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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

17.28. Защита минимального напряжения

синхронного компенсатора:

—

цепи напряжения; б— оперативные цепи

Рис.

17.27. Схема включения в сеть синхронного компенсатора

Защита от внешних КЗ на СК не ставится, так как пос-

ле отключения источников питания СК теряет напряжение,

снижает свои обороты и ток, посылаемый им в место КЗ, за-

тухает.

Защита от перегрузки. Длительная перегрузка СК возмож-

на при продолжительном понижении напряжения, вызываю-

щем действие регулятора напряжения и форсировку возбуж-

дения СК. Для устранения этой перегрузки рекомендуется

устанавливать специальное разгрузочное устройство, снижаю-

щее ток возбуждения и отключающее регулятор.

Кроме разгрузочного устройства можно устанавливать сиг-

нализацию от перегрузки, осуществляемую, как и на генера-

торе,

при помощи одного токового реле.

Вопросы для самопроверки

От каких повреждений и ненормальных режимов преду-

сматриваются защиты на генераторе?

Как выполняется защита генератора от витковых замы-

каний?

Почему при действии защит от внутренних повреждений

в генераторе, помимо отключения выключателя, следует по-

давать импульс на

АГП ?

Как выполняется защита от замыканий на землю гене-

ратора, работающего на сборные шины, при использовании

устройства ТНПШ?

ДГП

671

Чем опасны токи обратной последовательности для мощ-

ных генераторов?

6. Назначение и способы выполнения защит обратной после-

довательности на генераторах.

Какие защиты предусмотрены на генераторе от внешних

КЗ и перегрузок?

8. Принцип действия и особенности защиты от замыканий

на землю генератора, работающего на сборные шины типа

БРЭ 1301-03.

9. Какие защиты устанавливаются в цепи ротора генератора?

Глава восемнадцатая

ЗАЩИТА БЛОКОВ ГЕНЕРАТОР-ТРАНСФОРМАТОР <1

И ГЕНЕРАТОР- ТРАНСФОРМАТОР - ЛИНИЯ

18.1.

ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ БЛОКОВ

Блочные схемы находят широкое применение на мощных

электростанциях: генератор - повышающий трансформатор

(или АТ) и трансформатор собственных нужд (ТСН) (рис. 18.1).

Находят также применение блоки генератор - повышающий

трансформатор (или АТ) - ЛЭП. Наиболее распространены бло-

ки один генератор - один двухобмоточный трансформатор

(рис.

18.1, а-в). Подобные блоки присоединяются либо через

один выключатель к двойной системе шин с обходной при на-

пряжении стороны ВН 110-220 кВ, либо через два выключателя

(рис.

18.1,

б, г) к РУ напряжением 330 кВ и выше, выполненно-

му по схемам: полуторной, многоугольника. Блока генера-

тор - АТ (рис.

18.1,

д) подключаются к РУ 500 кВ и выше через

два выключателя, а к РУ 220 кВ - через один выключатель,

который может заменяться обходным, либо через два выклю-

чателя.

На всех энергоблоках имеются ответвления на стороне гене-

раторного напряжения для питания собственных нужд блока

через реактор или рабочий ТСН, подключенный к блоку, как

правило, без выключателя. При наличии выключателя в цепи

генератора ответвление подключается между этим выключа-

телем и трансформатором блока. Выключатели в цепи генера-

тора необходимы на блоках с двумя генераторами (рис. 18.1, г)

для синхронизации или отключения одного из них; на блоках

672

но-ггонб но-ггок» ио-тл

Рис. 18.1. Схемы электрических соединений блоков генератор

—

трансформатор

и генератор

—

автотрансформатор

АЭС для обеспечения надежного питания собственных нужд

при аварийных остановах блока; на блоках генератор - транс-

форматор - ЛЭП для обеспечения питания собственных нужд от

своего рабочего ТСН при пуске блока; на блоках с двумя ответ-

влениями для питания собственных нужд и потребителей че-

рез реактированную линию (рис. 18.1, в), для сохранения пита-

ния потребителей при отключенном генераторе; на блоках ге-

нератор - АТ (рис. 18.1, д) для сохранения перетока мощности

между РУ ВН и СН.

На блоках с турбогенераторами мощностью 800-1000 МВт

вместо выключателей в цепи генератора также используются

выключатели нагрузки (Ж (рис. 18.1, б) с отключающей спо-

собностью, равной номинальному току генератора.

Наличие генераторного выключателя или выключателя на-

грузки позволяет выполнять пуск энергоблока не от пуско-

резервного трансформатора собственных нужд, а от рабочего.

Благодаря этому уменьшается количество резервных транс-

форматоров собственных нужд, а также повышаются надеж-

ность и маневренность электростанции, так как обеспечивает-

ся возможность одновременного пуска нескольких энерго-

блоков.

Блоки большой мощности (150-800 МВт) объединяют в еди-

ный агрегат не только генератор и АТ, но также котел и тур-

бину. Такие блоки не имеют поперечных связей, позволяющих

заменять один элемент блока (например, трансформатор или

котел) аналогичным элементом другого блока. Поэтому повреж-

дения или нарушения нормальной работы одного элемента

673

блока выводят из работы весь блок. В связи с этим при автома-

тическом отключении электротехнического или теплотехни-

ческого оборудования приходится автоматически останавли-

вать весь блок.

На генераторах, трансформаторах (или АТ) и ЛЭП, соединен-

ных в один блок, устанавливаются те же РЗ, что и в случае их

раздельной работы. Однако объединение в один рабочий агре-

гат нескольких элементов большой мощности вызывает неко-

торые отмеченные ниже особенности в требованиях к РЗ и в

исполнении РЗ. Основные особенности выполнения РЗ на бло-

ках следующие:

1) соединение в один блок нескольких элементов позволяет

объединить однотипные РЗ этих элементов в одну общую РЗ.

Общими обычно выполняются дифференциальные РЗ генера-

тора и трансформатора, а также РЗ от сверхтоков при внешних

КЗ и перегрузках;

2) отсутствие электрической связи между генератором и

сетью, имеющее место в блочных схемах, облегчает решение

вопросов селективности РЗ генератора от замыканий на зем-

лю,

но требует в то же время новых способов выполнения

этой РЗ;

3) вследствие высокой стоимости мощных генераторов и

трансформаторов блока к их РЗ от внутренних повреждений

предъявляются повышенные требования в части чувствитель-

ности, быстродействия и надежности;

4) на блоках без поперечных связей, все элементы которых

объединены в единый агрегат, возникает необходимость

действия электрических РЗ не только на выключатель и гаше-

ние поля, но и на останов блока в целом, т. е. котла и турбины,

так как полный сброс нагрузки является тяжелым режимом

и вызывает опасность для теплотехнического оборудования.

18.2.

ЗАШИТЫ БЛОКА ГЕНЕРАТОР-ТРАНСФОРМАТОР

На блоках устанавливаются, как обычно, основные защиты

от всех повреждений элементов блока и резервные защиты,

осуществляющие резервирование основных защит, а также вы-

полняющие функции защит от сверхтоков, обусловленных

внешними КЗ и перегрузками. Большое внимание при выполне-

нии схем РЗ блоков уделяется вопросам надежности резерви-

рования. С этой целью используется принцип раздельного

674

питания основных и резервных защит. Для этого основные и

резервные защиты должны подключаться к разным обмот-

кам трансформаторов тока и иметь независимые цепи, питаю-

щие оперативную схему, включая устройства предохраните-

лей и автоматов. Основные и резервные защиты должны иметь

самостоятельные выходные промежуточные реле [57].

Защита от внешних КЗ и перегрузок

Защита блока генератор - двухобмоточный трансформатор

от внешних междуфазных КЗ осуществляется общей РЗ, кото-

рая обычно подключается к ТТ, установленным со стороны ну-

левых выводов статора генератора. Виды РЗ от сверхтоков и

несимметричных режимов, применяемые на блоках, зависят

от их мощности и системы охлаждения генераторов.

На блоках малой мощности до 30 МВт включительно гене-

раторы выполняются заводами с косвенной системой охлажде-

ния. Эти генераторы допускают по условиям нагрева значи-

тельные перегрузки, в том числе и в несимметричном режиме.

В связи с этим на генераторах с косвенным охлаждением спе-

циальных РЗ с действием на отключение при симметричных

и несимметричных перегрузках не предусматривается. Токо-

вая РЗ от перегрузки выполняется с действием на сигнал.

В качестве РЗ от внешних КЗ применяется МТЗ с комбиниро-

ванным пуском по напряжению.

На блоках средней и большой

мощности,

имеющих непосред-

ственную систему охлаждения генераторов, устанавливается

три вида РЗ от перегрузок и внешних КЗ: от несимметричных

перегрузок и КЗ, от симметричных перегрузок и КЗ, от КЗ на

землю в сети ВН.

Защита от несимметричных перегрузок и внешних КЗ осуще-

ствляется МТЗ обратной последовательности, которая выпол-

няется с выдержками времени, зависимыми от значения тока

с возможно большим приближением к перегрузочной характе-

ристике генератора. На блоках с генераторами, имеющими

косвенное охлаждение обмоток, РЗ выполняется так же, как

на генераторах, работающих на шины генераторного напряже-

ния, токовыми реле с независимыми выдержками времени,

действующими на сигнал и на отключение. На блоках с турбо-

генераторами мощностью менее 160 МВт, имеющими непосред-

ственное охлаждение обмоток, а также на блоках с гидрогене-

675

раторами мощностью более 30 МВт МТЗ выполняется со сту-

пенчатой или зависимой характеристикой выдержки времени

(см.

рис. 17.19). Эта характеристика должна быть согласована

с характеристикой допустимых перегрузок генератора тока-

ми ОП.

На блоках с турбогенераторами мощностью 160 МВт и более

МТЗ ОП выполняется с помощью нескольких органов: сигналь-

ного,

интегрального с зависимой характеристикой, двух ступе-

ней с независимыми выдержками времени (см. рис. 17.21).

Настройка всех этих элементов должна обеспечить отключение

генератора при внешнем несимметричном КЗ или несиммет-

ричном режиме с временем, не превышающим допустимого

значения по условиям нагревания ротора. Расчет уставок ин-

тегрального органа не производится. Зависимая характеристи-

ка реле РТФ-6М принимается согласно информации завода на

реле и в соответствии с постоянной А защищаемого генератора.

Защита от симметричных перегрузок и внешних КЗ выпол-

няется с пуском от двух реле минимального напряжения: од-

ного,

подключенного к ТН генератора, и второго, подключен-

ного к ТН стороны ВН. Благодаря применению последнего по-

вышается чувствительность РЗ к повреждениям в сети ВН.

Для повышения чувствительности к внешним симметричным

КЗ на блоках большой мощности, работающих в сети с протя-

женными ЛЭП, устанавливается одноступенчатая ДЗ, выпол-

няемая с использованием одного РС в блок-реле типа КРС-2

или устройства БРЭ-2801 на ИМС. Чтобы ДЗ надежно охватыва-

ла выводы генератора, применяется круговая или эллиптиче-

ская характеристика РС, смещенная в III квадрант. Для пред-

отвращения ложного срабатывания ДЗ при нарушениях в це-

пях напряжения в схеме предусмотрена блокировка. Сопротив-

ление срабатывания РС отстраивается от максимальной на-

грузки при минимальном эксплуатационном напряжении:

0,95С/

ном

/( у/3-

1,5/

ном

);

(18.1)

.з = 2

нагр

/?с

отс

/с

со5(ф

(р

(18.2)

Так как ДЗ по условиям селективности имеет выдержку

времени более 1,5 с, она выполняется без блокировки при ка-

чаниях. На блоках с выключателем в цепи генератора устанав-

ливается дополнительная МТЗ на ВН для резервирования

676

основных РЗ трансформатора блока при отключенном выклю-

чателе генератора. МТЗ выполняется с реле тока, подключен-

ными к соединенным в треугольник ТТ, встроенным в выво-

ды ВН трансформатора, и одним реле времени. Данная МТЗ

автоматически вводится в работу при отключении генератора.

На мощных блоках тепловых электростанций и АЭС эта МТЗ

не предусматривается, если имеется дополнительная резерв-

ная дифференциальная РЗ блока.

На блоках генератор - двухобмоточный трансформатор уста-

навливается только одна РЗ от симметричной перегрузки, вы-

полненная аналогично защите на генераторе. На блоках гене-

ратор - трехобмоточный трансформатор или АТ устанавлива-

ются две или три МТЗ от перегрузки на сторонах разного напря-

жения. На таких блоках предусматривается также дополни-

тельная МТЗ, для того чтобы обеспечить селективное отклю-

чение выключателей при внешнем симметричном КЗ на сто-

роне ВН или СН трансформатора (АТ).

Защита от КЗ на землю в сети ВН осуществляется с помощью

МТЗ НП, которая выполняется с помощью токовых реле, под-

ключенных к ТТ в цепи заземления нейтрали трансформатора,

и реле времени (рис. 18.2). На блоках, трансформаторы которых

постоянно работают с глухим заземлением нейтрали, МТЗ

выполняется с двумя токовыми реле, каждое из которых с

I первой выдержкой времени действует на отключение выключа-

телей стороны ВН, а со второй - на полное отключение и оста-

нов блока. Токи срабатывания этих МТЗ согласуются с устав-

ками РЗ ЛЭП, отходящих от шин ВН. Предусматривается уско-

рение действия чувствительной МТЗ НП в случае возникнове-

ния неполнофазного режима из-за отказа одной или двух

фаз выключателя ВН при операциях по его включению-отклю-

чению. Ускорение МТЗ НП позволяет отключить блок с неис-

правным выключателем, до того как подействуют РЗ парал-

лельно работающих блоков и ЛЭП. Ускорение осуществляет-

ся с помощью устройства "непереключения фаз", срабатываю-

щего,

если одна или две фазы выключателя из трех остаются

включенными. Если после срабатывания ускоренной МТЗ НП

одна или две фазы выключателя не отключатся, запустится

УРОВ и отключит выключатели, подключенные к той же си-

стеме шин. Ток срабатывания более чувствительного токового

реле НП, ускоряемого в неполнофазном режиме, должен удов-

677

летворять следующему условию:

4з > 0,4/

ном

/1,2. (18.3)

С целью уменьшения токов КЗ на землю на шинах 110-220 кВ

электростанций нейтрали части трансформаторов разземляют-

ся.

При этом МТЗ НП усложняется, так как на нее возлагается

дополнительная задача предотвратить повреждения трансфор-

маторов, работающих с незаземленной нейтралью, при отклю-

чении внешнего однофазного КЗ. Для этого предусматривает-

ся специальная РЗ НП, обеспечивающая отключение блоков

с незаземленной нейтралью раньше, чем блоков с заземленны-

ми нейтралями. Для фиксации наличия внешнего однофазно-

го КЗ на землю в РЗ блоков, нейтрали которых разземлены,

используется специальное реле напряжения НП, подключен-

ное к ТН стороны ВН, или сигнальный элемент токовой МТЗ ОП.

Для предотвращения ложного срабатывания рассматриваемых

РЗ "плюс" оперативного тока подается на них при срабатыва-

нии чувствительного токового реле МТЗ НП любого из блоков,

трансформаторы которых работают с заземленной нейтралью.

Выдержка времени рассматриваемой РЗ блока, трансформатор

которого работает с изолированной нейтралью, должна быть

меньше, чем выдержка времени МТЗ НП блока, трансформатор

которого работает с заземленной нейтралью.

Полное

отключе-

ние блоха

Рис.

18.2.

Схема зашиты от КЗ на землю в сети ВН

Рис.

18.3. Структурная схема, поясняющая последовательность действия резер-

вных защит блоков генератор

—

двухобмоточный трансформатор

678

Действие резервных защит. Рассмотренные выше резервные

РЗ должны действовать на деление шин на стороне ВН и на

отключение блока.

Действие резервных РЗ на отключение блока двухступенча-

тое.

С выдержкой времени первой ступени, большей, чем при

делении шин, резервные РЗ действуют на отключение блока от

сети, осуществляя дальнее резервирование. С выдержкой

времени второй ступени резервные РЗ действуют на полный

останов блока, отключение выключателей, гашение поля ге-

нератора и возбудителя и на останов технологического обору-

дования блока. При этом на сдвоенных блоках резервные РЗ

каждого блока действуют на останов технологического обору-

дования обоих блоков.

На рис. 18.3 в качестве примера показано действие резервной

защиты блока С1. При возникновении КЗ с первой выдержкой

времени ^ отключается шиносоединительный выключатель 03,

что осуществляет деление шин. Если КЗ продолжается, то за-

щита действует

со

второй выдержкой времени 1

на отключение

выключателя блока (?./. Если же прохождение тока не прекра-

тилось (повреждение в блоке) и основные защиты не сработали,

дается команда с выдержкой времени *

на

полный останов

блока.

На блоках с трехобмоточным повышающим трансформато-

ром (АТ) (рис.

18.1,

д, 18.4) кроме РЗ 1 от внешних КЗ на генера-

Рис.

18.4. Структурная схема, пояс-

няющая последовательность дейст-

вия резервных защит блоков гене-

ратор — трехобмоточный трансфор-

матор _ _ , ,

№

•*•

Отключение

679

торе устанавливаются дополнительно РЗ 2 и 3 на обмотках СН

и ВН трансформатора (АТ) для селективного отключения КЗ

на шинах и ЛЭП, питающихся от этих обмоток. При наличии

питания со всех сторон трансформатора (АТ) для селективно-

го отключения КЗ релейную защиту одной из обмоток следует

выполнять направленной. В целях упрощения на блоках с

трехобмоточными трансформаторами (АТ) можно не устанав-

ливать РЗ 2 на стороне ВН, как показано на рис. 18.4, используя

вместо нее РЗ генератора О, которая в этом случае выполняется

с двумя выдержками времени (^ и *

На сдвоенных блоках с выключателями на каждом генера-

торе РЗ от внешних симметричных и несимметричных КЗ и

перегрузок устанавливается на обоих генераторах. На каждом

трансформаторе блока предусматривается МТЗ НП от КЗ на

землю в сети ВН. Эти РЗ имеют две выдержки времени и дей-

ствуют с меньшей выдержкой на отключение выключателя

блока, а с большей - на отключение своего генератора. Кроме

того,

на сдвоенных блоках рекомендуется ставить дополни-

тельную МТЗ для резервирования дифференциальной РЗ транс-

форматора в режиме, когда генератор этого трансформатора

отключен. В этом режиме резервная РЗ своего генератора не

будет работать, а РЗ спаренного блока нечувствительна к КЗ

на стороне НН трансформатора первого блока. Защита выполня-

ется в виде двухфазной МТЗ. Нормально эта РЗ отключена,

так как она может неправильно работать при перегрузках и

качаниях. Защита вводится в работу автоматически в режиме,

когда один из генераторов блока отключен. Эта операция вы-

полняется с помощью трехфазного токового реле, реагирую-

щего на исчезновение тока в трех фазах генератора.

Защита от повышения напряжения

На блоках с гидрогенераторами РЗ от повышения напряже-

ния выполняется по § 17.6. Защита от повышения напряжения

устанавливается также на блоках с турбогенераторами 160 МВт

и более. Необходимость применения такой РЗ в последнем

случае обусловлена возможностью даже при сравнительно не-

большом повышении напряжения, опасного усиления нагрева

магнитопроводов генератора и трансформатора, работающих

в связи с интенсивным использованием стали уже в нормаль-

ных режимах при значениях магнитной индукции, близких к

680