Выбор состава релейной защиты блока генератор-трансформатов электростанции, обеспечивающего его защищённость

Выбор состава релейной защиты блока генератор-трансформатов электростанции, обеспечивающего его защищённость

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АРВ - автоматическое повторное включение

ВН - высокое напряжение

МДС - магнитодвижущая сила

НН - низкое напряжение

ОАПВ - однофазное автоматическое повторное включение

ОРУ - открытое распределительное устройство

ПУЭ - правила устройства электроустановок

СН - собственные нужды

ТСН - трансформатор собственных нужд

ТТ - трансформатор тока

ЭБ - энергоблок

ЭДС - электродвижущая сила

1 ВЫБОР СОСТАВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ БЛОКА ГЕНЕРАТОРТРАНСФОРМАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ЕГО ЗАЩИЩЁННОСТЬ

В соответствии с ПУЭ для защиты от различных видов повреждений и анормальных режимов блоков генератор-трансформатор при мощности генератора 1000 МВт должны быть предусмотрены следующие устройства релейной защиты:

продольная дифференциальная защита генератора от многофазных коротких замыканий в обмотке статора и на его выводах;

поперечная дифференциальная защита генератора от межвитковых коротких замыканий в обмотке статора при наличии двух параллельных ветвей;

от перехода в асинхронный режим при потере возбуждения;

дифференциальная защита блочного трансформатора от всех видов коротких замыканий;

дифференциальная защита ошиновки напряжением 330 - 750 кВ;

защита от внешних симметричных коротких замыканий;

защита от несимметричных коротких замыканий с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания;

защита от повышения напряжения;

защита от внешних однофазных коротких замыканий с большим током замыкания;

защита от перегрузки обмотки статора;

защита от перегрузки ротора генератора током возбуждения с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания;

газовая защита блочного трансформатора;

защита от замыканий на землю в одной точке обмотки возбуждения;

защита от замыканий на землю в цепи генераторного напряжения;

защита от повреждения изоляции вводов высокого напряжения блочного трансформатора;

2 РАСЧЁТ УСТАВОК СРАБАТЫВАНИЯ ВЫБРАННЫХ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ БЛОКА ГЕНЕРАТОРТРАНСФОРМАТОР

Исходные данные для расчёта:

Трансформатор ЭБ 2 ТЦ-630000/525. Генератор энергоблока ТВВ-800-2.

о.е.

о.е.

о.е.

Трансформатор СН ТРДНС 40000/35 Мощность энергосистемы 500 кВ

Номинальное напряжение на секциях нормальной эксплуатации энергоблока 6.3кВ.

2.1 Расчёт токов короткого замыкания и сопротивлений элементов

Принимаем за базисное напряжениеноминальное напряжение на сборных шинах электрической станции:

Индуктивная составляющая сопротивления сети в максимальном режиме, приведённая к стороне высшего напряжения:

(2.1)

где: , мощность КЗ в максимальном режиме:

Индуктивная составляющая сопротивления сети в минимальном режиме, приведённая к стороне высшего напряжения:

(2.2)

где: мощность КЗ в минимальном режиме:

Значение индуктивной составляющей сопротивления трансформатора энергоблока, приведённое к стороне высшего напряжения:

(2.3)

напряжение КЗ трансформатора энергоблока, мощность трансформатора энергоблока так как он состоит из 2 параллельных трансформаторов, то сопротивление эквивалентное блочного трансформатора будет в 2 раза меньше

Значение индуктивной составляющей сопротивления трансформатора собственных нужд энергоблока, приведённое к стороне высшего напряжения:

(2.4)

мощность трансформатора собственных нужд

Значение индуктивной составляющей сопротивления генератора энергоблока, приведённое к стороне высшего напряжения:

(2.5)

сверхпереходная ЭДС генератора, мощность генератора

Номинальное значение первичного тока на стороне высокого напряжения энергоблока 500 кВ:

(2.6)

Номинальное значение первичного тока на стороне низкого напряжения энергоблока 24 кВ:

(2.7)

Номинальное значение первичного тока в ответвлении на трансформатор собственных нужд 24 кВ:

(2.8)

В соответствии с величинами номинальных значений токов трансформатора со сторон ВН, НН и ТСН на стороне ВН используется встроенный трансформатор тока с коэффициентом трансформации КI ВН = 2000/1 А, на стороне НН - трансформатор тока с коэффициентом трансформации КI НН = 28000/5 А, а на стороне ответвления на ТСН - трансформатор тока с коэффициентом трансформации КI ТСН = 2800/5 А.

Вторичный ток в плече защиты на стороне высшего напряжения, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, составляет:

(2.9)

коэффициент, зависящий от схемы соединения ТТ, коэффициент трансформации ТТ(2000/1)

Вторичный ток в плече защиты на стороне низшего напряжения, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, составляет:

(2.10)

коэффициент, зависящий от схемы соединения ТТ, коэффициент трансформации ТТ(28000/5)

Вторичный ток в плече защиты в ответвлении на трансформатор собственных нужд, соответствующий номинальной мощности ТСН, составляет:

(2.11)

Максимальное значение первичного тока, приведённое к стороне ВН энергоблока, проходящего через защищаемый трансформатор при трёхфазном металлическом коротком замыкании на выводах одной из расщеплённых обмоток трансформатора собственных нужд составляет:

(2.12)

Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах ВН трансформатора при работе энергоблока на холостом ходу составляет:

(2.13)

Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах НН трансформатора в минимальном режиме работы энергосистемы и при отключённом генераторе составляет:

(2.14)

2.2 Продольная дифференциальная токовая защита генератора

Защита выполняется на реле с тормозным действием и быстронасыщающимся трансформатором типа ДЗТ-11/5. Реле имеет рабочую обмотку с ответвлением посередине и тормозную обмотку. Тормозную обмотку наиболее целесообразно присоединить к трансформаторам тока со стороны линейных выводов. Наличие торможения позволяет повысить чувствительность защиты за счёт отстройки от внешних коротких замыканий и асинхронного режима. Выбор уставок защиты сводится к определению числа витков тормозной обмотки при принятом числе витков рабочей обмотки. МДС срабатывания реле при отсутствии торможения Fср=100 А. При этом минимальный ток срабатывания реле составляет:

А (2.15)

При этом для всех типов генераторов первичный ток срабатывания защиты составляет. Число витков рабочей обмотки принимается в зависимости от соотношения токов в плечах защиты в условиях номинального режима. При соотношении токов 1:1 (обмотка статора имеет одну параллельную ветвь) используются 144 витка рабочей обмотки. При соотношении токов 1:2 (обмотка статора имеет две параллельных ветви) используется ответвление в средней части рабочей обмотки, к которому подключается плечо с большим током. Необходимое торможение определяется по условию отстройки защиты от наибольшего тока небаланса при внешнем коротком замыкании или асинхронном ходе генератора:

А (2.16)

(2.17)

где: - относительная погрешность трансформаторов тока, принимается равной 0,1;

- коэффициент однотипности, для однотипных трансформаторов принимается равным 0,5, а для разнотипных - 1,0;

- коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока, для реле серии ДЗТ с насыщающимся трансформатором принимается равным 1,0;

- периодическая составляющая тока короткого замыкания или наибольшее значение тока асинхронного хода, А.

На блоках с выключателем в цепи генератора ток определяется при коротком замыкании на выводах генератора, а при его отсутствии - при коротком замыкании за трансформатором блока.

Наибольшее значение тока асинхронного хода определяется по выражению:

(2.18)

где: - фазное напряжение сети высшего напряжения блока;

- переходный реактанс генератора;

- сопротивление трансформатора;

- сопротивление сети в максимальном режиме.

Намагничивающая сила рабочей обмотки реле вычисляется по значению тока в рабочей обмотке, равного току небаланса, и числу витков рабочей обмотки насыщающегося трансформатора реле:

(2.19)

где: - число витков рабочей обмотки, 144 или72 витка;

- коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,6;

- коэффициент трансформации трансформатора тока;

- определяется по выражению (1.2) и принимается большим из двух условий (короткое замыкание и асинхронный ход). Для выбора числа витков тормозной обмотки определяется МДС по тормозной характеристике реле серии ДЗТ-11 из условия минимального торможения Fт=410Ав.

Расчётное число витков тормозной обмотки определяется по выражению:

(2.20)

где: , а

Принимается ближайшее большее число витков по справочным данным

Чувствительность защиты при отсутствии торможения определяется при двухфазном коротком замыкании на выводах генератора и его работе на холостом ходу:

(2.21)

где: - полный ток в месте короткого замыкания;

- определяется по формуле (1.1);

При наличии торможения коэффициент чувствительности определяется соотношением:

(2.22)

(2.23)

Для нахождения предварительно для случая двухфазного короткого замыкания на выводах генератора определяется рабочая и тормозная МДС:

(2.24)

где: - число витков рабочей обмотки (144 витка);

(2.25)

где: - ток короткого замыкания со стороны системы;

- принятое число витков тормозной обмотки.

Определяется значение МДС от системы:

(2.26)

Далее по тормозной характеристике при максимальном торможении определяется точка с координатами и , которая соединяется с точкой начала координат. Находится по пересечению прямой с тормозной характеристикой при максимальном торможении и определяется по (2.22) коэффициент чувствительности.

2.3 Поперечная дифференциальная защита генератора от межвитковых коротких замыканий в обмотке статора

Защита выполняется на токовом реле типа РТ-40/Ф с фильтром высших гармоник и включается на трансформатор тока, установленный в перемычке между двумя нейтралями параллельных ветвей обмотки статора. Реле имеет четыре диапазона уставок от 1,75 до 17,5 А. При проектировании можно принять:

А.(2.27)

Как правило, и значение тока срабатывания защиты определяется при наладке по условию отстройки от токов небаланса при внешнем коротком замыкании. С этой целью измеряется ток небаланса в катушке исполнительного органа в режиме холостого хода генератора при максимальном напряжении и в режиме короткого замыкания при номинальном токе. Измерения выполняют на минимальном диапазоне уставки реле (1,75... 3,5 А).

Первичный ток срабатывания защиты:

А.(2.28)

где: - коэффициент трансформации трансформатора тока поперечной дифференциальной защиты.

2.4 Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора

Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора выполняется действующей по напряжению и содержит два органа: максимальное реле напряжения первой гармоники, защищающее до 90% обмотки статора со стороны линейных выводов, и реле напряжения третьей гармоники с торможением, защищающее до 35% обмотки статора генератора со стороны нулевых выводов. Расчёт уставок защиты сводится к определению параметров срабатывания указанных органов. Уставку органа напряжения выбирают по условию отстройки от напряжения нулевой последовательности основной частоты при однофазном коротком замыкании на стороне высокого напряжения за трансформатором блока:

(2.29)

где: -утроенное напряжение нулевой последовательности со стороны линейных выводов генератора;

- коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,3;

- коэффициент трансформации трансформатора напряжения обмотки, соединённой в разомкнутый треугольник:

(2.30)

Напряжение нулевой последовательности на выводах генератора:

(2.31)

где: - коэффициент, учитывающий режим нейтрали генератора (при заземлённой нейтрали ; при изолированной - );

- максимальное значение напряжения нулевой последовательности на стороне высокого напряжения трансформатора блока при однофазном коротком замыкании (определяется расчётом);

- ёмкость между обмотками высокого и низкого напряжения одной фазы трансформатора блока;

- ёмкость одной фазы обмотки статора генератора на землю;

- ёмкость одной фазы обмотки низкого напряжения трансформатора блока на землю.

В связи со сложностью определения ёмкостей и целесообразно при наладке измерять напряжения на фазных выводах генератора при подаче напряжения от постороннего источника на разземлённую нейтраль трансформатора блока относительно земли.

Напряжение на генераторе в реальных условиях будет больше измеренного в раз (коэффициент тот же, что и в выражении (3.2)). В целях предотвращения излишних отключений энергоблоков из-за чрезмерной чувствительности рекомендуется принимать уставку реле напряжения 10 В. В любом случае уставка не должна превышать 15 В. В защите ЗЗГ-1 с целью отстройки от внешних однофазных коротких замыканий применяется выдержка времени на срабатывание . В защитах более поздней разработки (ЗЗГ-11 и ЗЗГ-12) предусмотрена блокировка защиты по напряжению обратной последовательности и поэтому задержка на срабатывание не требуется.

Определение уставки третьей гармоники.

На рабочую цепь подаётся сумма напряжений третьей гармоники со стороны нейтрали и линейных выводов , а на тормозную цепь - напряжение третьей гармоники со стороны нейтрали . Отношение при снижении которого до заданного уровня срабатывания органа третьей гармоники, представляет собой сопротивление обмотки статора со стороны нейтрали на землю, отнесённое к удвоенному ёмкостному сопротивлению генератора:

(2.32)

Срабатывание органа третьей гармоники определяется уставкой коэффициента торможения, равного отношению напряжения рабочей цепи к напряжению тормозной цепи:

(2.33)

где: - коэффициент отстройки;

- относительное сопротивление срабатывания.

Уставку выбирают по условию надёжного действия () органа торможения третьей гармоники в конце зоны, охватываемой органом первой гармоники.

При оптимальной уставке реле напряжение в конце зоны его надёжного действия с составит . При этом орган напряжения нулевой последовательности охватывает 0,7 числа витков со стороны линейных выводов. Следовательно зона надёжного действия органа третьей гармоники со стороны нейтрали должна быть .

В случае металлического замыкания в конце этой зоны:

где: - ЭДС третьей гармоники генератора.

Принимая и подставляя его вместо в выражение (3.4), получаем:

или:

Такую подстановку следует принимать для всех турбогенераторов независимо от уставки органа напряжения первой гармоники. Зону действия органа третьей гармоники при металлическом замыкании со стороны нейтрали определяют по выражению (2.33), принимая .

Если принять , то и , то . Отсюда . При зона действия органа торможения третьей гармоники со стороны нейтрали () составит:

При замыкании со стороны линейных выводов ():

 и (2.34)

При этом зона со стороны линейных выводов будет . При зона действия органа торможения третьей гармоники со стороны линейных выводов составит:

Наличие зоны действия органа третьей гармоники со стороны линейных выводов генератора резервирует реле напряжения нулевой последовательности. В защите ЗЗГ-1 отстройка от напряжения основной частоты органа третьей гармоники выполнена в недостаточной степени, поэтому при наладке требуется выполнить проверку отстройки органа третьей гармоники от частоты 50 Гц. При необходимости вводится блокировка по напряжению обратной последовательности. Для защиты ЗЗГ-11 такая проверка не требуется. На блокирующем реле напряжения обратной последовательности рекомендуется уставка . Реле по производной в защите ЗЗГ-12 не имеет регулируемых уставок и расчётная проверка надёжности его действия не требуется. На однофазные короткие замыкания на стороне высокого напряжения реле по производной не реагирует. Для обеспечения правильной работы органа третьей гармоники следует устанавливать измерительные трансформаторы напряжения в нейтрали и на выводах генератора с одинаковыми номинальными первичными напряжениями. При этом номинальные вторичные напряжения трансформатора напряжения, соединённого в разомкнутый треугольник, равны 100/3 В, а номинальное напряжение трансформатора напряжения, установленного в нейтрали должно быть 100 В.

2.5 Защита от асинхронного режима при потере возбуждения

Защита выполняется на одном из трёх реле сопротивления комплекта КРС-2.Положение характеристики реле на комплексной плоскости сопротивлений определяется положением комплексного сопротивления на выводах генератора в режиме нормальной работы и асинхронном режиме. В нормальном режиме вектор комплексного сопротивления находится в I квадранте, а при потере возбуждения и переходе в асинхронный режим перемещается в IV квадрант. По этой причине характеристика срабатывания реле сопротивления защиты выбирается в III и IV квадрантах при угле максимальной чувствительности близком к . Первичное сопротивление срабатывание, определяющее диаметр окружности реле, принимается равным , что целесообразно для обеспечения надёжной работы реле при потере возбуждения ненагруженным генератором.

Для предотвращения срабатывания реле при нарушениях синхронизма в энергосистеме его характеристика смещается по оси комплексной плоскости в сторону III и IV квадрантов на . Угол максимальной чувствительности желательно иметь равным . На применяемых реле удаётся получить .

(2.36)

(2.37)

Сопротивлению диаметра характеристики и её смещению в III и IV квадранты соответствуют вторичные значения этих сопротивлений:

(2.38)

где: - первичное сопротивление срабатывания или смещения характеристики;

и - коэффициент трансформации соответственно трансформаторов тока и напряжения.

(2.39)

Время срабатывания защиты принимается равным 1...2 с. Указанная выдержка времени необходима для предотвращения излишних срабатываний защиты при нарушениях динамической устойчивости и асинхронном ходе в системе.

2.6 Дифференциальная защита трансформатора блока от внутренних повреждений

Дифференциальная защита трансформаторов блоков мощностью 160...1000 МВт выполняется с использованием дифференциального токового реле с торможением типа ДЗТ-21-У3. В защите для отстройки от токов включения при постановке трансформатора под напряжение используется времяимпульсный принцип с торможением от второй гармоники дифференциального тока. Благодаря этому реле обладает высокой чувствительностью, поскольку ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска намагничивающего тока принимается равным . Для отстройки защиты от токов небаланса при внешних коротких замыканиях используется торможение от токов плеч защиты, что также обусловливает повышение чувствительности защиты. В схемах защиты цепи процентного торможения подключаются со стороны высшего и нижнего тока. Тормозная характеристика в начальной части имеет горизонтальный участок со ступенчатым регулированием на два положения полусуммы тормозных токов. Для выравнивания токов плеч защиты и для возможности подключения защиты к трансформаторам тока с номинальным вторичным током 1,0 А (со стороны высокого напряжения) используются согласующие повышающие автотрансформаторы тока типа АТ-31-У3. При применении для дифференциальной защиты на всех напряжениях трансформаторов тока с номинальным вторичным током 5,0 А согласующие автотрансформаторы тока могут не устанавливаться, однако их применение может оказаться необходимым в тех случаях, когда значение вторичного тока плеча в номинальном режиме трансформатора выходит за пределы номинальных токов ответвлений трансформатора рабочей цепи более, чем 0,5 А (если со стороны высокого напряжения трансформатора не может быть принят другой коэффициент трансформации трансформатора тока). Для повышения быстродействия защиты при больших токах короткого замыкания внутри защищаемой зоны предусмотрена дифференциальная отсечка, позволяющая фиксировано менять уставку срабатывания ( или ). В дифференциальной токовой защите типа ДЗТ-21 конструктивно предусмотрено регулирование минимального тока срабатывания, коэффициента торможения, длины горизонтального участка тормозной характеристики, уставки срабатывания дифференциальной отсечки, а также имеется возможность выравнивания тока в плечах защиты.

Страницы: 1, 2, 3