Расчёт параметров схемы замещения и токов короткого замыкания
![]()
|
Общие положения В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) для защиты блоков генератор-трансформатор при мощности генератора более 160 - 1000 МВт должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и анормальных режимов: продольная дифференциальная защита генератора от многофазных коротких замыканий в обмотке статора и на его выводах; поперечная дифференциальная защита генератора от межвитковых коротких замыканий в обмотке статора при наличии двух параллельных ветвей; от перехода в асинхронный режим при потере возбуждения; дифференциальная защита блочного трансформатора от всех видов коротких замыканий; дифференциальная защита ошиновки напряжением 330 - 750 кВ; защита от внешних симметричных коротких замыканий; резервная дифференциальная защита блока( только для АЭС) защита от несимметричных коротких замыканий с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания; защита от повышения напряжения; защита от внешних однофазных коротких замыканий с большим током замыкания; защита от перегрузки обмотки статора; защита от перегрузки ротора генератора током возбуждения с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания; газовая защита блочного трансформатора; защита от замыканий на землю в одной точке обмотки возбуждения; защита от замыканий на землю в цепи генераторного напряжения; защита от повреждения изоляции вводов высокого напряжения блочного трансформатора (при напряжении 500 кВ и выше); Расчёт параметров схемы замещения и токов короткого замыкания При расчёте токов короткого замыкания для релейной защиты и автоматики определяют действующие значения периодической составляющей для первоначального момента короткого замыкания, полагая, что ЭДС всех источников электрической энергии совпадают по модулю и по фазе. Влияние апериодической составляющей тока короткого замыкания не учитывают, так как она достаточно быстро затухает и не сказывается на работе защит, имеющих выдержку времени на срабатывание. Токи короткого замыкания можно рассчитать как в именованных так и в относительных единицах. В данном расчёте наиболее целесообразно произвести их определение в именованных единицах. При расчёте в именованных единицах следует выбрать базисную ступень напряжения и её среднее (расчётное) напряжение, к которой приводят все сопротивления элементов электрической схемы. В качестве базисного принимаем напряжение сети на стороне высокого напряжения ![]() Индуктивная составляющая сопротивления сети в максимальном режиме, приведённая к стороне высшего напряжения: ![]() Индуктивная составляющая сопротивления сети в минимальном режиме, приведённая к стороне высшего напряжения: ![]() Значение индуктивной составляющей сопротивления трансформатора энергоблока, приведённое к стороне высшего напряжения: ![]() Значение индуктивной составляющей сопротивления трансформатора собственных нужд энергоблока, приведённое к стороне высшего напряжения: ![]() Значение индуктивной составляющей сопротивления генератора энергоблока, приведённое к стороне высшего напряжения: ![]() Номинальное значение первичного тока на стороне высокого напряжения энергоблока 500 кВ: ![]() Номинальное значение первичного тока на стороне низкого напряжения энергоблока 24 кВ: ![]() Номинальное значение первичного тока в ответвлении на трансформатор собственных нужд 24 кВ: ![]() Для компенсации фазового сдвига за счёт схемы соединения трансформатора ![]() В соответствии с величинами номинальных значений токов трансформатора со сторон ВН, НН и ТСН на стороне ВН используется встроенный трансформатор тока с коэффициентом трансформации КI ВН = 2000/1 А, на стороне НН - трансформатор тока с коэффициентом трансформации КI НН = 40000/5 А, а на стороне ответвления на ТСН - трансформатор тока с коэффициентом трансформации КI ТСН = 2000/5 А. Вторичный ток в плече защиты на стороне высшего напряжения, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, составляет: ![]() Вторичный ток в плече защиты на стороне низшего напряжения, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, составляет: ![]() Вторичный ток в плече защиты в ответвлении на трансформатор собственных нужд, соответствующий номинальной мощности ТСН, составляет: ![]() Максимальное значение первичного тока, приведённое к стороне ВН энергоблока, проходящего через защищаемый трансформатор при трёхфазном металлическом коротком замыкании на выводах одной из расщеплённых обмоток трансформатора собственных нужд составляет: ![]() ![]() Так как в цепи генераторного напряжения установлен выключатель нагрузки, то в качестве расчётного принимается трёхфазное металлическое короткое замыкание на выводах ВН трансформатора блока. Максимальный первичный ток, проходящий через защищаемый трансформатор в этом режиме и приведённый к стороне ВН блока составляет: ![]() Максимальный первичный ток, проходящий через защищаемый трансформатор в этом режиме и приведённый к стороне НН блока составляет: ![]() Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах ВН трансформатора при работе энергоблока на холостом ходу составляет: ![]() Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах НН трансформатора в минимальном режиме работы энергосистемы и при отключённом генераторе составляет: ![]() 1. Продольная дифференциальная токовая защита генератора. 1.1. Защита выполняется на реле с тормозным действием и быстронасыщающимся трансформатором типа ДЗТ-11/5. Реле имеет рабочую обмотку с ответвлением посередине и тормозную обмотку. Тормозную обмотку наиболее целесообразно присоединить к трансформаторам тока со стороны линейных выводов. Наличие торможения позволяет повысить чувствительность защиты за счёт отстройки от внешних коротких замыканий и асинхронного режима. ![]() Наибольшее значение тока асинхронного хода определяется по выражению: ![]() где: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 1.2. Выбор уставок защиты сводится к определению числа витков тормозной обмотки при принятом числе витков рабочей обмотки. МДС срабатывания реле при отсутствии торможения Fср=100 А ![]() ![]() При этом для всех типов генераторов первичный ток срабатывания защиты составляет ![]() Число витков рабочей обмотки принимается в зависимости от соотношения токов в плечах защиты в условиях номинального режима. При соотношении токов 1:1 (обмотка статора имеет одну параллельную ветвь) используются 144 витка рабочей обмотки. При соотношении токов 1:2 (обмотка статора имеет две параллельных ветви) используется ответвление в средней части рабочей обмотки, к которому подключается плечо с большим током. Необходимое торможение определяется по условию отстройки защиты от наибольшего тока небаланса при внешнем коротком замыкании или асинхронном ходе генератора: ![]() где: ![]() ![]() ![]() ![]() Значение тока небаланса, приведённое к стороне генераторного напряжения, составляет: ![]() Намагничивающая сила рабочей обмотки реле вычисляется по значению тока в рабочей обмотке, равного току небаланса, и числу витков рабочей обмотки насыщающегося трансформатора реле: ![]() где: ![]() ![]() ![]() ![]() Для выбора числа витков тормозной обмотки определяется МДС по тормозной характеристике реле серии ДЗТ-11 из условия минимального торможения. ![]() Расчётное число витков тормозной обмотки определяется по выражению: ![]() где: ![]() ![]() Принимается ближайшее большее число витков по справочным данным: ![]() 1.3. Чувствительность защиты при отсутствии торможения определяется при двухфазном коротком замыкании на выводах генератора и его работе на холостом ходу: ![]() где: ![]() ![]() Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах генератора при работе энергоблока на холостом ходу, приведённое к стороне генераторного напряжения, составляет: ![]() ![]() При наличии торможения коэффициент чувствительности определяется соотношением: ![]() Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания, проходящего через нулевые выводы генератора и приведённое к стороне генераторного напряжения, составляет: ![]() Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания, проходящего через фазные выводы генератора в минимальном режиме работы энергосистемы и приведённое к стороне ВН энергоблока, составляет: ![]() Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания, проходящего через фазные выводы генератора в минимальном режиме работы энергосистемы и приведённое к стороне генераторного напряжения, составляет: ![]() Суммарное значение тока короткого замыкания при этом составляет: ![]() Для нахождения ![]() ![]() где: ![]() ![]() где: ![]() ![]() Далее по тормозной характеристике при максимальном торможении определяется точка с координатами ![]() ![]() ![]() ![]() Схема подключения данной защиты изображена на рисунке 1. ![]() 2. Поперечная дифференциальная защита генератора от межвитковых коротких замыканий в обмотке статора. 2.1. Защита выполняется на токовом реле типа РТ-40/Ф с фильтром высших гармоник и включается на трансформатор тока, установленный в перемычке между двумя нейтралями параллельных ветвей обмотки статора. Реле имеет четыре диапазона уставок от 1,75 до 17,5 А. 2.2. При проектировании можно принять ![]() С учётом коэффициента трансформации трансформатора тока поперечной дифференциальной защиты значение тока срабатывания реле составит: ![]() Схема подключения данной защиты изображена на рисунке 2. ![]() 3. Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора. 3.1. Общие положения. Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора выполняется действующей по напряжению и содержит два органа: максимальное реле напряжения первой гармоники, защищающее до 90% обмотки статора со стороны линейных выводов, и реле напряжения третьей гармоники с торможением, защищающее до 35% обмотки статора генератора со стороны нулевых выводов. Расчёт уставок защиты сводится к определению параметров срабатывания указанных органов. |