Расчёт параметров схемы замещения и токов короткого замыкания

• Название: Расчёт параметров схемы замещения и токов короткого замыкания
• Дата: 05.04.2023
• Размер: 1.59 Mb.
• Имя файла: kp2_1.docx
• Тип: Документы; #1038876
• страница: 1 из 6

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 схема соединения трансформаторов тока на стороне ВН выбирается - “треугольник”, а на стороне НН и в ответвлении на ТСН - “звезда”.

В соответствии с величинами номинальных значений токов трансформатора со сторон ВН, НН и ТСН на стороне ВН используется встроенный трансформатор тока с коэффициентом трансформации К_{I ВН} = 2000/1 А, на стороне НН - трансформатор тока с коэффициентом трансформации К_{I НН} = 40000/5 А, а на стороне ответвления на ТСН - трансформатор тока с коэффициентом трансформации К_{I 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: - фазное напряжение сети высшего напряжения блока;

- переходный реактанс генератора,

;

- сопротивление трансформатора;

- сопротивление сети в максимальном режиме.

1.2. Выбор уставок защиты сводится к определению числа витков тормозной обмотки при принятом числе витков рабочей обмотки.

МДС срабатывания реле при отсутствии торможения F_ср=100 А в. При этом минимальный ток срабатывания реле составляет:



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:

А,

где: - относительная погрешность трансформаторов тока, принимается равной 0,1;

- коэффициент однотипности, для однотипных трансформаторов принимается равным 0,5, а для разнотипных - 1,0;

- коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока, для реле серии ДЗТ с насыщающимся трансформатором принимается равным 1,0;

- периодическая составляющая тока короткого замыкания или наибольшее значение тока асинхронного хода, А.

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: - число витков рабочей обмотки, 144 витка;

- коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,6;

- коэффициент трансформации трансформатора тока;

- определяется по выражению (1.2) и принимается большим из двух условий (короткое замыкание и асинхронный ход).

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: - то же, что и в п.1.2.



Принимается ближайшее большее число витков по справочным данным: витков.

1.3. Чувствительность защиты при отсутствии торможения определяется при двухфазном коротком замыкании на выводах генератора и его работе на холостом ходу:



где: - полный ток в месте короткого замыкания;

- определяется по формуле (1.1);

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 защиты при наличии торможения предварительно для случая двухфазного короткого замыкания на выводах генератора определяется рабочая и тормозная МДС:



где: - число витков рабочей обмотки (144 витка);



где: - ток короткого замыкания со стороны системы;

- принятое число витков тормозной обмотки.

Далее по тормозной характеристике при максимальном торможении определяется точка с координатами и , которая соединяется с точкой начала координат. Находится по пересечению прямой с тормозной характеристикой при максимальном торможении (верхняя характеристика) и определяется) коэффициент чувствительности:



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.