Разработка системы релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции и анализ ее технического обслуживания

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 (4.1)

где: - коэффициент трансформации трансформатора тока поперечной дифференциальной защиты.

Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора

Общие положения

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.

Определение уставки органа максимального напряжения

Уставку органа напряжения выбирают по условию отстройки от напряжения нулевой последовательности основной частоты при однофазном коротком замыкании на стороне высокого напряжения за трансформатором блока:

(5.1)

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:

(5.2)

Напряжение нулевой последовательности на выводах генератора:

(5.3)

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 (5.3)).

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:

(5.4)

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

(5.5)

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:

(5.6)

где: - ЭДС третьей гармоники генератора.

Принимая и подставляя его вместо в выражение (5.5), получаем:

или: (5.7)

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 (5.5), 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 (5.8)

При этом зона со стороны линейных выводов будет:

(5.9)

При , зона действия органа торможения третьей гармоники со стороны линейных выводов составит:

(5.10)

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 короткие однофазные 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.

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.

(6.1)

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 .

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

(6.2)

где: - первичное сопротивление срабатывания или смещения характеристики;

и - коэффициент трансформации соответственно трансформаторов тока и напряжения.

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.

Дифференциальная защита трансформатора блока от внутренних повреждений

Общие положения

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 коротких внешних 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.

Минимальный ток срабатывания защиты при отсутствии торможения

Определяется по условию отстройки от тока включения блочного трансформатора под напряжение:

или (7.1)

где: