Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей 1 Назначение релейной защиты и автоматики
 Скачать 5.63 Mb.
|
|
III квадрант. Смещение характеристики производится для устранения мертвой зоны. Для улучшения отстройки реле от нагрузочных режимов круговая характеристика может быть трансформирована в эллипс. Характеристика реле сопротивления второй ступени имеет вид окруж- ности, смещенной в I квадрант. В зависимости от конкретной схемы района, мощности и напряжения автотрансформатора применяется одна или две панели ПЭ 2105. Использование одной панели Панель подключается таким образом, чтобы по возможности авто- трансформатор входил в зону действия защиты. В частности, первая ступень может быть направлена в сторону высшего или среднего на- пряжения, а вторая, соответственно, в сторону среднего или высшего напряжения. Цепи напряжения защиты подсоединяются к трансформа- тору напряжения, установленному на низкой стороне, Рис.90, а. Сопротивление срабатывания 1 ступени при направленности характери- стики в сторону ВН 1 1 0,87 0,78 ст ст сзЛвн сзАТ АТ вн т АТ вн z z z k Сопротивление срабатывания 1 ступени при направленности характери- стики в сторону СН 1 1 с 0,87 0,78 ст ст сзЛсн сзАТ АТ сн т АТ н z z z k , где АТ вн z , АТ сн z - минимально возможные (с учетом РПН) сопротивления обмоток рассматриваемого трансформатора; 1ст сзЛвн z , 1ст сзЛсн z - первичные сопротивления первой ступени защиты линий соот- ветственно высшего и среднего напряжения; т АТ вн k , с т АТ н k - коэффициенты токораспределения, равные отношению тока в автотрансформаторе к току в линии соответственно высшего и среднего напряжений. Рис.90 Варианты подключения панели ПЭ 2105 В тех случаях, когда подключение панели к трансформаторам напряже- ния, установленных на стороне НН, не обеспечивает требуемой чувст- вительности, следует использовать трансформаторы напряжения сторон СН и ВН, Рис.90,б. Тогда 1 1 0,78 , ст ст сзЛвн сзАТ т АТ вн z z k или 1 1 с 0,78 ст ст сзЛсн сзАТ т АТ н z z k Выдержка времени первой ступени выбирается из условия отстройки от времени действия первых ступеней резервируемых защит и времени действия устройства резервирования отказов выключателя УРОВ, 0,8 сз t сек Уставка в т о р о й с т у п е н и выбирается из условия отстройки за- щиты от нагрузочных режимов 2 , cos( ) нагр ст сзАТ отс в мч нагр z z k k где max 3 мин нагр нагр 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. Использование двух панелей Две панели ПЭ - 2105 ставятся на автотрансформаторах напряжением 330 кВ и более. В этом случае на каждую из сторон высшего и низшего напряжений устанавливаются свои панели, причем, на каждой из пане- лей реле сопротивления направлены согласно. Напряжения на каждую панель подается от трансформатора напряжения своей ступени, Рис. 91. Рис.91 Схема подключения двух панелей ПЭ-2105. Каждая ступень имеет три выдержки времени: - на разделение системы шин; - на отключение выключателя стороны, куда направлена рассмат- риваемая ступень; - на отключение всего автотрансформатора. 5.1.15 Защита от внешних замыканий на землю Защита ставится на повышающих трансформаторах или трансформато- рах связи для отключения внешнего замыкания на землю в сети с глухо- заземленной нейтралью и частичного резервирования основных защит трансформатора. Защита присоединяется к трансформаторам тока, ус- тановленным в нейтрали трансформатора, и выполняется при помощи реле тока и реле времени. Ток срабатывания выбирается по условию согласования с последними ступенями защит от замыканий на землю защит смежных присоедине- ний. 5.1.16 Защита от перегрузок Защита от перегрузок выполняется с помощью максимальной токовой защиты, включенной на фазный ток. Защита с выдержкой времени действует на сигнал, а на необслуживаемых подстанциях - на разгрузку и отключение. На двухобмоточных трансформаторах защита устанавлива-ется со стороны основного питания. На трехобмоточных - со стороны основного питания и со стороны обмотки, где питание отсутствует. 5.1.17 Пример выполнения схемы защиты трансформатора Рис.92 Схема защиты понижающего трансформатора 110-220/6,6-11кВ мощностью 6.3 МВА и более: 1-дифференциальная защита; 2 –газовая защита; 3- максимальная токовая защи- та с блокировкой по напряжению; 4- защита от перегрузки 5.2 Защита генераторов Синхронные генераторы относятся к наиболее ответственному обору- дованию, работающему в режиме интенсивных электрических и меха- нических нагрузок. Их выход из работы может привести к возникнове- нию системной аварии, поэтому устройства релейной защиты должны в полном объеме обеспечивать требования быстродействия, селективно- сти, чувствительности и надежности. 5.2.1 Виды повреждений и ненормальных режимов работы генера- торов Повреждения генераторов Витковые замыкания являются опасным видом повреждения и характе- ризуются протеканием больших токов в замкнувшихся витках при не- значительном изменении тока в неповрежденной части обмотки. Замыкания на землю - наиболее часто возникающий режим поврежде- ния. В месте замыкания на землю возникает дуга, которая может при- вести к значительным разрушениям стали статора. Многофазные короткие замыкания. Наиболее вероятной причиной их возникновения являются однофазные замыкания при нарушении изоля- ции в лобовых частях обмотки. Возникающие токи могут привести к значительным разрушениям генератора, поэтому требуют немедленного отключения. Повреждения обмотки ротора. Обмотки ротора генератора находятся под невысоким напряжением (300 - 500) В , поэтому их изоляция обла- дает значительным запасом прочности. Однако, из-за тяжелых механи- ческих условий работы относительно часто возникают замыкания на землю в одной или двух точках. Замыкание на землю в одной точке ро- тора не влияет на работу генератора, но при этом возникает возмож- ность замыкания в другой точке возбуждения. При его появлении часть обмотки ротора шунтируется. Искажение магнитного поля машины приводит к возникновению вибрации и разрушению подшипников и уп- лотнений вала генератора, обгоранию изоляции и оплавлению меди об- мотки. Анормальные режимы работы генераторов Внешние короткие замыкания должны ликвидироваться защитами смежных присоединений. Однако, в случае отказа защиты или выклю- чателя этого элемента ток короткого замыкания должен быть отключен защитой генератора. Перегрузки генератора возникают в результате отключения или отде- ления части параллельно работающих генераторов, при работе форси- ровки возбуждения, самозапуске двигателей, потере возбуждения и т. д. Перегрузки вызывают перегрев обмоток, старение изоляции и, как след- ствие, ее повреждение. При возникновении перегрузки защита должна действовать на сигнал и только в тех случаях, когда разгрузка генерато- ров не дает результатов, по истечении допустимого времени генераторы должны отключаться. Несимметрия фазных токов возникает при внешних однофазных и двухфазных замыканиях, при большой несимметричной нагрузке близ- ких потребителей, при неполнофазных режимах работы энергосистемы. Несимметрия сопровождается появлением в обмотке статора токов об- ратной последовательности. При этом в роторе возникают токи двойной частоты, вызывающие его повышенный нагрев и вибрацию вращаю- щихся частей машины. Повышение напряжения возникает в результате неисправности системы возбуждения. Защита обязательна к установке на гидрогенераторах и турбогенераторах мощностью 160 мВт и более. Асинхронный режим возникает при потере возбуждения и в результате нарушения устойчивости и сопровождается потреблением из сети зна- чительного реактивного тока, понижением напряжения на зажимах ге- нератора, увеличением частоты вращения ротора, возникновением ме- стных перегревов ротора и повышенным нагревом крайних пакетов ста- тора. Из-за повышенных значений тока статора работа генератора в асинхронном режиме ограничивается по времени. Для турбогенерато- ров мощностью (63 - 500) мВт длительность асинхронного режима до- пускается до 15 минут, для турбогенераторов мощностью 800 мВт и бо- лее асинхронный режим недопустим. 5.2.2 Защита генераторов от внутренних повреждений Для защиты генераторов от внутренних повреждений применяются сле- дующие защиты: - поперечная дифференциальная защита; - продольная дифференциальная защита; - защита от замыканий на землю 5.2.3 Поперечная дифференциальная защита Поперечная дифференциальная защита ставится на генераторах, обмот- ки статора которых содержат две параллельные ветви, и предназначена для защиты от витковых замыканий. Принцип действия защиты основан на сравнении токов, протекающих по параллельным ветвям. Защита вы- полняется односистемной на токовом реле с фильтром высших гармо- ник. Это реле присоединяется к трансформатору тока, врезанному в пе- ремычку между нейтралями параллельных обмоток статора (Рис.93). Рис.93 Принцип действия поперечной дифференциальной защиты гене- ратора В нормальном режиме работы э.д.с. соответствующих ветвей генерато- ра равны между собой: 1 2 1 2 1 2 ; ; A A B B C C E E E E E E При возникновении виткового замыкания, например, при замыкании части витков ветви 1 фазы А, э.д.с. этой ветви становится меньше э.д.с. параллельной ветви: 1 2 A A E E , в нулевом проводе начинает протекать ток, и реле сработает. Первичный ток срабатывания защиты при проектировании принимается равным 0,2 ном I генератора. Ликвидация витковых замыканий в обмотке статора, не имеющей па- раллельных ветвей, возлагается на защиту от замыканий на землю 5.2.4 Продольная дифференциальная защита Продольная дифференциальная защита является основной защитой ге- нератора от многофазных коротких замыканий. Защита присоединяется к трансформаторам тока, установленным со стороны фазных и нулевых выводов генератора (Рис.94). Рис.94 Схема продольной дифференциальной защиты генератора Принцип действия защиты основан на сравнении токов, протекающих со стороны фазных и нулевых выводов. В зону действия защиты входят обмотки, выводы статора и шины до распределительных устройств. Для повышения чувствительности в качестве пусковых органов использу- ются токовые реле с насыщающимися трансформаторами или реле с торможением. Чувствительность дифференциальной защиты оценивается по току двухфазного короткого замыкания для двух режимов: повреждение ге- нератора при отключенном выключателе, когда ток повреждения под- ходит к месту короткого замыкания только от генератора, и поврежде- ние генератора, включаемого методом самосинхронизации, когда ток короткого замыкания поступает только из сети. Значение коэффициента чувствительности должно быть не менее двух. 5.2.5 Защита от замыканий на землю Выбор типа защиты генератора от замыканий на землю зависит от ре- жима его работы. При работе генератора на сборные шины защита вы- полняется на принципе контроля емкостного тока присоединения или на принципе наложения на цепь статора переменного тока. При работе генератора в режиме блока защиты могут выполняться с использовани- ем напряжений нулевой последовательности, на принципе наложения на цепь статора постоянного тока или переменного тока, имеющего часто- ту отличную от промышленной. Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора, реа- гирующая на емкостный ток Защита выполняется на трансформаторе тока нулевой последовательно- сти с подмагничиванием типа ТНПШ. Подмагничивание смещает рабо- чую область индукции из начальной части характеристики намагничи- вания на крутой, практически прямолинейный участок. Схема включе- ния защиты для генераторов ТВФ-63 приведена на Рис.95. Рис.95 Схема защиты генератора от замыканий на землю а) токовые цепи; б) цепи оперативного постоянного тока Во вторичную цепь ТНПШ включены токовое реле KA1 типа РТЗ-51 для защиты генератора от однофазных замыканий на землю и реле KAT типа РНТ-565 для защиты от двойных замыканий на землю. Для пре- дотвращения излишних срабатываний реле KA1 при внешних между- фазных замыканий вводится блокировка Бл защитами от внешних сим- метричных и несимметричных замыканий. Ток срабатывания реле KA1 защиты от замыканий на землю обмотки статора должен удовлетворять следующим условиям: а) быть не выше 5 А; б) быть больше тока небаланса, проходящего через ТНП при внешнем двухфазном к.з. Для определения первичного тока срабатывания можно воспользовать- ся следующим приближенным выражением 2 1,5 , CГ нб cз в I I I k Где CГ I - собственный емкостный ток генератора; в k - коэффициент возврата, равный 0,93 для реле типа РТЗ-51; нб I - ток небаланса, приведенный к первичной стороне ТНП, упрощенно можно принять (1-1,5) А. Выдержка реле времени КТ выбирается из условий отстройки от пере- ходных процессов при внешних замыканиях на землю и принимается равной (1.5 - 2.0) сек. Примечание. Защита на ТНПШ в настоящее время серийно не выпуска- ется. Защита от замыканий на землю в обмотке статора турбогенера- тора, реагирующая на наложенный переменный ток На ряде электростанций для генераторов, работающих на сборные ши- ны компенсированной сети, применяется защита от замыканий на зем- лю с наложением на цепь статора генератора переменного тока частоты 25 Гц. Наложенное напряжение подается от источника контрольного тока ИКТ, выполненного на основе параметрического делителя частоты и включенного в цепь дугогасящего ректора ДГР (Рис.96). Реагирую- щий орган РО содержит токовый элемент, фиксирующий увеличение контрольного тока, и реле блокировки, запрещающее работу защиты при внешних двухфазных коротких замыканиях. Настройка защиты заключается в установке тока срабатывания и тока, при котором действие защиты блокируется. На основании рекоменда- ций разработчика ток срабатывания на частоте 25 Гц принимается рав- ным 0,3 А, ток срабатывания блокировки при номинальной частоте, от- несенный к вторичным цепям, берется равным (60-70) mA . Рис.96 Схема включения защиты на наложенном переменном токе Защита от замыканий на землю в обмотке статора, выполняемая с наложением на цепь статора постоянного тока Защита с наложением постоянного тока на цепь статора генератора РЗГ- 100 разработана в Томском политехническом университете и успешно применяется на ряде электростанций России для блочных генераторов. Упрощенная схема защиты и ее включение показано на Рис.97. Основ- ным недостатком защиты является наличие гальванической связи цепей защиты с первичными цепями генератора, однако, при ее эксплуатации негативных последствий не выявлено. Наложенный постоянный ток от источника через объединенные нейтра- ли обмоток высшего напряжения обмоток трансформаторов напряжения подается на обмотки статора. Величина тока в реагирующем органе РО определяется сопротивлением изоляции обмотки статора. В нормальном режиме работы наложенный ток незначителен, и защита не работает. При замыкании на землю или снижении уровня изоляции наложенный ток увеличивается, что приводит к срабатыванию сигнального элемента или сигнального и отключающих элементов одновременно. Сигнальный элемент реагирует на сопротивление R = (100 - 200) kOm. Отключающий элемент срабатывает при R < 10 kOm. Рис.97 Схема защиты на наложенном постоянном токе 5.2.6 Защиты от внешних коротких замыканий Защиты генератора от внешних замыканий предназначены для отклю- чения генератора при отказе защит или выключателей смежных присое- динений и резервирования основных защит генератора. Выбор типа защиты зависит от мощности генераторов. Для генераторов малой мощности, до 30 МВт, применяется максимальная токовая защи- та с блокировкой по напряжению; для генераторов средней мощности, от 30 до 60 МВт - двухступенчатая токовая защита обратной последова- тельности; для генераторов большей мощности - четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности и дистанционная защита. |