лекции

28

Электротехническая промышленность России серийно выпускает следующие виды реле и комплектных устройств для защиты трансформаторов:

•реле тока типа РТ-40/Р для применения в схемах УРОВ;

•реле тока обратной последовательности типов РТФ-8 и РТФ-9 (взамен РТФ-7) для защиты трансформаторов при несимметричных КЗ и перегрузке токами обратной последовательности;

•реле дифференциальные типов РНТ-565, РНТ-566 с промежуточным насыщающимся трансформатором для дифференциальных защит трансформаторов;

•реле дифференциальные типа ДЗТ-11 с промежуточным насыщающимся трансформатором с магнитным торможением для дифференциальных защиттрансформаторов;

•реле напряжения типов РН-53(153) и РН-54(154) для использования в качестве измерительных органов, реагирующих на повышение (РН-53) и понижение (РН-54) напряжения;

•реле напряжения типа РНН-57 со встроенным фильтром основной частоты для применения в схемах защит генераторов;

•реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М;

•блок-реле типа КИВ-500Р входящим в состав устройства контроля состояния изоляции высоковольтных вводов напряжением 500 кВ;

•дифференциальные комплекты типов ДЗТ-21, ДЗТ-23 для защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов;

•панель дистанционной защиты типа ПЭ 2105 для применения в качестве резервной защиты автотрансформаторов;

•реле токовые типа РСТ 15 для использования в дифференциальных защитах трансформаторов небольшой мощности.

3.8. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА «СИРИУС»

Блок микропроцессорной защиты типа “Сириус - Т” предназначен для использования в качестве основной защиты двухобмоточного (в том числе с расщеплённой обмоткой) трансформатора с высшим напряжением 35 – 220 кВ. Также возможно использование в качестве дифференциальной защиты реактора или мощного синхронного двигателя. Устройство “Сириус - Т” является современным цифровым устройством релейной защиты и противоаварийной автоматики и представляет собой комбинированный многофункцио-

28

29

нальный прибор, объединяющий различные функции защиты, контроля и сигнализации.

Токи контролируемого объекта поступают на входные измерительные трансформаторы, осуществляющие гальваническую развязку и согласование уровней сигналов. Далее они поступают на модуль МК, где предварительно фильтруются, а затем оцифровываются аналого-цифровым преобразователем АЦП. Цифровой сигнальный процессор производит цифровую обработку сигналов. Полученные данные передаются главному процессору в модуль МК. Модуль главного процессора МК, кроме собственно 32-разрядного микропроцессора, содержит 512 кБайт ПЗУ, 512 кбайт сохраняемого ОЗУ, сторожевой таймер, часы-календарь, схему резервного питания памяти и календаря, энергонезависимую память уставок, интерфейс шины расширения. Главный процессор обслуживает два последовательных канала связи - К5232С и «токовая петля» (К5485). Там же расположен 14-разрядный АЦП с аналоговым мультиплексором и процессором цифровой обработки сигнала.

Модуль питания обеспечивает все блоки устройства необходимыми напряжениями и выполнен по схеме с без трансформаторным входом. Это позволяет осуществить питание устройства от источника напряжением 220В как переменного, так и постоянного тока.

Модуль питания выдает следующие стабилизированные напряжения: +5; -7 В.

Рис. 3.8.1. Структурная схема устройства “Сириус - Т” 1, 2 – датчики тока; 3 – АЦП; 4, 5 – цифровая сборка в звезду и треугольник; 6, 7 –

уставки МТЗ ВН и НН; 8 – дифференциальная защита; 9 – МТЗ ВН; 10 - МТЗ НН; 11, 12, 13, 14 – выходные реле

Выходные реле «Откл. 1», «Откл. 2» функционально идентичны и дублируют друг друга для увеличения количества контактов. Для увеличения надежности рекомендуется использовать контакты разных реле. Пример соединения указан на рис. 3.8.2.

Конструктивно устройство выполнено в виде стального блока (кассеты), имеющего лицевую панель (пульт управления). В блоке расположены

29

30

модули с установленными на них печатными платами другими элементами. Модули объединены между собой ленточным кабелем. Все интерфейсные сигналы модулей выведены на заднюю панель блока и подключены к клеммам. Клеммы выполнены разъемными (целой группой), что позволяет при необходимости оперативно заменить устройство, не нарушая монтаж подводящих проводов.

Рис. 3.8.2. Рекомендуемая схема организации цепей отключения

Конструктивно устройство выполнено в виде стального блока (кассеты), имеющего лицевую панель (пульт управления). В блоке расположены модули с установленными на них печатными платами другими элементами. Модули объединены между собой ленточным кабелем. Все интерфейсные сигналы модулей выведены на заднюю панель блока и подключены к клеммам. Клеммы выполнены разъемными (целой группой), что позволяет при необходимости оперативно заменить устройство, не нарушая монтаж подводящих проводов.

На передней панели также закреплена печатная плата с кнопками и светодиодами, а также ЖК индикатор и тумблеры оперативного управления. На этой панели также размещен разъем «RS232С» для подключения компьютера при наладочных работах.

Режимы работы устройства задаются с клавиатуры КЛ, содержащей четыре кнопки для диалога («Выход», «←», «→». «Ввод») и кнопку «Сброс» для сброса цепей сигнализации и управления. Обслуживание клавиатуры и ЖК индикатора осуществляет плата управления дисплеем и клавиатурой КИ.

Промежуточные трансформаторы тока обеспечивают гальваническую развязку и предварительное масштабирование входных сигналов. Первичные обмотки ТТ обеспечивают заданную термическую стойкость при кратковременных перегрузках по входным сигналам.

Программное обеспечение системы «Старт»

30

31

Программное обеспечение предназначено для повышения эффективности работы персонала электрических станций и подстанций, оборудованных устройствами, имеющими интерфейс линии связи и протокол обмена локальной приборной сети «Старт».

В состав пакета входят четыре программы:

-программа слежения за устройствами;

-программа работы с базой данных;

-программа настройки параметров:

-программа просмотра осциллограмм.

Программа предназначена для изменения параметров системы (добавления и изъятия устройств, смены уставок) и, кроме этого, выполнения действий, специфичных для конкретного типа устройств (пробный пуск, мониторинг, команды включения и выключения, запуск каких–либо режимов) (рис. 3.8.3).

Рис. 3.8.3. Окно настройки параметров системы

С помощью этой программы осуществляется формирование запросов для передачи устройству и ожидание получения ответа от программы слежения.

Для изменения уставок необходимо выделить устройство в списке и в меню «Устройств» выбрать пункт «Изменить уставки». На экране должно появиться окно, заполненное значениями уставок, считанными с устройства

(рис. 3.8.4).

После приведения уставок в соответствие необходимо нажать кнопку «Установить». Если изменение уставок защищено паролем, то появится предложение ввести пароль. Введенный пароль сохраняется на весь сеанс работы с программой. При успешном изменении уставок программа извещает об этом пользователя.

31

32

Рис. 3.8.4. Окно изменения уставок

С помощью кнопок «» в левом нижнем углу окна можно загрузить ранее сохраненный набор уставок и сохранить текущий дм дальнейшего использования. Этими возможностями удобно пользоваться, когда есть необходимость запрограммировать несколько устройств однотипным набором уставок.

РАЗДЕЛ 4. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ

4.1. ПОВРЕЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ К электрическим повреждениям относятся однофазные и многофазные

замыкания в обмотках статора и замыкания на землю. Опасность для генератора при повреждениях в обмотке статора – это дуга. Дуга, перекинувшись на корпус статора, вызывает оплавление активной стали корпуса. Может потребоваться серьезный ремонт. Замыкание на землю в одном месте цепи возбуждения непосредственной опасности не представляет, однако возникновение пробоя во втором месте приводит к тяжелому повреждению. В этом случае необходима быстрая ликвидация аварии. Основные ненормальные режимы работы: сверхтоки внешних КЗ, перегрузка, потеря возбуждения, недопустимое увеличение напряжения (для гидрогенераторов). Особенно опасны для генераторов внешние несимметричные КЗ и несимметричные перегрузки.

1. Повреждение обмотки статора.

Многофазные КЗ относятся к наиболее тяжелым повреждениям генератора. Они сопровождаются большими токами, в несколько раз превышающие номинальный ток. Для защиты от многофазных КЗ на всех генераторах мощностью выше 1000кВт при наличии выводов отдельных фаз со стороны нейтрали устанавливается продольная дифференциальная защита, действующая на отключение генератора. На генераторах малой мощности устанавливаются более простые защиты: МТЗ, токовая отсечка, устанавливаемые со стороны выводов генератора, а также автоматы и плавкие предохранители.

32

33

Однофазные замыкания на землю (корпус генератора) в крупных генераторах напряжением 2кВ и выше, работающих с изолированной нейтралью, сопровождаются в месте повреждения прохождением небольших токов по сравнению с токами многофазных КЗ. Однако длительное протекание тока и горение дуги в месте замыкания на корпус генератора могут привести к выгоранию изоляции и значительному оплавлению стали статора, после чего придется проводить продолжительные ремонты.

На основании опыта эксплуатации и специальных испытаний установлено, что при повреждениях в обмотке статора ток замыкания на землю до 5А не приводит к значительному повреждению стали. Поэтому при токах меньше 5А защита от однофазных КЗ на землю действует, как правило, на сигнал, а при токах превышающих 5А – на отключение. Генераторы мощностью 150МВт и более при замыканиях на землю должны немедленно автоматически отключаться. Работа генераторов мощностью меньше 150МВт допускается при наличии замыкания на землю обмотке статора до 2 часов, а в исключительных случаях до 6 часов (когда КЗ не в обмотке статора). На генераторах малой мощности напряжением 500В, работающих с заземленной нулевой точкой, защита от однофазных КЗ действует на отключение.

В статоре генератора могут возникать замыкания между витками одной фазы. Токи, проходящие при этом в месте повреждения, соизмеримы с токами при многофазных КЗ. На генераторах, имеющих выведенные параллельные ветви, для защиты от витковых замыканий устанавливается поперечная дифференциальная защита, действующая на отключение выключателя генератора. На генераторах, не имеющих выведенных параллельных ветвей, защита от витковых замыканий не устанавливается, т.к. это весьма сложно и еще потому, что витковые замыкания, как правило, сопровождаются однофазными или многофазными КЗ обмотки статора.

2. Повреждение обмотки ротора.

Замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения не оказывает влияния на нормальную работу генератора, ток в месте повреждения не проходит и симметрия магнитного поля не нарушается. Однако наличие одного замыкания на землю уже представляет некоторую опасность для генератора, т.к. в случае замыкания на землю во второй точке цепи возбуждения часть обмотки окажется замкнутой накоротко.

Замыкание на землю в двух точках цепи возбуждения сопровождается сильной вибрацией из-за несимметрии магнитного потока. Дуга в месте замыкания может привести к значительному повреждению обмотки ротора и стали ротора.

Из-за сильной вибрации замыкание в двух точках цепи возбуждения особенно опасно для синхронных машин с выступающими полюсами, какими являются гидрогенераторы и синхронные компенсаторы. Вследствие этого на генераторах с выступающими полюсами и на синхронных компенсаторах устанавливается защита от замыканий в одной точке цепи ротора, а от замыканий в двух точках такие генераторы и СК должны быть выведены из работы.

33

34

Синхронные машины без выступающих полюсов (турбогенераторы) с косвенным охлаждением обмоток ротора в большинстве случаев могут работать некоторое время при наличии двойного замыкания на землю в цепи возбуждения без существенных повреждений. Поэтому турбогенератор остается в работе при наличии на нем замыкания в цепи возбуждения водной точке и на нем устанавливается защита от двойного замыкания в цепи ротора, которая у большинства машин с косвенным охлаждением обмоток включается с действием на сигнал.

На мощных турбогенераторах с непосредственным охлаждением проводников обмотки ротора защита от двойных замыканий на землю в цепи возбуждения действует на отключение. СГ с ионной или тиристорной системой возбуждения при КЗ в одной точке на роторе переводят на резервное возбуждение.

3. Ненормальные режимы Перегрузка статора током больше номинального влечет за собой пе-

регрев и разрушение изоляции обмотки, что может, в конечном счете, привести к многофазным КЗ и замыканию на землю. В эксплуатацию все больше внедряются мощные турбогенераторы с непосредственным или как говорят, с фразированным охлаждением обмоток, в которых охлаждающая среда (водород или вода) циркулирует внутри токоведущих стержней, благодаря чему обеспечивается лучше охлаждение и более высокие плотности тока. Эти генераторы допускают значительную меньшую перегрузку, чем генераторы с косвенным охлаждением. Для того чтобы дежурный персонал своевременно принял меры к разгрузке генератора, устанавливается токовая защита от перегрузки, действующая на сигнал.

Для предотвращения повреждения генератора в случае, если КЗ не будет отключено защитами линий или трансформаторов, служит МТЗ с пуском или без пуска по напряжению, действующая на отключение генератора. Наиболее тяжелые последствия для генератора могут иметь место при внешних несимметричных КЗ. В этом случае неравенство токов в фазах статора вызывает повышенный нагрев ротора и вибрацию генератора, что может привести к его повреждению. Защита генератора от внешних несимметричных КЗ и несимметричных режимов (несимметричное включение выключателя) осуществляется токовой защитой обратной последовательности, действующей на сигнал и на отключение.

Для предотвращения повреждения ротора при перегрузке его обмотки во время форсировки возбуждения с непосредственным охлаждением предусматривается автоматическое ограничение длительности форсировки. Допускается перегруз статора на 30% для генератора с непосредственным охлаждением и 50% с косвенным охлаждением.

Повышение напряжения на выводах обмотки статора может привести с пробою изоляции и возникновению в генераторе многофазных КЗ. Опасное повышение напряжения возникает вследствие увеличения скорости вращения при сбросе нагрузки. На турбогенераторах при увеличении скорости до 110% срабатывает автомат безопасности и прекращается доступ пара в тур-

34

35

бину. Напротив, на гидрогенераторах при сбросе нагрузки могут иметь место увеличение скорости вращения на 40-50% выше нормальной и соответствующее повышение напряжения статора. Поэтому защита от повышения напряжения (ЗПН) устанавливается только на гидрогенераторах с действием на отключение генератора и автомата гашения поля (АГП).

К ненормальным режимам относятся также работа синхронного генератора без возбуждения (например, при отключении АГП), так называемый асинхронный режим. При работе в асинхронном режиме увеличивается скорость вращения генератора и возникает пульсация тока статора. В некоторых случаях потеря возбуждения может послужить причиной нарушения устойчивости параллельной работы энергосистемы. Обычно в таких случаях осуществляется блокировка, при отключении АГП отключается и генератор.

4.2. ЗАЩИТА ОТ МНОГОФАЗНЫХ КЗ В ОБМОТКЕ СТАТОРА Основной защитой генератора от многофазных КЗ в обмотки статора

является продольная дифференциальная защита. В настоящее время на генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, применяются, главным образом, две схемы продольной дифференциальной защиты. В первой из них, которая применяется на генераторах мощностью меньше 30 МВт, используются два токовых реле и 4 ТТ.

Недостатком этой схемы защиты является то, что она не будет срабатывать при двойном замыкании на землю (одно в сети, другое в обмотке статора) на фазе, не имеющей ТТ. Для отключения генератора в этом случае предусматривается дополнительное токовое реле в схеме защиты от замыканий на землю, действующее без выдержки времени на отключение. Поэтому продольная дифференциальная защита может быть выполнена в двух фазах только на генераторах, имеющих защиту от замыканий на землю, действующую на отключение и обеспечивающую отключение генератора без выдержки времени при двойных замыканий на землю.

Если генератор не имеет защиты от замыканий на землю, действующей на отключение, продольная дифференциальная защита должна устанавливаться в трех фазах.

Для повышения надежности защиты генераторов мощностью выше 30МВт продольная дифференциальная защита на них выполняется, как правило, в 3-х фазном исполнении независимо от того имеется защита от замыканий на землю или нет.

35

36

Рис. 4. 1. Продольная дифференциальная защита генератора (двух релейная)

Рис. 4.2. Схема продольной дифференциальной защиты генератора На базе реле РНТ-565

Расчет уставок продольной дифференциальной защиты

Ток срабатывания продольной дифференциальной защиты выбирается по условию отстройки от тока небаланса, проходящего в реле при внешних КЗ:

Iс.з. = кнIнб. расч.

где кн – коэффициент надежности равный 1,2-1,3;

36

37

Iнб.расч. – наибольшее значение тока небаланса при внешнем к.з. или асинхронном ходе. Определяется согласно следующему выражению:

Iнб. расч. = капкодн fi Iк.з.max

кап – коэффициент апериодической составляющей тока КЗ, учитывающий дополнительную погрешность ТТ в переходном процессе и принимается равный 1 при использовании реле РНТ-565 и 1,5-2 для защит с реле РТ-40 или с реле прямого действия РТМ;

кодн – коэффициент однозначности, принимаемый равный 0,5; fi – относительная величина погрешности ТТ равная 0,1;

Iк.з.max – периодическая составляющая тока КЗ (при t=0), которая проходит по ТТ при внешнем металлическом КЗ на шинах генераторного напряжения.

Для уменьшения тока небаланса подбирают ТТ с одинаковыми характеристиками намагничивания. С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления дифференциальной защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей и включать последовательно с токовыми реле добавочные сопротивления 5-10 Ом. Для уменьшения тока небаланса и повышения чувствительности дифференциальной защиты наиболее целесообразно использовать реле с БНТ.

Для сигнализации обрыва токовых цепей дифференциальной защиты в нулевой провод включается токовое реле КА1, ток срабатывания которого устанавливается равным (0,2-0,3)Iном.

Продольная дифференциальная защита генератора во всех случаях должна обеспечивать кч>2 при КЗ на выводах генератора:

Расчетный ток КЗ определяется для двух режимов: повреждение при обычно работающем генераторе (ток только от генератора) и повреждение генератора включаемого методом самосинхронизации, когда ток к месту КЗ подходит только от сети. По наименьшему определяется кч.

4.3. ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА ОТ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ Продольная дифференциальная защита не действует при витковых за-

мыканиях в обмотке статора. Для защиты генератора, имеющего две параллельные ветви и более, применяется специальная поперечная дифференциальная защита, которая реагирует на разность токов проходящих в параллельных ветвях обмотки статора. Принцип действия такой же, как у поперечной дифференциальной защиты линий. В нормальном режиме в параллельных ветвях проходят равные токи, в реле попадает только ток небаланса.

37