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

Подождите немного. Документ загружается.

блока 4, а Е

и Е

- сигналы двух других (неповрежденных)

фаз.

Характеристика, приведенная на рис. 17.14, б, выбрана для

надежного предотвращения излишних срабатываний РЗ в

режимах, не связанных с замыканиями на землю в обмотке

статора защищаемого генератора.

Рассматриваемая РЗ оснащена блоком проверки 13,

имеющим два режима: проверки РЗ и самопроверки. В первом

режиме, который реализуется только при отсутствии замыка-

ния на землю (при несработанном состоянии пускового орга-

на 7), проверяется вся схема РЗ, за исключением выходного

реле,

последовательно моделируются различные повреждения

в сети.

Запуск режима проверки осуществляется вручную (нажатием

кнопки на лицевой плате блока) либо дистанционно, в том

числе от часов.

Блок сигнализации 14 выдает следующую световую инфор-

мацию: наличие замыкания на землю в сети, срабатывание РЗ

с указанием поврежденной фазы (этот сигнал снимается только

специальной кнопкой "Сброс"), "Исправно" - подается в те-

чение 2 с после окончания проверки, "Неисправно" - подается

длительно при неуспешной проверке, вплоть до ручного сбро-

са этого режима (одновременно блокируется РЗ). Блок 15 обес-

печивает питание РЗ.

В соответствии со структурной схемой и принципом дейст-

вия, на рис. 17.15 представлена схема подключения устройства

БРЭ 1301-03 к трансформаторам тока и напряжения защищае-

мого генератора.

Защита с наложением тока. Для 100%-ной защиты от замыка-

ний на землю обмотки статора в ряде стран применяются РЗ

с наложением постоянного тока. Структурная схема подоб-

ной РЗ, применяемой в Кузбассэнерго, приведена на рис. 17.16.

Все заземленные точки в сети генераторного напряжения

(нейтрали первичных обмоток

I ТУ

и 2ТУ) отключены от земли,

объединены между собой и заземлены через разделительный

конденсатор большой емкости С

разд

(десятки микрофарад).

От источника переменного напряжения (/^ через разделитель-

ный трансформатор Т

разд

и выпрямитель В выпрямленное на-

пряжение [/_ подается на объединенные нейтрали ТН.

Сопротивление изоляции цепей генераторного напряжения

относительно земли определяет значение наложенного по-

стоянного тока /_ и пропорционального ему переменного тока

651

Рис.

17.15.

Схема подключения защиты БРЭ 1301-03

/ в цепи первичной обмотки трансформатора Г

разд

и в измери-

тельных органах РЗ и контроля изоляции КИ.

При однофазном замыкании на землю или глубоком сниже-

нии изоляции срабатывает РЗ и действует на отключение гене-

ратора или на сигнал согласно ПТЭ. Уставка срабатывания РЗ

принимается 5-10 кОм для генераторов всех типов.

При небольшом ухудшении изоляции срабатывает сигналь-

ный орган КИ, имеющий уставки 60-220 кОм на генераторах

с непосредственным охлаждением обмоток статора (в Зависи-

те

Рис.

17.16. Структурная схема 100%-ной

защиты от замыканий на землю и конт-

роля дефектов изоляции на принципе

наложения постоянного тока

652

мости

от

эксплуатационного уровня солесодержания дистил-

лята)

или

500-1000

кОм - на

генераторах

газовым охлажде-

нием обмоток.

17.5.

ЗАШИТА

ОТ

СВЕРХТОКОВ

ПРИ

ВНЕШНИХ

КЗ

И ПЕРЕГРУЗКАХ

Назначение

виды защит

от

внешних КЗ. Защита генерато-

ров

от

внешних

КЗ

служит

для

отключения генераторов

при

повреждениях

на

сборных шинах электростанций

или на

отхо-

дящих от них присоединениях при отказе РЗ или выключателей

этих элементов.

тех

случаях, когда сборные шины генераторного напря-

жения

не

имеют специальной

РЗ,

защита генератора

от

внеш-

них КЗ служит основной РЗ от повреждений

на

шинах.

Защита

от

внешних

КЗ

дополнительно используется

для

резервирования дифференциальной

РЗ

генератора

при

между-

фазных

КЗ в

нем. Защита должна подключаться

ТТ, установ-

ленным

со

стороны нулевых выводов генераторов, благодаря

чему обеспечивается

ее

срабатывание

от

тока генератора

при

повреждении

его обмотках статора.

В качестве

РЗ

генераторов

от

внешних

КЗ

применяются

МТЗ с блокировкой (пуском)

по

напряжению, МТЗ

ОП.

Максимальная токовая защита

блокировкой

по

напряже-

нию.

Блокировка

по

напряжению выполнена

по

комбиниро-

ванной схеме, состоящей

из

реле напряжения ОП КУ2

одного

реле минимального напряжения КУ1, включенного

на

между-

фазное напряжение (рис. 17.17). Принцип действия такой бло-

кировки рассмотрен

в гл. 4. В

схеме используются

три

токовых

реле мгновенного действия.

Уставки защиты.

Ток

срабатывания токовых реле

выбирается

по

условию возврата

при

номинальном токе гене-

ратора:

'с.з=*отс'номлЛ,>

)

где^-м+1,2.

Напряжение срабатывания реле минимального

напряжения, включенного

на

междуфазное напряжение,

выбирается из условий:

а) возврата

при

минимальном уровне рабочего напряжения

653

л гг.1

не -

КТ1.1

КТ1.2

уд ки

„

гнал

кяг.1 ктг

__*

/гтг/

-^•Сшнал

В)

Рис. 17.17. Схема максимальной токовой

РЗ

с блокировкой по напряжению:

—

токовые цепи; 6

—

цепи

напряжения;

в —

цепи оперативного тока

4>абто'л

после

отключения КЗ в сети:

Ц.. = Ц

раб пя'п '*отс '

в>

(17.17)

б) недействия при понижении напряжения на зажимах ге-

нератора, вызванном самозапуском электродвигателей или

асинхронным режимом работы генератора, имеющим место

при потере возбуждения:

ц = (0,6

ч-

0,65)СГ

"с.з

' ' '^раб.норм

(17.18)

Второе условие является определяющим.

Напряжение срабатывания реле КУ2 (по отстройке от

С/

2Н

б)

Ц,,, = о,Щ

С.3 2

раб.норм'

(17.19)

Чувствительность РЗ проверяется по току и напряжению при

КЗ на шинах и в конце второго участка согласно следующим

выражениям:

по току

к-

= т • /т •

(17.20)

654

по напряжению:

для реле КУ в схеме блокировки с тремя минимальными

реле напряжения

*,- Ум/Цспни, (17.21)

где 1/

ктах

- наибольшее остаточное напряжение при двух-

фазном КЗ;

для реле КУ1 в схеме с комбинированным пуском

*ч = 14оз/Цс тех', (17.22)

для реле

КУ2

2К

тт '^2с.з> (17.23)

где

2К

тт

- наименьшее напряжение ОП при двухфазном КЗ

в зоне действия защиты.

Выдержки времени:

на деление шин

= 'щшс + А*,

(17.24)

где ^прис

наибольшая выдержка времени на РЗ присоедине-

ний, отходящих от шин генераторного напряжения;

на отключение генератора

М.

(17.25)

Токовая защита от симметричной перегрузки. На электро-

станциях, имеющих постоянный дежурный персонал, РЗ от

перегрузки может действовать на сигнал и выполняться по

схеме, приведенной на рис. 17.17. Поскольку перегрузка может

продолжаться длительно, реле времени КТ2 должно быть тер-

мически стойким. Ток срабатывания реле КА2 выбирается по

выражению (17.16) при

/с

отс

= 1,05.

Выдержка времени выбирается большей, чем на РЗ от КЗ,

чтобы РЗ от перегрузки не давала сигналов при внешних КЗ,

отключаемых РЗ.

На электростанциях без постоянного дежурного персонала

МТЗ от перегрузки должна выполняться с двумя выдержками

времени и действовать с меньшей - на сигнал и снижение

возбуждения, а с большей - на отключение выключателя

и АГП.

655

ТУ

кя1 няг кяз

$-^Ш

и*

гяг

а)

«V

От XV

плг.1

кт

гт{Н

ПЛ3.1

-^ • * Сигнал

за

-Сигнал

Рис. 17.18. Токовая РЗ обратной последовательности с приставкой для действия

при трехфазных КЗ:

—

токовые цепи; б

—

цепи

напряжения;

—

цепи оперативного тока

На генераторах большой мощности в защитах от симметрич-

ных перегрузок используется специальное реле с коэффици-

ентом возврата: к

= 0,99. При этом/

с 3

1,06/

ном

Токовая защита обратной последовательности. Назначение,

требование и принцип действия. Как указывалось в § 17.1,

несимметрия токов в статоре является опасным режимом

для ротора. Вследствие этого на генераторах применяется то-

ковая РЗ от внешних несимметричных КЗ и от несимметрич-

ных режимов, вызванных другими причинами. Схема такой РЗ

для генераторов с косвенным охлаждением приведена на

рис.

17.18. Реле КА2 является РЗ от несимметричных режимов

с такими токами 1

, при которых ручная ликвидация несим-

метрии невозможна, так как требуется быстрое отключение

генератора с ^ < 2 мин. Это реле должно действовать на отклю-

чение и иметь ток срабатывания, определяемый по следую-

щему выражению, если принять в нем <д

0П

= 2 мин (120 с):

^с.з=)/^п

/4Л201

ном

(17.26)

где А - постоянная величина для генератора данного типа

(см.

17.1).

Обычно /

= (0,3

-г-

0,7)/

ном

. Так, например, для турбогенера-

тора с косвенным охлаждением типа ТВ (А = 20) 1

СЗ

** 0,45/

НОМ

;

для гидрогенераторов (А = 40)

СЭ

«г

0,6/

ном

656

Выдержка времени РЗ выбирается так же, как и для МТЗ

с блокировкой по напряжению. При этом проверяется, что вы-

держка времени РЗ не превышает допустимой длительности

двухфазного КЗ на выводах генератора.

Токовое реле КАЗ, уставка срабатывания которого принима-

ется равным (0,08-0,1)/

ном

, предназначено для сигнализации в

случае возникновения несимметрии в первичной сети, сопро-

вождающейся прохождением сравнительно небольшого тока

ОП, который может допускаться по условиям нагрева ротора

в течение нескольких минут. Выдержка времени, с которой

реле КАЗ действует на сигнал, принимается равной 6-8 с.

Для ГЭС без постоянного дежурного персонала чувствитель-

ный токовый орган МТЗ ОП действует на отключение генера-

тора с

< 2 мин.

В схеме РЗ на рис. 17.18 для действия при симметричных КЗ

предусмотрены одно токовое реле КА1, включенное на фазный

ток, и одно реле минимального напряжения КУ, подключен-

ное на междуфазное напряжение. Уставки срабатывания этих

реле выбираются так же, как и уставки реле МТЗ с блокиров-

кой по напряжению.

На генераторах с непосредственным охлаждением обмоток

устанавливается МТЗ ОП с зависимой интегральной характери-

стикой выдержки времени, соответствующей тепловой харак-

теристике генератора (рис. 17.19, в).

Для находящихся в эксплуатации генераторов допускается

применение четырехступенчатой МТЗ ОП, выполняемой с по-

мощью двух устройств РТФ-7, схема которой показана на

рис.

17.19.

Чувствительное реле устройства РТФ-7 (2А2.1 на рис. 17.19)

КА2 используется для сигнализации, а грубое КА1 - для вто-

рой ступени РЗ.

С помощью чувствительного элемента второго устройства

РТФ-7 (2.А2.2 на рис. 17.19) выполняется третья ступень РЗ

КА5, а грубый элемент КА4 используется для вывода из дей-

ствия токовой РЗ НП (при ее наличии), чтобы предотвратить

ее излишнее срабатывание при внешнем КЗ. Для выполнения

первой ступени РЗ используется дополнительное токовое ре-

ле КАЗ (рис. 17.19) типа РТ-40/0,6, подключение которого к

фильтру второго устройства РТФ-7 осуществляется через спе-

циальные выводы.

657

К АЗ КА* КА5

КА1 КА2

'п"№ №

1А2 2

2А2 7

а)

КА1-1

КЛЗ 1

К А 5.1

•0=

лп —

ОН

,ЛТУ

КТЧ.1 __

КА2.1

КГ5

КТ2

{К

ЛЛ7/

Л75.7

-•- У

<ЪКТЗ 2

КТ2

К Л*

Сщиал

•

защите

от замыкании

на землю

о)

'" 1.

2к *2*

Рис.

17.19. Токовая защита обратной

последовательности с двумя ^>еле

типа РТФ-7:

а — цепи переменного тока;

б — цепи постоянного оператив-

ного тока; в

—

характеристика за-

щиты

Каждая ступень МТЗ ОП действует на свое реле времени, а

для третьей ступени предусмотрена установка двух последова-

тельно действующих реле времени КТ4 и КТ5. Первая, наиболее

грубая ступень РЗ с одной и той же выдержкой времени дей-

ствует на отключение АГП, выключателя генератора и на про-

межуточное реле, отключающее шиносоединительные и сек-

ционные выключатели. Вторая же и третья ступени действуют

с двумя разными выдержками времени: с первой через про-

скальзывающие контакты КТ1.1 и КТ5.1 на отключение шино-

соединительных и секционных выключателей, а со второй

(контакты КТ1.2, КТ5.2) - на отключение АГП и выключателя

генератора.

658

Токовое реле ОП КА4 используется для вывода из действия

МТЗ НП при внешних несимметричных КЗ. Ток срабатывания

этого реле должен быть больше 1

СЗ

продольной дифференци-

альной РЗ, установленной на трансформаторе. Уставки сраба-

тывания МТЗ ОП выбираются по следующим соображениям:

первой ступени /

2С

.з1 - обеспечение необходимой чувстви-

тельности (К

> 1,2) при двухфазных КЗ на выводах генератора,

когда выключатель его отключен, выдержка времени ^ в

соответствии с характеристикой, определяющей допустимую

длительность тока ОП, равного

2С

второй ступени /

2С

ц - так, чтобы при несимметричном КЗ

за повышающим трансформатором обеспечивалась необходи-

мая чувствительность и селективность с РЗ соседних элемен-

тов,

выдержка времени 1\\ в соответствии с характеристикой

принимается 8,5 с;

третьей ступени /

2С

ш -

0,25/

МОМ

% =

40 с

Ток срабатывания КА2, действующего на сигнал, принима-

ется (0,05-0,06)/

НОМ

Взамен вышеописанного устройства РТФ-7 ЧАЭЗ выпускает

защиту обратной последовательности РТФ-9, структурная схе-

ма которой представлена на рис. 17.20 [40]. Устройство РТФ-9 со-

держит два измерительных органа, имеющих разные диапазоны

уставок по току обратной последовательности: грубый

(0,4 -

1,6)/

ном

и более чувствительный (0,04 - 0,16)/

ном

. В соче-

тании с дополнительными реле времени обеспечивается двух-

ступенчатая характеристика защиты аналогично РТФ-7.

Устройство подключается в цепь посредством промежуточ-

ных трансформаторов ТА1 и ТА2 (датчиков тока), с помощью

которых исключается влияние составляющих нулевой после-

довательности на работу реле. Вторичные обмотки ТА1, ТА2

осуществляют питание ФТОП 3 основного элемента узла фор-

мирования реле. Активный полосовой фильтр 4, настроенный

на рабочую частоту, входит в состав узла формирования чув-

ствительного органа и служит для подавления высших гармо-

ник, содержащихся в поступающем на него сигнале.

Узлы сравнения обоих органов содержат однопороговый

компаратор 5, 5', времясравнивающую .КС-цепочку 6, 6'и триг-

гер Шмитта 7, 7'. Работа узла сравнения основана на сопостав-

лении времени превышения входным сигналом заданного

опорного напряжения с временем, когда входной сигнал мень-

ше опорного. Для выполнения заданной уставки по току об-

659

Грубьк! измеритвльньш орган

, *-

ЧуВстбителбный измерите/пмый орган

Рис.

17.20. Структурная схема защиты РТФ-9

ратной последовательности предусмотрены переключатели на

лицевой табличке реле. Узлы выхода 8, 8' выполнены по типо-

вой схеме с электромеханическими промежуточными реле

(см.

гл. 2).

На турбогенераторах большой мощности МТЗ ОП выполня-

ется с зависимой интегральной характеристикой выдержки

времени, соответствующей тепловой характеристике генера-

тора согласно (17.1).

Структурная схема фильтра-реле типа РТФ-6М, с помощью

которого осуществляется зависимая РЗ генераторов, приведе-

на на рис.

17.21,

о. В состав комплекта РТФ-6М входят следую-

щие элементы: сигнальный 1; два токовых элемента 2 и 3, име-

нуемых отсечкой I и отсечкой II, они предназначены для рабо-

ты при несимметричных КЗ и имеют разные зоны действия и

независимую выдержку времени; зависимый (интегральный)

элемент 5 с характеристикой по выражению (17.2); пусковой

элемент 4, осуществляющий пуск зависимого элемента при

определенном значении 1

. Все элементы схемы реагируют на

660