Вопросы для самопроверки по теме 1.1
1. Какие виды повреждений и ненормальных режимов Вам известны?
2. Что такое короткое замыкание?
3. Принцип действия максимальной токовой защиты.
4. Принцип действия дифференциальной защиты.
5. Как устроена направленная максимальная токовая защита?
6. Какова зона действия токовой отсечки линии?
7. Принципы защиты кольцевой распределительной сети с одним источником питания.
8. Защита параллельных линий в распределительной сети.
9. Логическая часть релейной защиты.
10. Измерительная часть релейной защиты.
1.2. Защита основного электрооборудования
1.2.1. Защита генераторов
Синхронные генераторы являются основным источником электроэнергии. Это ответственный элемент энергосистемы, особенно генераторы большой мощности, работающие с малыми запасами электрической прочности и с высоким использованием материалов.
В генераторах возможны следующие виды повреждений:
- междуфазные КЗ в обмотке статора;
- замыкание обмотки статора на корпус;
- межвитковые КЗ в одной фазе обмотки статора;
- замыкание на корпус в одной точке обмотки ротора;
- замыкание в двух точках обмотки ротора.
Возможны также следующие ненормальные режимы работы генератора:
- повышение тока в обмотке статора при внешних КЗ;
- перегрузка по току;
- асинхронный ход;
- повышение напряжения.
Основной вид защиты от междуфазных коротких замыканий в обмотке статора – продольная дифференциальная защита, схема которой показана на рис. 1.2.1.
Рис. 1.2.1. Защита генератора
Расчет защиты выполняется в следующем порядке.
1. Определение тока срабатывания по двум условиям:
а) отстройка о тока небаланса дифференциальной защиты при внешнем КЗ
Iсз > Кз Iнб max;
Iнб max= Капер Кодн I(3)к max,
где K3 = 1,3 – коэффициент запаса для реле РНТ-565;
Kапер = 1 – коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей;
Kодн – коэффициент однотипности трансформаторов тока (ТА); для однотипных ТА Kодн =0,5, для разнотипных Kодн = 1;
= 0,1 – относительная погрешность ТА.
б) отстройка от номинального тока генератора
Iсз > Kс Iг ном,
где Kс = 1,3…1,4 – коэффициент согласования;
Iг ном – номинальный ток генератора.
Ток срабатывания защиты Iсз выбирается как большее из значений, полученных в п. а) и б).
2. Ток срабатывания реле
,
где Uср ном – среднее номинальное напряжение сети;
Uг ном – номинальное напряжение генератора;
nТА – коэффициент трансформации ТА.
3. Число витков рабочей обмотки реле типа РНТ-565 и Д3Т-11 определяется по формуле
wр
=
,
где Fср = 100 А∙витк – магнитодвижущая сила срабатывания реле РНТ-565 и ДЗТ-11 без учета торможения.
В том случае, когда wр окажется дробным к установке на реле принимается меньшее целое число витков. Это будет соответствовать несколько большему значению тока срабатывания.
4. Для защиты с торможением на реле типа ДЗТ-11 число витков тормозной обмотки рассчитывается по выражению
wт
=
,
где Kз = 1,5 – коэффициент запаса;
tgα = 0,75 – тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной к расчетной по избирательности тормозной характеристике реле ДЗТ-11.
Если число витков wт окажется дробным, то принимается к установке большее целое число витков.
5. Чувствительность дифференциальной защиты определяется по минимальному току КЗ на выводах генератора либо по первичным токам
,
либо по вторичным токам в реле
.
где Iр – ток в реле при КЗ.
Приведем пример расчета уставок защиты с торможением по данным рис. 1.2.1, где а) – схема соединения элементов защиты на генераторе мощностью 200 МВт. На рис. 1.2.1 б показаны характеристика тормозного реле и необходимые данные.
Номинальный ток генератора при cosφ=0,9 будет
А.
По току выбираем коэффициент трансформации трансформаторов тока в плечах защиты из стандартного ряда
Принимаем тормозное реле типа ДЗТ 11/5 с магнитодвижущей силой Fср = 100 А∙витк. Для генераторов с одним ТА в каждой фазе со стороны нейтрали используется полное число витков рабочий обмотки wp = 144 витк. При IТ = 0 А
А.
Требуется определить число витков тормозной обмотки wТ по максимальному значению тока небаланса Iнб max. Для этого рассчитывается ток срабатывания реле
.
При заданном Iнб max = 1,2 А получим при Kз = 1,5 ток срабатывания реле
А;
А∙витк,
где Fср – расчетная МДС.
Откладываем полученное значение на оси ординат и по кривой Fср = f(FT) находим FT = 165 А∙витк и рассчитываем wТ
витк,
где I2 = 24 А по рис. 1.2.1,б.
Дифференциальная защита является высокоэффективной защитой от внутренних повреждений. Зона действия защиты – область между местами установки плеч защиты – трансформаторов тока – со стороны выводов обмотки статора и со стороны нейтрали.
Защита обладает свойством абсолютной селективности, т. е. она не требует согласования с другими защитами и поэтому действует мгновенно.
Защита генераторов от межвитковых замыканий в одной фазе статора может быть выполнена простым способом только для мощных генераторов. Статорная обмотка этих генераторов выполняется в виде двух параллельных ветвей и в этом случае может быть установлена поперечная дифференциальная защита, основанная на измерении тока, текущего между нулевыми точками двух половин трехфазных статорных обмоток при появлении несимметрии в результате межвиткового замыкания в одной фазе.
Защита генераторов от замыкания на корпус в обмотке статора требуется в том случае, когда ток замыкания оказывается равным или большим 5 А. Один из простых способов защиты – защита, реагирующая на составляющую нулевой последовательности.
Генератор должен быть также защищен от сверхтоков внешних коротких замыканий с помощью максимальной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения.
На мощных генераторах должна быть предусмотрена защита от замыканий в одной и, тем более, в двух точках обмотки ротора.
Последнее десятилетие характеризуется большим распространением малых ГЭС и миниТЭЦ с типовой схемой распредустройста, показанной на рис. 1.2.2, где Q1, Q2, Q3, Q4 – высоковольтные выключатели присоединений, QB – секционный выключатель; G1, G2 – генераторы электростанции (миниГЭС или миниТЭЦ); C1, C2 – электрическая система с двумя источниками; TV1, TV2 – трансформаторы напряжения.
Релейная защита такой схемы должна отвечать всем общим основным требованиям, т. е. защита должна быть селективной, быстродействующей, чувствительной и надежной. В настоящее время такая защита возможна и может быть организована на существующих цифровых терминалах, предлагаемых различными фирмами.
Режим работы электростанции может быть любым: при отключенном, как показано на рис. 1.2.2, секционном выключателе QB, при включенном QB, при наличии связи с C1, при ее отсутствии и т.д. При этом в любом режиме защита должна правильно действовать и отвечать всем требованиям. Кроме того все современные цифровые защиты обеспечивают функцию УРОВ, т. е. гарантируют резервирование отказа выключателя путем передачи сигнала на другой выключатель. Это позволяет повысить надежность и практически в любом случае отключить КЗ.
Решение данной задачи защиты осуществляется следующим образом. На выключателях Q1, Q2, Q3, Q4 предусматриваются максимальные токовые защиты, направленные от шин с выдержкой времени равной нулю секунд. На рис. 1.2.2 эти защиты показаны стрелками с надписью 0с – направленные МТЗ мгновенного действия. На этих же выключателях устанавливаются ненаправленные МТЗ, с одинаковыми выдержками времени t2. На секционном выключателе QB устанавливается также простая ненаправленная МТЗ с выдержкой времени t1.
Согласование МТЗ по времени
t1 = 0 + Δt;
t2 = t1 + Δt,
где Δt – ступень селективности.
Работу защит при КЗ рассмотрим на примере точек K1, K2, K3, показанных на рис. 1.2.2.
Рис. 1.2.2. Защита шин электростанции
Предположим, что КЗ случилось в точке K1 при отключенном QB. В этом случае ток к точке КЗ идет от C1 сверху и от G1 снизу. Отключается Q1 мгновенно направленной МТЗ этого выключателя. Направленная МТЗ Q3 не работает, т. к. мощность от G1 направлена к шинам, а ненаправленная МТЗ Q3 согласована с направленной МТЗ Q1.
При КЗ в той же точке K1 и включенном QB защита QB с выдержкой времени t1 не работает, т. к. она согласованна с направленной МТЗ выключателя Q1.
При КЗ в точке K2 направленные МТЗ Q1 и Q2 не работают, а отключение обеспечивается ненаправленными МТЗ Q1 и Q2, а если QB включен, то он отключается своей защитой с временем t1.
Точка K3 симметрична точке K1 и, следовательно, отключение при КЗ в этой точке будет селективным. Напряжение от шин через трансформаторы TV1 и TV2 должно быть подано на устройства защит для нормального функционирования направленных защит.