреждения, связанные с нарушением изоляции обмоток статора и ротора. Наиболее часто, в 80-95% всех случаев, неисправной оказывается обмотка стато- ра, причем 70% повреждений приходится на фазовую и лобовые части, а остальные 25-30% составляют перекрытия и пробои изоляции в ко- робках выводов. Из причин возникновения повреждений изоляции можно выделить сле- дующие: 1) заводские дефекты; 2) неудовлетворительно выполненный ремонт электродвигателя; 3) неблагоприятные условия эксплуатации; 4) отрицательное влияние перенапряжений, связанных с коммута- ционными операциями и дуговыми замыканиями на землю. Основными видами повреждений являются многофазные короткие за- мыкания в обмотке статора, однофазные замыкания обмотки статора на землю, двойные замыкания на землю, замыкания части витков в одной фазе обмотки статора. К ненормальным режимам следует отнести симметричные и несиммет- ричные перегрузки, кратковременный перерыв в электроснабжении, ра- бота при пониженном напряжении. Повреждения электродвигателей Междуфазные и витковые повреждения встречаются довольно редко, но имеют тяжелые последствия. Дуга, возникающая в месте поврежде- ния, обычно приводит к пожару в электродвигателе, уничтожающему значительную часть обмотки статора, и выплавлению активной стали. Динамические воздействия приводят к деформации лобовых частей. Повреждения вблизи выводов вызывают резкое снижение напряжения на питающих шинах, что сказывается на потребителях электроэнергии. Однофазные замыкания обмотки статора на землю являются наиболее распространенным видом повреждений. Из причин возникновения од- нофазных замыканий следует выделить две. Первая связана с естест- венным старением изоляции, длящимся до тех пор, пока под воздейст- вием нормального рабочего напряжения не наступит пробой. Вторая - пробой в результате перенапряжений. Степень опасности замыкания на корпус оценивается по объему выплавленной стали статора и вероятно- сти перехода однофазного замыкания в витковое или многофазное. Двойные замыкания на землю возникают в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью. При этом ток в месте повреждения при- мерно будет равен току двухфазного короткого замыкания. Повреждения в цепях возбуждения синхронного двигателя - обрыв, за- мыкание на землю в одной или двух точках. При обрыве цепи возбуж- дения электродвигатель выходит из синхронизма и переходит в асин- хронный режим. Возникновение асинхронного режима приводит к на- греву ротора и статора, и для невозбужденного синхронного двигателя длительность асинхронного режима допускается от 30 сек. до несколь- ких минут. Замыкания на землю цепи возбуждения в одной точке не представляет опасности, однако, при замыкании другой точки цепи воз- буждения образуется короткозамкнутый контур, и через место повреж- дения начинает протекать большой ток короткого замыкания, который может вызвать повреждение изоляции. Ненормальные режимы работы электродвигателей Основным видом ненормальных режимов работы электродвигателей являются перегрузки. Перегрузки делятся на симметричные и несим- метричные. Симметричные перегрузки характеризуются увеличением тока, что вы- зывает перегрев - дополнительное превышение температуры элементов конструкции. Основными причинами возникновения симметричных перегрузок по току являются: 1. Нарушение технологического процесса. 2. Неисправность приводимого механизма. 3. Понижение напряжения питающей сети. 4. Пуск или самозапуск электродвигателей при нагруженном при- водном механизме, если электродвигатель на такой режим не рас- считан. Дополнительный нагрев при перегрузке вызывает опасные деформации обмоток, появление трещин в изоляции, сокращается расчетный срок эксплуатации двигателя. Поэтому для электродвигателей должна быть предусмотрена специаль- ная защита от симметричных перегрузок с действием на сигнал или на разгрузку приводимого механизма или на отключение двигателя. Несимметричные перегрузки вызываются неполнофазным режимом и появлением напряжения обратной последовательности в питающем на- пряжении. Причиной возникновения неполнофазных режимов может быть обрыв фазного провода в сети, обрывы в обмотке статора, нару- шение в коробке выводов. Стандартом на качество электроэнергии установлено допустимое зна- чение напряжения обратной последовательности в продолжительном режиме не более 2%. Для асинхронных двигателей допустимое значение напряжения обратной последовательности составляет примерно (2.3- 4,5)% Поле обратной последовательности вызывает усиленный разогрев на поверхности неявнополюсного ротора и вибрацию элементов статора и ротора. 5.3.2 Защиты электродвигателей от междуфазных замыканий Для защиты от междуфазных коротких замыканий применяют токовую отсечку и дифференциальную защиту Токовая отсечка рекомендуется для защиты электродвигателей мощно- стью до 5000 КВт, если она обладает требуемой чувствительностью к повреждениям на выводах. При недостаточной чувствительности токо- вой отсечки необходимо применять дифференциальную защиту. При- менение дифференциальной защиты целесообразно начиная, с мощно- сти (3500 – 4000) кВт. Токовая отсечка Токовая отсечка для двигателей мощностью до 2000 кВт, за исключени- ем электродвигателей собственных нужд электростанции, выполняется по однорелейной схеме (Рис.103,а). На электродвигателях мощностью (2000 – 4000) кВт токовая отсечка выполняется по двухрелейной схеме (Рис.103,б). Если коэффициент чувствительности однорелейной схемы окажется ниже двух, то следует использовать двухрелейную схему на двигателях мощностью до 2000 кВт. Рис.103 Схема токовой отсечки : а - однорелейная, б - двухрелейная Первичный ток срабатывания отсечки, устанавливаемой на асинхрон- ных электродвигателях, отстраивается от пускового тока: , сз н пуск I k I , где н k – коэффициент надежности, учитывающий погрешности реле и расчета, в зависимости от типа реле может принимать значение от 1.4 до 2; пуск I - пусковой ток электродвигателя. Чувствительность защиты оценивается по току двухфазного короткого замыкания на выводах двигателя в минимальном режиме работы систе- мы. Дифференциальная защита На электродвигателях мощностью от 4000 кВт и более устанавливается продольная дифференциальная защита без торможения или с торможе- нием. Для выполнения защиты с торможением торможение выполняется от трансформаторов тока, установленных со стороны нулевых выводов обмотки статора. При таком включении торможение практически не оказывает влияния на рабочую м.д.с. и обеспечивает наилучшую чувст- вительность защиты. Ток срабатывания защиты выбирается из условия надежного несраба- тывания в режимах пуска, самозапуска, внешнего короткого замыкания или несинхронного включения синхронного двигателя. 5.3.3 Защита от перегрузок Защита от перегрузки устанавливается на электродвигателях, которые могут подвергаться перегрузке по технологическим причинам и для электродвигателей с особо тяжелыми условиями пуска и самозапуска с длительностью прямого пуска от 20 сек. и более. Установка защиты предусматривается в одной фазе. Защита от пере- грузки выполняется с действием на отключение при возможности неус- пешного пуска, невозможности разгрузки без останова двигателя, от- сутствии постоянного дежурного персонала. При возможности автома- тической разгрузки защиты выполняются с двумя выдержками времени, с меньшей - на разгрузку механизма, с большей - на отключение. В ос- тальных случаях предусматривается действие на сигнал. Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от номи- нального тока электродвигателей. Чувствительность защиты от перегрузки не проверяется, поскольку она не предназначена для действия при коротком .замыкании. Выдержка времени выбирается из условия надежного несрабатывания при пуске или самозапуске двигателей по выражению , сз отс п t k t где 1.2 1.3; отс k п t |