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

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кафедра ЭЭС

Курсовой проект

по дисциплине: «Эксплуатация релейной защиты»

«Разработка системы релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции и анализ её технического обслуживания»

Выполнил: Шапаренко И.М

Проверил: зав. кафедры

Углов А.В.

Севастополь

2005 г.

ЗАДАНИЕ

на выполнения курсового проекта по дисциплине “Эксплуатация релейной защиты”

Тема: Разработка системы релейной защиты блока генератор- трансформатор электрической станции и анализ её технического обслуживания

Исходные данные:

Тип генератора энергоблока ТВВ-800-2

Номинальное напряжение на сборных шинах электрической станции 500 кВ.

Максимальная мощность энергосистемы в режиме короткого замыкания

24 000 MB·A.

Минимальная мощность энергосистемы в режиме короткого замыкания

12000 MB·A.

Тип блочного трансформатора 2 ґ ТЦ-630 000/525.

Тип трансформатора собственных нужд энергоблока ТРДНС-63 000/35.

Номинальное напряжение на секциях нормальной эксплуатации энергоблока 6,3 кВ.

Введение

Основной задачей построения релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции является обеспечение ее эффективного функционирования по возможности при любых видах повреждений, предотвращение развития повреждений и значительных разрушений защищаемого оборудования, в также предотвращение нарушений устойчивости в энергосистеме.

Для этого устройства релейной защиты должны обладать необходимыми для них свойствами, соответствующими известным основным требованиям: быстродействию, чувствительности, селективности и надёжности.

Для достижения требуемой эффективности функционирования защиты энергоблоков необходимо выполнение следующих условий:

основные защиты от внутренних КЗ должны обеспечивать быстрое отключение повреждений любого элемента блока. При этом не должно оставаться ни одного незащищённого (не входящего в зону действия защит) участка первичной схемы. Однако в ряде случаев приходится вынужденно допускать применение защит, неполностью охватывающих защищаемое оборудование (например, при витковых замыканиях);

резервные защиты энергоблока также должны охватывать все его элементы и должны обеспечивать ближнее и дальнее резервирование соответственно основных защит блока и защит прилежащей сети (на АЭС ближнее резервирование должно быть быстродействующим);

повреждения, не сопровождающиеся КЗ и не отражающиеся на работе энергоблока, также должны по возможности быстро отключаться, если их развитие может привести к значительным разрушениям оборудования;

анормальные режимы (например, перегрузки, потеря возбуждения и др.) должны автоматически ликвидироваться защитой, если они недопустимы для оборудования или для энергосистемы. В случаях, когда не требуется немедленная ликвидация анормального режима, допускается только сигнализация о его возникновении;

действие устройств релейной защиты должно быть увязано с технологическим;

действие устройств релейной защиты должно быть увязано с технологическими защитами и автоматикой энергоблока.

Основные требования к выполнению релейной защиты, обязательные при проектировании и в эксплуатации, устанавливают Правила устройства электроустановок, Правила технической эксплуатации и другие директивные материалы на основе многолетнего опыта научно-исследовательских разработок, производства, проектирования и эксплуатации устройств релейной защиты.

1. Выбор необходимого состава системы релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции, обеспечивающего полноту его защищенности

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) для защиты блоков генератор-трансформатор при мощности генератора более 10 Мвт должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и анормальных режимов:

от замыканий на землю в цепи генераторного напряжения;

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

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

от многофазных коротких замыканий в обмотках блочного трансформатора и на его выводах;

от межвитковых коротких замыканий в обмотках блочного трансформатора;

от внешних коротких замыканий;

от перегрузки генератора токами обратной последовательности (при мощности генератора более 30 Мвт);

от симметричной перегрузки генератора и трансформатора;

от перегрузки ротора генератора током возбуждения;

от повышения напряжения (для генераторов мощностью 100 Мвт и более);

от замыканий на землю в одной точке обмотки возбуждения;

от замыканий на землю во второй точке обмотки возбуждения (при мощности генераторов менее 160 Мвт);

от перехода в асинхронный режим при потере возбуждения;

от понижения уровня масла в баке трансформатора;

от повреждения изоляции вводов высокого напряжения блочного трансформатора (при напряжении 500 кВ и выше).

Для защиты от различных видов повреждений и анормальных режимов блоков генератор-трансформатор при мощности генератора 160 - 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 (при напряжении 500 кВ и выше).

2. Расчет уставок срабатывания и разработка схемы подключения выбранных устройств релейной защиты блока генератор-трансформатор

Исходные данные для расчета

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

; Рном=800 МВт, xd'=0,313 о.е.;

; , xd"=0,223 о.е.;

; , x2=0,372 о.е.;

. Iном=21400 А хd=2,333 о.е.

Трансформатор СН ТРДНС 63000/35: Мощность энергосистемы 500 кВ:

Sном=63000 МВ·А; Sкзmax=24000 МВ·А;

; Sкзmin=12000 МВ·А.

;

;

Uвнmin=21,12 кВ; uк%=12,43;

;

Uвнmax=26,88 кВ; uк%=13,18;.

Расчёт параметров схемы замещения

Расчёт параметров схемы замещения и токов короткого замыкания для рассматриваемого примера Индуктивная составляющая сопротивления сети в максимальном режиме, приведённая к стороне высшего напряжения:

(2.1)

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

(2.2)

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

(2.3)

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

(2.4)

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

(2.5)

Номинальное значение первичного тока на стороне высокого напряжения энергоблока 330 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)

Для компенсации фазового сдвига за счёт схемы соединения трансформатора схема соединения трансформаторов тока на стороне ВН выбирается - “треугольник”, а на стороне НН и в ответвлении на ТСН - “звезда”.

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 = 1000/1 А, на стороне НН - трансформатор тока с коэффициентом трансформации КI НН = 30000/5 А, а на стороне ответвления на ТСН - трансформатор тока с коэффициентом трансформации КI ТСН = 1500/5 А.

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

(2.9)

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

(2.10)

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 коротком трехфазном металлическом замыкании на выводах одной из расщеплённых обмоток трансформатора собственных нужд, составляет:

(2.12)

Так как в цепи генераторного напряжения установлен выключатель нагрузки, то в качестве расчётного принимается короткое трехфазное металлическое замыкание на выводах ВН трансформатора блока. Максимальный первичный ток, проходящий через защищаемый трансформатор в этом режиме и приведённый к стороне ВН блока, составляет:

(2.13)

Максимальный первичный ток, проходящий через защищаемый трансформатор в этом режиме и приведённый к стороне НН блока, составляет:

(2.14)

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

(2.15)

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

(2.16)

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 коротких внешних 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 (3.1)

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 коротком внешнем замыкании или асинхронном ходе генератора:

А (3.2)

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

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

- 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:

А (3.3)

где: - фазное напряжение сети высшего напряжения блока;

- переходный реактанс генератора;

- сопротивление трансформатора;

- сопротивление сети в максимальном режиме.

Переходный реактанс генератора:

(3.4)

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

(3.5)

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

- коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,6;

- коэффициент трансформации трансформатора тока;

- определяется по выражению (3.2) 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=130.

Расчётное число витков тормозной обмотки определяется по выражению:

(3.6)

где:

Принимается большее ближайшее число витков по справочным данным Wт расч = 24

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

(3.7)

где: - полный ток в месте короткого замыкания;

- определяется по формуле (3.1);

При наличии торможения коэффициент чувствительности определяется соотношением:

(3.8)

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

(3.9)

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

(3.10)

где: - ток короткого замыкания со стороны системы;

- принятое число витков тормозной обмотки.

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 (верхняя характеристика) и определяется по (1.7) коэффициент чувствительности.

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. Как правило, и значение тока срабатывания защиты определяется при наладке по условию отстройки от токов небаланса при коротком внешнем замыкании. С этой целью измеряется ток