Релейная защита синхронных генераторов

Q	KV2.1

KV2 KV1

ZV2

а

в

с

	от TV
G	б)

KA1

KA2

KA3

TA

а)

KV1.1		KL1
KA1.1
KA2.1	KL1.1	KT
KA3.1	блокировка защиты
	от замыкания на
SQ.	землю
	KL1.2
1
	Сигнал
KT.
1	На отключение
KT.	выключателя Q
2	На отключение АГП

в)

Рис. 7. а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока

Защита выполняется тремя токовыми реле, каждое из которых включено на ток фазы, одним минимальным реле напряжения KV1 и одним реле напряжения KV2, подключенным к фильтру напряжения обратной последовательности ZV2.

При трехфазном симметричном КЗ и глубокой посадке напряжения срабатывает реле KV1 и разрешает токовым реле действовать на отключение. Одновременно блокируется защита от замыкания на землю. На возникновение несимметричного КЗ в сети реагирует реле KV2 и разрывает цепь реле KV1, что соответствует действию на отключение генератора с устройством АГП.

Ток срабатывания защиты Iсз = котс * Iг.ном,

где котс = 1,3…1,4;	Iср = Iсз / nТА.
Напряжение срабатывания	реле KV1 определяется,

исходя из условий отстройки от режима самозапуска электродвигателей, обеспечения возврата реле после

отключения внешнего КЗ, отстройки от напряжения в асинхронном режиме при потере возбуждения генератора. Согласно ПУЭ принимается: для турбогенераторов Uсз = (0,5…0,6)* Uг.ном, для гидрогенераторов Uсз = (0,5…0,7)*

Uг.ном,

а уставка реле Uср = Uсз / nТV,

где nТV – коэффициент трансформации трансформатора напряжения TV.

Напряжение срабатывания реле KV2 принимается, исходя из отстройки от напряжения небаланса на выходе фильтра. Согласно опыту эксплуатации Uсз = (0,1…0,12)*

Uг.ном.

По условию селективности время действия защиты tср = tприс. + t,

где tприс. – наибольшая выдержка времени на защите присоединений, питающихся от генераторных шин;

Чувствительность защиты проверяется по токам двухфазного КЗ на выводах генератора и в конце зоны резервирования (например, за повышающим трансформатором):

Кчт.осн = IК1(2) / Iсз ≥ 1,5;

Кчт.рез = IК2(2) / Iсз ≥ 1,2,

где IК1(2) – ток двухфазного КЗ на выводах генератора;

IК2(2) – ток двухфазного КЗ в конце зоны резервирования.

Для реле KV1 Кчн = Uсз / Uк ≥ 1,5,

где Uк – междуфазное напряжение в месте установки защиты при трехфазном КЗ в конце зоны резервирования.

Для повышения чувствительности к внешним симметричным КЗ на генераторах мощностью 60 МВт и более, работающих в блоке с трансформаторами, устанавливается одноступенчатая дистанционная защита, выполняемая с

использованием одного из трех реле сопротивления в блокреле КРС-2.

Защита выполняется с двумя выдержками времени для ближнего и дальнего резервирования. Реле сопротивления включается на разность токов IA – IB трансформаторов тока, установленных со стороны нулевых выводов генератора, и напряжение UAB вторичной цепи трансформатора напряжения, установленного на фазных выводах генератора. Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от максимальной нагрузки при минимальном эксплуатационном напряжении

	Zнагр	0 ,95 Uг,ном
		3	1 ,5 Iг,ном	,

где 0,95*Uг.ном – минимальное напряжение на выводах генератора;

1,5* Iг.ном – максимальное значение рабочего тока генератора в условиях перегрузки.

Сопротивление срабатывания защиты с реле, имеющим круговую характеристику, определяется по выражению

Zнагр

Zсз котс кв cos(φм,ч − φнагр) ,

где котс = 1,2 – коэффициент отстройки; кв = 1,05 – коэффициент возврата;

φм.ч = 80° - угол максимальной чувствительности;

φнагр – угол нагрузки. Уставка на реле

Z		Z		nта
				nтv
ср		сз

Отмечается, что защита с реле сопротивления надежно срабатывает при внутренних КЗ в обмотках статора генератора.

Токи обратной последовательности представляют большую опасность для генераторов. Поэтому на генераторах мощностью более 30 МВт для защиты от внешних несимметричных КЗ применяется токовая защита обратной последовательности. Общим элементом этой защиты является фильтр токов обратной последовательности ZA2.

Один из вариантов такой защиты приведен на Рис. 8.

Q

KV1

						а
от TV
						в

		б)
		KA7	KA8
G	KA5	KA6
			ZA2
	TA5
		а)

KA5.1		KT2
KA6.1	KT3
	KV1.1
KA7.1
KT3.1	KH6	KL2
KT3.2	KH7	KL3
KA8.1		KH8

			KL2.1			На действие резервных защит с
						1-ой выдержкой времени
			KL3.1			На действие резервных защит со
			KT2.1			2-ой выдержкой времени
						Симметричная
			KH6			перегрузка

KH7

KH8

Сигнал "Указатель не поднят"

в)

Рис. 8. а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока.

При возникновении несимметричного КЗ срабатывает токовое реле KA7 и с выдержками времени (3…5) сек. замыкаются цепи промежуточных реле KL2, KL3 с действием на отключение соответствующих выключателей.

Ток срабатывания ступени защиты с реле KA7 принимается равным Iсз = (0,3…0,7)* Iг.ном.

Выбранный ток не должен превышать значения тока обратной последовательности, прохождение которого допустимо для генератора данного типа в течение 120 с. Для этого должно быть соблюдено условие

I ≤	A	I
сз	120	г,ном,

где А – постоянная величина для генератора данного типа, для турбогенератора с косвенным охлаждением типа ТВ – А = 20; для турбогенератора с непосредственным охлаждением типа ТВФ – А = 15; для гидрогенератора с косвенным охлаждением

– А = 40.

Токовое реле КА8 с уставкой, равной (0,08…0,1)*Iр.ном, предназначено для сигнализации о возникновении относительно небольшой несимметрии в первичной сети.

В схеме защиты (Рис. 8) для действия при симметричных КЗ предусмотрено одно токовое реле КА6, включенное на фазный ток, и одно реле минимального напряжения KV1, подключенное на междуфазное напряжение. Уставки срабатывания этих реле выбираются также, как и уставки реле максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению.

На генераторах мощностью 60…100 МВт применяется трех или четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности с независимыми выдержками времени. В схеме защиты используются фильтры – реле РТФ-7/1 и РТФ- 7/2 [3], включающие в себя промежуточные трансформаторы тока, активно-емкостный фильтр токов обратной последовательности, схему измерения токов обратной последовательности, сигнальный и отключающий орган.

На генераторах мощностью 160 МВт и более устанавливается токовая защита обратной последовательности с использованием блок-реле типа РТФ-6М [2]. Защита выполняется с зависимой интегральной характеристикой времени, соответствующей тепловой характеристике

генератора согласно выражению

tдоп = A / I٭2(2),

где tдоп – допустимая длительность прохождения по генератору тока обратной последовательности;

I٭2(2) – кратность тока обратной последовательности по отношению к номинальному току генератора.

6. Защита от симметричной перегрузки обмотки статора

Защита от симметричной перегрузки предусматривается на всех генераторах и выполняется с помощью одного токового реле (Рис. 8, реле КА5), включенного на ток фазы А со стороны нулевых выводов генератора, и действует на сигнал с выдержкой времени (6…9) с.

Ток срабатывания защиты принимается по условию

Iсз = (котс / кв)* Iг.нам ,

Где котс = 1,05 – коэффициент отстройки; кв = 0,8…0,85 – коэффициент возврата для реле РТ-40.

Защита генераторов с косвенным охлаждением выполняется на реле РТ-40.

Для генераторов с непосредственным охлаждением, обладающих пониженной перегрузочной способностью, защита от перегрузки с использованием реле РТ-40 малоэффективна. Для таких генераторов применяется реле РТВК, имеющее кв = 0,99.

7. Защита ротора от перегрузки током возбуждения						Iсз = А / к*( Iрот - В)2,
Защита ротора от перегрузки предусматривается на					где А – постоянная, учитывающая накопление теплоты в
турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток,					роторе;
а также – на гидрогенераторах с косвенным охлаждением					к, В – коэффициенты, зависящие от вида характеристик и
обмоток мощностью более 30 МВт. Защита обычно имеет две					диапазона уставок.
ступени выдержек времени: с первой она действует на сигнал						8. Защита от повышения напряжения
и развозбуждение генератора, со второй – на отключение
генератора от сети и на гашение поля. При этом выдержка
времени первой ступени примерно на 20 % меньше выдержки						Защита от повышения напряжения устанавливается на
времени второй ступени. Время срабатывания второй ступени					всех	гидрогенераторах,	работающих	в	блоке	с
составляет на генераторах мощностью до 60 МВт					трансформаторами. Напряжение срабатывания защиты
включительно – 40 с, а на генераторах мощностью 100 МВт и					устанавливается равным (1,5…1,7)*Uг.ном, выдержка времени
более – 20 с.					0,5 с.
На генераторах мощностью (60…100) МВт с						На энергоблоках с турбогенераторами 160 МВт и более
электромашинным	возбуждением,	а	также	на	также устанавливается защита от повышения напряжения с
турбогенераторах мощностью 160 МВт и более с резервным					уставкой срабатывания 1,2*Uг.ном. Защита не имеет выдержки
электромашинным возбуждением используется защита,					времени и может действовать только при работе генератора на
реагирующая на повышение напряжения в обмотке ротора.					холостом ходу (на гашение поля). При работе энергоблока на
Напряжение срабатывания защиты					нагрузку она автоматически выводится из действия с
	Uср = 1,5 * Iрот.ном * Rрот,				помощью токовых реле, размыкающих свои контакты при
					появлении тока.

где Iрот.ном – номинальный ток ротора;

Rрот – сопротивление обмотки ротора в горячем состоянии при длительно допустимой максимальной температуре.

Наиболее полноценную защиту ротора от перегрузки можно осуществить с помощью реле, имеющего характеристику, зависимую от тока ротора. Такая специальная защита типа РЗР-1М [2] устанавливается на турбогенераторах мощностью 160 МВт и более. Зависимая от тока характеристика выдержки времени интегрального органа данной защиты соответствует выражению

Список литературы

1.В.А.Семенов. О возможности повышения чувствительности продольной дифференциальной защиты генераторов. – Электрические станции, 1958, №6

2.М. А. Беркович, В. В. Молчанов, В. А. Васильев. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 580с.

3.Реле защиты / В. С. Алексеев, Г. П. Варганов, Б. И. Панфилов, Р. З. Розенблюм. – М.: Энергия, 1976. – 464с.

10	Приложение. Схема релейной защиты турбогенератора типа ТВФ-60-20
кВ
						КА1
QS	TA1
		КАТ		КАТ		КАТ
		1		2		3
Q	У1	Д1	У2	Д2	У3	Д3
	TA1

TA2

			TA3			R КА2 КА3
TV	а
		TA4				в
	в		от TV
						с
TA3	KAZ		Цепь обмотки				К измерительным
			ротора	R	КV2
							приборам
	TA6	KA4					TA2
	C
G	KA5	KA6	KA7			KA8
TA4
TA5							KV1
				ZA2
TA6	TA5					от TV	а
							в
а)						б)

KL1.1

На отключение выключателя Q1

KL1.2

На отключение АГП

KL2.1

На действие резервных защит с 1-ой выдержкой времени

KL3.1

На действие резервных защит с 2-ой выдержкой времени

KL4.1

На разгрузку ротора

г)

KT2.1

Симметричная перегрузка

KH1

KH2

KH3

KH4

KH5

KH6

KH7

KH8

Сигнал "Указатель не поднят"

Земля в цепи ротора

KL5

д)

а - поясняющая схема; б - цепи переменного тока и напряжения; в - цепи оперативного постоянного тока; г - выходные цепи защиты; д - цепи сигнализации.

KAТ1		KH1	KL1
KAT2
KAT3
	KA1.1	KH2
KA2.1			KТ1
KT1.1	KH3
KA3.1		KH4
KA4.1	KH5
KA5.1			KТ2
KA6.1	KV1.1	KТ3
KA7.1
KT3.1		KH6	KL2
KT3.2	KH7		KL3
KA8.1			KH8
KV2.1		KТ4
KТ4.1			KТ5
KТ5.1	SB	KL4
KL4.2
	KAZ2
		в)

П р о д о л ь н а я диференциальная защита генератора

Обрыв в цепях диференциальной защиты

Защита от замыканий на землю фазы статора

Защита от двойных замыканий на землю в статоре

Поперечная диференциальная защита генератора

Защита от симметричной перегрузки

Защита от симметричных КЗ

Защита от несимметричных КЗ ( токовая защита обратной последовательности)

Сигнализация о небольшой несимметрии

Защита ротора от перегрузок