лекции

38

Рис. 4.3. Схема поперечной дифференциальной защиты генератора

При замыкании между ветвями одной из параллельных обмоток равенство токов нарушается, и реле срабатывает.

Фильтр Ф пропускает ток только основной частоты 50Гц. В этой схемы токовых реле подключено к ТТ, установленному в цепи между нулевыми токами соединительных в звезду параллельных ветвей обмотки статора. С целью повышения чувствительности токовые реле включаются через фильтр Ф для отстройки от воздействия гармоник, кратных трем, наличие которых обусловлены искажением формы кривой ЭДС генератора. В результате ток срабатывания реле при частоте 150 Гц (3-я гармоника) примерно в 10 раз больше, чем при частоте 50 Гц.

На генераторах с непосредственным охлаждением защита выполняется без выдержки времени. На генераторах с косвенным охлаждением устанавливается дополнительно реле времени. Нормально на этих генераторах поперечная дифференциальная защита работает без выдержки времен, а замедление порядка (0,5-1)сек вводится в схему при появлении замыкания в одной точке цепи возбуждения.

Ток срабатывания рассчитывается по формуле:

Iс.з. = (0,2 −0,3)Iном .

4.4. ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

Генераторы с напряжением выше 6кВ выполняется с изолированной нейтралью. Защита от однофазных замыканий на землю выполняется с ТТ нулевой последовательности, имеющими подмагничивание.

Поскольку токи замыкания на землю малы по сравнению с токами нулевой последовательности, которые обеспечивают работу защиты при малых токах замыкания на землю.

В эксплуатации используется ТТ нулевой последовательности двух типов: для защиты генераторов имеющих кабельные выводы – кабельного типа (ТНП); для защиты генераторов с шинными выводами (ТНПШ) – шинного типа.

По принципу действия ТНП аналогична ТЗР (ТЗЛ), которые применяются в схемах защит от замыканий на землю кабельных линий. Обмотка

38

39

подмагничивания, расположенная на обоих сердечниках, предназначена для увеличения мощности отдаваемой ТНП, что достигается подмагничиванием переменным током. Потоки Фп1 и Фп2 направлены в противоположные стороны и ЭДС в реле КА1 равна нулю. Для увеличения мощности отдаваемой ТНП, вводится подмагничивание переменным током 110В.

Рис. 4.4. Схема трансформатора тока ТНП

Е
		Е2
	без	с подмагн.
Е1	подмагн.	I w
	I3

Iп I3

Рис. 4.5. Характеристика подмагничивания

39

40

ТТ нулевой последовательности шинного типа применяются на генераторах с шинными выводами. ТНПШ выполнены в основном также, как и

ТНП кабельного типа. Для соединения с шинными выводами генератора в окне ТНПШ вмонтированы три шины, изолированные одна от другой и от сердечника.

Рис. 4.6. Схема защиты от замыканий на землю

Токовое реле КА1 типа РТ-40 включено на вторичную обмотку ТНП. Чтобы предотвратить неправильное действие защиты от токов небаланса, проходящих кратковременно при переходных процессах при замыкании на землю во внешней сети, в схему введено реле времени, создающее выдержку (0,5-2)с. Реле КА2, более грубое, предназначено для действия при двойных замыканиях на землю (одно замыкание во внешней сети и второе в обмотке статора).

Ток срабатывания чувствительного реле КА1 защиты от замыканий на землю должен удовлетворять следующим условиям:

а) быть не выше 5А, для чтобы обеспечить отключение генератора при токах замыкания на землю 5А и выше

Iс.з.≤5А

б) быть выше тока небаланса, проходящего через ТНП при внешних двухфазных КЗ

I	с.з.	=	1	(2I	сг	+1,5I	нб	)
			кв

где Iсг – собственный емкостный ток генератора;

кв – коэффициент возврата: для реле РТ-40 – 0,8; ЭТД-551 – 0,5; ЭТ-521

– 0,85;

Iнб – ток небаланса, приведенный к первичной стороны ТНП.

40

41

Первичный ток срабатывания грубого реле защит от замыканий на землю принимается порядка 10-200А.

На генераторах мощностью 160МВт и более применяется защита ЗЗГ- 1. Она состоит из органа нулевой последовательности первой гармоники и органа третьей гармоники.

4.5. ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА ОТ СВЕРХТОКОВ ВНЕШНИХ КЗ И ПЕРГРУЗКИ

МТЗ с блокировкой по напряжению

МТЗ с блокировкой по напряжению выполняется аналогично линейной защите этого типа.

Рис. 4.7. Схема МТЗ с комбинированным пуском по напряжению

Реле KV1 – это реле минимального действия типа РН-50 (работает при трехфазном КЗ). Вместо одного реле KV1 может быть три, включенные на Uл. Реле KV2 – это реле максимального действия типа РНФ-1 (работает при двухфазном КЗ). Реле KT2─ реле термического действия.

В зону действия защит от внешних КЗ должны входить: генератор, сборки шин и отходящие от них присоединения. Защита действует на отклю-

41

42

чение генератора и АГП. Защита не должна работать при перегрузках и качаниях.

Расчет уставок.

Ток срабатывания:

I	ср.	= к	н	Iном
				к	n
					в Т

где кн – коэффициент надежности равный (1,1-1,2); кв – коэффициент возврата.

Напряжение срабатывания реле KV1:

Uср = (0,5 −0,6)U раб.ген

Напряжение срабатывания реле KV2 принимается минимально возможным Uср = 0,06U раб.ген (обычно порядка 6В).

Выдержка времени у МТЗ устанавливается на одну-две ступени выше выдержки времени защит трансформаторов и линий, отходящих от шин генератора напряжения.

МТЗ от перегрузки

Защита от перегрузки выполняется на одном токовом реле, т.к. перегрузка имеет место во всех трех фазах. Для того чтобы защита не сработает при кратковременных перегрузках, в схему введено реле времени KT2 (

рис.4.8).

Расчет уставок.

Ток срабатывания:

I	ср	=	кнIном
			к	n
				в Т

где кн – коэффициент надежности равный 1,05.

Выдержка времени устанавливается больше выдержки времени МТЗ генератора. На гидростанциях 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.

Токовая защита обратной последовательности

Как уже отмечалось, токи обратной последовательности представляют большую опасность для генераторов, поэтому на генераторах выше 30МВт для защиты от внешних несимметричных КЗ применяется ТЗОП (рис.4.8).

Расчет уставок.

Ток срабатывания реле КА2:

Iс.з. = (0,3 −0,7)Iном

Принято выбирать ток срабатывания реле КА2 так, чтобы он не превышал величины тока обратной последовательности, прохождение которого допустимо для генератора данного типа в течении 2мин.

42

43

Iс.з. = 120А Iном

где А – постоянная величина для генератора данного типа.

Для действия при трехфазном КЗ предусмотрено одно токовое реле КА1, включенного на фазный ток.

На мощных турбогенераторах мощностью 160МВт и выше с непосредственным охлаждением, которые значительно более чувствительны к перегрузкам токами обратной последовательности предложено использовать ТЗОП с зависимой характеристикой, обеспечивающую чувствительную и селективную защиту генератора на основе реле РТФ-6. Для того чтобы обеспечить удовлетворительную защиту мощных турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток на них устанавливается многоступенчатая ТЗОП с независимой характеристикой.

Рис. 4.8. Схема токовой защиты обратной последовательности

4.6. ЗАЩИТА ОТ ПОВЫШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Защита от повышения напряжения генератора предотвращает опасное для изоляции статора повышение напряжения, возможное в случае отказа автоматического регулятора возбуждения (АРВ).

Защита выполняется двухступенчатой (рис. 4.9). Первая ступень отключает генератор при увеличении напряжения статора генератора более

43

44

150%Uном . Вторая ступень отключает генератор при увеличении напряжения статора более 120%Uном в следующих режимах:

-в режиме холостого хода;

-в режиме сброса нагрузки.

Обе ступени защиты от повышения напряжения выполняется с помощью реле максимального напряжения РН – 58/260. Контроль сброса нагрузки осуществляется с помощью токового реле РТ – 40.

Расчёт защиты

Первая ступень 1. Напряжение срабатывания защиты

UСЗ =1,5 Uном =1,5 13800 = 20700 В,

где Uном - номинальное напряжение генератора, В. 2. Напряжение срабатывания реле

U

СР

=

UСЗ

=

20700

=150В,

КU

13800 /100

где

К

U

=

13800

- коэффициент трансформации трансформатора напряже-

100

ния.

3. Время срабатывания защиты принимаем tСЗ = 0,5с.

Вторая ступень.

1. Напряжение срабатывания защиты

UСЗ =1, 2 Uном =1, 2 13800 =16560В,

где Uном - номинальное напряжение генератора, В. 2. Напряжение срабатывания реле

U

СР

=

UСЗ

=

16560

=120В,

КU

13800 /100

где

К = 13800

- коэффициент трансформации трансформатора напряже-

U

100

ния.

3.

Время срабатывания защиты

tСЗ

= 0с ;

- в режиме холостого хода

- в режиме сброса нагрузки tСЗ

= 3с .

По цепям напряжения защита от повышения напряжения подключена к вторичной обмотке “Y” трансформатора напряжения установленного на выводах статора генератора, а по цепям тока к трансформатору тока установленному в нейтрали генератора.

Защита от повышения напряжения действует на: - отключение генераторного выключателя;

44

45

-отключение автомата гашения поля;

-аварийный останов турбины;

-пуск УРОВ генераторного выключателя.

Рис. 4.9. Схема защиты от повышения напряжения

4.7. ЗАЩИТА ЦЕПИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

Защита от замыканий на землю в одной точке

Для периодического контроля состояния изоляции цепей возбуждения используется вольтметр, один зажим которого связан с землей, а второй поочередно подключается к полюсам ротора. Если изоляция хорошая, то замеры в обоих случаях близки к нулю.

На генераторах и синхронных компенсаторах рекомендуется устанавливать специальную защиту, действующую на сигнал (рис. 4.10).

Защита такого типа может применяться на гидрогенераторах при емкости цепи возбуждения относительно земли не более 0,5 мкФ. К цепи возбуждения через конденсатор С подключается вторичная обмотка промежуточного трансформатора Тр, в цепь которой включено токовое реле КА, имеющее специальные обмоточные данные.

Рис. 4.10. Схема защиты цепей возбуждения от замыканий в одной точке

45

46

Защита от замыканий на землю в двух точках (устанавливается только на турбогенераторах).

На станциях обычно имеется один общий комплект защиты, который и подключается к генератору, имеющему замыкание на землю в одной точке.

4.8. ЗАЩИТЫ БЛОКА ГЕНЕРАТОР-ТРАНСФОРМАТОР, ГЕНЕРАТОР-АВТОТРАНСФОРМАТОР

Основные защиты реагируют на все виды повреждений энергоблока и действуют на отключение всех выключателей энергоблока и ввод АГП. Для энергоблоков мощностью 150 МВт и выше одновременно даются команды на останов турбины и гашение котла. В качестве основных защит могут быть применены:

а) отдельная продольная дифференциальная токовая защита генератора от междуфазных повреждений в обмотке статора;

б) продольная дифференциальная токовая защита трансформатора от всех видов замыканий на выводах и в обмотках с эффективно заземленной ней-

тралью, а	также от междуфазных замыканий на выводах и в об
мотках с изолированной нейтралью;
в)	общая продольная дифференциальная токовая защита энергоблока

от всех видов замыканий на выводах и обмотках с эффективно заземленной нейтралью, а также от междуфазных замыканий на выводах и в обмотках с изолированной нейтралью трансформаторов и в обмотках статора генераторов; для энергоблоков мощностью свыше 150 МВт эта защита может применяться в качестве резервной к защитам подп. а и б;

г) односистемная поперечная дифференциальная токовая защита статора генератора от замыканий между витками одной фазы;

д) газовая защита от замыканий внутри кожуха трансформатора или автотрансформатора, сопровождающихся выделением газа, а также при резком понижении уровня масла;

е) продольная дифференциальная токовая защита ошиновки стороны ВН от всех видов КЗ на выводах и ошиновке при напряжении

330—500 кВ;

ж) защита от повышения напряжения генератора с токовой блоки-

ровкой,	которая устанавливается на	энергоблоках	мощностью	150 МВт
ивыше;
з)	защита от замыканий	на землю	в обмотке	статора;

и) защита от асинхронного хода; к) защита от перегрузки ротора;

л) защита от повреждений вводов 500 и 750 кВ трансформаторов и автотрансформаторов.

Резервные защиты обычно резервируют основные защиты энергоблока и реагируют на внешние КЗ, действуя на отключение с двумя выдержками времени: с первой выдержкой времени отключаются выключатели энергоблока с

46

ном.

47

одновременным переводом тепловой части энергоблока в режим холостого хода; со второй выдержкой времени вводится АГП, производится останов турбины и гашение котла. В качестве резервных защит применяются:

а) токовая защита обратной последовательности для действия при несимметричных КЗ и несимметричном перегрузе генератора;

б) дистанционная защита для действия примежду фазных КЗ; в) МТЗ нулевой последовательности от замыканий на землю на сторо-

нахсглухозаземленнойнейтралью(можетвыполнятьсянаправленной). 3. Защиты, действующие на сигнал. К этим защитам относятся:

а) МТЗ генератора от перегрузки токами обратной последовательности;

б) МТЗ от симметричной перегрузки блока; выполняется так же, как и защита генератора от симметричного перегруза;

в) защита от замыканий на землю в цепях возбуждения генератора; г) защита максимального напряжения нулевой последовательности

от замыканий на землю на генераторной стороне энергоблока; д) газовая защита, действующая на сигнал при медленном выделении

газа.

При выполнении релейной защиты блока генератор-трансформатор (ге- нератор-автотрансформатор) согласно [7] от междуфазных КЗ выполняется:

•продольная дифференциальная токовая защита генератора на базе реле РНТ-565(п.);

•продольная дифференциальная токовая защита повышающего трансформатора на базе реле ДЗТ-11;

•дифференциальная отсечка блока.

Алгоритм расчета уставок последней представляет собой:

Ток срабатывания отсечки выбираются по условию: 1)отстройка от броска намагничивающего тока трансформатора

IСЗ.ОТС = КОТС I НОМ

Это условие обеспечивается при минимальной уставке на реле по току срабатывания отсечки в Iном, если ответвления не основной стороны примерно равны вторичным токам в соответствующих плечах защиты; при выборе ответвлений рабочей цепи реле значительно меньшими вторичных токов в плечах защиты должна приниматься большая уставка 9 I

2)отстройка первичного тока небаланса

IСЗ.ОТС = КОТС. IНБ.MAX

где Котс. – коэффициент отстройки, равный 1,5;

				I	ОТВ.РАБ.РАСЧ.2	− I	ОТВ.РАБ.2		(3)
IНБ.MAX		Ка Ко fi	+ V +						I К
	=
					IОТВ.РАБ.РАСЧ.2

где Ка – коэффициент учитывающий переходный режим, принимается равный 3 при разнотипных трансформаторах тока и разных схемах соединений ТА защиты,

47