Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

1>рвеч

= 1,5-1,2-1ЧЧ=г}ЯА

100 165 200

165

УОО Г

,Л

Рис.

17.4. Дифференциальная защита

торможением:

—

схема защиты; б

—

тормозная характеристика реле ДЗТ-11/5; в

—

схема

включения реле ДЗТ-11/5 для мощных генераторов

631

ЦцШк

•

Н4-

_^Г

21г 21,72

Рис.

17.4.

(в)

Третья схема (рис. 17.4, а) наиболее совершенная, она соче-

тает два принципа отстройки РЗ от тока небаланса: торможе-

ние,

при котором ток

автоматически увеличивается с рос-

том тока КЗ, и применение НТТ. В результате такого сочета-

ния РЗ весьма надежно отстраивается от тока небаланса как

в установившемся, так и в переходном режимах и обладает

высокой чувствительностью при КЗ в генераторе. Ток срабаты-

вания такой РЗ /

«« 0,15/

ном

. Подобная схема РЗ устанавлива-

ется на турбогенераторах мощностью 160 МВт и более. В ка-

честве дифференциального реле применяется токовое ре-

ле ДЗТ-11/5 с торможением от тока КЗ. Реле ДЗТ-11/5 [15]

имеет такую же, как и все реле серии

ДЗТ-11,

магнитную систе-

му, но отличается в части первичных обмоток ПНТ - у него

нет уравнительных обмоток, рабочая обмотка м>

имеет одно

ответвление - в ее середине (рис. 17.4, в). Обмотка и>

включе-

на на разность токов ТТ ТАГ и ТА/7. По рабочей обмотке про-

ходит ток 1

= 1\в - /пв- Тормозная обмотка щ включена на

ток ТАГ, установленного на линейных выводах генератора.

км кяг

Рис.

17.5. Токораспределение в цепях про-

дольной дифференциальной защиты ге-

нератора при двойном замыкании на

землю

632

Выбор тока срабатывания защиты и трансформаторов тока

дифференциальной защиты по схеме рис. 17.3. Для исключения

неправильной работы дифференциальной РЗ по схеме рис. 17.3

при внешних КЗ ток срабатывания РЗ должен отстраиваться

от максимального значения тока небаланса:

*с.з

—

'^отс-'нб тах • '

••*)

Здесь К

отс

= 1,3 -^ 1,5; /

тах

- расчетный ток небаланса, опре-

деляемый по формуле

^нб тах

*а Кодн*" 'к тах

(1'-4)

где /с

- коэффициент, учитывающий дополнительную погреш-

ность ТТ в переходном процессе и принимаемый равным 1

для РЗ с реле РНТ-565 и 1,5-2 для РЗ с реле РТ-40;

одн

- коэф-

фициент однотипности ТТ, принимаемый равным 0,5, посколь-

ку к реле подключаются ТТ одного типа и с одинаковыми ко-

эффициентами трансформации; е - относительное значение

погрешности ТТ, равное 0,1;

Ктах

- периодическая составляю-

щая тока (при I = 0), который проходит по ТТ РЗ при внешнем

КЗ на шинах генераторного напряжения.

Для понижения 1

^ необходимо обеспечить по возможности

равенство сопротивлений плеч и выбрать значение сопротив-

ления нагрузки 2

для каждого ТТ, так чтобы они удовлетво-

ряли 10%-ным характеристикам (см. гл. 3). Измерительные ТТ,

к которым подключается дифференциальная защита генера-

тора, следует применять класса "Р".

Чувствительность РЗ по схемам рис. 17.3 проверяется по ми-

нимальному току двухфазного КЗ на выводах генератора (в зо-

не РЗ), когда последний отключен от сети. По ПУЭ необходимо

иметь к

= 2. Число витков дифференциальной (рабочей)

обмотки РНТ выбирается по выражению

»Р=П.

К//'С.Э.

(17.5)

где

СтР

- МДС срабатывания реле РНТ-565, равная 100 А.

Если РЗ не должна действовать при обрыве провода в токо-

вых цепях схемы (рис.

17.3,

а), то необходимо выполнить условие

'с.э =

1.3/ном-

(17.6)

633

том случае ток 1

СЗ

принимается равным большему из двух

значений по формулам (17.3) и (17.6), после чего находится

число витков и>

Выбор уставок защиты с тормозным реле. В качестве приме-

ра для схемы рис. 17.4, а дан расчет дифференциальной защи-

ты с реле ДЗТ-11/5 для генератора мощностью 200 МВт. Исход-

ные данные и схема включения реле приведены на рис. 17.4, б.

Расчет дан для генератора с расщепленными обмотками фаз

и с установкой по одному трансформатору тока на фазу.

Исходным для расчета по рис. 17.4, а, как и в предыдущей

схеме, является условие недействия защиты от /

бтах

внешнем КЗ. В соответствии с данными завода МДС, созда-

ваемая рабочей обмоткой реле ДЗТ-11/5, необходимая для сра-

батывания при отсутствии торможения, так же как у реле

РНТ-565,

составляет 100 А. Для генераторов с одним ТТ в каж-

дой фазе (со стороны нейтрали) используется полное число

витков рабочей обмотки м>

, которое составляет 144. При /

= 0

= ^с.р/^р = 100/144 = 0,7 А. Характеристика срабатывания

реле Р

с р

=/(Р

) задается заводом-изготовителем (рис. 17.4, б).

Выбор параметров защиты сводится к определению макси-

мального значения тока небаланса и числа витков тормозной

обмотки и>

. Ток небаланса находится по выражению (17.4).

Определив

тах

находят /

сз

0ТС

нбтах

;

Ктс принимается

равным

1,3-1,5.

Затем подсчитывается МДС срабатывания ра-

с.з _

бочей обмотки Р'с.р.расч

^р • По характеристике срабаты-

вания реле графическим путем находим МДС торможения Р

соответствующую расчетному значению

СтР

По найденному

значению Г

определяется число витков щ:

*, = ВД/7к

', (17.7)

(3)

где /

- ток при внешнем КЗ, по которому рассчитывался

ток

1цбтах'

Для генераторов большой мощности (Р > 300 МВт), у которых

трансформаторы тока устанавливаются на каждой ветви фа-

зы и соединены параллельно, с учетом разных значений токов

в плечах защиты, для обеспечения равенства МДС со стороны

нейтрали должна быть использована половина рабочей обмот-

ки (72 витка; рис. 17.4, в).

634

Чувствительность РЗ проверяется при КЗ на выводах

генератора при отсутствии торможения и при наличии его.

В первом случае

кч

= &

/К/

°.

во втором

(2)

здесь 7

2 - минимальный ток двухфазного КЗ в месте повреж-

дения, равный сумме токов, поступающих от сети 4.сети

и от

генератора /

кг

; Р

Сф

- МДС срабатывания, определяемая по

тормозной характеристике при Г

'= ^к.сети^т/^/-

Оценка дифференциальной защиты. Дифференциальная

защита является быстродействующей, чувствительной и прос-

той защитой от междуфазных КЗ. На мощных генераторах

200 МВт и выше, особенно на генераторах 500-800-1200 МВт,

необходимо стремиться к высокой чувствительности и быстро-

действию дифференциальной защиты для уменьшения объе-

ма повреждения, учитывая высокую стоимость крупных машин.

Основными условиями надежной работы защиты при внешнем

КЗ и высокой чувствительности при КЗ в зоне защиты являют-

ся:

выбор трансформаторов тока и их нагрузки таким образом,

чтобы погрешность трансформаторов тока не превышала 10%;

применение дифференциальных реле с торможением; надеж-

ная отстройка тока срабатывания защиты от тока небаланса.

Некоторым недостатком дифференциальных защит с БНТ

является замедление их действия при КЗ в зоне до 0,06-0,1 с.

Для гарантирования быстрого отключения повреждения целе-

сообразно применять на мощных генераторах (500 МВт и выше)

в качестве резервной второй дублирующий комплект диффе-

ренциальной защиты.

17.3.

ЗАШИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ МЕЖДУ ВИТКАМИ ОДНОЙ ФАЗЫ

Защита от витковых замыканий имеет ограниченное приме-

нение вследствие отсутствия простых способов ее осуществле-

ния. Только для мощных генераторов, каждая из фаз которых

выполнена в виде двух и более параллельных ветвей, выве-

денных наружу, разработаны относительно простые и надежные

схемы РЗ.

.*•»*»*•

635

ЕгЕц

а)

Е:*к

Рис.

17.6.

Поперечная дифференциальная защита генератора:

—

распределение токов

параллельных ветвях фазы;

б -

схема односистемР"

ной

РЗ

В нормальных условиях

и при

внешних

КЗ в

параллельных

ветвях

I и II

каждой фазы генератора наводятся одинаковые

по значению

фазе

ЭДС Е1 и Е

(рис.

17.6). Сопротивления

параллельных ветвей равны, поэтому токи ветвей

1ц

нор-

мальном режиме,

также

и при

внешнем

КЗ

равны

по

значе-

нию

совпадают

по

фазе.

В случае замыкания части витков

и>

ветви одной фазы

в закороченных витках

под

действием

ЭДС

Еу.

возникает боль-

шой

ток КЗ /

циркулирующий

по

закороченным виткам.

Электродвижущая сила

сопротивление поврежденной ветви

(на

рис.

17.6,

ветвь

Я)

уменьшается

за

счет повредившихся

витков ю

, замкнутых накоротко. В результате этого нарушается

равенство

ЭДС в

поврежденной фазе

Е\ и Ец, а

также токов

1ц.

параллельных ветвях поврежденной фазы появляется

ЭДС Л.Е

= Е\ -

Ец,

под

действием которой

контуре поврежден-

ной фазы возникает уравнительный

ток

(Е

-Е

)/(Х

(17.8)

где Хх

и Хц -

индуктивные сопротивления ветвей

I и II

(актив-

ные сопротивления

не

учитываются,

так как они

очень малы);

и Ец - ЭДС

неповрежденной

поврежденной ветвей соот-

ветственно.

Нарушение равенства токов

параллельных ветвях

статора

генератора, происходящее

при

витковых замыканиях,

появ-

ление уравнительного тока

используются

для

выполнения

РЗ

от этого

вида повреждений.

качестве

РЗ от

витковых

за-

мыканий преимущественное распространение получила одно-

релейная (односистемная) поперечная дифференциальная

636

защита, основанная на сравнении значений и направлений

токов в параллельных ветвях.

Односистемная схема поперечной дифференциальной РЗ

приведена на рис. 17.6, б. Нулевые выводы трех параллельных

ветвей / фаз статора А, В и С и трех параллельных ветвей II

тех же фаз соединяются раздельно в две звезды с двумя вы-

веденными нейтралями Л^ и А?

. Эти нейтрали соединяются

друг с другом нулевым проводом Л^ - Л/

, в цепи которого уста-

навливается трансформатор тока ТА

. К его вторичной обмотке

через фильтр

2-Е

подключается ИО - токовое реле КА, реаги-

рующее на появление тока 1

рабочей частоты 50 Гц. Фильтр

2-Е

пропускает ток рабочей частоты 50 Гц и запирает ток высших

гармоник, в основном третьей гармоники и кратных ей.

Из схемы следует, что ток 1

НП

в нулевом проводе Л^ - N11,

питающий реле КА, равен разности токов НП звезды параллель-

ных ветвей / и Я:

/н.п =

(ХА1

+ 1в\ + 1с\) -

ЦАЦ

+ 1вп + 1си)

= 3

- 3

и>

где /

о1

и /

ц - токи НП параллельных ветвей I и II соответст-

венно.

В нормальном режиме, а также при внешних КЗ (трех и двух-

фазных) геометрическая сумма токов трех фаз каждой ветви,

соединенной в звезду, равна нулю. Однако в действительно-

сти ^н.п ^ 0- Вследствие искажения формы кривой фазных

ЭДС генератора в каждой группе параллельных ветвей возни-

кают гармонические токи. Токи третьих и кратных им гармоник

совпадают по фазе и, суммируясь в нулевом проводе

ЛГ

- ЛГ

образуют результирующий ток:

31ц

31щ

Кроме того, вслед-

ствие неточного равенства фазных ЭДС параллельных ветвей

Ед!

ЕДЦ,

Едх

ЕВЦ,

1 и Еси и сопротивлений, в контуре каж-

дой фазы появляется ток небаланса основной частоты 50 Гц

1н6А,

1нбВ

^нбС-

Таким образом, в реле появляется ток небаланса, обуслов-

ленный уравнительным током /

6БО и током третьих гармоник,

ограниченных фильтром 2Е(1

*н.п = *нб = ^нб5о + ^нбз- (17.9)

Для исключения ложного срабатывания РЗ в этих режимах

необходимо выполнить условие:

Ыь

637

•с.з

*нб

тах

•

(17.10)

При замыкании витков

ветви одной

из фаз,

например,

м>

ветви

II на рис. 17.6,

равенство

ЭДС

(Е[

и Ец) в

ветвях

по-

врежденной фазы нарушается

возникает уравнительный

ток

I , как

показано

на рис. 17.6.

Этот

ток

проходит через

ТА

в перемычке

Л^ -

вызывает появление тока

дифферен-

циальном реле

КА:

= Ц/К\.

Защита приходит

действие

при

> /

.э-

Поскольку

ток /

уменьшается

уменьшением числа

замкнувшихся витков

м>

, РЗ

имеет мертвую зону.

Она не

дей-

ствует

при /

< 1

С-3

Защита реагирует

не

только

на

витковые замыкания

одной

фазе,

она

может срабатывать

при

междуфазных

КЗ, так как

при этом обычно нарушается равенство

ЭДС и

токов

парал-

лельных ветвях поврежденных

фаз.

Коэффициент трансформации

ТА

выбирается

по

выражению:

0,25/

ном

/5,

при

этом вторичный

ток ТА

должен соответ-

ствовать шкале уставок

на

дифференциальном реле.

отли-

чие

от

всех остальных схем дифференциальных

РЗ в

данной

схеме погрешность

ТА

не

вызывает токов небаланса, поэтому

его

точности (характеристике намагничивания)

не

предъяв-

ляется особых требований.

Ток срабатывания

РЗ

должен быть больше тока небаланса,

появляющегося

реле при внешних

КЗ:

СЗ

1„б

тах

Расчетных методов достоверного определения

тах

при-

годных

для

практического использования,

нет,

поэтому реко-

мендуется уточнять

с-3

по

реальным токам небаланса, изме-

ренным

условиях эксплуатации.

На

основании опыта эксплуа-

тации принимается

(20

30%)1

НОМ-Г

ом.г

ток

генера-

тора).

Для выполнения

РЗ

применяется реле РТ-40/Ф, схема кото-

рого показана

на рис. 17.6, б.

Сопротивления обмоток реле

конденсатора

подобраны

так, что

токи третьей гармоники,

циркулирующие

по

проводу, соединяющему нейтрали

А/

и Ы

замыкаются главным образом через конденсатор; благодаря

этому

с р

защиты

при

частоте

150 Гц

получается

в 10 раз

боль-

шим,

чем при

токе

частотой

50 Гц. Ток

срабатывания реле

регулируется отпайками

на

первичной обмотке трансформа-

тора

ТЬ и

пружиной

на

реле

пределах

1,75-8,8 А.

Релейная

защита выполняется

без

выдержки времени

действием

на

отключение выключателя генератора,

АГП и

останов турбины.

638

17.4.

ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИИ ОБМОТКИ СТАТОРА

НА КОРПУС (НА ЗЕМЛЮ)

Требования к защите. На основании результатов эксперимен-

тов и опыта эксплуатации установлено, что при замыкании на

землю в генераторе при токе замыкания 5 А и даже меньших

его значениях, имеет место повреждение стали статора, тре-

бующее большого и длительного ремонта.

В связи с этим чувствительность защиты должна быть очень

высокой, и защита должна действовать на отключение. Это

требование становится важным для новых типов генераторов

большой мощности (200 МВт и более), особенно с водяным

охлаждением. Для таких генераторов необходимо выполнение

защит, обеспечивающих их действие при замыканиях на землю

в пределах всей обмотки (100%-ный охват витков обмотки ста-

тора).

Принципы выполнения защиты. Самым простым способом

защиты генераторов от замыканий на землю является защита,

реагирующая на составляющую НП (37

Токи /

и напряжения

при замыканиях на землю обмотки

статора.

В § 9.1 показано, что ток замыкания на землю

равен

и пропорционален напряжению нулевой последовательно-

сти V

= 3/

=31/

/Х

, (17.11)

где Х

- емкостное сопротивление фазы самого генератора и

сети генераторного напряжения.

При замыкании на землю в обмотке генератора (рис. 17.7, а)

напряжение (7

частотой 50 Гц равно напряжению замкнувших-

ся на землю витков

м>

обмотки фазы статора. С некоторым при-

ближением можно считать, что напряжение распределяется

равномерно по всем виткам фазы. Тогда, выражая и>

в процен-

тах от всех витков фазы, получаем

С/

= и>

%1Гф.

/ЮО, (17.12)

где 1/ф,

- нормальное напряжение фазы генератора.

Подставив (7

из (17.12) в (17.11), найдем

= 3/

= ЗС/

Щ%/(Х

•

100). (17.13)

639

Рис. 17.7. Напряжение 1/„ и ток /

при замыкании на землю обмотки статора ге-

нератора (а); зависимость С/

> Л)

^з

от числа

замкнувшихся витков обмотки

статора генератора (б)

Из (17.12) и (17.13) следует, что 1/„, /

и 1

, появляющиеся

при замыкании на землю, пропорциональны числу замкнув-

шихся витков и>

. Графически эта зависимость изображена на

рис.

17.7, б. Величины С/

, 1

имеют максимальное значение

при замыкании на землю на выводах генератора. В этом случае

и>

= 100%; подставив это значение в (17.12) и (17.13), получим

= 3/

= ЗС/

фг

/Х

= 3[7

фл

С,

(17.14)

где С - емкость относительно земли одной фазы сети генера-

торного напряжения.

При приближении точки замыкания на землю к нейтрали

генератора м>

уменьшается от 100% до 0, вследствие этого

уменьшаются и С/

достигая нуля при замыкании в нейт-

рали генератора (рис. 17.7, б).

Принцип действий токовой защиты с

трансформатором

тока

нулевой последовательности (ТНП). Защита генераторов от

замыканий на землю в обмотке статора, реагирующая на

должна выполняться с помощью фильтра НП аналогично

РЗ ЛЭП (см. § 9.4). Ток небаланса в ТНП значительно меньше,

чем в трехтрансформаторном фильтре НП, вследствие чего

РЗ с помощью ТНП получается более чувствительной. Однако

ТНП обычной конструкции (см. рис. 9.8) не обеспечивают не-

обходимой чувствительности, поэтому применяются ТНП с

подмагничиванием, позволяющим получить большую чувст-

вительность РЗ (3-5 А первичного тока).

640