КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр

где:
Кн=1,05
Ток срабатывания реле защиты от несимметричных перегрузок определяется по формуле:
Iс.з.	Кн (Iнб.расч+I2.доп)
	КB
где:
Iнб.расч	ток небаланса обусловленный рабочим током генератора
I2.доп	длительно допустимый для генератора ток обратной
	последовательности.

Выдержка времени защиты от перегрузок, как правило, устанавливается больше выдержки времени МТЗ генератора. На электростанциях без постоянного дежурного персонала защита может выполняться с двумя выдержками времени: с меньшей на снижение тока возбуждения для уменьшения тока статора генератора и с большей – на отключение генератора от сети.

Токовая защита обратной последовательности

Как уже отмечалось, токи обратной последовательности представляют большую опасность для генераторов.

Рассмотренная ранее максимальная токовая защита с пуском по напряжению из-за недостаточной чувствительности токовых реле включенных на фазные токи может не сработать при опасных для генератора токах. Поэтому на генераторах мощностью выше 30 МВт для защиты от внешних несимметричных к.з. применяется токовая защита обратной последовательности.

Схема комбинированной защиты от внешних к.з., состоящей из токовых защит обратной последовательности и максимальной токовой с пуском напряжения приведена на рис. 7 -12.

Рис. 7-12. Токовая защита обратной последовательности и максимальная токовая защита с пуском по напряжению.

При возникновении несимметричного к.з. сработает токовое реле РТ4, включенного на фильтр токов обратной последовательности ФТОП5. Токовое реле РТ9 включенное на фазный ток и реле минимального напряжения РН10, подключенное на междуфазное напряжение, предназначены реагировать на симметричные (3-х фазные) к.з. Обе защиты запускают реле времени РВ7, дающего сигнал на отключение генератора. Более чувствительное реле РТ3, подключенное к ФТОП5 через реле времени РВ6 осуществляет сигнализацию появления

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

21

длительно недопустимых токов обратной последовательности. Фильтр ФТОП5 может подключаться к 2-м ТТ, так как слагающие нулевой последовательности у нейтрали генератора где устанавливаются ТТ обычно отсутствуют. Промежуточное реле РП11 сигнализирует об исчезновении (неисправностях цепей) напряжения от генераторного ТН.

Ток срабатывания реле РТ4 принимается равным:

Iс.з.= (0,3 0,7) Iном.г

Принято выбирать ток срабатывания так чтобы он не превышал величины тока обратной последовательности I2, прохождение которого допустимо для генератора данного типа в течение 2 минут (120 с), при этом должно соблюдаться условие:

Iс.з.	120
	A	Iном.г.
где:
А		постоянная величина для генератора данного типа.

Выбор параметров срабатывания части защиты от симметричных (3-х фазных) к.з. и чувствительной сигнализации при появлении тока обратной последовательности рассмотрены выше.

Схема и характеристика 4-х ступенчатой защиты обратной последовательности с приставкой от симметричных к.з., применяемая на генераторах средней мощности 50-150 МВт, работающих на шины генераторного напряжения, показана на рис. 7-13.

Рис. 7-13. Токовая защита обратной последовательности со ступенчатой характеристикой и приставкой от симметричных к.з. и перегрузок:

а) схема; б) характеристика t=f (I2)

Три ступени защиты действуют на отключение, четвертая ступень – на сигнал. Каждая ступень имеет своё пусковое токовое реле (Т1, Т2, Т3, Т4) и своё реле времени (В1, В2, В3, В4). Токовые реле подключены к трансформаторам тока в нейтрали генератора через два фильтра токов обратной последовательности типа РТФ-2 и реагируют на ток I2.

Первая ступень (Т1 и В1) предназначена для отключения к.з. на выводах генератора, вторая (Т2 и В2) – для резервирования отключения несимметричных к.з. в сети, третья (Т3, В3) является защитой ротора генератора от несимметричных режимов с токами I2, при которых ликвидация несимметрии вручную невозможна так как допустимое время мало (tдоп < 2 3 минут). Четвертая

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

22

ступень защиты (Т4, В4) действует на сигнал для предупреждения дежурного персонала о появлении несимметрии I2>I2 длит. доп..

Всхеме имеется токовое реле Тn, предназначенное для сигнализации о появлении симметричных перегрузок, а также однофазная максимальная токовая защита с пуском

минимального напряжения (Тф, Н, В), действующая при симметричных к.з. Токовое реле Тф, включённое на ток одной из фаз (обычно на ток фазы В) и реле минимального напряжения Н, включённое на одно из междуфазных напряжений (обычно на напряжение а-с) надёжно реагируют на 3-х фазные к.з., поскольку изменение тока и напряжения во всех фазах в этом случае имеет одинаковый характер. Поведение и чувствительность защиты от симметричных к.з. во всём аналогичны МТЗ с пуском по напряжению рассмотренной ранее.

Внекоторых случаях для блокировки защиты от замыканий на землю генератора устанавливается дополнительное (пятое) пусковое реле, которое подключается к одному из фильтров ФТОП (на рис. 7-13 не показано).

При выборе уставок ступенчатой токовой защиты обратной последовательности используют тепловую характеристику ротора генератора

tдоп A2 ,

I2*

в котором величина А принимается по данным завода-изготовителя генератора.

Ток срабатывания первой ступени должен обеспечивать надёжное действие защиты при 2-х фазных к.з. на выводах генератора. В этом случае наибольший ток обратной последовательности в генераторе будет в режиме работы генератора изолированного от сети. Величина этого тока в относительных единицах будет равна:

2			1
I*2K
		"	X2
		Xd
где:
"			сверхпереходное реактивное сопротивление генератора
Xd
Х2			сопротивление обратной последовательности

С учётом этого:

		2
	Ic.p1	I2K
		Кч
	где:
	Кч=1,2	коэффициент чувствительности.

Выдержка времени первой ступени не должна превышать допустимого времени нагрева ротора при к.з. на выводах генератора:

A	2
tc.з.з tдоп 2
I2*макс

Ток срабатывания второй ступени выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая чувствительность защиты при несимметричном к.з. за резервируемым элементом (например, за повышающим трансформатором) и сохранялась селективность с защитами смежных элементов, а также, чтобы удовлетворялись требования защиты генератора от тока обратной последовательности.

Ток срабатывания второй ступени выбирается из условия достаточной чувствительности для резервирования смежных присоединений, отходящих от шин генераторного напряжения:

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

23

Ic.з.з	I2K
		Кч
где:
I2К					ток обратной последовательности при к.з. в конце зоны
Выдержка времени второй ступени должна равняться tдоп при I2*=Iс.з.1, т.е.:
tс.з.2			A
			2
			Iс.з.1*

Ток срабатывания третьей ступени выбирают исходя из её назначения – отключать генератор при токах I2 с tдоп 2 3 мин.

Поэтому:	Iс.з.3		А
			120

Выдержка времени третьей ступени выбирается по tдоп при I2*=Iс.з.2 (точка 2)

tс.з.3 A2 Iс.з.2

Четвертая ступень должна действовать на сигнал при токе I2>I2 длит.доп. поэтому

Iс.з.4 = (0,05 0,1) Iном.г

Выдержка времени четвёртой ступени должна быть больше времени отключения к.з. в сети и обычно принимается равной:

tс.з.4 = 5 9с

Ступенчатая токовая защита обратной последовательности позволяет обеспечивать необходимые требования к защите от перегрузки и требования по чувствительности и селективности при внешних к.з.

К недостаткам защиты можно отнести недостаточное использование перегрузочной возможности генератора и неинтегральность независимой от тока характеристики защиты, а также большое количество релейной аппаратуры для реализации ступенчатой характеристики защиты.

На генераторах большой мощности (160 МВт и более) с непосредственным охлаждением проводников обмоток, которые значительно более чувствительны к перегрузкам токами обратной последовательности защита от несимметричных к.з. и перегрузок выполняется с помощью полупроводникового фильтр-реле типа РТФ-6м имеющего интегрально-зависимую характеристику выдержки времени.

Фильтр-реле РТФ-6м содержит следующие элементы: фильтр тока обратной последовательности (ФТОП); сигнальный орган; пусковой орган; орган с интегрально-зависимой характеристикой выдержки времени (интегральный орган) и два органа не имеющие выдержки времени (отсечки). Защита получает питание постоянным током через общий для всех органов блок питания.

Структурная схема фильтр-реле РТФ-6м приведена на рис. 7-14.

Казанцева Вера Викторовна G:

24

Рис. 7-14. Структурная схема РТФ-6м ФТОП – фильтр токов обратной последовательности;

ВПУ – входное преобразовательное устройство; С – сигнальный орган; П – пусковой орган; В – интегральный орган; БП – блок питания.

Фильтр тока обратной последовательности предназначен для выявления тока обратной последовательности появляющегося в токе статора генератора при несимметричных к.з. и перегрузках. ФТОП подключается к трансформаторам тока установленным со стороны нулевых выводов обмотки статора.

Сигнальный орган срабатывает без выдержки времени и предназначен для выдачи предупредительного сигнала дежурному персоналу при появлении тока обратной последовательности, превышающего длительно допустимую величину. Ток срабатывания сигнального органа: I2с.з.=0,05Iном.г. Необходимая выдержка времени обычно создаётся с помощью реле времени не входящего в состав фильтр-реле РТФ-6м.

Пусковой орган срабатывает без выдержки времени и используется для подключения (ввода в действие) интегрального органа к ФТОП в случаях появления опасных для генератора значений тока обратной последовательности. Ток срабатывания пускового органа выбирается по условию обеспечения надёжного пуска интегрального органа при его максимальной выдержке времени, равной 600с, что примерно соответствует I2с.з.(П.О.)=0,1Iном.г.

Интегральный орган выполняется с действием на отключение с интегрально-зависимой выдержкой времени, соответствующей кривой tдоп=I(Iг) и настраивается на характеристику перегрузочной способности конкретного генератора.

Интегральный орган срабатывает с выдержкой времени

tс.з. A2

I2*

где:
I2*	ток обратной последовательности на входе ФТОП в относительных
	единицах при базовом токе равном Iном.г.

Отсечки используются в качестве резервных защит от несимметричных к.з. (более чувствительная отсечка I – для дальнего резервирования, а более грубая отсечка II – для ближнего резервирования). Отсечки в фильтр реле РТФ-6м срабатывают без выдержки времени, поэтому при необходимости отстройки их от времени действия защит смежных элементов используются отдельные реле времени.

Ток срабатывания и выдержка времени органа отсечки I предназначенного для резервирования защит смежных присоединений, выбирается, исходя из согласования с защитами этих присоединений. Выдержка времени отсечки I должна быть меньше времени срабатывания интегрального органа при том же токе.

Ток срабатывания органа отсечки II выбирается такой величины, чтобы при 2-х фазном к.з. на выводах генератора действие органа обеспечивалось с коэффициентом чувствительности Кч 2,0:

2

Ic.p II I2

Кч

Время действия отсечки II обычно принимается равным tс.з.II=0,5с.

Выводы:

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

25

1.Токовые защиты генераторов от внешних междуфазных к.з. относятся к резервным защитам генератора и предназначены для резервирования основных защит генератора и защит смежных присоединений.

2.Для защиты генераторов от внешних междуфазных к.з. применяют:

для генераторов мощностью до 30 МВт – простую максимальную токовую защиту с блокировкой (пуском) по напряжению;

для генераторов мощностью до 60 МВт – комбинированную защиту, состоящую из токовой защиты обратной последовательности и максимальной токовой защиты с пуском по напряжению;

для генераторов с косвенным охлаждением обмоток мощностью до 150 МВт – ступенчатую токовую защиту обратной последовательности в сочетании с защитой от симметричных к.з. в однофазном исполнении;

для мощных генераторов (более 150 МВт) с непосредственным охлаждением обмоток – токовую защиту обратной последовательности с интегрально-зависимой характеристикой выдержкой времени (РТФ-6м) в сочетании

сзащитой от симметричных к.з. в однофазном исполнении.

3.Генераторы оснащаются защитами от перегрузок (симметричных и несимметричных), которые, как правило, действуют на сигнал на электростанциях с дежурным персоналом и на разгрузку или отключение генератора от сети – на электростанциях без постоянного дежурного персонала.

4.Для защиты генераторов от перегрузок применяется простая максимальная токовая защита, выполненная на двух реле тока, включаемыми соответственно на ток фазы (сигнализация о симметричной перегрузке) и ток обратной последовательности через ФТОП (сигнализация о несимметричной перегрузке).

На мощных генераторах оснащенных защитой обратной последовательности на реле РТФ-6м защита от несимметричных перегрузок осуществляется с помощью сигнального органа – с действием на сигнал, и интегрального органа – с действием на отключение.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

26

7.6.Защита от повышения напряжения

При неисправностях автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) в режимах сбросов нагрузки на гидрогенераторах может повышаться напряжение до значений опасных для изоляции статора (более 150% Uном.г.). Поэтому на гидрогенераторах устанавливается защита от повышения напряжения, действующая на отключение и развозбуждение генератора. Как правило,

применяется максимальная защита напряжения с независимой выдержкой времени

принципиальная схема, которой, представлена на рис. 7-15.

Рис. 7-15. Защита от повышения напряжения гидрогенератора.

Защита осуществляется одним максимальным реле напряжения Н, включённым на междуфазное напряжение и реле времени В. Напряжение к защите подводится от генераторного трансформатора напряжения.

Первичное напряжение срабатывания защиты:

Uс.з.=1,2Uном.г.

Выдержка времени защиты отстраивается от времени снижения повысившегося напряжения регулятором возбуждения (АРВ). Время срабатывания защиты обычно принимается равным: tс.з.= 0,5-1с.

Выводы:

1.Защита от повышения напряжения устанавливается на гидрогенераторах для предотвращения опасных повышений напряжения на его выводах при сбросах нагрузки.

2.В качестве защиты от повышения напряжения гидрогенераторов применяется максимальная защита напряжения с независимой выдержкой времени

суставками:

Uс.з.=1,2Uном.г. и tс.з.=0,5-1с

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

27

7.7.Защиты ротора

Роторы генераторов находятся в тяжёлых механических условиях работы (из-за большой частоты вращения – до 3000 об/мин), поэтому на генераторах часто наблюдаются случаи

повреждения изоляции обмотки возбуждения с замыканием на корпус, а также витковые замыкания. Кроме того, при неисправностях в системах управления возбуждениям генераторов возможны перегрузки обмоток ротора. Поэтому генераторы оснащаются защитами от замыканий на корпус (на землю) в обмотке ротора, а также защитами от перегрузки ротора.

Защита обмотки ротора от замыкания на землю в одной точке

На всех генераторах устанавливается вольтметровый контроль изоляции при помощи 2-х вольтметров, каждый из которых подключён к полюсам ротора. Если изоляция цепей возбуждения хорошая, показания вольтметров будут близки и равны по величине половине напряжения ротора

генератора, т.е. U(+)=U(-)=0,5Uрот.

При снижении изоляции на одном из полюсов напряжения этого полюса относительно земли понижается, а напряжение другого полюса увеличивается на ту же величину.

Для того, чтобы точнее измерять величину сопротивления изоляции ротора относительно земли используют вольтметры с высоким внутренним сопротивлением.

Устройство контроля изоляции ротора с помощью вольтметров не является защитным устройством и используется дежурным персоналом для периодического (1 раз в смену) контроля (измерения) состояния изоляции цепей возбуждения – обмотки ротора и системы возбуждения.

Принцип действия большинства применяемых защит от замыкания на землю в одной точке цепи ротора основан на измерении тока между одним из полюсов ротора генератора и землёй, причём защиты на турбогенераторах выполняют действием на сигнал, а на гидрогенераторах – на отключение. Предпочтение отдаётся схемам с использованием вспомогательного источника переменного тока низкой частоты, который подключается к цепи ротора через конденсатор.

Принцип выполнения защиты от замыканий на землю и структурная схема защиты от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения приведены на рис. 7-16.

Защита включена на делитель частоты ДЧ2, являющийся источником переменного напряжения частотой 25Гц. Делитель через трансформатор ТН1 получает питание от собственных нужд электростанции, чтобы защита работала также и при остановке генератора. Один зажим ДЧ2 подключается через щётку к валу генератора (к «земле»), второй – через разделительный конденсатор С3, дроссель ДЧ, резистор R5 и первичную обмотку ТТ6 – к цепи возбуждения.

Рис. 7-16. Принцип выполнения и структурная схема защиты от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения с наложенным переменным напряжением.

Измерительным органом защиты является реле мощности РМ7, к которому Uр и Iр подаются соответственно через ДЧ2 и ТТ6. Конденсатор С3 с дросселем ДЧ образуют резонансный контур

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

28

на частоте 25 Гц, а резистор R5 ограничивает ток, т.к. большие токи от защиты являются опасными при наличии длительного металлического замыкания в цепи возбуждения. Защита действует с выдержкой времени через реле РВ8. Выдержка времени необходима для предотвращения срабатывания защиты в условиях переходных процессов (синхронизации, гашении поля и др.)

Промышленностью выпускается специальный комплект защиты ротора для генераторов с тиристорной и высоконапорной системами возбуждения типа КЗР-3, где применяется указанный принцип действия. Принципиальная схема защиты КЗР-3 представлена на рис. 7-17.

В КЗР-3 источником наложенного тока является магнитный делитель частоты МДЧ, получаемый питание переменным током 50 Гц напряжением 220В от сети собственных нужд. В МДЧ имеется две независимые обмотки, одна из которых используется для наложения тока 25 Гц на цепь возбуждения генератора, другая – в схеме защиты. Переменный ток 25 Гц подаётся на землю (на вал генератора) и на обмотки ротора ОВГ через вспомогательное устройство ВУ2, состоящее из частотных L-C- фильтров, предназначенных для предотвращения проникновения в защиту гармоник 50- 150-300 Гц и выше, появляющихся из тиристорной и в/ч систем возбуждения.

Резистор R в ВУ2 ограничивает величину наложенного тока при металлическом замыкании на землю в одной точке цепи возбуждения. Разрядник Р служит для защиты КЗР-3 от возможных перенапряжений на входе ВУ2.

Наложенный ток проходит через сопротивление изоляции и ёмкостное сопротивление на землю цепи возбуждения и состоит из 2-х составляющих – активной и ёмкостной.

Рис. 7-17. Принципиальная схема защиты КЗР-3.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

29

Для того чтобы защита реагировала на изменение сопротивления изоляции на измерительный орган КЗР-3 подаётся только активная составляющая наложенного тока фазочувствительной схемы, на которую подаётся ток через ТТ и напряжение частоты 25 Гц от второй обмотки МДЧ. Фазочувствительная схема состоит из диодов 2Д-5Д и баластных резисторов 6R-9R.

Среднее значение напряжения на выходе фазочувствительной схемы Uвых=I cos , гдеэто угол между наложенным током и создающим его напряжением частотой 25 Гц.

Напряжение на выходе фазочувствительной схемы сравнивается с эталонным стабилизированным напряжением от делителя напряжения 12R, 14R, 16R, 18R, с помощью которого на защите можно выставить четыре возможных уставки защиты и резистора 22R. В результате сравнения реагирует высокочувствительное (магнитоэлектрическое) реле РТ. Конденсатор 3С сглаживает ток в реле РТ, а резистор 21R служит для успокоения рамки магнитоэлектрического реле.

Возможные уставки на реле КЗР-3: 5 кОм (на резисторе 16R); 2,5 кОм (18R). Резисторы 12R и 14R используется при подключении КЗР-3 к электромашинному возбуждению.

Реле РТ при срабатывании замыкает цепь промежуточного реле 1РП и далее через реле времени РВ срабатывает выходное реле 2РП, которое действует на сигнал.

Основным недостатком защиты КЗР-3 является зависимость её чувствительности от ёмкости на землю цепей возбуждения (при ёмкости более 2 МКФ погрешность по току срабатывания достигает 30% и защиту на КЗР-3 не применяют).

Защита от замыканий на землю во второй точке цепи возбуждения

Защита применяется только на турбогенераторах, остающихся в работе с одним местом замыкания в цепи возбуждения. Гидрогенераторы, являющиеся явнополюсными электрическими машинами не допускают работу с двумя замыканиями на землю в цепи возбуждения, поэтому уже при замыкании на землю в одной точке цепи возбуждения они должны отключаться от сети и развозбуждаться.

Принцип работы и схема защиты от замыканий на землю во второй точке цепи возбуждения приведены на рис. 7-18.

Рис. 7-18. Защита от замыканий на землю а) принцип работы; б) схема.

Защита имеет делитель напряжения (потенциометр), к которому подключается реле тока. Потенциометр включается параллельно обмотке ротора, а второй зажим обмотки реле тока

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

30