Электронный учебник по курсу Релейная защита - файл n9.htm

приобрести
Электронный учебник по курсу Релейная защита
скачать (2295.2 kb.)
Доступные файлы (12):
Part_1.htm328kb.26.04.2004 05:20скачать
Part_2.htm671kb.26.04.2004 05:20скачать
n3.htm691kb.06.04.2004 22:29скачать
Part_3.htm318kb.26.04.2004 05:19скачать
n5.htm328kb.24.04.2004 03:42скачать
Part_4.htm108kb.26.04.2004 05:19скачать
n7.htm110kb.24.04.2004 06:54скачать
Part_5.htm302kb.26.04.2004 05:19скачать
n9.htm304kb.24.04.2004 06:32скачать
Part_6.htm51kb.26.04.2004 05:19скачать
Part_7.htm57kb.26.04.2004 05:16скачать
n12.htm12kb.13.05.2004 20:26скачать

n9.htm

         Оглавление
Глава 5 - Защита синхронных генепаторов.
  5.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы.
  5.2. Виды защит применяемых для генераторов.
  5.2.1. Продольная дифференциальная защита.
  5.2.2. Поперечная дифференциальная защита.
  5.2.3. Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора.
  5.2.4. Максимальная токовая защита от внешних замыканий.
  5.2.5. Токовая защита обратной последовательности.
  5.2.7. Максимальная токовая защита генератора от симметричных перегрузок.
  5.2.8. Защита от повышения напряжения.
  5.2.9. Защита от замыканий на землю обмотки возбуждения.
  5.2.10. Защита ротора от перегрузки.
  5.2.11. Защита от асинхронного режима при потере возбуждения.
  5.3. Особенности защит синхронных компенсаторов.

Защита синхронных генераторов

5.    Защита синхронных генераторов


 

Синхронные генераторы являются наиболее ответственным оборудованием в энергосистеме. Поэтому к релейной защите генераторов предъявляются повышенные требования. Генераторы, как и трансформаторы, снабжаются защитами от ненормальных режимов работы и от внутренних повреждений.

5.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы


 

Наиболее опасными являются повреждения в обмотках генератора (особенно статора):

1.   Междуфазные КЗ. Сопровождаются горением дуги и выгоранием активной стали статора.

2.   Однофазные замыкания на землю. Могут приводить к возникновению дуги между проводниками обмотки и корпусом.

3.   Замыкания между витками одной фазы. Сопровождаются значительным увеличением токов в замкнутых витках, их нагреву и порче изоляции. Кроме того, витковые замыкания часто переходят в двухфазные.

Последствия перечисленных повреждений столь серьезны, что любое из них требует немедленного отключения.

В обмотке ротора возможны следующие повреждения:

1.   Замыкание на землю в одной точке обмотки ротора. Этот вид повреждения никакого влияния на работу генератора не оказывает.

2.   Замыкание в двух точках обмотки ротора. Сопровождается протеканием больших токов, которые сильно искажают магнитное поле ротора. Часто приводит к возникновению дуги. Поэтому генератор необходимо немедленно отключить.

Серьезную опасность для генератора представляют ненормальные режимы работы, сопровождаются протеканием сверхтоков и возникновением перенапряжений:

1.   Перегрузки систематические и аварийные, связанные с отключением части работающих генераторов, нарушением синхронизма, потерей возбуждения. Во всех этих случаях возможен перегрев различных частей генератора. Поэтому длительность работы агрегатов в таких режимах строго регламентируется. Если генератор работает больше установленного срока, то его разгружают или при необходимости отключают.

2.   Несимметрия токов в фазах. Приводит к перегреву ротора и к механической вибрации агрегата.

3.   Повышение напряжения. Часто возникает на генераторах при внезапном сбросе нагрузки. Может привести к пробою изоляции. На турбогенераторах устанавливают быстродействующие регуляторы скорости и поэтому значительного увеличения напряжения не возникает.

5.2  . Виды защит, применяемых для генераторов


 

1.   Продольная дифференциальная защита ­– для защиты от междуфазных повреждений внутри генератора.

2.   Поперечная дифференциальная защита – для защиты от межвитковых КЗ при наличии выведенных параллельных ветвей обмоток и их соединении в звезду.

3.   Защита нулевой последовательности – для защиты от однофазных замыканий на землю.

4.   Токовая отсечка и максимальная токовая защита – для защиты от внешних КЗ (и от внутренних у генераторов малой мощности).

5.   Токовая защита с четырехплечным мостом – для защиты от замыканий в двух точках обмотки возбуждения.

6.   Защита от максимального напряжения – применяется на гидрогенераторах.

7.   Защита от перегрузки – применяется на генераторах всех мощностей.

8.   Токовая защита обратной последовательности.

5.2.1. Продольная дифференциальная защита


Для защиты генератора от междуфазных повреждений применяется продольная дифференциальная защита. Принцип ее действия основан на сравнении токов с обеих сторон защищаемого объекта. Для этого защита подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны главных и нулевых выводов генератора. Вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и реле соединяют между собой таким образом, чтобы при КЗ вне защищаемой зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал или был близок к нулю, а при повреждении внутри генератора был больше уставки срабатывания реле.

В нормальном режиме работы и при внешнем КЗ ток, протекающий по обмоткам реле , равен току небаланса

,

где  и - токи в плечах защиты.

При КЗ в зоне действия защиты

.

Продольная дифференциальная защита действует на отключение всех выключателей генератора, гашение поля и останов турбины.

Поскольку генераторы работают в сетях с незаземленной или резонансно-заземленной нейтралью, то при мощности генератора Р£30 МВт дифференциальная защита выполняется по двухфазной схеме. Недостатком этой схемы является то, что она не реагирует на двойные замыкания (когда одно произошло в сети, а другое в генераторе, на фазе где нет трансформатора тока). Поэтому необходима дополнительная установка защиты от двойных замыканий на землю.



                          Рис.72. Схема продольной дифференциальной защиты генератора

На мощных генераторах защиту выполняют в трехфазном варианте, чтобы обеспечить срабатывание и при двойных замыканиях на землю, когда одно из мест пробоя находится вне защищаемой зоны.

Токи небаланса в дифференциальной защите генераторов могут достигать значительной величины. Причины их появления – не идентичность кривых намагничивания, неодинаковая вторичная нагрузка и погрешность трансформаторов тока.

Для исключения ложного срабатывания защиты в режиме внешнего КЗ  от токов небаланса применяются два способа:

1. Уменьшают величину и длительность броска тока небаланса неустановившегося режима с помощью сопротивления, включенного последовательно с обмоткой токовых реле. Способ используется на генераторах малой мощности.

2. Для защиты мощных генераторов (более 25 МВт) применяются реле типа РНТ-565 и ДЗТ-11/5, не реагирующие на броски тока небаланса.

Ток срабатывания для дифференциальной защиты генератора выбирается из условия отстройки от токов небаланса при внешнем КЗ:

,

где - коэффициент надежности, =1,3;

 

;

где – учитывает наличие апериодической составляющей в токе КЗ, для реле типа РНТ и ДЗТ = 1; - коэффициент однотипности трансформаторов тока, при однотипных трансформаторах тока принимается = 0,5;  – величина допустимой погрешности трансформаторов тока; – ток трехфазного КЗ на выводах генератора.

Если ток максимальный ток асинхронного хода  больше тока трехфазного КЗ на выводах генератора, то при расчете тока небаланса необходимо подставлять его величину. 

Чувствительность защиты проверяется при двухфазном КЗ на выводах генератора:

.

5.2.2. Поперечная дифференциальная защита


 

Устанавливается на генераторах, имеющих несколько параллельных ветвей, выведенных наружу и соединенных в звезду. Используется для защиты от межвитковых КЗ одной фазы обмотки статора. Действует без выдержки времени на отключение всех выключателей генератора, гашение поля и останов турбины.

Возможно трехсистемное и односистемное исполнение защиты. В односистемной схеме (рис.73) производится сравнение суммы токов трех фаз одной группы ветвей с суммой токов трех фаз другой параллельной группы ветвей. Реле тока KAZ (применяется реле серии РТ-40/Ф с фильтром высших гармоник ZF) подключается к трансформатору тока ТА, установленному в нулевом проводе, соединяющем нейтрали. В трехсистемной схеме производится сравнение токов параллельных ветвей каждой фазы.

В настоящее время используются только односистемные схемы, так как они отличаются простотой, экономичностью, надежностью и большей чувствительностью.

В нормальном режиме в параллельных ветвях каждой фазы наводятся одинаковые ЭДС. Сопротивления параллельных ветвей равны. Поэтому равны и токи параллельных ветвей  и . Сумма токов параллельных ветвей трех фаз (ток в реле ) равна току небаланса :

,

где  и - суммы токов в первых и вторых параллельных ветвей.

Ток небаланса определяется наличием токов высших гармоник, кратных трем, и токов нулевой последовательности, вызванных несимметрией ЭДС фаз. Для отстройки от токов небаланса высших гармоник реле включают через фильтр ZF, что дает возможность уменьшить ток срабатывания защиты примерно в 10 раз.



                       Рис.73. Схема исполнения односистемной поперечной

дифференциальной защиты

В случае замыкания между витками одной фазы сопротивления параллельных ветвей становятся различными и равенство токов нарушается. В перемычке между нейтралями паpаллельных обмоток статоpа протекает ток, вызывающий срабатывание защиты.

По своему принципу работы защита не требует выдержки времени. Ток срабатывания выбирается из условия отстройки от тока небаланса:

.

На практике ток срабатывания выбирается:

,

 где - номинальный ток генератора.

Пpи наладке ток сpабатывания уточняется по pезультатам измеpений, и величина его может быть существенно снижена.

Поперечной дифференциальной защиты отличается простотой, экономичностью, быстротой действия и  высокой чувствительностью.

Недостатками поперечной дифференциальной защиты являются: возможность ложного срабатывания и наличие мертвой зоны, при малом количестве замкнувшихся витков, когда ток протекающий в перемычке между нейтралями невелик.

Поперечная дифференциальная защита в некоторых случаях может сработать и при многофазном КЗ, резервируя продольную дифференциальную защиту.

5.2.3. Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора


 

Применяется только для генераторов, работающих на сборные шины.

В сети с незаземленной нейтралью генератор может длительное время работать с замыканием на землю, если ток не превышает 5 А. В этом случае персоналу необходимо в течении двух часов устранить повреждение, пока оно не перешло в двухфазное КЗ. Поэтому защиту выполняют с действием на сигнал при £ 5 А и с действием на отключение при >5 А.

Для выполнения защиты используют трансформаторы нулевой последовательности кабельного (ТНП) или шинного типа (ТНПШ). Трансформаторы нулевой последовательности устанавливаются непосредственно у выводов генератора, чтобы исключить работу защиты при повреждении на токопроводе  (рис.74).

Принцип действия трансформаторов нулевой последовательности для защиты генераторов аналогичен трансформаторам нулевой последовательности для линий, работающих в сетях с изолированной нейтралью. Однако в данном случае значительно сложнее обеспечить симметрию отдельных фаз токопровода по отношению к магнитопроводу их охватывающему (в отличие от кабелей). Это приводит к возрастанию тока небаланса.

В связи с этим трансформатор тока нулевой последовательности, используемый в защите генераторов, имеет ряд конструктивных особенностей :

1. На магнитопроводе, кроме рабочей обмотки, есть обмотка подмагничивания, позволяющая добиться оптимального режима трансформатора нулевой последовательности с отдачей максимальной мощности. Цепь подмагничивания получает питание от основных обмоток трансформатора напряжения.

2. Вторичные обмотки, от которых питаются реле, разделены на секции и расположены в различных частях магнитопровода. Это дает возможность уменьшить ток небаланса, возникающий за счет несимметричного расположения фаз в окне магнитопровода.

3. Чтобы обмотка подмагничивания не оказывала влияния на вторичный ток, магнитопровод выполняют из двух одинаковых сердечников, расположенных один под другим (рисунок 4). Обмотку подмагничивания разбивают на две секции и располагают на обоих магнитопроводах. Соединяют их между собой последовательно встречно так, что ЭДС во вторичной обмотке трансформатора нулевой последовательности, созданные за счет потоков от токов намагничивания взаимно уравновешиваются и суммарный ток равен нулю.



                  Рис.74. Схема защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора, реагирующая на емкостной ток



Рис.75. Конструкция трансформатора тока нулевой последовательности

Рабочие обмотки также соединены последовательно.

В цепи рабочей обмотки ТНПШ включены токовые реле KA1 (рис.74) для защиты генератора от однофазных замыканий на землю и реле KA2 для защиты от двойных замыканий на землю. Для предотвращения излишних срабатываний защиты от токов небаланса ее действие  блокируется защитами от внешних симметричных (KA3) и несимметричных КЗ (KA4).

Защита от однофазных замыканий на землю имеет выдержку времени  1.5 - 2 с, предусмотренную для отстройки от переходных процессов при внешних замыканиях на землю, сопровождающихся бросками емкостного тока.

Ток срабатывания защиты от однофазных замыканий на землю выбирается по условию отстройки от токов небаланса.

Первичный ток срабатывания защиты

 ,

где   - емкостной ток замыкания на землю генератора;  - коэффициент возврата реле KA1; - коэффициент надежности для отстройки от перемежающего внешнего замыкания на землю (принимается равным 2); - коэффициент надежности, принимается равным 1,5; - первичный ток небаланса.

Первичный ток небаланса определяется по выражению

                                                                  = ,      

где   - число витков вторичной обмотки ТНПШ;  -  сопротивление реле KA1; - эквивалентное сопротивление намагничивания, приведенное ко вторичным цепям; - вторичный ток небаланса.

Вторичный ток небаланса состоит из двух составляющих: одна из них обусловлена несимметричным расположением первичных обмоток ТНПШ относительно вторичных и создается током внешнего KЗ, а вторая – не идентичностью двух сердечников ТНПШ и возникает из-за наличия подмагничивания:

 ,

где  - э.д.с. небаланса во вторичной обмотке ТНПШ в номинальном  режиме; - кратность тока срабатывания реле блокировки относительно номинального тока генератора; - коэффициент, учитывающий размещение ТНПШ в закрытом шиноблоке.             

Ток срабатывания  должен быть меньше 5А.

Ток срабатывания защиты от двойных замыканий на землю принимается 200-300 А. При этом она надежно отстроена от токов небаланса и имеет высокую чувствительность.

Для генераторов, имеющих больший емкостной ток, чем генераторы ТВФ-63, ток срабатывания защиты получается больше 5 А. В связи с этим применяется схема с компенсацией в защите установившегося емкостного тока.

Для указанной компенсации на обмотку ТНПШ, предназначенную для включения блокирующего реле, подается напряжение 3 от трансформатора напряжения через конденсаторы.  В остальной части схема не отличается от рассмотренной ранее.

5.2.4 Максимальная токовая защита от внешних замыканий


       Все генераторы, работающие на сборные шины снабжаются или простыми максимальными токовыми защитами, или максимальными токовыми защитами с пуском по напряжению, или максимальными токовыми защитами с фильтром токов нулевой последовательности.

Действие этих защит предусматривается в следующих случаях:

1.       При КЗ на сборных шинах, не имеющих специальной защиты или при отказе в действии этой защиты.

2.       При КЗ на элементах, присоединенных к сборным шинам при отказе в действии защит.

3.       При отказе в действии основных защит генератора.

Основное назначение максимальной токовой защиты – защита генератора от сверхтоков при внешних КЗ.

На генераторах малой мощности (до 1 МВт), не подверженных перегрузкам в качестве основной защиты от внутренних и внешних КЗ, применяется  простая максимальная токовая защита вместе с токовой отсечкой (рис.76).



Рис.76. Схема максимальной токовой защиты и токовой отсечки генераторов малой мощности

Максимальная токовая защита выполнена на токовых реле КА3 и КА4 и реле времени КТ (рис.76). Трансформаторы тока включены в неполную звезду.

Выдержка времени максимальной токовой защиты генератора выбирается на Dt больше максимальной токовой защиты шин или потребителей. Токовая отсечка выполнена на реле КА1 и КА2 и действует без выдержки времени.

Простая максимальная токовая защита не может отличить сверхтоки внешнего КЗ, которые требуется отключать по возможности быстрее, от токов перегрузки (где защите достаточно действовать на сигнал). Поэтому для защиты генераторов мощностью свыше 1 МВт от внешних КЗ следует применять максимальную токовую защиту с ком­бинированным пуском по напряжению, выполненную с одним минимальным реле напряжения, включенным на междуфазное напряжение, и одним устройством фильтр-реле напряжения обратной последовательности, разрывающим цепь минимального реле напряжения.

При таком включении токовых реле обеспечивается срабатывание защиты при любом виде КЗ как в сети генераторного напряжения, так и на стороне высшего напряжения силовых транс­форматоров. Токовые реле максималь­ной токовой защиты обычно подключаются к трансформаторам тока, установленным со стороны выводов обмотки статора. При этом токовая защита обеспечивает резервирование основной продольной дифференциаль­ной защиты генератора при многофазных КЗ в обмотках статора. Так как токовые реле будут срабатывать не только при КЗ, но и при перегрузках, когда нет необходимости отключать генератор, в схему защиты вводится блокировка по напряжению. Эту блоки­ровку можно выполнить с помощью трех реле минимального напря­жения. Однако для повышения чувствительности защиты к КЗ за трансформаторами и реакторами на генераторах исполь­зуется обычно блокировка с двумя реле напряжения: реле напря­жения обратной последовательности и минимальным реле напряже­ния, включенным на междуфазное напряжение (рис.77).

Реле напряжения в этой схеме включены так, чтобы обеспечить высокую чувствительность ко всем видам КЗ. При перегрузках, не сопровождающихся значительным снижением напряжения, мини­мальное реле напряжения KV1 будет держать контакт KV1.1 разомкнутым, предотвращая ложное срабатывание защиты. При несимметричных КЗ сработает реле напряжения обратной последо­вательности KV2 и разомкнет контакт KV2.1, снимая напряжение с обмотки реле KV1. Реле минимального напряжения KV1 замыкает свой контакт и с помощью промежуточного реле KL подготавливает цепь обмотки реле времени КТ1. При трехфазном КЗ минимальное реле напряжения KV1 замкнет свой контакт, разрешая действовать защите.



Рис.77. Схема максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению

  Благодаря тому, что в цепь обмотки минимального реле напряжения включен размыкающий контакт KV2.1, чувствительность блокировки к трехфазным КЗ повышается поскольку в первый момент трехфазного КЗ хотя бы кратковременно существует несимметрия, реле KV2 разомкнет, а реле KV1 замкнет контакт независимо от удаленности места КЗ. После того как несимметрия  исчезнет  и  КЗ станет  симметричным,   реле KV2 замкнет контакт KV2.1 и на обмотку реле KV1 будет подано напряжение. Если напряжение возврата минимального реле напряжения будет больше, чем остаточное напряжение на его обмотке, контакт реле останется замкнутым и защита может подействовать на отключение. Поскольку при этом реле KV1 в рассматриваемой схеме работает на возврат, а напряжение возврата минимального реле напряжения превышает   напряжение   срабатывания,   то   обеспечивается   более высокая   чувствительность   к   трехфазным   КЗ.

   Реле напряжения KV1 может замкнуть свой контакт в нормальном режиме при неисправности цепей напряжения, вследствие чего будет снята блокировка токовых реле. Для того чтобы персонал мог своевременно принять меры к восстановлению цепей напряжения, в схеме предусмотрена сигнализация, срабатывающая при их повреж­дении. Плюс на сигнал подается через вспомогательный контакт SQ выключателя генератора, что необходимо для предотвращения действия  сигнализации,   когда   генератор   отключен.

Ток срабатывания токовых реле отстраивается от номинального тока генератора :

,

где  =1,1 ¸ 1,2; - номинальный ток генератора,  - коэффициент возврата.

Реле напряжения в этой схеме включены так, чтобы обеспечить высокую чувствительность ко всем видам КЗ. При перегрузках, не сопровождающихся значительным снижением напряжения, минимальное реле напряжения KV1 будет держать контакты K.V1.1 разомкнутыми, предотвращая ложное срабатывание защиты. При несимметричных КЗ сработает реле напряжения обратной последовательности K.V2 и разомкнет контакт K.V2.1, снимая напряжение с обмотки реле KV1. Реле минимального напряжения KV1 замыкает свой контакт и с помощью промежуточного реле KL подготавливает цепь обмотки реле времени К.Т1. При трехфазном КЗ минимальное реле напряжения K.V1 замкнет свой контакт, разрешая действовать защите.

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения отстраивается от   минимального значения эксплуатационного напряжения:



Для предотвращения неправильного действия защиты при самозапуске электродвигателей собственных нужд, когда напряжение на шинах генератора значительно снижается, допускается в случае необходимости уменьшать напряжение срабатывания реле напряжения до 0,5. Снижение уставки минимального реле напряжения целесообразно также на генераторах, которые могут работать в асинхронном режиме.

Напряжение срабатывания реле напряжения обратной последовательности принимается минимально возможным, отстроенным от напряжения небаланса на выходе фильтра. Обычно принимается вторичное напряжение срабатывания порядка 6 В обратной последовательности, фазное на входе фильтра.

Выдержка времени защиты устанавливается на одну-две ступени больше выдержки времени защит трансформаторов и линий, отходящих от шин генераторного напряжения. В ряде случаев защита выполняется с двумя выдержками времени: с первой через проскальзывающий контакт реле времени КТ1.1 подается сигнал на отключение секционных и шиносоединительных выключателей трансформатора, связывающих данную секцию или систему шин с соседними, а со второй выдержкой времени КТ1.2 - на отключение генератора.

На генераторах с непосредственным охлаждением проводников обмоток вместо указанной защиты может быть установлена однорелейная дистанционная защита.

5.2.5 Токовая защита обратной последовательности


        Для защиты генераторов мощностью более 30 МВт от токов обусловленных внешними несимметричными КЗ, а также от перегрузки током обратной последовательности применяется токовая защита обратной последовательности со ступенчатой или зависимой (интегральной) харак­теристикой выдержки времени.

На турбогенераторах мощностью 60 - 100 МВт с непосредственным охлаждением обмоток применяется четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности, схема которой показана на рис.78. Защита выполняется с двумя фильтрами-реле тока обратной последовательности типа РТФ-7/1 (РТФ-7/2). Одно из устройств РТФ-7 применяется в заводском исполнении. Чувствительное реле этого устройства КА2 используется для сигнализации, а грубое КА1-для второй ступени защиты. С помощью чувствительного элемента второго устройства РТФ-7 выполняется третья ступень защиты KA5, а грубый элемент КА4 используется для вывода из действия токовой защиты нулевой последовательности, чтобы предотвратить ее излишнее срабатывание при внешнем КЗ. Для выполнения первой ступени защиты используется дополнительное токовое реле КАЗ типа РТ-40/0,6, подключение которого к фильтру второго устройства РТФ-7 осуществляется через специальные выводы.

Каждая ступень токовой защиты обратной последовательности действует на свое реле времени, а для последней третьей ступени, чтобы обеспечить необходимую выдержку времени, предусмотрена установка двух последовательно действующих реле времени КТ4 и KT5. Первая, наиболее грубая ступень защиты с одной и той же выдержкой времени действует на отключение АГП, выключателя генератора и на промежуточное реле, отключающее шиносоединительные и секционные выключатели. Вторая же и третья ступени действуют с двумя разными выдержками времени: с первой через проскальзывающие контакты КТ1.1 и КТ5.1 на отключение шиносоединительных и секционных выключателей, а со второй (контакты КТ1.2, К.Т5.2) - на отключение АГП и выключателя генератора.

Ток срабатывания первой ступени выбирается по условию обеспече­ния необходимой чувствительности (= 1,2) при двухфазном КЗ на выводах защищаемого генератора, когда, выключатель его отключен. Выдержка времени первой ступени защиты определялась в соответствии с характеристикой, определяющей допустимую длительность прохождения тока обратной последовательности при двухфазном КЗ на выводах генератора.



Рис.78. Токовая защита обратной последовательности с реле типа РТФ-7

Уставки срабатывания второй ступени защиты по току выбирались таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая чувствительность защиты при несимметричном КЗ за резервируемым элементом, например за повышающим трансформатором, сохранялась селективность с защитами соседних элементов и удовлетворялись требования защиты генератора от тока обратной последовательности.

Ток срабатывания третьей ступени принимается равным 0,25, выдержка времени срабатывания – 40 сек.

На генеpатоpаторах мощностью 160 МВт и выше токовая защита обpатной последовательности с интегpальной зависимой  хаpактеpистикой выдеpжек вpемени выполняется на pеле РТФ-6М (AKI1, рис.79), содержащем пять отдельных органов: пусковой, сигнальный, интегральный и две отсечки.



           Рис.79.Схема токовой защиты обратной последовательности с реле РТФ-6М

Сигнальный оpган действует на сигнал пpи появлении несимметрии токов генеpатоpа, котоpая должная быть устранена дежурным персоналом.

Пусковой орган обеспечивает пуск интегрального органа.

Интегральный оpган пpедназначен для защиты генеpатоpа от пеpегpузки токами обpатной последовательности и действует с выдеpжкой вpемени, зависящей от величины тока обpатной последовательности. В типовых схемах защиты блоков интегральный оpган действует обычно с двумя выдержками вpемени, для этого на его выходе устанавливается выносное реле вpемени. С меньшей  выдеpжкой вpемени (проскальзывающий контакт pеле вpемени) интегральный оpган действует на отключение выключателей высшего напpяжения блока, а с большей (упорный контакт) - на останов блока.

Отсечка I ( чувствительная отсечка) является резервной защитой от внешних  несимметpичных КЗ и действует с двумя выдержками, устанавливаемыми на отдельном pеле вpемени. С меньшей выдеpжкой вpемени защита обычно действует на деление шин высшего напpяжения, а с большей - на отключение выключателей высшего напpяжения блока.

Отсечка II ( грубая отсечка) предназначена для ближнего резервирования основных защит пpи двухфазных КЗ на выводах генеpатоpа и в его статорной обмотке. Используется на блоках с генераторными выключателями и действует с выдержкой вpемени на отключение этого выключателя и останов турбины. Выдеpжка вpемени обеспечивается с помощью отдельного pеле вpемени. Пpи наличии на блоке резервной диффеpенциальной защиты или пpи отсутствии генераторного выключателя отсечка II обычно не используется.

Защита подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны нулевых или линейных выводов генеpатоpа, чем обеспечивается действие защиты пpи внутренних несимметpичных КЗ.

 

5.2.7 Максимальная токовая защита генератора от симметричных

перегрузок


 

 Защита от пере­грузки, действующая на сигнал, выполняется с помощью одного токового реле КА ( рис.80), так как перегрузка имеет место одновременно во всех фазах. Для того чтобы защита не срабатывала при кратковременных перегрузках, в схему введено реле времени КТ.

Выдержка времени устанавливается больше выдержки времени максимальной токовой защиты генератора. На гидроэлектростанциях без постоянного дежурного персонала защита от перегрузки выполняется с двумя выдержками времени: с меньшей на снижение тока возбуждения для уменьшения тока статора и с большей — на отключение генератора.



                  Рис.80. Максимальная токовая защита генератора от перегрузок

В защите используется реле тока с высоким коэффициентом возврата типа РТВК, выполненное на полупроводниках.

Ток срабатывания защиты определяется по выражению

 ,

где  - коэффициент отстройки, принимается равным 1,05;  - коэффициент возврата реле, равен 0,99;  - номинальный ток генератора.

5.2.8 Защита от повышения напряжения


 

Защита постоянно введена в действие только на гидрогенераторах, где при сбросе нагрузки напряжение на обмотке статора может достигать (1,8…2)×.



                                 Рис. 81. Защита от повышения напряжения

Такое напряжение опасно для изоляции генератора и должно быть быстро снижено. Вследствие большой инерционности направляющего аппарата гидротурбины резко уменьшить вращающий момент на валу невозможно. Поэтому используется специальная защита.

Защита состоит из реле максимального напряжения (рис.81) с напряжением срабатывания = (1,5…1,7)× и реле времени с выдержкой порядка 0,5 с. При срабатывании защита действует на отключение генератора и АГП.

На турбогенераторах защита от повышения напряжения вводится только на холостом ходу и дополняется реле тока, контролирующим наличие тока.

5.2.9 Защита от замыканий на землю обмотки возбуждения


 

Одним из наиболее частых повреждений цепи возбуждения являются замыкания на землю в одной и двух точках цепи возбуждения. Непосредственной опасности для генератора замыкание в одной точке обмотки возбуждения не представляет. Однако появление земли во второй точке сопровождается значительными изменениями токов и искажениями магнитного поля ротора. Искажение магнитного поля ротора приводит к несимметрии фазных токов в статоре и, как следствие этого, значительному нагреву обмоток.

На турбогенераторах мощностью 63 МВт замыкание на землю в одной точке выявляется при периодических измерениях сопротивления изоляции цепи возбуждения. После этого к генератору подключается переносное устройство типа КЗР-2, которое является защитой от замыкания на землю в двух точках цепи возбуждения.

На гидрогенераторах, турбогенераторах с водяным охлаждением обмотки ротора, а также на всех турбогенераторах мощностью 300 МВт и выше должна предусматриваться защита от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения. На гидрогенераторах эта защита должна действовать на отключение, а на турбогенераторах - на сигнал.

На турбо­генераторах с тиристорной и высокочастотной системами возбуждения применяется серийно выпускаемая промышленностью защита типа КЗР-3, выполняемая с наложением на цепь возбуждения перемен­ного тока частотой 25 Гц и измеpением активного тока, определяемого величиной сопpотивления изоляции цепей возбуждения.

Основные элементы и цепи защиты показаны на пpинципиальной схеме (pис.82). Источником тока частотой 25 Гц является магнитный делитель частоты (МДЧ), питающийся от сети собственных нужд. Ток частотой 25 Гц подается чеpез вспомогательное устpойство (ВУ) на обмотку возбуждения генеpатоpа (LG) и на землю (на вал генератора). ВУ содеpжит частотные фильтpы, запиpающие для выхода в защиту слагающие напpяжения частотой 50, 150, 300 Гц, конденсатоpы, отделяющие цепи возбуждения от защиты, pазpядник, защищающий измеpительные цепи защиты пpи появлении пеpенапpяжения на выходе ВУ.

Чтобы защита pеагиpовала на изменение сопpотивления изоляции, на ее измеpительный оpган должна подаваться только активная составляющая наложенного тока. Для ее выделения используется фазочувствительная схема, состоящая из диодов VD2 - VD5 и баластных pезистоpов R6 - R9, на котоpую подаются наложенный ток через тpансфоpматоp тока ТА и напpяжение частотой 25 Гц от втоpичной обмотки МДЧ.

Сpеднее напpяжение на выходе фазочувствительной схемы:

,                                                                                                                                                               

где  - угол между наложенным током и создающим его напряжением.



                                 Рис.82. Принципиальная схема защиты КЗР-3

Результат сpавнения этого напpяжения с эталонным, полученным от делителя напpяжения (pезистоpы R12, R14, R16, R18, R22), подается на чувствительное магнитоэлектpическое pеле КА. При срабатывании этого реле, через контакт реле времени КТ, с выдержкой времени получает питание выходное pеле КL2 и замыкает свой контакт в сигнальной цепи.

Выдеpжка вpемени необходима для пpедотвpащения излишних сигналов пpи сpабатывании защиты в условиях пеpеходных пpоцессов (пpи синхpонизации, гашении поля и дp.).

Для отключения генератора при замыкании на землю во второй точке цепи возбуждения применяется переносное устройство типа КЗР-2 (рис.83). Одно такое устройство может использоваться на нескольких турбогенераторах с одинаковыми параметрами цепей возбуждения. Оно подключается к генератору и вводится в pаботу после появления замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения, о возникновении котоpого можно судить по сигналу, поступающему от защиты КЗР-3, или по pезультатам пеpиодического измеpения сопpотивления изоляции цепей возбуждения с помощью вольтметpа.



                               Рис.83. Принципиальная схема защиты КЗР-2

Защита КЗР-2 pаботает по пpинципу четыpехплечевого моста, в диагональ котоpого включены pеагиpующие оpганы (pеле КV1 и КV2). Плечами моста являются сопpотивления обмотки возбуждения генеpатоpа от места пеpвого замыкания на землю до ее полюсов и сопpотивления потенциометpов устpойства R1 и R2.

Пеpед вводом защиты в pаботу мост уpавновешивается путем установки движка потенциометpа R2 в положение, пpи котоpом показания вольтметpа PV pавны нулю или близки к нему. Hакладка SХ1 пpи этом должна быть pазомкнута. По окончании настройки накладка SX1 включается и защита вводится в работу.

Пpи возникновении замыкания на землю во втоpой точке pавновесие моста наpушается и в его диагонали появляется ток. Если величина тока превышает ток срабатывания, то срабатывает поляpизованное pеле КVI либо КV2 в зависимости от того, к какому из полюсов окажется втоpое замыкание ближе пеpвого.

Для пpедотвpащения излишних сpабатываний защиты пpи пеpеходных замыканиях во втоpой точке и в условиях переходных пpоцессов защита действует с выдеpжкой вpемени (0,5 ... 1,0 с), устанавливаемой на pеле КТ.

Недостатком рассматриваемой защиты является наличие у нее «мертвой зоны», так как чем ближе второе замыкание на землю будет расположено к первой точке замыкания,тем меньше будет ток в реле. Если первое замыкание произошло на кольцах ротора, защита вообще не будет действовать независимо от места второго замыкания на землю. Защиту нельзя использовать, если первое замыкание на землю возникнет в цепи возбуждения возбуди­теля, так как в этом случае она может неправильно подействовать при изменении положения реостата возбуждения.

 

5.2.10. Защита ротора от перегрузки


 

Длительная перегрузка обмотки ротора турбогенераторов с непосредственным охлаждением не допускается. Для предотвращения повреждения ротора при перегрузке предусматривается специальная защита с помощью реле, имеющего характеристику зависимую от тока ротора. Такая защита типа РЗР-1М устанавливается на турбогенераторах мощностью 160 МВт и более. Защита имеет две ступени: с первой она действует на развозбуждение генератора, со второй – на отключение генератора от сети и гашение поля. Каждая ступень имеет свою зависимую характеистику выдержки времени, при этом выдержка времени первой ступени при одних и тех же значениях тока ротора примерно на 20 % меньше выдержки времени второй ступени.

 

5.2.11. Защита от асинхронного режима при потере возбуждения


 

Защита от асинхронного режима реагирует на изменение величины и фазы полного сопротивления на выводах генератора при потере возбуждения.

Защита выполняется с помощью одного из трех реле сопротивления , входящих в дистанционную защиту типа БРЭ 2801. Реле включается на разность фазных токов и линейное напряжение.

Если асинхронный режим недопустим  для генератора или для энергосистемы, то защита действует на отключение генератора, гашение поля и останов турбины.

5.3. Особенности защит синхронных компенсаторов


Конструктивно синхронные генераторы и синхронные компенсаторы ничем не отличаются, поэтому у синхронных компенсаторов возникают те же повреждения, что и в синхронных генераторах. Для защиты от них используются известные виды защит:

1.     От междуфазных повреждений в обмотке статора – продольная дифференциальная защита;

2.     От межвитковых замыканий – поперечная дифференциальная защита;

3.     От замыканий на землю в обмотке статора – токовые защиты на базе трансформатора нулевой последовательности с подмагничиванием;

4.     От повреждения в обмотке возбуждения – защита от замыканий в одной точке обмотки возбуждения.

Отличие защит синхронных компенсаторов от синхронных генераторов состоит в следующем:

1.   Защита от перегрузки синхронного компенсатора действует на разгрузку, то есть на уменьшение тока возбуждения.

2.   Синхронные компенсаторы не участвуют в подпитке внешних КЗ, поэтому защита от внешних КЗ не применяется.

3.   У синхронных компенсаторов используют, как правило, реакторный пуск. Для исключения прямого пуска (самозапуска) на синхронных компенсаторах применяется защита минимального напряжения, отключающая синхронный компенсатор при исчезновении напряжения.

На турбогенераторах с непосредственным охлаждением проводников обмоток рекомендуется устанавливать устройства защиты от асинхронного режима с потерей возбуждения. При действии указанных устройств защиты должен подаваться сигнал о потере возбуждения.                                          

Генераторы, не допускающие асинхронного режима, а в условии дефицита реактивной мощности в системе и остальные генераторы потерявшие возбуждение, должны отключаться от сети при действии указанных устройств (защиты или автоматического гашения поля).

             


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации