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

(2.84)

= (2.85)

относительное значение тока в рабочей цепи по (2.63).

(2.86)

Минимальные значения тормозных токов для каждой тормозной цепи определяются в тех же расчётных точках, что и при расчёте рабочих токов реле по выражению (2.64).

Коэффициент торможения защиты определяется по выражению (2.62).

(2.87)

где: - первичный ток короткого замыкания при внешнем повреждении;

- коэффициент схемы.

Относительные значения токов в тормозных цепях:

(2.88)

(2.89)

Коэффициент торможения реле , характеризующий тормозное действие реле, определяется как отношение приращения тока в рабочей (дифференциальной) цепи реле к полусумме приращения тока в тормозной цепи реле :

Из тормозной характеристики реле видно, что:

(2.90)

(2.91)

(2.92)

где: - коэффициент отстройки, принимается равным 1,5;

- относительное значение тока рабочей цепи реле при внешнем повреждении в расчётной точке;

- определяется ранее;

- относительное значение суммы тормозных токов при внешнем коротком замыкании,

- ток начала торможения, принимается равным 1,0.

Так как получился меньше чем 0,3, то принимаем =0,3

Уставку дифференциальной отсечки во всех случаях можно принимать минимальной (), поскольку при этом обеспечивается её отстройка от токов включения и от токов небаланса при внешних коротких замыканиях. Чувствительность защиты при внутренних коротких замыканиях всегда высокая в связи с малым значением минимального тока срабатывания и наличием горизонтального участка тормозной характеристики. В соответствии с требованиями ПУЭ коэффициент чувствительности резервной дифференциальной защиты должен быть не менее двух (). Чувствительность защиты на рассматриваемых энергоблоках при повреждении в защищаемой зоне следует определять при отсутствии торможения. При коротком замыкании в зоне защиты полусумма тормозных токов всегда оказывается меньше тока в дифференциальной цепи. Поэтому расчётная точка, соответствующая минимальному короткому замыканию в зоне защиты, в плоскости координат(, ) всегда лежит выше тормозной характеристики реле, а прямая, соединяющая эту точку с началом координат, является геометрическим местом точек, соответствующих изменяющемуся переходному сопротивлению в месте короткого замыкания. Эта прямая всегда пересекает горизонтальную часть тормозной характеристики. На этом пересечении защита работает на пределе чувствительности с током .

Коэффициент чувствительности защиты определяется по выражению:

(2.93)

где:

=(2.94)

- относительное значение тока в месте двухфазного короткого замыкания (для отсечки ток короткого замыкания рассчитывается в рабочем, а не в минимальном режиме);

- относительное значение минимального тока срабатывания реле;

Чувствительность защиты определяется при металлическом повреждении на выводах трансформатора блока. Расчётными для станции и системы являются реально возможные режимы, обусловливающие минимальный ток повреждения. В соответствии с ПУЭ коэффициент чувствительности должен быть . Резервная дифференциальная защита, устанавливаемая на блоках с выключателем в цепи генератора, должна иметь выдержку времени .

2.9 Защита от внешних симметричных коротких замыканий

Защита выполняется с помощью одного из трёх реле сопротивления комплекта КРС-2.

Реле имеет круговую или эллиптическую характеристику срабатывания, расположенную в I квадранте комплексной плоскости. Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от режима наибольшей нагрузки. Сопротивление нагрузки определяется по выражению:

(2.95)

где: - минимальное напряжение на выводах генератора, принимается равным ;

- максимальное значение рабочего тока генератора в условиях кратковременной перегрузки, принимается равным .

Сопротивление срабатывания защиты при круговой характеристике срабатывания реле:

(2.96)

где: - коэффициент отстройки, принимается равным 1,2;

- коэффициент возврата реле, равен 1,05;

- угол максимальной чувствительности реле, равный 80О для реле сопротивления КРС-2;

- угол нагрузки (определяется при дальнейшем расчёте).

Принимается, что активная мощность не изменилась:

(2.97)

При пониженном напряжении до и максимальном токе нагрузки :

(2.98)

Из равенства выражений (2.97) и (2.98) следует:

(2.99

(2.100)

(2.101)

Уставка срабатывания на реле сопротивления подсчитывается по выражению:

(2.102)

где: - коэффициент трансформации трансформаторов тока;

- коэффициент трансформации трансформаторов напряжения;

- коэффициент трансформации промежуточных трансформаторов тока, равный 10/5 А, а при его отсутствии .

Ток десятипроцентной погрешности реле зависит от вида характеристики: при номинальном токе 5 А и круговой характеристике без смещения со схемой подпитки, а также со смещением 12% в III квадрант он равен 1,45 А, при смещении 6% 1,6 А, при смещении 20% - 1,8 А, при эллиптической характеристике без смещения и со смещением - 2,2 А.

Защита имеет две выдержки времени для действия на деление шин и отключение блока от сети, отстроенные по времени действия от междуфазных коротких замыканий присоединений, отходящих от шин станции. Так как эти выдержки времени заведомо больше 1,5 с, отстройка от качаний не требуется.Чувствительность защиты проверяется следующим образом:

-чувствительность реле по току точной работы определяется при трёхфазном коротком замыкании в конце зоны, охватываемой защитой, при этом минимальное значение коэффициента чувствительности должно быть не менее 1,3;

-чувствительность реле по измеряемому сопротивлению при резервировании смежных с блоком участков линии определяется в условиях эксплуатации с учётом подпитки от смежных элементов. Требуемый минимальный коэффициент чувствительности 1,2.

2.10 Защита от несимметричных коротких замыканий и перегрузок током обратной последовательности с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания

Защита выполняется с помощью фильтр-реле тока обратной последовательности типа РТФ-6М.К основным органам устройства относятся:

-фильтр токов обратной последовательности;

-входное преобразовательное устройство;

-сигнальный орган;

-пусковой орган;

-интегральный орган;

-отсечка I;

-отсечка II;

При проектировании должны быть определены:

-уставка пускового органа;

-уставка интегрального органа;

-уставка сигнального органа;

-уставка отсечки I (отсечка II в защите не используется).

Входное преобразовательное устройство позволяет устанавливать на входе в основные органы защиты одно и то же напряжение, соответствующее номинальному току генератора при его значениях во вторичных цепях . Расчёт входного преобразовательного устройства сводится к определению указанного соотношения. Допустимое время существования несимметричного режима для генератора определяется по выражению

(2.103)

где: - постоянная генератора, устанавливаемая заводом-изготовителем;

- относительное значение тока обратной последовательности ().

Для защиты турбогенераторов применяют реле типа РТФ-6М с исполнением на 5 и 10 А с диапазоном уставок, равным 5... 10 и 10... 20 А соответственно. Пуск интегрального органа следует производить при величине тока, превышающей минимальное значение , для обеспечения соответствия зависимой характеристики выдержки времени срабатывания выражению (9.1) во всём диапазоне токов перегрузки и короткого замыкания. Поэтому уставка пускового органа принимается:

(2.104)

где: - коэффициент отстройки, принимается равным 1,05;

при и при .

Пусковой орган имеет диапазон по току срабатывания и коэффициент возврата не ниже . Для турбогенераторов мощностью 160 Мвт и более целесообразно принимать . Поскольку интегральный орган выполняет функцию защиты от перегрузки и не предназначен для защиты от несимметричных коротких замыканий, он имеет одноступенчатое действие (отключение блока от сети высокого напряжения). При этом уставка должна соответствовать значению постоянной величины , задаваемой заводом-изготовителем генератора. Ток срабатывания сигнального органа может устанавливаться в диапазоне . Как правило принимается . При этом допустимая длительность перегрузки может определена по тепловому действию тока, равного току срабатывания:

(2.105)

Для турбогенераторов мощностью 1000 Мвт: мин при .Выдержка времени сигнального органа должна быть больше времени действия резервных защит энергоблока. Ток срабатывания отсечки выбирается по условию согласования с резервными защитами от междуфазных коротких замыканий присоединений, отходящих от шин высокого напряжения блока. При использовании отсечки для деления шин должна быть обеспечена необходимая при этом чувствительность. По условию деления ток срабатывания может быть принят . Диапазон уставок отсечки составляет . Отсечка I имеет двухступенчатое временное действие. Выдержка времени первой ступени отсечки, действующей на деление шин, должна быть на ступень селективности больше максимальной выдержки времени резервных защит присоединений. Выдержка времени второй ступени отсечки (действие на отключение энергоблока от сети высокого напряжения) должна быть на ступень селективности больше первой ступени.

Если отсечка используется только для дальнего резервирования, то её выдержка времени принимается такой же, как и для первой ступени при наличии деления шин.

2.11 Защита от повышения напряжения

Расчёт защиты сводится к выбору уставок на пусковом органе напряжения защиты, на блокирующем токовом реле и реле времени. Напряжение срабатывания на максимальном реле напряжения РН-58/200, имеющем коэффициент возврата ,

(2.106)

Уставка по току на блокирующем токовом реле РТ--40/Р:

(2.107)

При переходе генератора энергоблока в режим холостого хода защита автоматически вводится в действие с выдержкой времени , что исключает возможность потери питания собственных нужд блока при отключении генератора от сети, когда возможно кратковременное повышение напряжения на генераторе.

2.12 Защита от внешних однофазных коротких замыканий в сети с большим током замыкания на землю

Защита является резервной от сверхтоков однофазных коротких замыканий в сети с большим током замыкания на землю. На трансформаторах энергоблоков с заземлённой нейтралью защита выполняется с помощью токовых реле, подключаемых в нейтральный провод трансформаторов тока. Защита имеет два измерительных органа: чувствительный и грубый. На блоках, допускающих работу трансформаторов как с заземлённой, так и с разземлённой нейтралью, дополнительно к указанной защите устанавливается ещё специальная защита, предназначенная для отключения при внешнем однофазном коротком замыкании блока, работающего с разземлённой нейтралью. Эта защита выполняется на реле напряжения нулевой последовательности или на реле тока обратной последовательности.

Выбор уставок защиты на блоках с заземлённой нейтралью.

Для защиты более чувствительного органа, предназначенного для деления шин на стороне высокого напряжения блока и ускорения токовой защиты нулевой последовательности при однофазных коротких замыканиях в сети. Ток срабатывания выбирается меньшим из двух условий:

обеспечения срабатывания при самопроизвольном неполнофазном отключении блока и минимальной нагрузке:

(2.108)

(2.109)

где: - коэффициент чувствительности, принимается равным 1,2.

согласования с резервной защитой от однофазных коротких замыканий с более грубой уставкой срабатывания :

(2.110)

где: - коэффициент отстройки, принимается равным 1,05.

Выдержка времени защиты при её действии по цепи ускорения:

(2.111)

что необходимо для предотвращения отключения блока по цепи ускорения при действии реле контроля непереключения фаз (в случае отказа во включении фазы выключателя, при действии ОАПВ). выдержка времени защиты при её действии на деление шин на стороне высокого напряжения блока выбирается по большему значению из двух условий:

согласования с наибольшим временем действия чувствительных ступеней резервных защит от однофазных коротких замыканий, установленных на элементах, отходящих от шин станции :

(2.112)

согласования с временем действия защиты от однофазных коротких замыканий блока при её действии по цепи ускорения:

(2.113)

в выражениях (2.112) и (2.113) ступень выдержки времени, равная 0,5 с.

Для защиты, выполненной с грубой уставкой, предназначенной для отключения блока от сети при дальнем резервировании - ток срабатывания защиты выбирается по условию согласования по чувствительности с током срабатывания защит от коротких замыканий на землю смежных элементов сети высокого напряжения.

Согласование производится с наиболее чувствительными ступенями защит:

(2.114)

где: - коэффициент отстройки, принимается равным 1,1... 1,2;

- коэффициент токораспределения токов нулевой последовательности (отношение тока в нейтрали трансформатора блока к утроенному значению тока нулевой последовательности в смежной линии, с защитой которой производится согласование);

- ток срабатывания чувствительной ступени защиты, с которой производится согласование (ток срабатывания III ступени защиты, отходящей от шин высокого напряжения). Выдержка времени защиты выбирается по условию согласования с временем действия чувствительной защиты блока:

(2.115)

Выбор уставок срабатывания специальной защиты от внешних однофазных коротких замыканий при работе блока с разземлённой нейтралью производится в зависимости от её выполнения. При выполнении специальной защиты в виде защиты напряжения нулевой последовательности (реле РНН57) вторичное напряжение принимается равным 5 В. При этом обеспечивается отстройка от максимального напряжения небаланса трансформатора напряжения, обмотки которого соединены в треугольник. При выполнении специальной защиты в виде токовой защиты обратной последовательности ток срабатывания защиты для реле РТФ-6М составляет:

(2.116)

где: - номинальный ток генератора.

Далее проводятся согласования по чувствительности защиты на блоках с заземлённой нейтралью с защитами. При работе защиты напряжения нулевой последовательности на пределе чувствительности ток нулевой последовательности в трансформаторе любого параллельного блока:

(2.117)

где: - напряжение срабатывания нулевой последовательности;

- сопротивление короткого замыкания трансформатора блока.

Минимальный ток срабатывания токовой защиты нулевой последовательности реле с более грубой уставкой каждого блока, работающего с заземлённой нейтралью:

 (2.118)

где: - коэффициент отстройки, принимается равным 1,1.

В связи с тем, что вторичное напряжение срабатывания защиты (реле РНН-57) , а номинальное вторичное напряжение трансформатора напряжения равно 100 В, относительное напряжение срабатывания .

Выражая ток срабатывания защиты нулевой последовательности по (11.10) в относительных единицах, получается:

(2.119)

где: - относительное значение напряжения короткого замыкания трансформатора (например, при ). Токовая защита обратной последовательности должна иметь более высокую чувствительность, чем токовая защита нулевой последовательности блоков, нейтрали которых заземлены. Расчётным режимом для согласования по чувствительности этих защит является короткое замыкание на линии, отключившейся с другого конца быстродействующей защитой. При этом в повреждённой линии токи нулевой и обратной последовательностей равны (). С учётом коэффициента токораспределения этому соответствует соотношение:

(2.120)

где: - ток нулевой последовательности в защите блока;

, - коэффициенты токораспределения соответственно нулевой и обратной последовательностей блоков;

- ток срабатывания обратной последовательности (для реле РТФ-6М и при применении ступенчатой токовой защиты обратной последовательности). Минимальный ток срабатывания защиты нулевой последовательности (реле с более грубой уставкой) для блоков, работающих с заземлённой нейтралью, можно выразить:

(2.121)

где: коэффициент отстройки, принимается равным 1,1.

Таким образом, токовая защита нулевой последовательности на блоках с заземлённой нейтралью при применении на блоках с заземлённой нейтралью защиты напряжения нулевой последовательности, как правило, менее чувствительна, чем при применении токовой защиты обратной последовательности. В то же время преимуществом применения защиты напряжения нулевой последовательности является независимость чувствительности защиты от количества заземлённых нейтралей. Согласование по чувствительности токовой защиты нулевой последовательности со специальной защитой, выполняемой с использованием или , должно производиться соответственно по выражению (2.119) или (2.121). Выдержка времени специальной защиты, предназначенной для отключения блока при его работе с разземлённой нейтралью трансформатора, применяется на ступень меньше выдержки времени токовой защиты нулевой последовательности с грубой уставкой тока срабатывания, предназначенной для отключения блока при работе трансформатора с заземлённой нейтралью:

(2.122)

При таком выборе выдержки времени и коротком замыкании на землю в сети высокого напряжения обеспечивается отключение блоков с незаземлённой нейтралью трансформатора раньше, чем отключаются блоки с заземлённой нейтралью.

Чувствительность защиты проверяется при коротких замыканиях на землю в расчётной точке в конце резервируемого участка по выражению:

(2.123)

где: - ток нулевой последовательности в месте установки защиты для режима работы системы и месте металлического короткого замыкания, обусловливающих наименьшее значение тока в месте установки защиты.

Значение коэффициента чувствительности должно быть:

для токовой чувствительной защиты при коротком замыкании в конце зоны резервирования более грубой защиты;

для токовой более грубой защиты, выполняющей функции дальнего резервирования, при коротком замыкании в конце зоны резервирования.

2.13 Контроль изоляции на стороне низкого напряжения

При использовании для контроля реле типа РН-53/60 минимальное напряжение срабатывания составляет:

(2.124)

При такой уставке обеспечивается отстройка от напряжения небаланса, обусловленная напряжениями первой и третьей гармоник.

Выдержка времени принимается порядка 9 с.

2.14 Защита от перегрузки обмотки статора

Защита от симметричной перегрузки выполняется на токовом реле типа РТВК с высоким коэффициентом возврата .

Ток срабатывания защиты:

(2.125)

где: - коэффициент отстройки, принимается равным 1,05;

- коэффициент возврата, принимаемый равным 0,99.

Защита действует на сигнал с выдержкой времени 6... 9 с.

2.15 Защита ротора генератора от перегрузки током возбуждения с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени

Защита ротора генератора от перегрузки током возбуждения с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени типа РЗР-1М содержит четыре основных органа:

-входное преобразовательное устройство;

-пусковой орган;

-сигнальный орган;

-интегральный орган.

Входное преобразовательное устройство обеспечивает согласование относительных значений тока в измерительных органах РЗР-1М и в роторе генератора.

Пусковой орган.

Диапазон уставок пускового органа в относительных единицах к току ротора может регулироваться в пределах от 1,05 до 1,25. Пусковой орган имеет коэффициент возврата не менее 0,95. Целесообразно устанавливать

(2.126)

Сигнальный орган.

Диапазон уставок сигнального органа по составляет от 1,0 до 1,2 и коэффициент возврата не менее 0,95. Рекомендуется принимать

(2.127)

Выдержка времени действия сигнального органа защиты принимается .

Интегральный орган.

Интегральный орган, имеющий две ступени срабатывания, учитывает накопление тепла в роторе при перегрузке и охлаждении ротора после устранения перегрузки. Защита РЗР-1М выпускается в двух исполнениях, отличающихся характеристиками выдержки времени. На блоках с генераторами мощностью 1000 МВт принимается к установке первое исполнение с меньшим временем срабатывания защиты. Интегральный орган защиты на турбогенераторах с тиристорным возбуждением выполняется с трёхступенчатым действием:

- I ступень используется для двухступенчатой разгрузки генератора;

- II ступень - для действия на его отключение.

На турбогенераторах с высокочастотным возбуждением эта защита имеет двухступенчатое действие:

- I ступень действует на устройство ограничения форсировки;

- II ступень - на отключение блока.

Двухступенчатая разгрузка генератора действует с выдержкой времени первой ступени на развозбуждение генератора через цепи АРВ, а второй - на отключение АРВ. Выдержки времени ступеней защиты, осуществляющих разгрузку, не превышают времени действия по тепловой характеристике генератора и устанавливаются при наладке. Для ступеней интегрального органа, действующих на сигнал и на отключение генератора, в приложении даны характеристики срабатывания на максимальных уставках по времени срабатывания для первого и второго исполнения защиты. Уставки по времени могут плавно снижаться в сторону уменьшения до 0,5 от приведённых значений. В процессе проектирования уставки интегрального органа защиты РЗР-1М не выбираются, а определяются при подключении к генератору.

Литература:

1. Вавин В.Н. Релейная защита блоков генератор-трансформатор./B.Н. Вавин. М: Энергоиздат, 1982. -253 с.

2. Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 - 500 кВ. -Выпуск 13Б. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 95 с.

3. Какуевицкий Л.И., Смирнова Т.В. Справочник реле защиты и автоматики. -М.: Энергия, 1972. 343 с.

4. Королёв Е.П., Либерзон Э.М. Расчёты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты./Э.М.Либерзон,Е.П.Королёв -М.: Энергия, 1980.-208 с.

5. Углов А.В. Методические указания по выполнению курсового проектирования по дисциплине «Эксплуатация релейной защиты». - Севастополь.: СИЯЭиП, 1999.-75с.

6. Конспект лекций по курсу “Эксплуатация релейной защиты”.

Страницы: 1, 2, 3