5.Защита от перегрузок, защита от внешних междуфазных к.З. Схема, расчет уставок. Мтз с комбинированной блокировкой по напряжению.

Максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению. Максимальная токовая защита устанавливается для защиты генераторов от сверхтоков, вызванных внешними КЗ. Три максимальных реле тока К.А1 включены на фазные токи генератора (рис. 3.6). При таком включении токовых реле обеспечивается срабатывание защиты при любом виде КЗ как в сети генераторного напряжения, так и на стороне высшего напряжения силовых трансформаторов, соединенных по схеме У/Д. Токовые реле максимальной токовой защиты обычно подключаются к ТТ, установленным со стороны выводов обмотки статора. При этом токовая защита обеспечивает резервирование основной продольной дифференциальной защиты генератора при многофазных КЗ в обмотках статора.

Рис. 3.6. Схема максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению: а — токовые цепи; б — цепи напряжения; в — цепи оперативного тока.

Так как токовые реле будут срабатывать не только при КЗ, но и при перегрузках, когда нет необходимости отключать генератор, в схему защиты вводится блокировка по напряжению. Эту блокировку можно выполнить с помощью трех реле минимального напряжения. Однако для повышения чувствительности защиты к КЗ за трансформаторами и реакторами на генераторах используется обычно блокировка с двумя реле напряжения: реле напряжения обратной последовательности и минимальным реле напряжения, включенным на междуфазное напряжение (см. рис. 3.6).

Реле напряжения в этой схеме включены так, чтобы обеспечить высокую чувствительность ко всем видам КЗ. При перегрузках, не сопровождающихся значительным снижением напряжения, минимальное реле напряжения KV1 будет держать контакты KV1.1 разомкнутыми, предотвращая ложное срабатывание защиты. При несимметричных КЗ сработает реле напряжения обратной последовательности KV2 и разомкнет контакт KV2.1, снимая напряжение с обмотки реле KV1. Реле минимального напряжения KV1 замыкает свой контакт и с помощью промежуточного реле KL подготавливает цепь обмотки реле времени К.Т1. При трехфазном КЗ минимальное реле напряжения KV1 замкнет свой контакт, разрешая действовать защите.

Благодаря тому, что в цепь обмотки минимального реле напряжения включен размыкающий контакт KV2.1 (рис. 3.6), чувствительность блокировки к трехфазным КЗ повышается. Действительно, поскольку в первый момент трехфазного КЗ хотя бы кратковременно существует несимметрия, реле KV2 разомкнет, а реле KV1 замкнет контакт независимо от удаленности места КЗ. После того как несимметрия исчезнет и КЗ станет симметричным, реле KV2 замкнет контакт KV2.1 и на обмотку реле KV1 будет подано напряжение. Если напряжение возврата минимального реле напряжения будет больше, чем остаточное напряжение на его обмотке, контакт реле останется замкнутым и защита может подействовать на отключение. Поскольку при этом реле KV1 в рассматриваемой схеме работает на возврат, а напряжение возврата минимального реле напряжения превышает напряжение срабатывания, то обеспечивается более высокая чувствительность к трехфазным КЗ.

Реле напряжения KV1 может замкнуть свой контакт в нормальном режиме при неисправности цепей напряжения, вследствие чего будет снята блокировка токовых реле. Для того чтобы персонал мог своевременно принять меры к восстановлению цепей напряжения, в схеме предусмотрена сигнализация, срабатывающая при их повреждении. Плюс на сигнал подается через вспомогательный контакт SQ выключателя генератора, что необходимо для предотвращения действия сигнализации, когда генератор отключен.

При выполнении защиты следует иметь в виду, что недопустимо включать реле напряжения блокировки и устройства форсировки и регулирования возбуждения генератора на общий ТН, так как в случае отключения автоматического выключателя в общих цепях напряжения может ложно подействовать защита и отключить генератор. Ток срабатывания токовых реле отстраивается от номинального тока генератора

где kн = 1,1-1,2.

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения отстраивается от минимального значения эксплуатационного напряжения

где kн = 1,1-1,2.

Для предотвращения неправильного действия защиты при самозапуске электродвигателей собственных нужд, когда напряжение на шинах генератора значительно снижается, допускается в случае необходимости уменьшать напряжение срабатывания реле напряжения до 0,5U_HOM. Снижение уставки минимального реле напряжения целесообразно также на генераторах, которые могут работать в асинхронном режиме.

Напряжение срабатывания реле напряжения обратной последовательности принимается минимально возможным, отстроенным от напряжения небаланса на выходе фильтра. Обычно принимается вторичное напряжение срабатывания порядка 6 В обратной последовательности, фазное на входе фильтра.

Выдержка времени защиты устанавливается на одну-две ступени больше выдержки времени защит трансформаторов и линий, отходящих от шин генераторного напряжения. В ряде случаев защита выполняется с двумя выдержками времени: с первой через проскальзывающий контакт реле времени КТ1.1 подается сигнал па отключение секционных и шиносоединительных выключателей трансформатора, связывающих данную секцию или систему шин с соседними, а со второй выдержкой времени КТ1.2 — на отключение генератора.

На генераторах мощностью менее 1000 кВт допускается установка максимальной токовой защиты без блокировки по напряжению.

Максимальная тоновая защита от перегрузки. Защита от перегрузки, действующая на сигнал, выполняется с помощью одного токового реле КА2 (см. рис. 3.10), так как перегрузка имеет место одновременно во всех фазах. Для того чтобы защита не срабатывала при кратковременных перегрузках, в схему введено реле времени КТ2, термически стойкое при длительном прохождении тока по его катушке.

Ток срабатывания токового реле КА2 отстраивается от номинального тока генератора:

где kн = 1,05.

Выдержка времени устанавливается больше выдержки времени максимальной токовой защиты генератора. На гидроэлектростанциях без постоянного дежурного персонала защита от перегрузки выполняется с двумя выдержками времени: с меньшей на снижение тока возбуждения для уменьшения тока статора и с большей — на отключение генератора.

3-6.Токовая защита обратной последовательности.

Как уже отмечалось, токи обратной последовательности представляют большую опасность для генераторов. Поэтому на генераторах мощностью более 30 МВт применяется токовая защита обратной последовательности от внешних несимметричных КЗ. Схема такой защиты для генератора с косвенным охлаждением приведена на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Токовая защита обратной последовательности с реле РТ-2 и приставкой для действия при трехфазных КЗ: а — тоновые цепи; б — цепи напряжения; в - цепи оперативного тока.

При возникновении несимметричного КЗ сработает токовое реле КА2, через замыкающий контакт которого будет подан плюс на обмотку реле времени КТ. По истечении выдержек времени проскальзывающего КТ.1 и упорного КТ.2 контактов будут замкнуты цепи промежуточных реле, которые подействуют на отключение соответствующих выключателей.

Ток срабатывания ступени защиты с токовым реле КА2 принимается равным;

Выбранный в соответствии с (9.13) ток срабатывания реле КА2 не должен превышать значения тока обратной последовательности, прохождение которого допустимо для генератора данного типа в течение 2 мин (120 с). Для этого должно быть соблюдено условие:

где А — постоянная величина для генератора данного типа.

Так, например, для турбогенератора с косвенным охлаждением типа ТВ (А = 20) Iс,з ? 0,45I ном для гидрогенераторов (А == 40) I с,з ? 0,6I ном.

Для того чтобы токовая защита обратной последовательности генератора не срабатывала при удаленных КЗ, когда защиты соседних элементов трансформаторов и линий не действуют, она должна быть согласована с этими защитами по чувствительности. При этом не должно нарушаться условие (9.14). Выдержка времени защиты выбирается точно так же, как и для максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению.

Токовое реле КАЗ, уставка срабатывания которого принимается равным (0,08—0,1) I ном, предназначено для сигнализации в случае возникновения несимметрии в первичной сети, сопровождающейся прохождением сравнительно небольшого тока обратной последовательности.

В схеме защиты на рис. 3.7 для действия при трехфазных КЗ предусмотрено одно токовое реле КА1, включенное на фазный ток, и одно реле минимального напряжения KV, подключенное на междуфазное напряжение. Уставки срабатывания этих реле выбираются так же, как и уставки реле максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению.

На турбогенераторах мощностью 60—100 МВт с непосредственным охлаждением обмоток применяется четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности, схема которой показана на рис. 3.8. Защита выполняется с двумя фильтрами-реле тока обратной последовательности типа РТФ-7/1 (РТФ-7/2). Ранее реле этого типа выпускались заводом под маркой РТФ-2.

Рис. 3.8. Токовая защита обратной последовательности с реле типа РТФ 7 для турбогенераторов мощностью 60—100 МВт

Одно из устройств РТФ-7 применяется в заводском исполнении. Чувствительное реле этого устройства КА2 используется для сигнализации, а грубое KAl—для второй ступени защиты. Второе устройство РТФ-7 модифицируется. Для получения необходимых уставок срабатывания оно несколько загрубляется. С помощью чувствительного элемента второго устройства РТФ-7 выполняется третья ступень защиты КА5, а грубый элемент КА4 используется для вывода из действия токовой защиты нулевой последовательности, чтобы предотвратить ее излишнее срабатывание при внешнем КЗ. Для выполнения первой ступени защиты используется дополнительное токовое реле КАЗ (рис. 3.8) типа РТ-40/0,6, подключение которого к фильтру второго устройства РТФ-7 осуществляется через специальные выводы.

Каждая ступень токовой защиты обратной последовательности действует на свое реле времени, а для последней третьей ступени, чтобы обеспечить необходимую выдержку времени, предусмотрена установка двух последовательно действующих реле времени КТ4 и КТ5. Первая, наиболее грубая ступень защиты с одной и той же выдержкой времени действует на отключение АГП, выключателя генератора и на промежуточное реле, отключающее шиносоединительные и секционные выключатели. Вторая же и третья ступени действуют с двумя разными выдержками времени: с первой через проскальзывающие контакты КТ1.1 и КТ5.1 на отключение шиносоединительных и секционных выключателей, а со второй (контакты К.Т1.2, КТ5.2)—на отключение АГП и выключателя генератора.

Таблица 3.3

Тип генератора, напряжение	I ступень		II ступень		III ступень
	I 2С,З	tС,З , с	I 2С,З	tС,З , с	I 2С,З	tС,З , с
ТВФ-60-2; 6,3 KB	1,8	2,3	0,6	8,5	0,25	40 (20)
ТВФ-60-2; 10,5 кВ	2,5	1,7	0,6	8,5	0,25	40 (20)
ТВФ-100-2; 10,5 кВ	2,0	2,2	0,6	8,5	0,25	40 (20)

Как уже отмечалось выше, в схеме используется специальное токовое реле обратной последовательности КА4 для вывода из действия токовой защиты нулевой последовательности при внешних несимметричных КЗ. Это обусловлено следующими обстоятельствами. В зависимости от значения тока, проходящего при двойном замыкании на землю, повреждение будет отключаться либо продольной дифференциальной защитой генератора, либо грубым реле токовой защиты нулевой последовательности. Для того чтобы весь возможный диапазон токов повреждения был перекрыт и двойное замыкание на землю всегда отключалось быстродействующей защитой, ток срабатывания реле, выводящих из действия токовую защиту нулевой последовательности при внешних КЗ, необходимо выбирать грубее тока срабатывания продольной дифференциальной защиты. Для того чтобы точно и с необходимым запасом выполнить это условие, предусмотрено специальное токовое реле обратной последовательности КА 4

Для реле токовой защиты обратной последовательности генераторов типа ТВФ, работающих на шины генераторного напряжения, рекомендуются уставки и, указанные в табл. 3.3.

Эти уставки выбраны на основании следующих соображений:

Ток срабатывания первой ступени принят по условию обеспечения необходимой чувствительности (k_ч,т == 1,2) при двухфазном КЗ на выводах защищаемого генератора, когда выключатель его отключен Выдержка времени первой ступени защиты определялась в соответствии с характеристикой, определяющей допустимую длительность прохождения тока обратной последовательности при двух фазном КЗ на выводах генератора.

Рис 3 9. Структурная схема фильтра-реле типа РТФ

Уставки срабатывания второй ступени защиты по току выбирались таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая чувствительность защиты при несимметричном КЗ за резервируемым элементом, например за повышающим трансформатором, сохранялась селективность с защитами соседних элементов и удовлетворялись требования защиты генератора от тока обратной последовательности. Этим требованиям, как правило, удовлетворяют уставки, yказанные в табл. 3.3.

Ток срабатывания третьей ступени принимается равным 0,25Iном. В соответствии с тепловой характеристикой прохождение такого тока обратной последовательности через генераторы типов ТВФ-60 и ТВФ-100 допускается в течение 3 мин. Таким образом, в случае возникновения несимметричного режима с током обратной последовательности меньше уставки срабатывания третьей ступени защиты персонал будет иметь достаточно времени (3—5 мин) для того чтобы принять меры к устранению причины, вызвавшей несимметричный режим, или разгрузить и отключить генератор.

Выдержка времени второй ступени определяется по тепловой характеристике и определяет допустимое время прохождения тока обратной последовательности, равного току срабатывания первой ступени.

Аналогично выдержка времени третьей ступени определяется допустимой продолжительностью прохождения через генератор тока обратной последовательности, равного уставке срабатывания второй ступени. Определенная таким образом выдержка времени равна 40 с. Для уменьшения количества реле в схеме защиты эту выдержку времени можно понизить до 20 с, что можно осуществить с одним реле времени типа ЭВ-140.

Ток срабатывания токового реле КА2, действующего на сигнал, принимается равным (0,05—0,06) Iном. Ток срабатывания токового реле КА4, блокирующего токовую защиту нулевой последовательности при внешних КЗ, выбирается по условию согласования по чувствительности с уставкой реле продольной дифференциальной защиты генератора при двойном замыкании на землю согласно следующему выражению:

Рис. 3.10. Элементы фильтра-реле РТФ-6: а — входное преобразующее устройство, Ш — упрощенная схема сигнального органа; в — схема цепей оперативного тока / — на сигнал о перегрузке, // — на отключение от первой отсечки; /// “. то же от второй отсечки, IV —то же от интегрального органа; г — схема цепей блока питания.

где I_2С,З — ток срабатывания блокирующего токового реле обратной последовательности; Iс,з,диф — ток срабатывания продольной дифференциальной защиты, равный (0,5—0,6)Iном> I_2Н,Н — ток обратной последовательности несимметричной нагрузки, принимается равным току срабатывания третьей ступени токовой защиты обратной последовательности 0,25 Iном; kн — коэффициент надежности, равный 1,2;