Lekcija_No_9

Лекция № 9

ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТ БЛОКОВ ГЕНЕРАТОР-ТРАНСФОРМАТОР

На современных мощных электростанциях, как правило, применяют блочные схемы электрических соединений. Основные схемы блоков генератор-трансформатор приведены на рис. 9-1.

Рис. 9 1. Основные схемы блоков

а, б, в – блок генератор трансформатор с ответвлением на с.н.

На генераторах и трансформаторах соединённых в один блок, устанавливаются те же защиты, что и в случае их раздельной работы. Однако блочная схема позволяет

объединить однотипные защиты генератора и трансформатора в одну общую защиту. Обычно общими для блока выполняют продольную и дифференциальную защиту, защиты от сверхтоков при внешних симметричных и несимметричных к.з., защиты от симметричных и несимметричных перегрузок, а также защиту от повышения напряжения и защиту от замыканий на землю в сети генераторного напряжения блока.

9.1. Продольные дифференциальные защиты

На практике применяются различные схемы продольных дифференциальных защит блока генератор-трансформатор. Наиболее распространённые схемы выполнения диф. защит показаны на рис. 9-2.

На блоках мощностью менее 100 мВт применяются простые схемы с общей диф. защитой блока (рис. 9-2 а и б). В первой схеме (рис. 9-2, а) защита подключается к ТТ, установленным со стороны нулевых выводов генератора и со стороны ВН блочного трансформатора, а во второй (рис. 9-2, б) токовые цепи защиты подключены также и к ТТ установленным на отпайке к трансформатору собственных нужд. В первой схеме в зону действия диф. защиты блока входят обмотки генератора, трансформатора, а также трансформатор с.н., а во второй зоне действия защиты ограничивается ТТ на отпайке (трансформатор с.н. в зону действия не входит).

В схеме на рис. 9-2, в предусматривается установка в дополнение к общей диф. защите блока отдельной диф. защиты генератора. Отдельная диф. защита на генераторах блоков устанавливается в следующих случаях:

−на турбогенераторах мощностью 100 мВт и более;

−на турбогенераторах мощностью менее 100 мВт, если ток срабатывания общей диф. защиты блока превышает 1,5 Iном.Г;

−на гидрогенераторах если ток срабатывания общей диф. защиты блока превышает Iном.Г.

На блоках мощностью 200-300 мВт и более с генераторами, имеющими непосредственное охлаждение обмоток применяется схема 9-2, г, в которой

предусмотрены две отдельные диф. защиты для генератора и для трансформатора.

Рис. 9 2. Варианты схем дифференциальной защиты оборудования блоков генератор трансформатор.

Индивидуальные диф. защиты генераторов и трансформаторов применяются во всех случаях, когда генераторы подключаются к блочному трансформатору через свой выключатель.

«Правилами устройства электроустановок» определены требования к расстановке диф. защит в схемах блоков:

1.Общая продольная дифференциальная защита блока устанавливается на блоках, состоящих из одного генератора с косвенным охлаждением и одного трансформатора при отсутствии выключателя в цепи генератора

(рис. 9-2, а).

2.При наличии генераторного выключателя в цепи блока на генераторе и на трансформаторе должны быть установлены отдельные продольные диф.

защиты.

3.При использовании в блоке 2-х трансформаторов (объединенный блок), а также при работе двух и более генераторов без выключателей на один блочный трансформатор (укрупненный блок) на каждом генераторе и каждом трансформаторе мощностью 125 МВА и более также устанавливаются отдельные продольные диф. защиты.

4.На генераторах, имеющих непосредственное охлаждение проводников обмоток, всегда должна устанавливаться отдельная продольная диф. защита генератора. Если при этом в цепи генератора имеется выключатель, то на трансформаторе блока также должна быть установлена отдельная диф. защита трансформатора.

5.При отсутствии генераторного выключателя для защиты трансформатора должна устанавливаться либо отдельная диф. защита трансформатора, либо общая продольная дифференциальная защита блока.

6.Для защиты ошиновки между выключателями со стороны обмотки ВН трансформатора и трансформатором блока должна устанавливаться отдельная диф. защита ошиновки ВН.

7.Для резервирования выше указанных отдельных диф. защит генератора трансформатора на блоках с генераторами мощностью 160 мВт и более, имеющих непосредственное охлаждение проводников обмоток, как правило, предусматривается резервная диф. защита, охватывающая генератор и трансформатор блока вместе с ошиновкой на стороне ВН.

Дифференциальная защита блока отстраивается от броска тока намагничивания блочного силового трансформатора и от повышенных значений тока небаланса, обусловленных разнотипностью ТТ и различием сопротивлений плеч защиты. Как правило, ток срабатывания блочной диф. защиты получается больше, чем у диф. защиты генератора. Обычно диф. защита блоков выполняется с помощью диф. реле типа РНТ565566 (с БНТ без торможения), а в случаях когда не удовлетворяются требования чувствительности – с помощью диф. реле с торможением типа ДЗТ-11.

При наличии отдельной диф. защиты генератора диф. защита блока является резервной быстродействующей защитой для генератора.

В случаях установки отдельной диф. защиты блочного трансформатора общая диф защита блока, как правило, не ставится.

Выводы:

1.На блоках генератор-трансформатор мощностью до 100 МВт в качестве основной защиты от междуфазных к.з. применяют общую продольную дифференциальную защиту блока в зону действия которой входят обмотка статора генератора, токоведущие части между генератором и блочным трансформатором и обмотки блочного трансформатора.

2.Отдельная продольная диф. защита блочных генераторов в дополнение к общей диф. защите блока устанавливается: на турбогенераторах мощностью 100 МВт и более; на гидрогенераторах, если ток срабатывания общей диф. защиты блока превышает номинальный ток генератора, а также на турбогенераторах мощностью менее 100 МВт, если ток срабатывания общей диф. защиты блока превышает в 1,5 раза номинальный ток генератора.

3.На блоках мощностью 200-300 МВт и более с генераторами, имеющими непосредственное охлаждение обмоток устанавливаются две отдельные диф. защиты для генератора и трансформатора.

4.В блочных схемах при наличии выключателя в цепи генератора отдельная диф. защита генератора применяется во всех случаях.

9.2.Защита от сверхтоков при внешних к.з. и перегрузках

На блоках генератор-трансформатор малой мощности (до 30 мВт) в качестве защиты от внешних к.з. (симметричных и несимметричных) применяется общая для

генератора и трансформатора максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению действующая с выдержкой времени на отключение блока от сети. Эта защита отличается простотой исполнения и малой стоимостью. Генераторы маломощных блоков, как правило, имеют косвенное охлаждение и допускают по условиям нагрева значительные симметричные и несимметричные перегрузки. Поэтому защиты от перегрузок маломощных блоков выполняются с действием на сигнал.

На блоках средней (30-150 мВт) и большой (более 150 мВт) мощности в

качестве защит от внешних к.з. и перегрузок применяют:

1.Токовую защиту обратной последовательности с интегрально-зависимой выдержкой времени на реле типа РТФ-6м – от несимметричных к.з. и перегрузок.

2.Максимальную токовую защиту с пуском по напряжению – от симметричных к.з.

3.Максимальную токовую защиту, выполненную с помощью одного реле тока – для сигнализации при симметричных перегрузках.

На рис. 9-3 приведена упрощённая принципиальная схема защиты обратной последовательности блока выполненная с помощью реле РТФ-6м.

Рис. 9 3. Схема защит от несимметричных к.з. и перегрузок и характеристика времени действия защиты.

Четыре органа РТФ-6м: сигнальный (реле Т1), интегральный (реле Т2) и отсечки I и II реагируют на ток обратной последовательности (реле Т3 и Т4) и подключаются к фильтру токов обратной последовательности Ф2. Интегральный орган работает при несимметричных перегрузках и внешних к.з. и действует с временем t1 на отключение выключателей блока, а если несимметрия не исчезает – с временем t2 на развозбуждение и останов блока в целом. Отсечка I предназначена для работы при внешних для блока несимметричных к.з. в сети ВН и действует на отключение выключателей блока. Отсечка II предназначена для резервирования основных защит блока при несимметричных к.з. на генераторе и трансформаторе. Зона действия отсечки II ограничивается реле напряжения U0, включенного на напряжение нулевой последовательности 3U0. При 2-х фазных к.з. на

стороне генератора работают реле Т4 и Н0 и защита действует на отключение и развозбуждение блока. При к.з. за трансформатором блока на стороне генераторного напряжения 3U0=0 и реле Н0 блокирует действия отсечки II.

Функции блочной защиты от внешних к.з. и перегрузок, как правило, выполняют защиты, установленные на генераторе блока, поэтому токовые цепи защиты подключаются к ТТ со стороны нулевых выводов генератора.

Необходимость защит от внешних к.з. на стороне ВН блочного трансформатора, а также на отпаечных трансформаторах собственных нужд зависит от схемы блока и расположения выключателей в цепи блока.

Выводы:

1.На блоках малой мощности (до 30 мВт) в качестве защиты от внешних к.з. применяют общую для генератора и трансформатора максимальную токовую защиту с комбинированным пуском по напряжению, а также защиту от перегрузок действующую на сигнал.

2.На блоках средней и большой мощности в качестве защит от внешних к.з. и перегрузок применяют: токовую защиту обратной последовательности – для защиты от несимметричных к.з. и перегрузок; максимальную токовую защиту с пуском по напряжению – для защиты от симметричных к.з. и токовую защиту на одном реле тока – для сигнализации о симметричных перегрузках.

9.3.Защита от повышения напряжения.

На всех блоках с гидрогенераторами, а также на блоках с мощными турбогенераторами и трансформаторами устанавливается защита от повышения напряжения.

Заводы-изготовители допускают интенсивное использование стали магнитопроводов при изготовлении крупных генераторов и трансформаторов. При этом величина магнитной индукции достигает значений близких к насыщению стали магнитопроводов. Поэтому на мощных генераторах и трансформаторах повышение напряжения сверх номинального вызывает насыщение стали магнитопроводов и как следствие повышенный их нагрев.

Опасные повышения напряжения на генераторах и трансформаторах в блочных схемах возможны в режимах холостого хода и при внезапном отключении блока от сети (при неисправностях в системах возбуждения генераторов, при ошибочных действиях дежурных, а также в режимах сброса нагрузки на гидрогенераторах из-за увеличения оборотов агрегата и отказе в работе регулятора возбуждения).

Защита от повышения напряжения блоков мощностью 160 мВт и более (рис. 9-4) выполняется в виде 2-х ступенчатой защиты максимального напряжения с использованием 2-х реле напряжения (РН1 и РН2) типа РН-58/200, имеющих высокий коэффициент возврата (КВ≥0,95).

Рис. 9 4. Защита от повышения напряжения генератора блока генератор трансформатор

а) – цепи тока и напряжения

Первая ступень защиты с уставкой 1,2Uном.Г не имеет выдержки времени и может действовать только в режиме холостого хода генератора (на развозбуждение генератора) или блока.

При работе блока на нагрузку 1 ступень защиты автоматически вводится из действия с помощью 3-х фазных реле тока типа РТ-40/Р, размыкающих свои контакты при появлении тока нагрузки. При переходе генератора или блока в режим холостого хода 1 ступень защиты вводится в действие с выдержкой времени порядка 3с, перекрывающей длительность кратковременного повышения напряжения на генераторе или блоке при его отключении от сети.

Вторая ступень защиты с уставкой 1,4÷1,5 Uном.Г предназначена для защиты генератора и трансформатора, работающего в сети и действует на отключение блока и

развозбуждение генератора с небольшой выдержкой времени порядка 0,3÷0,5с отстроенной от кратковременных повышений напряжения в сети ВН блока.

9.4.Защита генераторов блока от замыканий на землю

Генераторы блоков работают с изолированной или заземленной через дугогасящую катушку нейтралью. Сеть генераторного напряжения (обмотка статора генератора – токоведущие части от генератора к трансформатору – обмотка блочного трансформатора) при этом обладает небольшой ёмкостью по отношению к земле и следовательно, величина тока однофазного замыкания на землю в сети генераторного напряжения обычно не превышает 5А.

В качестве защиты от однофазных замыканий на землю в статоре генераторов, работающих в блоке с трансформаторами широко применяют защиту максимального напряжения нулевой последовательности, выполненную на одном реле максимального напряжения, которое включается на обмотку разомкнутого треугольника трансформатора напряжения, установленного на главных выводах генератора.

Схема защиты представлена на рис. 9-5 и состоит из реле максимального нгапряжения 1, реле времени 2 и вольтметра 3. Реле напряжения включается на фильтр напряжения нулевой последовательности (к разомкнутому треугольнику генераторного ТН). Для правильной работы фильтра нейтраль первичной обмотки ТН должна быть обязательно заземлена, при этом напряжение на разомкнутом треугольнике

3U& 0 = U& A +U& B +U&C

В нормальном режиме из-за погрешностей ТН и наличия третьих гармоник в напряжении в фазных э.д.с. вследствие искажения синусоидальной формы кривой, на зажимах размкнутого треугольника ТН появляется напряжение небаланса Uнб, поэтому напряжение срабатывания защиты должно удовлетворять условию:

Uс.з.>Uнб

Рис. 9 5. Схема защиты генератора блока от замыканий на землю с реле напряжения нулевой последовательности

а) схема защиты с ТН на выводах генератора;

При замыканиях на землю (на корпус) обмотки генератора появляется напряжение нулевой последовательности U0 Г = αUФ.Г.,

где:

α- количество замкнувшихся на землю витков обмотки статора генератора, %;

UФ.Г. - фазное напряжение генератора.

Защита срабатывает при условии 3U0 Г>Uс.з..

На рис. 9-5, б представлена зависимость напряжения нулевой последовательности U0 Г и тока замыкания на землю Iз от числа замкнувшихся витков, из которой видно, что рассматриваемая защита имеет зону нечувствительности (мёртвую зону) если Uс.з.<3U0

Г=αxUФ.Г.,

Обычно уставка срабатывания защиты выбирается порядка Uс.з.=0,15 UФ.Г. (Uс.р.=15 В), при этом защита надёжно отстроена от напряжений небаланса появляющегося на обмотке разомкнутого треугольника ТН в реальных эксплуатационных режимах, в том числе защита не реагирует на замыкания на землю в сети собственных нужд, но может сработать при замыканиях на землю в сети ВН блочного трансформатора.

На генераторах, имеющих ток замыкания на землю менее 5А защиту выполняют с действием на сигнал с выдержкой времени порядка 0,5÷1,5с, а при токах замыкания на землю более 5А устанавливают в нулевой точке генератора дугогасящую катушку, компенсирующую ёмкостный ток генератора до величины меньше 5А.

Для повышения чувствительности защиты реле максимального напряжения включают через фильтр третьей гармоники (используют специальное реле с фильтром типа РНН-57), что значительно снижает уставку защиты (до величины 4-5 В).

Недостатком рассмотренной максимальной защиты напряжения нулевой последовательности является наличие зоны нечувствительности при замыкании вблизи нулевых выводов обмотки статора. Вероятность повреждений в указанной зоне возросла в связи с использованием на мощных генераторах (300 мВт и выше) непосредственного охлаждения обмотки статора. Поэтому в последние годы на генераторах с

непосредственным охлаждением применяют защиту типа ЗЗГ-1, не имеющей мёртвую зону (так называемую «100% земляную защиту генератора»).

Схема подключения ЗЗГ-1 приведена на рис. 9-6.

Рис. 9 6. Схема подключения реле ЗЗГ 1

Защита состоит из 2-х реле: органа основной гармоники и органа третьей гармоники.

Орган первой гармоники представляет собой максимальное реле напряжения с фильтром высших гармоник, пропускающим только напряжение основной гармоники.

Реле подключается к разомкнутому треугольнику ТН генератора и предназначено для защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора со стороны главных выводов генератора.

Орган третьей гармоники представляет собой реле напряжения с торможением, в котором рабочее напряжение представляет собой сумму

напряжений третьей гармоники U& í + U& B , а тормозным напряжением

является напряжение нейтрали U& í . Реле подключается к разомкнутому

треугольнику ТН генератора и ко вторичной обмотке ДГК (или ТН нейтрали генератора) и предназначено для защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора со стороны нулевых выводов генератора.

Орган третьей гармоники срабатывает в режимах, когда

Коэффициент торможения реле обычно принимают равным: