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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

17.21.

Защита с фильтром-

реле РТФ-6М:

—

структурная схема фильт-

ра-реле РТФ-6М; б

—

характери-

стика зашиты

2А2

Сигнал

с{

Откл с(

• 1 Откл с

П. \,$г "*** '

на Г~и_

VII

а)

От

Откл

<-з,

120"

г/Л

гк

тн,

ток, получаемый от фильтра обратной последовательности г,л^.

Ток 1

преобразуется в напряжение соответствующей величины

трансформатором ТЬ и выпрямляется двумя выпрямителями

У51 и У82. Первый питает зависимый элемент 5, второй -

остальные элементы схемы.

Сигнальный элемент, отсечка I, отсечка II и пусковой эле-

мент выполнены однотипно на принципе сравнения напряже-

ния 1/р = 1

с опорным напряжением С

оп

. Реле срабатывает,

если Ц, > 1/

оп

. В качестве нуль-индикатора используется маг-

нитоэлектрическое реле. Эти элементы не имеют выдержки

времени. Зависимый элемент основан на использовании про-

цесса заряда конденсатора током /

зар

= 1

. Для преобразования

тока 1

в ток /

зар

служит частотно-импульсный модулятор.

В качестве выходного реагирующего элемента служит триггер,

воздействующий на исполнительное реле.

661

Рассмотренное реле выпускается заводом с номинальными

токами 5 и 10 А. В зависимости от диапазона регулирования

уставок по постоянной А реле имеет три исполнения: 5-10,

10-20,

20-45. Для первых двух исполнений обеспечивается

диапазон уставок сигнального органа (0,05 - 0,15)/

., пусково-

го органа (0,08 -

0,24)1

Для третьего диапазона уставки сиг-

нального органа (0,1 - 0,3)/

„, для пускового (0,12 - 0,36)/

Диапазон уставок органа отсечка I вне зависимости от испол-

нения находится в пределах (0,4 -

1,2)/

органа отсечка II -

в пределах (0,71 -

1,9)/^.

Характеристика реле РТФ-6М пред-

ставлена на рис.

17.21,

б.

17.6.

ЗАЩИТА ОТ ПОВЫШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Выше указывалось, что при сбросе нагрузки на гидрогенера-

торах напряжение на их зажимах резко возрастает и достигает

150%

номинального и более. Такое напряжение опасно для

изоляции статора и должно быть ликвидировано за несколько

секунд. Поэтому на гидрогенераторах устанавливается РЗ от

повышения напряжения, действующая на отключение выклю-

чателя и АГП генератора. Защита состоит из реле напряжения

КУ и реле времени КТ. Напряжение срабатывания принимает-

ся (1,5 -

1,7)С/

Н0М

выдержка времени 0,5-1 с. Защита от повыше-

ния напряжения устанавливается также на турбогенераторах,

работающих в блоке с трансформаторами (см. гл. 18).

17.7.

ЗАЩИТА РОТОРА

Защита обмотки ротора от замыкания на корпус в одной точ-

ке.

Для периодического контроля за состоянием изоляции

цепей возбуждения используется вольтметр, один зажим кото-

рого соединен с землей, а второй поочередно подключается

к полюсам ротора. Если изоляция ротора достаточно высока,

замеры вольтметра в обоих случаях будут близки к нулю.

При замыкании на землю в обмотке ротора вольтметр измерит

значение напряжения каждого полюса относительно земли.

При снижении изоляции в какой-либо точке обмотки значение

замеров напряжения будут различными в зависимости от мес-

та ухудшения изоляции и ее сопротивления. Для повышения

точности определения сопротивления изоляции обмотки ро-

662

тора относительно земли при измерениях используют вольт-

метр с высоким сопротивлением обмотки [31].

На гидрогенераторах, турбогенераторах с водяным охлажде-

нием обмотки ротора, а также на всех турбогенераторах мощ-

ностью 300 МВт и выше должна предусматриваться РЗ от за-

мыканий на землю в одной точке цепи возбуждения. На гидро-

генераторах эта РЗ должна действовать на отключение, а на

турбогенераторах - на сигнал.

Схема РЗ, которая может применяться на гидрогенерато-

рах при емкости цепи возбуждения относительно земли не

больше 0,5 мкФ, приведена на рис. 17.22. К цепи возбуждения

через конденсатор С подключается вторичная обмотка проме-

жуточного трансформатора ТЬ, в цепь которого включено токо-

вое реле КА, имеющее специальные обмоточные данные. Вто-

рой конец обмотки токового реле заземляется через специ-

альную щетку, имеющую электрический контакт с валом

ротора.

Питание схемы РЗ осуществляется от шин СН через транс-

форматор ТЬ, вторичное напряжение на зажимах которого

составляет 100 В.

В нормальном режиме ток в реле КА не проходит, и оно дер-

жит разомкнутым свой контакт. В случае замыкания на землю

в цепи возбуждения генератора создается контур для прохож-

дения переменного тока через токовое реле, которое при этом

срабатывает. Через замкнувшийся контакт реле КА плюс пода-

ется на обмотку реле времени КТ, которое, сработав, застав-

ляет подействовать промежуточное реле КЬ. После срабатыва-

ния реле КЬ самоблокируется и предотвращает длительное

прохождение переменного тока через место замыкания на

землю. Для деблокировки РЗ и ввода ее в работу установлен

ключ 5АС. Конденсатор С емкостью 0,3 мкФ, включенный по-

следовательно с реле КА, не допускает прохождение постоян-

ного тока через место замыкания на землю. В случае, если при

замыкании на землю в цепи возбуждения генератора конден-

сатор окажется пробитым, возникает короткое замыкание.

При этом РЗ отключится плавкими предохранителями П и Г2.

На турбогенераторах с электромашинной тиристорной и высо-

кочастотной системами возбуждения применяется серийно

выпускаемая промышленностью РЗ типа

КЗР-3,

выполняемая

с наложением на цепь возбуждения переменного тока часто-

той

Гц.

663

5 АС

\\~

тгт-

Сигнал

Рис.

17.22. Схема РЗ гидрогенератора от замыкания на землю в одной точке цепи

возбуждения:

—

цепи переменного напряжения; б

—

цепи оперативного тока

Рис.

17.23.

Замыкание на землю обмотки ротора в двух точках (а) и принцип

действия РЗ обмотки ротора от замыкания на землю в двух точках (б)

Защита обмотки ротора от замыканий на корпус во второй

точке. Защита от замыканий на землю в двух точках цепи воз-

буждения устанавливается только на турбогенераторах. Обыч-

но на электростанции имеется один комплект РЗ, приспособ-

ленный к удобному и быстрому подсоединению его к любому

генератору. Принцип действия РЗ от второго замыкания на

землю показан на рис.

17.23,

б. Параллельно обмотке ротора

включается потенциометр К

. На потенциометре находится

точка КГ, потенциал которой равен потенциалу места первого

замыкания в обмотке ротора (точка К1). Между точкой К1

и землей включается обмотка токового реле КА.

Схема представляет собой четырехплечий мостик с реле в

его диагонали. При равенстве потенциалов точки поврежде-

ния К1 и точки потенциометра К Г сопротивления плеч моста

удовлетворяют условию К

/К

= К

1П

/К

2П

, при этом ток в реле КА

равен нулю и РЗ не действует. В случае появления второго

замыкания на землю, например в точке К2, подобранное со-

отношение сопротивлений плеч моста нарушается, вследствие

чего потенциалы точек К1 и К1' становятся неравными и в

диагонали моста (в реле) появляется ток, который зависит

от степени небаланса плеч. Если ток в реле 1

> 1

ср

, то РЗ при-

ходит в действие.

664

Рис.

17.24. Схема РЗ генератора от замыканий на землю в двух точках цепи воз-

буждения:

—

цепи возбуждения; б

—

цепи оперативного тока

Чем дальше от точки К1 возникает второе повреждение К2,

тем больше будет ток в реле. Защита имеет мертвую зону, рас-

положенную вблизи точки К1 (между точками а и б). Если вто-

рое замыкание (К2) окажется в пределах этой зоны, то ток /

будет меньше /

с-р

и РЗ не сможет подействовать. Точка КГ

на потенциометре РЗ находится опытным путем по милли-

вольтметру постоянного тока, который измеряет напряжение

на обмотке реле КА. Движок потенциометра передвигается

до тех пор, пока показание вольтметра не станет равным нулю,

что указывает на балансировку плеч и отсутствие тока.

Принципиальная схема РЗ показана на рис. 17.24. При замы-

кании на землю в одной точке, даже при наличии баланса

плеч, через реле непрерывно протекает переменный ток, обус-

ловленный неравномерностью воздушного зазора между ста-

тором и ротором. Вследствие этой неравномерности магнит-

ный поток, пронизывающий обмотку ротора, пульсирует при

вращении ротора. Эта пульсация потока вызывает в обмотке

ротора ЭДС, обусловливающую появление переменного тока

в цепи реле. Для предупреждения неправильной работы РЗ

последовательно с обмоткой реле включается дроссель Ь.

Сопротивление дросселя подбирается таким образом, чтобы

значение переменного тока /'было меньше /

ср

. Для повыше-

ния надежности отстройки РЗ от переменного тока /' парал-

лельно обмоткам реле КЫ и КЬ2 включается конденсатор С,

через который замыкается большая часть тока /'. При появле-

665

нии второго замыкания на землю весь ток повреждения, яв-

ляющийся постоянным, протекает по реле, поскольку конден-

сатор не пропускает постоянный ток.

Обмотки реле КЫ и КЬ2 присоединяются не непосредст-

венно на землю, а на вал ротора, поскольку замыкание обмот-

ки происходит также не непосредственно на землю, а на корпус

ротора. Для подсоединения к валу устанавливается специаль-

ная щетка. Защита имеет реле времени КГ, на котором уста-

навливается выдержка времени 0,5-1 с. Замедление РЗ преду-

преждает ложную работу ее при внешних КЗ в сети, а также

нежелательное действие при неустойчивых замыканиях в

роторе. Если КЬЗ действует на отключение или подает сигнал

о действии РЗ, оно контактами КЬ3.2 шунтирует обмотки реле

КЫ и КЬ2, которые не рассчитаны на длительный ток. Для

присоединения цепей РЗ к поврежденному генератору устанав-

ливается рубильник 5. Вольтметр РУ и переключатель 5АС

служат для настройки РЗ, а кнопка 5В - для деблокировки схе-

мы после срабатывания РЗ.

Чувствительность РЗ зависит не только от тока срабатыва-

ния реле КЫ и КЬ2, но и от сопротивлений реле и потенцио-

метра КК1, влияющих на значение тока повреждения. Чем

меньше их сопротивление, тем больше ток в реле и выше чув-

ствительность РЗ. Для уменьшения мертвой зоны желательно

иметь возможно большую чувствительность РЗ. Опыт эксплуа-

тации показывает, что при сопротивлении потенциометра

= 50

-4-

100 Ом и уставке на реле 50-100 мА РЗ обладает до-

статочной чувствительностью.

Промышленность выпускает комплектное устройство КЗР-2.

Для повышения чувствительности в КЗР-2 в качестве реаги-

рующего органа используются два поляризованных реле КЫ

и КЬ2. Одно из них действует при токе повреждения, когда

потенциал точки К1 больше К2, а второе - при токе обратного

направления, когда потенциал точки К2 больше К1 (рис. 17.23).

Оценка защиты. Недостатками РЗ являются: возможность

неправильного действия ее при КЗ в цепи статора, наличие

мертвой зоны и непригодность схемы в случае, если первое

замыкание на землю произошло на конце обмотки ротора.

Защита ротора от перегрузки. Для предотвращения повреж-

дения ротора при перегрузке предусматривается специальная

РЗ,

а также выполняется ограничение длительности форсиров-

ки возбуждения. Наиболее полноценную РЗ ротора от пере-

666

Рис.

17.25. Трансформатор постоянного тока для подключения РЗ ротора от пере-

грузки

(1)

и вспомогательное устройство для измерения тока ротора (2)

грузки можно осуществить с помощью реле, имеющего харак-

теристику, соответствующую перегрузочной характеристике

ротора. Такая РЗ типа РЗР-1М имеет две ступени: с первой она

действует на развозбуждение генератора, а со второй - на от-

ключение генератора от сети и на гашение поля. Каждая сту-

пень имеет свою зависимую выдержку времени, при этом вы-

держка времени первой ступени при одних и тех же значениях

тока ротора примерно на 20% меньше выдержки времени вто-

рой ступени.

Ток ротора подается в РЗ от датчика тока, в качестве кото-

рого при тиристорном и высокочастотном возбуждении исполь-

зуется трансформатор постоянного тока (ТПТ), а при бесщеточ-

ном возбуждении - индукционный короткозамкнутый датчик

тока (ИКДТ). Трансформатор постоянного тока представляет

собой магнитный усилитель, в котором управляющая обмот-

ка, включенная на ток ротора, выполнена в виде стержня, про-

ходящего внутри двух замкнутых магнитопроводов (рис. 17.25).

Рабочая обмотка ТПТ расположена на обоих магнитопроводах

(четыре секции, соединенные параллельно на каждом магни-

топроводе). Обмотки, расположенные на различных магнито-

проводах, соединяются последовательно (при номинальном

токе ТПТ

1,5-2,5

к А) или параллельно (при номинальном

токе 3 кА и более). В цепь рабочей обмотки, питающуюся от

источника переменного тока, включена вторичная нагруз-

ка ТПТ. Сопротивление рабочей обмотки зависит от магнитно-

го потока в сердечниках ТПТ. При малых значениях тока

667

ротора мал и магнитный поток. Этому режиму соответствует

большое сопротивление рабочей обмотки, приближающееся

к бесконечности, когда ток ротора снижается до нуля. При этом

близок к нулю и ток рабочей обмотки. При больших значениях

тока ротора (и больших значениях тока в управляющей обмот-

ке) сердечники насыщаются, сопротивление рабочей обмотки

снижается и ток в ее цепи возрастает, приближаясь к наиболь-

шему значению.

Линейная зависимость тока в цепи нагрузки ТПТ от тока в

управляющей обмотке во всем рабочем диапазоне (пропорцио-

нальность тока в рабочей обмотке току ротора) достигается

выбором параметров ТПТ, обеспечивающим его работу на пря-

молинейном участке характеристики намагничивания. Для

предотвращения трансформации переменного тока из рабочей

обмотки в управляющую секции рабочей обмотки, размещен-

ные на разных сердечниках, соединены так, чтобы в управляю-

щей обмотке наводились встречные, взаимно компенсирую-

щиеся ЭДС.

В защите РЗР-1М рабочие обмотки ТПТ при наладке соединя-

ются последовательно, как показано на рис. 17.25. При этом

номинальный первичный ток увеличивается в 2 раза, а вто-

ричный остается прежним (5 А для всех исполнений от 1,5

до 4 к А и 6 А для ТПТ на 6 кА). Напряжение питания рабочих

обмоток при этом должно быть увеличено примерно в 2 раза.

С учетом сказанного выше РЗ выполняется на номинальный

ток 2,5 А. Питание в цепь рабочей обмотки ТПТ подается из

системы возбуждения через вспомогательное устройство ВУИ,

содержащее автотрансформатор ТЫ и два трансформатора

тока ТА1 и ТА2 (с выпрямительными мостами на вторичных

обмотках), используемые для измерений.

Индукционный датчик тока представляет собой неподвиж-

ную короткозамкнутую "беличью клетку", охватывающую вал

генератора, внутри которого проходят провода от возбудителя

к обмотке ротора. Проходящий в этих проводах ток возбужде-

ния создает при работе генератора вращающееся магнитное

поле, индуцирующее токи в стержнях беличьей клетки. Эти

токи замыкаются через ТТ, во вторичную цепь которого вклю-

чается релейная защита РЗР-1М. С помощью ИКДТ на РЗ по-

дается синусоидальный переменный ток, пропорциональный

току ротора. При номинальной нагрузке этот ток составляет

примерно 2,5 А.

668

Рис.

17.26. Структурная схема реле

РЗР-Ш:

/ - на сигнал; II

—

на развозбужде-

ние;

III — на отключение генератора

г го в

От _

ГПТиВЧИ-

вп

впч

СО +1

по

ио

Защита РЗР-Ш состоит (рис. 17.26) из входного преобразова-

тельного устройства ВПУ, которое служит для настройки РЗ на

заданный вторичный номинальный ток и преобразования пере-

менного тока, поступающего от датчика тока, в выпрямленные

и сглаженные напряжения, подаваемые на основные органы

реле,

сигнального СО, пускового ПО, интегрального ИО орга-

нов и блока питания БП.

Принципы выполнения основных органов защиты РЗР-Ш

аналогичны рассмотренным выше для обратной последова-

тельности РТФ-6М. Отличие РЗР-Ш состоит в том, что в ней

используются лишь два органа без выдержки - СО и ПО (а не

четыре, как в РТФ-6М). Интегральный орган в обеих ступенях

РЗР-Ш учитывает накопление теплоты в обмотке ротора при

перегрузке и охлаждение ротора после ее устранения. Зависи-

мая от тока характеристика выдержек времени срабатывания

интегрального органа соответствует выражению

ср

= А/[к(1

рот

-В)]

(11.21)

где А - постоянная, учитывающая накопление теплоты в ро-

торе;

к, В - коэффициенты, зависящие от вида характеристик

и диапазона уставок.

Защита РЗР-Ш выпускается в двух исполнениях, отличаю-

щихся характеристиками выдержки времени: исполнение I

предназначено для использования при допустимой длительно-

сти прохождения двукратного номинального тока в обмотке

ротора <д

0П

= 20 с; исполнение II - при г

доп

= 30 с.

17.8.

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ

Включение синхронных компенсаторов в сеть. Конструктив-

ное исполнение синхронного компенсатора (СК) сходно с гене-

раторами. Важной особенностью СК, которую надлежит учиты-

вать при выполнении РЗ, является их пуск. Наиболее простым

способом пуска СК является асинхронный пуск. Он осущест-

вляется включением СК на напряжение сети без возбужде-

ния. При этом СК ведет себя как короткозамкнутый асин-

хронный двигатель. После того как скорость вращения ротора

приблизится к синхронной, включается возбуждение, и СК втя-

гивается в синхронизм. Для уменьшения броска пускового

тока при включении на напряжение мощные СК пускаются

через специальный реактор (рис. 17.27), который шунтируется

выключателем 02 после затухания пускового тока. Так же как

генератор, СК снабжаются АГП.

Защита СК от внутренних повреждений. Основными РЗ от

внутренних повреждений СК являются дифференциальная РЗ

и РЗ от замыканий на землю, выполняемые по приведенным

выше схемам. На СК, имеющих пусковой реактор, последний

желательно включать в зону дифференциальной РЗ. Все РЗ

от внутренних повреждений СК должны отключать его от се-

ти и снимать возбуждение отключением АГП.

Защита СК от ненормальных режимов. Защита минималь-

ного напряжения. При исчезновении напряжения СК лишает-

ся питания и останавливается. Для предотвращения подачи

напряжения на неподвижный СК, при наличии на нем возбуж-

дения, предусматривается РЗ минимального напряжения

(рис.

17.28). Эта РЗ должна отключить остановившийся СК

от сети. РЗ минимального напряжения состоит из реле мини-

мального напряжения

КУ1

и КУ2 и реле времени КТ. Для умень-

шения вероятности неправильного отключения СК при не-

исправности в цепях напряжения целесообразно устанавли-

вать два реле минимального напряжения, включаемых или

на разные ТН, или на разные междуфазные напряжения одно-

го и того же ТН, как показано на рис. 17.28. Контакты обоих

реле соединяются последовательно. Если оба реле КУ питают-

ся от ТН СК, то цепь оперативного тока РЗ должна заводиться

через блокировочные контакты 5(? главного выключателя,

автоматически выводящие РЗ из действия при отключенном

СК. Напряжение срабатывания реле минимального напряже-

ния 0,4С/

Н0М

, выдержка времени 8-10 с.

670