74

4. ВЫБОР РелейнОЙ защитЫ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ БЛОКА

1. Общие положения

Релейная защита является важнейшей частью автоматики электроустановок и знергосистем. Ее основная задача состоит в том, чтобы обнаружить поврежденный уча­сток электрической системы и возможно быстрее выдать управляющий сигнал на его от­ключение. Дополнительная задача релейной защиты заключается в сигнализации о воз­никновении анормальных режимов. В данном проекте была рассчитана защита блока: генератор - трансформатор, подключенного к РУ 220 кВ.

В генераторах могут возникнуть следующие повреждения:

- междуфазные короткие замыкания, вызывающие повреждения обмоток и, реже стали магнитопровода статора;

- замыкания между витками одной фазы статора на корпус (землю), при которых ток замыкается через сталь магнитопровода;

- повреждения обмотки ротора в цепи возбуждения являются замыкания на землю в одной и в двух точках, приводящие к повреждению изоляции в цепи возбуждения, значительной вибрации и разрушению подшипников и уплотнений вала генератора;

- витковые замыкания статора.

Виды повреждений блочного трансформатора:

- витковые замыкания в обмотках трансформатора характеризуются большим то­ком в замкнувшихся витках по сравнению с номинальным при незначительном измене­нии тока в остальной части обмотки.

- междуфазные КЗ могут возникать в любой из обмоток трехфазного трансформа­тора. Ток повреждения зависит от места короткого замыкания.

- однофазные КЗ возможны в обмотках с заземленной нейтралью. При больших значениях тока КЗ повреждения приводят к большим разрушениям трансформатора, по­этому важно обеспечить высокое быстродействие защиты.

Основные защиты энергоблока:

1) от многофазных коротких замыканий (КЗ) в обмотке статора и на выводах тур­богенератора - продольная дифференциальная токовая защита, действует без выдержки времени и производит гашение поля генератора и его отключение от сети выключателем генератора. При отказе выключателя генератора или выключателя на стороне ВН блок должен отключаться от сети с помощью УРОВ гене­раторного выключателя или УРОВ выключа­теля стороны ВН.

2) от замыканий на землю в обмотке статора - защита напряжения первой и третьей гармоники без зоны нечувствительности. Ее действие аналогично продольной дифференциальной токовой защите.

3) от КЗ между витками одной фазы обмотки статора генератора - поперечная дифференциальная токовая защита генератора. Защита действует без выдержки вре­мени на отключение, аналогично дифференциальной продольной защите генератора.

4) от замыканий на землю в обмотке ротора и в цепях возбуждения - защита КЗР-3, выполняемую с наложением на цепь возбуждения переменного тока частотой 25 Гц. Эту защиту выполняют действующей только на сигнал.

5) от всех видов КЗ в обмотке и на выводах трансформатора, включая витковые замыкания в обмотках - продольная дифференциальная токовая защита с циркулирую­щими токами, действует без выдержки времени на полную остановку блока. То есть она должна действовать на гашение поля генератора, на отключение выключателей и пуск УРОВ на стороне ВН блока, а также на отключение выключателей в цепях присое­диненного к ответвлению блока рабочего источника питания секций собственных нужд. Последние необходимо отключать для обеспе­чения быстрого автоматического перевода с помощью АВР питания собственных нужд на резервный источник.

6) от замыканий внутри бака маслонаполненного трансформатора, сопровождаю­щихся выделением газа - газовая защита, с двумя ступенями действия, без выдержки времени, на полный останов блока и пожаротушение.

7) от повышения напряжения на выводах турбогенератора и трансформатора - максимальная защита напряжения с независимой выдержкой времени. Защита предна­значена для предотвращения недопустимого повышения напряжения в режиме холо­стого хода. Она должна автома­тически вводиться в работу только в режиме холостого хода блока и действовать лишь на гашение поля генератора.

Резервные защиты энергоблока:

1) от внешних симметричных коротких замыканий в цепи статора - односту­пенчатая дистанционная защита с независимой выдержкой времени. Защита долж­на действовать только на отключение блока от сети выключателями на стороне ВН. При отказе какого-либо из этих выключателей защита должна с помощью УРОВ гасить поле генератора.

2) от внешних несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок в цепи ста­тора - токовая защита обратной последовательности с интегрально-зависимой выдерж­кой времени. Она действует на отключение блока от сети.

3) от внешних коротких замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью - токо­вая защита нулевой последовательности с независимой выдержкой времени. Ее действие аналогично действию односту­пенчатой дистанционной защиты с независимой выдержкой времени

4) от симметричных перегрузок в обмотке статора - максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени, действует на сигнал.

5) от перегрузок током возбуждения в роторе - токовая защита с двумя ступенями интегрально зависимой выдержки времени. Защита предназначена для действия при пе­регрузках в аварийных режимах, а также при неисправностях в системе возбуждения ге­нератора, вызывающих длительное протекание по обмотке ротора тока недопустимой величины. Она имеет две ступени действия - первая на развозбуждение и вторая на отключение генератора или блока от сети.

6) защита от потери возбуждения генератора, выполняемая с помощью реле сопротивления и действующая либо на автоматическую раз­грузку блока и на гашение поля, либо на отключение блока (в случаях, когда асинхрон­ный режим генератора недопустим).

7) для резервирования основных защит трансформатора блока при отключен­ном выключателе генератора - дополнительная резервная токовая защита на стороне ВН.

8) для резервирования защит от внутренних КЗ (ближнее резервиро­вание) устанавливается резервная дифферен­циальная защита, охватывающая генератор и трансформатор блока вместе с ошиновкой на стороне ВН и действующая на отключение выключателей блока и рабочего трансформа­тора собственных нужд (ТСН), на гашение поля генератора и на пуск УРОВ на сто­роне ВН.

2. Основные защиты энергоблока

1. Продольная дифференциальная токовая защита генератора

Продольная дифференциальная токовая защита осуществляет сравнение токов со стороны фазных и нулевых выводов обмотки статора. Эта защита устанавливается на всех турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток статора.

Дифференциальную защиту с торможением применяют на генераторах 320 МВт. В одной из плеч защиты со стороны фазных выводов включается тормозная обмотка обратной полярности по отношению к дифференциальной. При внешних КЗ тормозная обмотка уменьшает суммарную намагничивающую силу в реле, то есть улучшает отстройку от тока небаланса I_нб.

Трехфазное выполнение защиты обусловлено возможностью двойного КЗ, одно из мест которого находится в генераторе.

Дифференциальная продольная защита генератора не реагирует на витковое за­мыкание в обмотке статора, так как через трансформатор тока (ТА) дифференциальной продольной защиты протекает один и тот же ток.

Защита выполняется трехфазной, трехрелейной на реле типа ДЗТ-11/5 с процент­ным торможением, обеспечивающим отстройку от максимального тока небаланса при токе срабатывания, меньшей номинального тока генератора. Реле ДЗТ-11/5 имеет рабо­чую обмотку W_раб = 144 витка. Для защиты используются трансформаторы тока, ус­тановленные на линейных выходах генератора.

Расчетные уставки. Ток срабатывания реле при отсутствии торможения опреде­ляется по выражению I_ср.min.= F_ср/ W_раб = 100/144=0,7 А,

где F_ср - магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания (равна по /14/ 100 А).

Более подробный расчет защиты приведен в П5.

2. Защита от замыканий на землю в обмотке статора

От замыканий на землю в обмотке статора применена защита напряжения первой и третьей гармоники без зоны нечувствительности, действует без выдержки времени и производит остановку блока, действует на УРОВ.

Защита типа ЗЗГ-11 состоит из органа напряжения нулевой последовательности первой гармоники и органа третей гармоники.

Орган первой гармоники представляет собой максимальное реле напряжения с фильтром высших гармоник, пропускающих только напряжения первой гармоники. На­личие фильтра позволяет улучшить отстройку защиты от напряжения нулевой последо­вательности, появляющегося на выводах турбогенератора при коротких замыканиях на землю на стороне высшего напряжения ВН блока за счет емкостной связи между обмот­ками высшего и низшего напряжения трансформатора блока.

Органом третей гармоники служит реле напряжения с торможением. На рабочую цепь реле напряжения подается предварительное выпрямленное сумма напряжений тре­тей гармоники ( U_н + U_в), а на тормозную цепь реле напряжения U_н . При отсутствии за­мыкание на землю сумма напряжений U_н + U_в=0.

Защита действует с независимой выдержкой времени около 0,5 секунд.

3. Поперечная дифференциальная то­ковая защита генератора

От витковых замыканий в обмотке статора применена поперечная дифференциальная то­ковая защита генератора.

Защита выполняется односистемной на реле РТ-40/Ф (I_СЗ=1,76-17,5А) с фильтром от высших гар­моник. Это реле тока, присоединяется к трансформатору тока (ТШЛО-20-Р-1500/5), установленному в соединении между нейтралями параллельных ветвей.

Уставка - первичный ток срабатывание при проектировании принимается равным I_СЗ=0,2I_ном=0,210900=2180 А. При наладке ток срабатывания уточняется по результатам измерений тока небаланса и существенно снижается.

Ток срабатывания на входе реле:

I_ср=I_сз/k_I = 2180/(1500/5) = 7,27 А, где k_I = 1500/5 коэффициент трансформации трансформатора тока.

4. Защита от замыканий на землю в обмотке ротора и в цепях возбуждения

Для сигнализации замыканий на землю в обмотке ротора и в цепях возбуждения устанавливают защиту КЗР-3, выполняемую с наложением на цепь возбуждения пременного тока частотой 25 Гц.

5. Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора

Защита ДЗТ-21 предусматривается на трансформаторах блоков в качестве основной защиты от всех видов КЗ. Обладает высокой чувствительностью (I_сз=0,3I_ном) благодаря применению для отстройки от токов включения сочетания время-импульсного принципа и торможения током второй гармоники. Комплектно с защитой ДЗТ-21 могут постав­ляться два типа автотрансформаторов для расширения диапазона выравнивания токов плеч защиты.

Номинальный ток трансформатора равен I_ном = 400000/(·220) = 1,05 кА

Ток срабатывания защиты равен I_c.з.= k_отсI _т,ном=0,31,05=0,315 кА,

Коэффициент чувствительности – k_ч=I_кзmin/I_c.з.=I⁽³⁾·/I_c.з.=3,58/0,315=11,37>2, что удовлетворяет условию.

6. Газовая защита

От замыканий внутри бака маслонаполненного трансформатора, сопровождающихся выделением газа применена газовая защита, действует с двумя ступенями действия, без выдержки времени на полный останов блока и пожаротушение. Используется реле типа KSG. Газовое реле содержит два элемента сигнальный и отключающий. Сигнальный элемент срабатывает при повреждениях, сопровождающихся слабым газообразованием после накопления определенного объема газа в реле.

7. Максимальная защита напряжения с независимой выдержкой времени

В качестве пускового органа используется реле напряжения РН-58/200 с коэффициентом возврата . Для блокировки защиты используется реле тока типа РТ-40/Р. Реле напряжения включается на межфазное напряжение трансформатора напряжения на выводах генератора. Защиту вводят в действие (при отключенном выключателе в цепи генератора) трехфазные токовые реле, подключаемые к трансформаторам тока со стороны линейных выводов генератора.

Напряжение срабатывания пускового органа принимается равным U_с.з.=1,2∙U_ном = 1,2∙20 = 24 кВ.

Первичный ток срабатывания блокирующего реле равен I_с.р. = 0,1∙ I_с.р.= =0,1∙10900 = 1090 А; выдержка времени равна t_с.з.= 3 с.

3. Резервные защиты энергоблока

1. Защита от внешних симметричных КЗ в цепи статора

Одноступенчатая дистан­ционная защита с независимой выдержкой времени. Для защиты используется одно из трех реле сопротивления, блок реле типа КРС-2. Реле включается на разность фазных токов от трансформаторов тока, установленных на стороне нулевых выводов, и на межфазное напряжение от трансформатора напряжения, установленного на выводах генератора.

Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от режима наибольшей реально возможной нагрузки.

z_нагр = U_min/(I_нагр.max), (4.1)

где U_min - минимальное значение первичного межфазного напряжения в месте установки защиты; I_нагр.max - максимальное значение первичного тока генератора соответственно равны U_min=0,95U_г.ном=0,9520=19 кВ и I_нагр.max=1,5I_г.ном= =1,510900 = 16350 А.

По (4.1) z_нагр = 19000/(16350) = 0,671 Ом

При использовании круговой характеристики сопротивления срабатывания защиты, z_с.з. при угле максимальной чувствительности определяется по выражению:

, (4.2)

где k_отс=1,2 - коэффициент отстройки; k_в=1,05 - коэффициент возврата реле; _м=80 - угол максимальной чувствительности; _нагр=53 - в соответствии с cos_ном=0,85.

По (4.2) z_с.з= 0,671/(1,21,05соs(80-53)) = 0,6 Ом