2.9. Выбор режимов работы нейтрали в электроустановках.

Рис. 2.31

В соответствии с ПУЭ на станции выбраны следующие режимы работы

нейтралей:

• В сетях 110 кВ и выше с глухим заземлением нейтрали.

• В сетях 6 – 35 кВ применяются не заземленные нейтрали, сеть

генераторного напряжения и трансформаторы собственных нужд

10,5/6,3.

• В сетях 0,4 кВ применяется глухо-заземленная нейтраль.

3. Релейная защита и автоматика блока 300 мВт

Основные защиты.

1.Продольная дифференциальная защита генератора.

Назначение: от междуфазных КЗ внутри и на выводах генератора.

Защита выполняется трехфазной, трехрелейной на реле ДЗТ-11/5 с процентным торможением, обеспечивающим отстройку от максимального тока небаланса при токе срабатывания, меньшем номинального тока генератора.

Защита действует на отключение выключателя генератора, на гашение поля, на останов котла и турбины мгновенно.

Расчет уставок защиты: вторичный ток срабатывания защиты

, где

Fср = 100 Ав – МДС срабатывания реле;

Wраб = 144 витка – число витков рабочей обмотки со стороны линейных выводов.

Необходимое торможение определяется по условию отстройки защиты от тока небаланса при внешнем КЗ

, где

Кодн = 0,5 – коэффициент однотипности;

– относительная погрешность трансформаторов тока.

Намагничивающая сила, создаваемая током небаланса в рабочей обмотке реле в режиме внешнего КЗ.

Ав,

где КI= 12000/5

Котс = 1,6 – коэффициент отстройки;

КI = 8000/5 – коэффициент трансформации, трансформаторов тока линейных выводов генератора.

Расчетное число витков тормозной обмотки

вит.

Принятое число витков тормозной обмотки Wторм = 16 в (3 + 13)

Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности при двухфазном КЗ на выводах генератора в режиме холостого хода генератора.

2. Поперечная дифференциальная защита генератора.

Ток срабатывания защиты выбирается на основании опыта эксплуатации с учетом отстройки от максимального тока небаланса при внешних КЗ

Iсз = 0,2 ·Iном = 0,2 · 10200 = 2040 А

Ток срабатывания реле и его уставка

Принимаем Iуст = 6,8 А и выбираем III диапазон уставок, зажимы 4-6.

3. Защита от замыканий на землю в обмотке статора.

На генераторах энергоблоков устанавливается блок-реле БРЭ 1301, состоящее из органов напряжения первой и третьей гармоник и охватывающее всю обмотку статора без зоны нечувствительности.

Орган третьей гармоники в защите БРЭ 1301.01 реагирует на относительное результирующее сопротивление третьей гармоники обмотки статора со стороны нейтрали на землю и называется «реле сопротивления» или «реле с торможением». Уставки относительного сопротивления срабатывания (в относительных единицах) могут изменяться в пределах 0,3-3.

К органам защиты подается напряжение нулевой последовательности от трансформаторов напряжения соответственно через фильтры первой и третьей гармоник.

В защите БРЭ 1301.01 реле напряжения включается на трансформатор. Напряжения со стороны нейтрали, а к реле сопротивления (реле с торможением) подается выпрямленная сумма напряжений третьей гармоники от трансформатора напряжения в нейтрали, и на выводах генератора – рабочее напряжение и тормозное выпрямленное напряжение третьей гармоники со стороны нейтрали, при этом

и Кт = 1/Zcp

Уставки защиты: Уставка органа первой гармоники в обоих исполнениях защиты по условию отстройки от непродолжительных снижений уровня изоляции в процессе эксплуатации должна быть не менее 10 В (рекомендуется 10 – 15 В).

Для органа третьей гармоники БРЭ 1301.01 следует принимать Zx cp = 1,5 или Кт = 0,67.

Для отстройки от возможных кратковременных срабатываний защиты в переходных режимах на её выходе должна быть выдержка времени порядка 0,5с.

4. Защита от замыканий на землю обмотки ротора.

Предусматривается защита для обнаружения замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения генератора путем замера сопротивления изоляции обмотки ротора относительно земли. Защита выполняется с наложением на цепь возбуждения переменного тока с частотой 17,5 Гц, который подводится от отдельного источника.

Защита от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения должна иметь две уставки:

- при снижении сопротивления цепи возбуждения до 10 кОм с действием на сигнал;

- при снижении сопротивления цепи возбуждения до 4 кОм с действием на отключение.

Защита выполняется с помощью двух блоков: контроля сопротивления изоляции типа БЭ 1104Б.04 и частотного фильтра типа БЭ 1105Б.04, подключенных к цепям возбуждения генератора.

5. Продольная дифференциальная защита трансформатора блока.

Наименование величин	Обозн.		Расчетная формула		Един. изм.		Результаты расчета
							сторона 220 кВ		сторона 20 кВ		Сторона20 кВ отнесенная к СН
1	2		3		4		5		6		7
Первичные токи на сторонах трансфор-матора блока, соответ ствующие его ном. мощности					А
Соединение обмоток силового трансфор- матора							Y				
Соединение вторич- ных обмоток транс- форматоров тока									Y		Y
Коэффициент схемы соединения транс- форматоров тока									1		1
Коэффициент транс- формации трансфор- маторов тока					Расч. уточн		2000/5		12000/5		1000/5
Вторичные токи в плечах защиты					А
							Основная сторона		Неосновная сторона
Выбор ответвлений трансреактора реле					А А А		4,25 (отв.3)		4,25 (отв.3)
Для необходимой отстройки от внешних КЗ в защите используются две цепи торможения, включенные на токи высшего и низшего напряжения блочного трансформатора
Выбор ответвлений промежуточных трансформаторов то- ка (ТТ1,ТТ2) цепи торможения				A А A А		4,55 5 (отв. 1)		4,82 5 (отв.1)
Первичный ток со стороны 230 кВ, со- ответствующий «на- чалу торможения» с учетом принятых от- ветвлений промежу- точных трансформа- торов тока цепи тор- можения реле		=
Первичный ток сра- батывания защиты: 1.по условию отст- ройки от тока небала- нса в режиме, соотве- тствующем «началу торможения» 2.по условию отст- ройки от броска тока намагничивания				А А А А
Принятый первичный ток срабатывания защиты				А		315,3
Относительный ток срабатывания реле, соответствующий «началу торможения»
Коэффициент тормо- жения при внешнем трехфазном КЗ на стороне 20 кВ транс- форматора	где: - ток от системы, приведенный к напряжению основной стороны 230 кВ. ток от системы, приведенный к напряжению 20 кВ.
Выбор первичного тока срабатывания дифференциальной отсечки по условию отстройки от броска тока намагничивания трансформатора				А
Чувствительность защиты: 1.при двухфазном КЗ на стороне 20 кВ трансформатора блока в режиме холостого хода 2.при двухфазном КЗ на стороне 20 кВ трансформатора блока (ток от системы)		где где:

6. Расчет резервной продольной защиты блока.

Режим, вид и место КЗ	Ток КЗ, А
Ток трехфазного КЗ на стороне 220 кВ в режиме холостого хода блока	I(3)K1 G=11080
Ток трехфазного КЗ за трансформатором собственных нужд	I(3)K3 max= =857,35
Ток трехфазного КЗ на стороне 20 кВ: от системы от генератора	I(3)K2 S=6908,7 I(3)K2 G=9307

Расчет защиты сведен в таблицу 2.Таблица 2

Наименование величины и расчетные выражения	Единицы измерения	Исходные и расчетные величины Сторона 110 кВ Сторона 10,5 кВ
1	2	3	4
Первичные токи, приведенные к номиналь-ной мощности трансформатора Sт. ном Iт.ном = -------------- 3 Uт.ном Схема и группа соединения обмоток силового трансформатора	А	Y	
1	2	3	4
Тип трансформатора тока Схема соединения и коэффициент схемы Расчетный коэффициент трансформации 3 Iт.ном КI р = ------------ Iвт Принятый коэффициент трансформации		ТФЗМ 110  Ксх = 3 2000/5	ТШВ 10 Y Ксх = 1 12000/5
Расчет тока небаланса Iнб расч = Iнб расч + Iнб расч + Iнб расч = = Кодн Ка  I(3)max + U I КЗ max Кодн = 1; Ка = 1;  = 0,1; U = +2х2,5% / 100 = 0,05 Iнб расч – определяется после расчета витков реле	А	1,0 · 1,0 · 0,1 · 11080 + 0,05· 11080 = 1662
Первичный ток срабатывания защиты: а) по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении блока под напряжение (холостой ход) Iсз = Котс Iт.ном, где Котс = 1,3 б) по условию отстройки от расчетного максимального тока небаланса при внешнем КЗ в точке К1 Iсз = Котс Iнб расч max в) по условию отстройки от расчетного максимального тока КЗ за трансформатором собственных нужд (К3) Iсз = Котс I(3)КЗ max	А А А	1,3 · 1051 = 1366,3 1,3· 1662 = 2160,6 1,3 · 857,35 = 1114,56 принимаем Iсз = 2160,6 А
Проверка возможности применения реле РНТ-565: от системы I(2)КЗ min Кч = ---------- > 2 Iсз От генератора I(2)К min G Кч = ----------- > 2 Iсз Защита удовлетворяет требованию чувствительности. Поэтому расчет продолжаем с использованием РНТ-565
Расчет тока срабатывания реле. Вторичные токи в плечах защиты Ксх Iт.ном I2 = ---------------- КI Ток срабатывания реле на основной стороне Ксх Iсз iр осн = ---------- КI	А А
		Основная сторона	Неосновная сторона
Расчет числа витков реле (AW)ср о Wосн расч = ------------ Iср осн (AW)ср о = 100 Ав Принятое число витков дифференциальной обмотки Wд.уст	Витки Витки		Wд.уст = 10
Расчетное число витков для неосновной стороны I2 осн Wнеосн.расч = Wд.уст ----------- I2 неосн Принятое число витков в том числе уравнительных	Витки Витки витки	W220 уст = 11 Wур 1 = 11 – 10 = 1
Расчет тока небаласа и уточненного тока срабатывания защиты Wрасч - Wприн Iнб расч = ------------------ I(3)КЗ max Wрасч Iнб уточн = Iнб расч + Iнб расч + Iнб расч Iсз уточн = Котс Iнб max уточн Котс = 1,3 Т.к. принятый Iсз = 776 А больше Iсз уточн после выбора витков реле, расчет числа витков остается без изменения	А А А	1108 + 554 + 418,1 = 2080,1 1,3 · 2080,1 = 2704,13
Действительный ток срабатывания реле (AW)cp o icp = ------------ Wд.уст Первичный ток срабатывания уточненный icp KI K Iсз = ------------ Kcх Минимальный коэффициент чувствитель-ности: от системы I(2)КЗ min Кч1 = ----------- > 2 Icp От генератора I(2)RP ьшт Кч2 = ---------- > 2 Iсз	A A

Вывод: защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

6. Газовая защита блочного трансформатора.

Назначение: от замыканий внутри бака трансформатора, сопровождающихся выделением газа, который образуется в результате разложения масла или разрушения изоляции под действием значительного повышения температуры.

Газовая защита бака трансформатора выполняется с двумя ступенями, действующими на сигнал и на отключение выключателей трансформатора соответственно.

Защита выполняется на реле типа РГТ-80.

Реле типа РГТ-80 имеет два поплавка верхний 6.1 и нижний 6.2, на которых установлены постоянные магниты, управляющие герконами. Поплавки реагируют на изменение уровня масла в корпусе реле. Кнопка проверки 7 служит для проверки работы поплавков 6.1 и 6.2 и напорной пластины 5.

В нормальном состоянии газового реле поплавки 6.1 и 6.2 находятся в крайних верхних положениях, а напорная пластина 5 – в исходном положении.

При снижении уровня масла в корпусе реле опускается сначала верхний поплавок 6.1. При его опускании происходит срабатывание верхней (сигнальной) контактной системы. При дальнейшем снижении уровня масла в корпусе реле опускается нижний поплавок 6.2. и происходит срабатывание нижней (отключающей) контактной системы. При восстановлении уровня масла поплавки 6.1 и 6.2 поднимаются до своего начального положения, а контакты контактных систем возвращаются в исходное состояние.

При превышении скорости потока масла из бака в расширитель значения уставки срабатывания реле напорная пластина перемещается, и срабатывают контакты нижней (отключающей) контактной системы. При прекращении потока масла напорная пластина возвращается в исходное положение.

Уставки реле по скорости потока масла: 0,65; 1,0 и 1,5 м/с.

Принимаем уставку 1,0 м/с.

Резервные защиты

1. Защита от внешних симметричных коротких замыканий.

Большая эллиптическая ось характеристики реле

=

Малая ось эллипса Z_мал= К_эZ_{уст max}= 0,5·1,1 = 0,55 Ом

Изменение параметров осей эллиптической характеристики реле с учетом смещения в IIIквадрант. Величина смещения большой оси:

Z= 0,12Z_{уст max}= 0,12 · 1,1 = 0,132 Ом

Сопротивление срабатывания защиты

Z_{уст max}=Z_{уст max}-Z= 1,1 – 0,132 = 0,968 Ом

Сопротивление срабатывания реле

Проверка чувствительности защиты:

• по замеряемому сопротивлению при КЗ на шинах высшего напряжения трансформатора блока

• по току точной работы при КЗ на шинах 110 кВ

где I_т.р.= 2 А

2. Защита от несимметричных КЗ и перегрузок.

Ток срабатывания пускового органа защиты в относительных единицах

I_{х2 ср.по}= К_отсI_{x2 min}; К_отс= 1,05

I_{x2 min}= 0,082 при А = (5-10)

I_{х2 ср.по} = 1,05 · 0,082 = 0,09

Допустимая длительность перегрузки током обратной последовательности

Ток и время срабатывания сигнального органа

I_х2ср.со= 0,05;t_cp.co= 10c.

Ток срабатывания отсечки выбирается исходя из условия обеспечения необходимой чувствительности при двухфазном КЗ на шинах ВН блока в сверхпереходном режиме (в относительных единицах).

где К_ч= 1,3 или

Выдержка времени отсечки выбирается на ступень селективности t= 0,3 с превышающей выдержку времени той ступени дистанционной защиты, с которой согласована отсечка.

3. Защита от симметричных перегрузок.

Уставка пускового органа

I_хср.по= 1,1;I _ср.по= 1,1 ·I_ном.G

Уставка сигнального органа

I_{х ср.со}= 1,05;I_ср.со= 1,05 ·I_{ном G}

Характеристика интегрального органа защиты от перегрузок

C

t_ср.ио= ------------ , где С и В – коэффициенты, зависящие от характеристики срабатывания

(I_x–B)² блок- реле;

I_ст

I_x= ------- - относительный ток статора;

I_{ном G}

I_ст, I_{ном G}– ток одной фазы статора генератора и номинальный ток генератора соответственно в первичной цепи.

Расчет коэффициентов В и С характеристик срабатывания интегрального органа защиты для генератора ТГВ-300-2УЗ.

Из технических условий на генератор:

I_ст

при -------- = 1,3 – время перегрузки 4 минуты или 240 секунд

I_{ном G}

I_ст

при -------- = 1,35 – время перегрузки 3 минуты или 180 секунд.

I_{ном G}

С С

Тогда ---------- = 240; --------------- = 180; решая эти уравнения:

(1,3 – В)² (1,35 – В)²

С = 240· (1,3 – В)²= 180· (1,35 – В)²В_расч= 0,65

Согласно техническим условиям на блок-реле БЭ 1103 В = (0,8 – 1,0),

принимаем В = 0,8. Тогда С = 240 · (1,3 – 0,8)²= 60

Согласно техническим условиям на блок-реле С = (3 – 50), принимаем С = 50.

В этом случае

C50

t_ср.ио= ---------- = ------------- = 200c.

(I_x–B)² (1,3 – 0,8)²

При В = 0,8; С = 50; I_х= 1,3t_ср.ио <t_доп= 240 с.

4. Защита от внешних КЗ на землю.

I_ном.G= 10,2 кА;I_{2 сз}= 0,6 ·I_ном.G= 6120 А; К_I= 1000/5;m= 4;n= 2.

Расчет грубого комплекта. Расчетным режимом для согласования чувствительности является КЗ на ЛЭП, отключаемой с другого конца быстродействующей защитой. При этом

I_{0 расч} I_{2 сз}

I₂=I⁽¹⁾₀или ---------- = --------

₀ ₂

₀= 1/n= ½ = 0,5;₂= 1/m= ¼ = 0,25, где

m– число блоков станции;n– число блоков с заземленной нейтралью.

I_{2 сз}= 768 А – из расчета защиты от токов обратной последовательности.

₀ 0,5 20

3I_{0 cз}= 3 К_отс-----I_сз= 3 · 1,1 · -------· 6120 · ------ = 3672 А

₂ 0,25 220

3I_{0 cз} К_сх 3672 · 1

I_ср= ------------- = --------------- = 18,36 А выбираем реле РТ-140/20

К_I 1000/5

t_{сз 1} = 4,5 с – на отключение выключателя ВН

t_{сз 2} = 5 с – на отключение блока;

t_{cз 3} = 4c– на отключение выключателя при разземленной нейтрали.

Расчет чувствительного комплекта.

а) по условию обеспечения срабатывания при самопроизвольном неполнофазном отключении блока при минимальной нагрузке

I_min 0,4I_ном 0,4· 1051

I_сз< ------- = ----------- = -------------- = 350,3 А

K_отс 1,2 1,2

S_ном 400000

I_ном= ----------- = ------------ = 1051 А

3 U_ном 3 · 220

I_сз К_сх 350,3 · 1

I_ср= ---------- = ----------- = 1,75A.

К_I 1000/5

б) по согласованию с грубым комплектом

I_{ср (гк)} 18,36

I_ср= ----------- = -------- = 17,5 А

1,05 1,05

Принимаем I_ср= 1,75 А, выбираем реле типа РТ-140/2.

5. Защита от асинхронного режима при потере возбуждения.

Диаметр окружности характеристики реле сопротивления

Z_защ= 1,1X_d= 1,1·2,49 = 2,74 Ом

Смещение характеристики

Z_смещ= 0,4 · Х_d= 0,4 · 3,4 = 1,36 Ом

Вторичные сопротивления

6. Защита от повышения напряжения.

S_н.тр 400000

I_н.тр= --------- = ----------- = 1051 А

3· U_н3 · 220

Напряжение срабатывания пускового органа

U_сз= 1,2 ·U_н.г.= 1,2 · 20 = 24 кВ

U_сз 24000

U_ср= ------ = ------------- = 120 В, выбираем реле РСН 14-30

К_U 20000/100

Ток срабатывания блокирующего реле

I_сз= 0,1 ·I_н.тр= 0,1 · 1051 = 105,1 А

I_сз 105,1

I_ср= --------- = --------- = 0,26 А, выбираем реле тока РТ-40/Р

К_{I ВН} 2000/5

Выдержка времени t_сз= 3 с.

7. Защита от перегрузки ротора турбогенератора током возбуждения.

Сигнальный орган - принимается I_{х сз со}= 1,05;

I_{сз со}= 1,05 · 3050 = 3202,5 А. Выдержка времениt_со= 10 с.

Пусковой орган – принимается I_{х сз по}= 1,1;

I_{сз по}= 1,1 · 3050 = 3355 А.

Определяется выдержка времени интегрального органа

C

t_{р ио} = -----------

(I_{x p} – B)²

I_p

при ---------- = 1,5 время перегрузки ротора 60 с.

I_p.ном

I_p

При -------- = 1,2 время перегрузки ротора 240 с.

I_р.ном

С С

----------- = 60; -------------- = 240.

(1,5 – В)²(1,2 – В)²

Решая эти уравнения, получим В_расч= 0,9.

Согласно техническим условиям на блок-реле В = (0,8 – 1,0). Принимаем В = 0,9.

Тогда С_расч= 240·(1,2 – 0,9)²= 21,6

Согласно заводским данным С = (3 – 40). Принимаем С = 21,6.

С 21,6

Тогда t_{ср ио}= ----------- = -------------- = 233 с

(1,2 – В)² (1,2 – 0,9)²

t_{ср ио}<t_доп = 240 с.

8. Дополнительная резервная токовая защита на стороне высшего напряжения.

Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от номинального тока защищаемого трансформатора

К_отс 1,2

I_сз= ------I_н.т.= ------ ·1051 = 1483,8 А

К_воз 0,85

S_н.т. 400000

I_н.т.= ---------- = ----------- = 1051 А

3· U_н.т. 3 · 220

Ток срабатывания реле

I_сз 1483,8

I_ср= ------K_сх= ----------- ·3 = 6,42A, принимаемI_уст= 6,5 А и выбираем реле РТ-140/10.

K_I 2000/5

9. Автоматический пуск пожаротушения трансформатора.

Пуск автоматики пожаротушения производится от дифференциальной защиты, защиты ошиновки и газовой защиты трансформатора.

Зона повреждения при пуске пожаротушения от дифференциальных реле ограничивается баком трансформатора с помощью реле тока, включенного в провод, заземляющий бак трансформатора. Это реле реагирует на внутренние КЗ на землю на стороне ВН и разрешает пуск пожаротушения от дифференциальных защит трансформатора и его ошиновки на стороне ВН. При этом обеспечивается работа цепи пуска в случае повреждения вводов высшего напряжения высокого напряжения трансформатора, наиболее часто сопровождающихся пожаром.

При внутренних повреждениях на стороне НН пуск пожаротушения от дифференциальной защиты разрешается лишь при одновременном срабатывании газовой защиты, даже если действие ее отключающего элемента переведено на сигнал.

Первичный ток срабатывания защиты нулевой последовательности в схеме пуска устройства пожаротушения выбирается по условию обеспечения надежной работы этого реле при замыканиях на корпус трансформатора блока

К_T

I_сз= ------ 3I_{0 min}, гдеK_T– коэффициент токораспределения; К_ч= 2 - коэффициент

K_ч чувствительности

3I_{0 мин}– минимальный ток в месте КЗ при отключенном от системы энергоблоке.

Реле тока нулевой последовательности включается на трансформатор тока с коэффициентом трансформации K_I= (300/5 – 600/5) и ориентировочно принимается типа РТ-140/2.