3.3. Защита генераторов от внешних коротких замыканий и перегрузок

От такого вида повреждений, как правило, рассматриваются следующие типы защит:

• защита от внешних симметричных коротких замыканий;

• токовая защита обратной последовательности;

• защита от перегрузки обмотки статора;

• защита ротора от перегрузки током возбуждения.

3.3.1. Защита от внешних симметричных коротких замыканий

Отдельная защита от этих повреждений предусматривается на генераторах мощностью более 30 МВт. Она представляет собой максимальную токовую защиту с минимальным пуском по напряжению (рис. 3.6). Защита выполняется с помощью одного токового реле КА, включенного в одну из фаз трансформаторов тока со стороны нулевых выводов генератора, и одного минимального реле напряжения KV, подключенного на междуфазное напряжение трансформатора напряжения, установленного на выводах генератора в целях отстройки от возможных перегрузок.

Рис.3.6.Максимальная токовая защита.

Через реле времени (КТ) защита действует на отключение секционного выключателя 1, на отключение генератора и АГП2, а через контакт КА.2 блокирует защиту от замыкания на землю 3.

Для повышения чувствительности и возможности дальнего резервирования на стороне высшего (среднего) напряжения трансформатора схема защиты мощного блока дополняется еще одним реле напряжения, подключенного к ТН стороны высшего (среднего) напряжения. Контакты обоих реле напряжения включаются параллельно.

Первичный ток срабатывания защиты принимается

,

где – коэффициент отстройки.

Ток срабатывания реле (РТ-40)

,

где – коэффициент трансформации ТТ.

Напряжение срабатывания защиты определяется, исходя из условия отстройки от режима самозапуска двигателей (для генераторов, работающих на сборные шины), обеспечения возврата реле после отключения внешнего к.з., отстройки от напряжения в асинхронном режиме при потере возбуждения турбогенератора.

Согласно ПУЭ, первичное напряжение срабатывания защиты обычно принимается [1] для турбогенераторов и для гидрогенераторов, а уставка реле , где коэффициент трансформации ТН. Для обеспечения селективности защита работает с выдержкой времени, выбираемой по ступенчатому принципу. Обычно (3...5)с и более.

Чувствительность защиты должна проверяться по трехфазному к.з. в конце зоны резервирования (например, за повышающим трансформатором). Чувствительность защиты по току должна еще проверяться и при трехфазном к.з. на выводах генератора:

, (3.22)

где – коэффициент чувствительности по току (должен быть не менее 1,5);

– ток в месте установки защиты при трехфазном к.з. в расчетной точке для момента времени, соответствующего выдержке времени защиты.

Для минимального реле напряжения

, (3.23)

где – коэффициент чувствительности по напряжению (должен быть не менее 1,5);

– междуфазное напряжение в месте установки защиты при трехфазном металлическом к.з. в конце зоны резервирования.

Рассмотренная защита в ряде случаев имеет невысокую чувствительность к повреждениям на стороне высшего напряжения трансформатора блока. Кроме того, время ее действия оказывается недопустимо большим для современных мощных генераторов. Возникает потребность ускорения действия защиты при приближении внешнего к.з. к генератору.

ПУЭ рекомендуют на блоках с генераторами мощностью 60 МВт и выше вместо указанной токовой защиты применять одноступенчатую дистанционную защиту, выполняемую с использованием одного из трех реле сопротивления в блок-реле КРС-2. Защита включается на разность токов ТТ, установленных со стороны нулевых выводов генератора и напряжение вторичной цепи ТН, установленного на фазных выводах генератора.

Схема включения дистанционной защиты приведена на рис.4.7. Постоянный ток на блоке-реле КРС-2 подается через контакт автоматического выключателя SF во вторичных цепях трансформатора напряжения TV. Через контакты реле времени КТ и указательное реле КН1, КН2 подаются цепи на отключение генератора от сети 1, на гашение поля и останов блока 2. Контактом KL1 защита выводится из действия при исчезновения тока генератора.

Сопротивление срабатывания защиты с реле, имеющим круговую характеристику, определяется по выражению

, (3.24)

где - коэффициент отстройки, равный 1,2; - коэффициент возврата, равный 1,05;

- угол максимальной чувствительности, рекомендуется принимать 80^о ;

- угол нагрузки.

Рис. 3.7. Схема включения дистанционной защиты.

Угол нагрузки может быть определен из условия, что активная нагрузка остается равной номинальной.

В относительных единицах .

При пониженном напряжении и ток активный равен . При этом и ⁰. Уставка на реле рассчитывается по формуле

,

где - коэффициент трансформации трансформатора тока,

- коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Защита выполняется с двумя выдержками времени для ближнего и дальнего резервирования.

Для генераторов мощностью до 30 МВт от внешних симметричных и несимметричных к.з. используется максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению, принципиальная схема которой приведена на рис. 4.8/а, б/. Она выполняется тремя реле тока КА1, КА2, КА3, каждое из которых включено на ток фазы, одним минимальным реле напряжения, включенным на линейное напряжение KV2, и одним фильтром-реле напряжения обратной последовательности KV1, разрывающим цепь минимального реле напряжения при несимметричном к.з. Последнее замыкает свой контакт и разрешает токовым реле действовать на отключение. Одновременно блокируется защита от замыкания на землю.

Первичный ток срабатывания и напряжение срабатывания минимального реле напряжения рассчитываются так же, как в защите от внешних симметричных к.з. генераторов мощностью более 30 МВт.

Напряжение срабатывания устройства фильтра-реле напряжения обратной последовательности для обеспечения отстройки от напряжения небаланса нормального режима принимается по данным экспериментов и опыта эксплуатации согласно ПУЭ . Чувствительность защиты проверяется по каждому органу, для реле тока по (3.22), где - первичный ток в фазах в месте установки защиты при металлическом к.з. в конце зоны резервирования в виде короткого замыкания, обусловливающего протекание через защиту наименьших токов. При протекании по отдельным фазам различных токов учитывается наибольший из них.

Для минимального реле напряжения коэффициент чувствительности определяется по (3.23), а для устройства фильтра-реле напряжения обратной последовательности , где - напряжение обратной последовательности в месте установки защиты при металлическом к.з. в конце зоны резервирования для расчетного режима и вида к.з.

В соответствии с ПУЭ и должны быть не менее 1,2.

б)

Рис. 3.8. Принципиальная схема максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению.