Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения. Учебное пособие для СПО
.pdf
101
Рис. 3.10. Упрощенная принципиальная схема
дифференциально-фазной высокочастотной защиты
Приемник ПВЧ выполнен так, что, при наличии токов
высокой частоты, поступающих в его входной контур, выходной ток, питающий реле РО, равен нулю, а при отсут-
ствии высокочастотного сигнала появляется выходной ток.
При внешнем КЗ, фазы первичных токов по концам
линии противоположны рис. 3.11, а, следовательно, высо-
кочастотный ток протекает по линии непрерывно и питает
приемники на обеих сторонах ЛЭП, в результате выходной
ток в цепи ПВЧ отсутствует.
Следовательно, отсутствует и в РО, в итоге защита не
работает. При КЗ в зоне защиты рис. 3.11, б, ГВЧ на обоих
концах ЛЭП работают одновременно, следовательно, вы-
сокочастотный ток в линии будет иметь прерывистый ха-
рактер, с интервалами равными полупериоду промышленного тока. В результате приемники работают в промежутке
времени, когда высокочастотный ток отсутствует. Таким
образом, в выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается специальным устройством
и подается в реле РО, в результате РО срабатывает и замыкает цепь на отключение выключателя. Таким образом, в
102
дифференциально-фазной высокочастотной защите срав-
нения фаз осуществляется косвенным путем, посредством
токов высокой частоты, в отличие от обычных дифференциальных защит, где сравнение фаз осуществляется непосредственно сравнением токов, проходящих в начале и
конце линии.
Рис. 3.11. Диаграмма токов в дифференциально-
фазной высокочастотной защите
Таким образом, дифференциально-фазная защита со-
стоит из трех основных элементов: пускового органа КА1
и КА2; органа манипуляции, управляющего с помощью
трансформатора Т
М
генератором высокой частоты и органа
сравнения фаз токов. Данная защита не реагирует на
нагрузку, поэтому пусковой орган в схемах этой защиты не
является обязательным, однако при каком-либо нарушении
непрерывности высокочастотных токов в линии защита
сработает, поэтому во всех схемах защиты применяется
пусковые реле, отстроенные от токов нагрузки.
103
При рассмотрении принципа действия защиты предполагалось, что при внешних КЗ, токи Im In, сдвинуты на
угол ψ = 1800, а при КЗ в зоне, совпадают по фазе, то есть
ψ = 0. В действительности из-за погрешности трансформа-
торов тока, разницы фаз ЭДС Еm и En, разницы углов в сопротивлении Zm и Zn, и наложения токов нагрузки на токи
КЗ фазы вторичных токов искажаются, и поэтому угол ψ
отличается от 1800 и 00, в результате возможны неправильные действия защиты. В связи с этим, параметры защиты
выбираются так, чтобы она блокировалась (не срабатыва-
ла) в условиях внешнего КЗ, при ψ = 180 – β и работала
при КЗ в зоне, когда ψ > 0. Предельное значение угла β,
при котором защита должна блокироваться, называется углом блокировки защиты.
Защита значительно упрощается и становится более
надежной, если вместо токов фаз сравнивать их симметричные составляющие, получаемые от фильтров, на выхо-
де которых получается ток пропорциональный
21
IKI
+
или
01
IKI+
, где
1
I
,
2
I
,
0
I
— соответственно токи прямой, об-
ратной и нулевой последовательностей. Такие фильтры
обеспечивают действие защиты при всех видах КЗ.
Оценка высокочастотных защит
Принцип действия высокочастотных защит, направ-
ленных и дифференциально-фазных, надежен и прост. Эти
защиты позволяют обеспечить мгновенное и двухстороннее отключенное КЗ на ЛЭП большой протяженности и
любой конфигурации. Высокочастотные защиты применяются в качестве основных в сетях 110–750 кВ. Наиболь-
шее распространение получила дифференциально-фазная
защита. Данная защита имеет существенное преимуще-
ство: не реагирует на качания. Для ЛЭП напряжением
104
750 кВ, разработана направленная высокочастотная защита
КДФЗ — 750, которая в совокупности с ОАПВ превращается в дифференциально-фазную.
Общим недостатком всех высокочастотных защит
является более высокая стоимость и сложность, по сравнению с другими видами защит. Учитывая это, высокочастотные защиты необходимо применять, когда более про-
стые защиты оказываются непригодными.
3.3. Защита блоков генератор-трансформатор
Схемы блоков генератор-трансформатор особенно
часто применяются в эксплуатации при большой мощно-
сти агрегатов. Устанавливаемые при этом защиты имеют
некоторые особенности, рассмотренные ниже.
На рис. 3.12 приведено несколько схем выполнения
дифференциальных защит блока генератор — трансформатор.
Наиболее простая схема на рис. 3.12, а применяется
на блоках турбогенератор — трансформатор мощностью
до 100 МВт. В этой схеме общая дифференциальная защи-
та подключается к трансформаторам тока, установленным
со стороны нулевых выводов генератора и со стороны
высшего напряжения трансформатора.
Токовые цепи защиты не подключаются к трансформаторам тока, установленным на отпайке собственного
расхода, поскольку защита отстроена от коротких замыканий за трансформатором. В зону действия защиты входят
обмотки генератора, трансформатора, а также трансформа-
тор собственного расхода.
В схеме на рис. 3.12, б показана также общая диффе-
ренциальная защита, токовые цепи которой подключены к
трансформаторам тока отпайки собственного расхода.
Трансформатор собственного расхода включен через выключатель. Зона действия дифференциальной защиты в
этом случае ограничивается трансформаторами тока, уста-
новленными на отпайке.
105
Т А 1
Т А 2
Т 1
Т 2
G
а )
К А
К А
Т А 1
Т 1
G
Т А 2
Т 2
Q
Т А 3
б )
К А
Т А 1
Т 1
G
Т А 2
Т 2
Q
Т А 3
б )
Т А 1
Т А 2
Т 1
Т 2
G
а )
К А
К А
Т А 1
Т 1
G
Т А 2
Т 2
Q
Т А 3
б )
К А
Т А 1
Т
Т А 2
Т А 3
Т А 3
G
G
Т А 4
Т А 4
Т А 2
Т А 1
Т
К А
в )
К А
К А
г )
К А
Т 2
Q
Т А 3
Т А 3
G
Т А 4
Т А 2
Т А 1
Т
К А
К А
Рис. 3.12. Дифференциальная защита блока генератор-трансформатор:
а — трансформатор собственного расхода входит в зону защиты
блока; б — трансформатор собственного расхода не входит в зону
защиты блока; в — генератор имеет индивидуальную продольную
дифференциальную защиту; г — генератор и трансформатор
имеют отдельные продольные дифференциальные защиты
В схеме на рисунке 3.12, в установлено две диффе-
ренциальные защиты, одна из которых защищает весь
блок, а вторая — только генератор. Отдельная продольная
дифференциальная защита устанавливается на генераторах
блоков в следующих случаях:
106
• на турбогенераторах мощностью 100 МВт и более;
• на турбогенераторах мощностью меньше 100 МВт,
если ток срабатывания общей дифференциальной защиты
блока превышает 1,5 I
ном
.
На мощных блоках мощностью 300 Мвт турбогенератор — трансформатор применяется схема защиты, приведенная на рис. 3.12, г. В этой схеме предусмотрены две
отдельные дифференциальные защиты для генератора и
для трансформатора;
• на гидрогенераторах, для того чтобы выполнить
защиту генератора с током срабатывания меньше номинального, а также для того, чтобы обеспечить автоматическое включение установки пожаротушения только при по-
вреждении в обмотке статора генератора.
Такое решение объясняется тем, что в нулевых выводах этих генераторов установлена только одна группа
трансформаторов тока с двумя обмотками, к которым подключаются токовые цепи продольной дифференциальной и
резервной защит генератора. Поскольку свободной обмотки для дифференциальной защиты трансформатора не
имеется, она подключена к трансформаторам тока, уста-
новленным на выводах генератора.
107
4. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕМЕНТОВ
СТАНЦИЙ, ПОДСТАНЦИЙ
И ОТДЕЛЬНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Выработка электроэнергии на электростанциях энер-
госистем осуществляется турбо- и гидрогенераторами.
Турбогенераторы устанавливаются на КЭС, ТЭЦ и АЭС,
гидрогенераторы — на ГЭС и ГАЭС. Электрическая энер-
гия, вырабатываемая на станциях, при передаче к потребителю претерпевает многократную трансформацию в
понижающих и повышающих трансформаторах. Синхронные генераторы и силовые трансформаторы являются одними из основных элементов энергосистемы, поэто-
му защита их от повреждений позволяет обеспечить
надежность и эффективность работы всей энергосистемы.
Особое внимание следует уделить вопросу защиты электродвигателей, так как они являются основными потребителями электроэнергии, и их защита должна быть более
простой и надежной.
4.1. Защита синхронных генераторов
Системы электроснабжения промышленных предприятий кроме внешних источников (энергосистема), могут иметь собственные источники активной мощности,
чаще всего синхронные генераторы заводских ТЭЦ. Такие
генераторы являются ответственными элементами энергосистемы, так как их мощность достигает 250 МВт. Генераторы оснащаются комплексом автоматических устройств,
повышающих надежность и эффективность их работы в
энергосистеме, важнейшими из которых являются устрой-
ства автоматического регулирования возбуждения (АРВ),
которые позволяют повысить качество получаемой потребителями электроэнергии. Кроме того, на генераторах, ра-
108
ботающих параллельно с энергосистемой, устанавливаются устройства их автоматического включения, то есть
устройства автоматической синхронизации.
Повреждения и ненормальные режимы
синхронных генераторов
Большинство повреждений генератора вызывается
нарушением изоляции обмоток статора и ротора. Эти нарушения обычно происходят вследствие старения изоляции,
наличия на ней дефектов, ее увлажнения, и так далее.
К повреждениям обмотки статора относятся: меж-
дуфазные (многофазные КЗ), однофазные замыкания на
землю (на корпус) и замыкания между витками одной фазы:
• Многофазные КЗ сопровождаются протеканием
больших токов и электрической дугой в месте поврежде-
ния, которая не только разрушает изоляцию, но и приводит
к выплавлению значительного количества стали магнитопровода. Поэтому защиту от такого повреждения выпол-
няют быстродействующей.
• Однофазные замыкания, сопровождаются больши-
ми токами лишь у генераторов напряжением до 500 В,
имеющих заземленную нейтраль. В сетях 3–10 кВ, с изо-
лированными нейтралями токи замыкания на землю несоизмеримо меньше токов многофазных КЗ. Защита действу-
ет на сигнал, если ток замыкания на землю менее 5 А, и на
отключение, если он превышает 5 А.
• Замыкания между витками одной фазы, могут при-
водить к таким же последствиям, что многофазные КЗ.
Однако вероятность из возникновения невелика. Защиты
от таких повреждений устанавливаются лишь на генерато-
рах, имеющих отдельные выводы параллельных ветвей
обмотки статора.
109
К повреждениям обмотки ротора относятся замыка-
ния на землю. Так как цепи возбуждения выполняются
изолированными от земли, то замыкание на землю обмотки ротора в одной точке опасности для генератора не представляет. Однако если возникает замыкание во второй точке, то часть обмотки оказывается зашунтированной, а в
оставшейся части ток возрастает и вызывает ее перегрев.
Кроме того, из-за шунтирования части витков магнитный
поток ротора становится несимметричным, что вызывает
его вибрацию. Эта вибрация особенно велика у явнопо-
люсных машин — гидрогенераторов и синхронных ком-
пенсаторов. Поэтому для таких машин предусматривают
защиту от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения. На турбогенераторах такой защиты не устанавливают, а выполняют периодически замеры сопротивления
изоляции цепи возбуждения.
Основные ненормальные режимы синхронных гене-
раторов: протекание сверхтоков перегрузки или сверхто-
ков внешних КЗ; несимметрия токов в фазах; повышение
напряжения.
• Сверхтоки, протекающие в генераторе в результате
перегрузки, возникают вследствие: отключения части па-
раллельно работающих генераторов; кратковременных
толчков нагрузки потребителей; самозапуска двигателей;
нарушение синхронизма и тому подобным причинам. При
этом по обмоткам генератора протекают токи сверх номинального значения, которые вызывают перегрев обмоток.
Допустимое время прохождения тока перегрузки для генератора с косвенным охлаждением, определяется следую-
щей приближенной формулой:
1К/150t
2
.доп
−=
, (4.1)
где К — кратность тока перегрузки.
110
Отключение генераторов при перегрузках выполняются в тех случаях, когда принятые меры по их разгрузке не
дают результата, а допустимое время перегрузки истекло.
При внешних КЗ в генераторе, питающим место повреждения также, появляется сверхток, (ток внешнего КЗ)
превышающий номинальное значение. Нормально такие
КЗ отключаются защитой поврежденного элемента, однако
в случае ее отказа необходимо отключение генератора. Для
этой цели на генераторе должны быть предусмотрены защиты, реагирующие на внешние КЗ и резервирующие от-
каз защиты или выключателей смежных защит.
• Несимметрия тока в фазах возникает при неполно-
фазных режимах каких-либо присоединений или при раз-
рыве фаз в энергосистеме. Несимметрия характеризуется
наличием в обмотке статора токов обратной последовательности (I2). Магнитное поле, созданное этими токами,
вращается противоположно ротору и индуцирует в нем
значительные вихревые токи двойной частоты, а также создает дополнительный, пульсирующий с двойной частотой
электромагнитный момент. Вихревые токи вызывают повышенный нагрев ротора, а пульсирующий момент вибрацию вращающихся частей. С учетом перегрузочной способности (механической и термической) для отечествен-
ных генераторов допустима их длительная работа с неравенством токов по фазам, не превышающим 10 %, для турбогенераторов и 20 % для гидрогенераторов и синхронных
компенсаторов, при условии номинального тока в фазах
(при этом ток I2 составляет около 5÷10 % от тока фаз). При
больших величинах тока I2 время работы генератора огра-
ничивается токовременной характеристикой.
• Повышение напряжения возникает на генераторах
при внезапном сбросе нагрузки, так как при этом исчезает
магнитный поток реакции статора и возрастает частота
вращения ротора. На турбогенераторах этот режим ликвидируется автоматическими регуляторами скорости и воз-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]