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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 18.5. Защита от повышения напряжения блоков турбогенератор

—

трансфор-

матор:

—

цепи напряжения; б

—

структурные схемы размещения токовых реле и

цепи оперативного тока

началу насыщения. Опасное повышение напряжения воз-

можно в режиме холостого хода блока или при внезапном от-

ключении блока от сети. В первом случае повышение напря-

жения возможно из-за увеличения возбуждения вследствие

ошибочных действий персонала или работы регулятора воз-

буждения, во-втором - из-за увеличения частоты вращения

машины, исчезновения тока нагрузки и отказа в работе регу-

лятора возбуждения.

Уставка срабатывания РЗ, выполняемой с одним реле, вклю-

ченным на междуфазное напряжение ТН генератора, принима-

ется равной

1,2[/

ном

Защита не имеет выдержки времени и

может действовать только при работе генератора на холостом

ходу (на гашение поля генератора). При работе блока на на-

грузку РЗ автоматически выводится из действия с помощью

трехфазных токовых реле, размыкающих свои контакты при

появлении тока. Эти реле устанавливаются для использования

в схемах УРОВ в целях контроля наличия тока в выключате-

лях. При переходе генератора в режим холостого хода РЗ ав-

томатически вводится в действие с выдержкой времени поряд-

ка 3 с, перекрывающей длительность кратковременного повы-

КГ.1

От ТУ генератора

а)

СИ"

681

шения напряжения на генераторе после его отключения от

сети.

В схеме РЗ, применяемой на блоках с выключателем в це-

пи генератора (рис. 18.5), реле КЛ2 и КАЗ вводят защиту в дей-

ствие при отключенном выключателе в цепи генератора.

При включенном положении этого выключателя и отключении

выключателя (или двух выключателей) на стороне ВН реле

КА2 и КАЗ при повышении напряжения могут разомкнуть

свои контакты из-за значительного возрастания тока намагни-

чивания трансформатора блока. Для ввода РЗ в действие в

этом случае предусмотрено использование реле КА1. При от-

сутствии выключателя в цепи генератора в схеме РЗ должно

предусматриваться лишь токовое реле, установленное на сто-

роне ВН.

Дифференциальная защита на блоках

генератор - трансформатор

Дифференциальная защита блока. Для защиты от КЗ в гене-

раторе и трансформаторе блока устанавливается общий комп-

лект дифференциальной РЗ, охватывающий генератор и транс-

форматор, как это показано на рис. 18.6. На блоках с ответвле-

нием к ТСН без выключателя (рис.

18.6,

а)

дифференциальная

РЗ блока выполняется по упрощенной схеме без ТТ на ответ-

влении. В этом случае при КЗ в ТСН или в питающейся от него

сети в реле РЗ появляется ток 1

к-отв

, равный сумме токов, по-

ступающих от генератора и энергосистемы. Чтобы избежать не-

селективной работы РЗ, ее ток срабатывания выбирается боль-

шим, чем максимальное значение тока 1

к-отв

1к2тах

за ТСН (в точке К2):

4.з = *отс

К2

тох

(

)

При КЗ в трансформаторе СН дифференциальная РЗ блока

приходит в действие, если /

к-отв

> /

. Таким образом, транс-

форматор СН частично входит в зону дифференциальной РЗ

блока. Условие (18.4) является дополнительным, кроме того,

дифференциальная РЗ блока, как и любая дифференциальная

РЗ трансформатора, должна отстраиваться от /

тах

и от броска

намагничивающего тока согласно § 16.8. Дифференциальная

РЗ блоков выполняется с помощью реле типа РНТ-565 или

682

Рис.

18.6. Структурные схемы выполнения дифференциальных защит блоков

генератор

—

трансформатор

РНТ-566 (с БНТ, но без торможения). Для повышения чувстви-

тельности РЗ на крупных блоках следует применять диффе-

ренциальные реле с торможением типа ДЗТ-11 или

ДЗТ-21.

При этом, если не будет выполнено условие (18.4), ТСН должен

быть исключен из зоны действия дифференциальной РЗ бло-

ка, как показано штриховыми линиями на рис. 18.6, а, на кото-

ром к токовым цепям ДЗТ подключена цепь от ТТ, установлен-

ного на ТСН. Независимо от схемы соединения токовых цепей

дифференциальной РЗ блока и ее чувствительности на ТСН

устанавливаются действующая на отключение блока (при от-

сутствии выключателя на ответвлении) собственная диффе-

ренциальная РЗ, а также газовая защита и МТЗ.

Дифференциальная защита генератора. На генераторе бло-

ка, имеющем непосредственное охлаждение обмоток, преду-

сматривается отдельная продольная дифференциальная РЗ:

для генераторов типов ТВФ-60 и ТВФ-100 с реле типа РНТ, а

для генераторов мощностью 160 МВт и более - с реле типа

ДЗТ-11/5,

имеющим торможение (рис. 18.6, б, в). При наличии

дифференциальной РЗ генератора дифференциальная РЗ

683

блока является резервной быстродействующей защитой для

генератора. Такое усложнение и дублирование РЗ генераторов

считают оправданными, учитывая большую мощность генера-

тора и обусловленную этим его высокую стоимость. Если гене-

ратор подключен через выключатель, на отключение которого

действует дифференциальная РЗ генератора, дифференциаль-

ную РЗ блока выполняют с выдержкой времени 0,3 с. Как видно

из рис. 18.6, 6, при установке дифференциальных РЗ генератора

и блока на нулевых выводах генератора необходимо устанав-

ливать два ТТ, поскольку для раздельного питания двух диф-

ференциальных и одной резервной РЗ от внешних КЗ требует-

ся три самостоятельных сердечника ТТ. На генераторах 300 МВт

и более установка двух ТТ со стороны нулевых выводов обмо-

ток статора генератора затруднена по конструктивным причи-

нам. В таких случаях в нуле генератора устанавливается один

ТТ (рис. 18.6, в), от обмоток которого питаются дифференциаль-

ные РЗ блока и генератора 1 и 2,

а.

резервная РЗ 4 от внешних

КЗ подключается при этом к ТТ, установленным на фазных

выводах.

Дифференциальная защита повышающего трансформатора.

При наличии на генераторе выключателя или выключателя на-

грузки (рис. 18.6, в) на повышающем трансформаторе устанав-

ливается самостоятельная дифференциальная РЗ 3. Со сто-

роны ВН дифференциальную РЗ трансформатора (блока) мож-

но включить на ТТ, встроенные в выводы трансформатора

блока. При этом для защиты ошиновки между выключателями

на стороне ВН и трансформатором блока должна быть установ-

лена отдельная дифференциальная РЗ. Продольная диффе-

ренциальная РЗ трансформатора обычно выполняется с по-

мощью высокочувствительного реле типа

ДЗТ-21,

ток срабаты-

вания которого принимается равным (0,3 - 0,4)7

НОМ

(см. § 16.8).

Защита от повреждения вводов 500-1150 кВ

трансформаторов

Повреждение вводов 500 кВ трансформатора (АТ) часто со-

провождается взрывом, в результате которого возникает по-

жар трансформатора (АТ), причиняющий большие разрушения.

Для трансформаторов (АТ) применяется РЗ, реагирующая на

повреждение изоляции вводов, позволяющая обнаружить его

в начальной стадии и предотвратить тяжелую аварию.

684

Рис.

18.7. Защита от повреждения

вводов 500 и 1150 кВ трансформа-

торов:

—

схема ввода; 6

—

схема за-

щиты

Сигнал Отключение

Защита основана на использовании конструктивных особен-

ностей бумажно-масляных вводов, которые состоят из концент-

рических слоев пропитанной маслом бумажной изоляции 1,

охватывающей токоведущий стержень (рис. 18.7, а). Для равно-

мерного распределения напряженности электрического поля

внутри ввода через определенное количество слоев изоли-

рующей бумаги закладываются листы алюминиевой фоль-

ги 3. При такой конструкции каждые два соседних листа фоль-

ги с изоляцией между ними образуют конденсатор, а ввод в

Целом представляет последовательно включенные емкости

между токоведущим стержнем 2 и фланцем 4. Под действием

приложенного фазного напряжения протекает емкостный

685

ток, значение которого определяется суммарной емкостью

ввода.

При повреждении изоляции ввода часть емкостей шунтиру-

ется, и значение емкостного тока возрастает. Схема токовых

цепей РЗ ввода показана на рис. 18.7, б. Измерительные орга-

ны РЗ (токовые реле КА1 и КАТ) включены на сумму емкост-

ных токов трех фаз через промежуточный согласующий транс-

форматор ТЬ и промежуточные трансформаторы тока ТА2

и ТАЗ. В нормальном режиме через токовые реле проходит ток

небаланса, обусловленный неравенством фазных напряжений

и наличием в токе составляющих третьей гармоники. Для

уменьшения тока небаланса в первичной обмотке предусмот-

рены ответвления, с помощью которых можно уравнять МДС,

создаваемые током 1с каждой фазы, и уменьшить ток небалан-

са. В шкафу согласующего трансформатора ТЬ расположены

также разрядники ГУ1,

РУ2,

РУЗ и шунтирующие, заземляющие

рубильники 0Я1, 0Д2, (ЖЗ.

Первое, более чувствительное реле КА1 срабатывает при по-

нижении уровня изоляции и дает сигнал оперативному пер-

соналу, который обязан после получения сигнала каждые

15 мин записывать показания миллиамперметра. В случае про-

грессирующего повреждения оперативный персонал обязан

отключить трансформатор (АТ) с дефектным вводом, не дожи-

даясь действия отключающего элемента КА2. Это реле действу-

ет на отключение через реле времени КТ2, на котором устанав-

ливается г = 1,2

1,3 с.

Защита генераторов блоков от замыканий на землю

Токи и напряжения нулевой последовательности, появляю-

щиеся на генераторной стороне блоков при замыканиях на зем-

лю.

Для рассмотрения возможных принципов выполнения РЗ

необходимо представлять значения токов и напряжений НП,

появляющихся в цепях генераторного напряжения блоков во

время замыканий на землю за трансформатором блока - в сети

ВН и в самом генераторе - на стороне НН. При этом необходимо

учитывать две особенности блочных схем: в нашей стране

блочные генераторы работают на сеть с изолированной или с

заземленной через дугогасящий реактор нейтралью; генера-

торы блоков связаны с сетью ВН через повышающий трансфор-

матор. При такой схеме генератор не имеет электрической сея-

686

± ±

ьпт „Ста

"Ол2

С'го

Ч1

1*1.

+ +

Сто

Сг

Ь'Г(*)^г

«X

Я7%

и™

Щ% а

'31

ОК1

г)

Рис.

18.8. Прохождение тока в элементах блока генератор

—

трансформатор при

замыканиях на землю в генераторе и в сети:

—

полная схема замещения блока; б

—

схема замещения нулевой последо-

вательности для одной фазы блока при замыкании на землю на стороне ВН

(в точке К2); в

—

схема замещения нулевой последовательности для одной фазы

при замыкании на землю на стороне генераторного напряжения (в точке К1);

—

зависимость С/

и /

числа замкнувшихся на землю витков обмотки статора

зи с

сетью

ВН, он связан с ней посредством электромагнитной

индукции между обмотками трансформатора и электростати-

ческой индукции через емкость С

Т1

между этими же обмотками

(рис.

18.8, а). Емкость С

Т1

очень мала, она зависит от мощности

и напряжения трансформаторов и составляет примерно 0,008-

0,004 мкФ. Поэтому сопротивление межобмоточной связи

св

= Х

= 1/и С

т1

получается значительным, а протекающий

через него ток очень малым.

При замыкании на землю в сети ВН (например, в точке К2

на рис. 18.8, а) в месте повреждения, как известно (см. § 9.1),

возникает напряжение НП

к2-

При металлическом замыка-

нии на землю в сети с глухозаземленной нейтралью 11

оК2

= [/ф/3, где

(7ф

- фазное напряжение сети ВН.

Под действием

к2

цепи каждой фазы генератора возни-

кает ток /

ог

, замыкающийся через землю по контуру, образо-

ванному емкостью С

Т1

между обмотками трансформатора и

суммарной емкостью на землю С^ элементов сети генератор-

ного напряжения; С

то

(обмоток трансформатора); емкостью С

(токоведущей цепи между трансформатором и генератором);

емкостью

(обмоток генератора) одной фазы.

687

Эквивалентная схема этого контура показана на рис. 18.8, б.

Из схемы видно, что /

ог

= и

кгЛ^т + -^оЕ)>

напряжение НП

на стороне генератора блока 1/

ог

= /

ог

-^с1> здесь Х

1/иС

Т1

а Х

^ =

1/(С

Т0

+ С

)и; Х

» Х

%, вследствие этого напряже-

ние 1/

ог

очень мало и составляет (1-3)%Сф. Поскольку абсо-

лютное значение (Х

+ Х

%) велико, /

ог

измеряется долями

ампера. Таким образом, в блочных схемах 17

0г

и 1

0г

при замыка-

ниях на землю в сети ВН во много раз меньше, чем при замы-

кании в генераторе. При замыкании на землю в генераторе

блока (например, К1 на рис.

18.8,

а) в месте замыкания появля-

ется напряжение НП

1Г

оК1

= аС/ф

, где а - число замкнувших-

ся на землю витков обмотки генератора, отн. ед. Если замыка-

ние возникло в сети генераторного напряжения или на выводах

обмотки генератора, то а =

и V

К1

= V.

Из вышеизложенного следует, что в блочных схемах для

выявления замыкания на землю в обмотке статора генератора

можно использовать появление напряжения нулевой последо-

вательности 11

0г

(или тока I ), поскольку их значения при

повреждении в сети ВН вне генератора очень малы по сравне-

нию со значениями при Х<

в генераторе.

Поскольку С

оХ

; пропорционально а, то и I = а. При измене-

нии а от 0 до 1 напряжение 1/

ог

меняется от 0 до

огтах

= С/

ф г

и ток в месте замыкания /

= 31

меняется от 0 до максималь-

ного значения, определяемого величиной I/.

; /

= 3/ =

= ЗС/

фл

.(1/Х

то

+ 1/Х

1/Х

Характер зависимости 1/

ог

и /

от а показан на рис. 18.8, г. Из

него следует, что значения емкостей элементов сети генера-

торного напряжения невелики, поэтому ток в месте замыкания

на землю

= 37

относительно мал. Максимальное значение /

= 3/„ достигает 5-15 А, а ЗС/

0Г

достигает значения напряжения

фазы.

Защита и ее принцип действия. В России широко применя-

ется РЗ, реагирующая на появление 1!

на зажимах генератора.

Схемы РЗ приведены на рис.18.9. Защита состоит из реле напря-

жения КУ, реагирующего на 3(7

и с выдержкой времени дей-

ствующего на сигнал или на отключение энергоблока. Реле

напряжения КУ включается на фильтр напряжения НП, в ка-

честве которого служит ТН с соединением первичной обмотки

в звезду, а вторичной - в разомкнутый треугольник. В нор-

мальных условиях напряжение 31/

= 0. Однако из-за погреш-

ности ТН и наличия третьих гармоник в напряжении на зажи-

688

Рис.

18.9. Защита от замыканий на землю генератора при работе его по блочной

схеме:

— с

трансформатором напряжения на выводах генератора; б

—

с трансформа-

тором напряжения в нейтрали генератора; в

—

с двумя комплектами защиты и

включением пусковых реле через фильтр третьей гармоники

мах разомкнутого треугольника появляется напряжение не-

баланса: Сцб = 1/

б тн + ^оз- При внешних КЗ на землю в сети ВН

за трансформатором блока 1/

но

- может увеличиться. Напряже-

ние срабатывания реле КУ должно удовлетворять условию

^с.з > 1/нб- (18.5)

При замыкании на корпус обмотки генератора появляется

напряжение 17

0г

= аСф.

. Защита приходит в действие при ус-

ловии

31/

ог

с-3

Таким образом, рассмотренная РЗ имеет зону

нечувствительности (мертвую зону) - она не действует, если

^с.з

31/

= Их^сг- Здесь а

- число витков, при которых напря-

жение з0

ог

недостаточно для действия РЗ, в процентах от пол-

ного числа витков обмотки фазы а

/Уф-

Для повышения чувствительности РЗ на мощных генерато-

рах 300 МВт и более реле напряжения целесообразно включать

через фильтр, не пропускающий напряжение третьих гармо-

ник. Подобная схема осуществляется с помощью реле напряже-

ния КУ2, включаемого через фильтр, как показано на рис.

18.9,

е.

При напряжении

311

и частоте 50 Гц реле действует при 4-8 В,

а при частоте 150 Гц (третья гармоника) загрубляется примерно

8 раз. Наличие фильтра позволяет снизить уставку реле на-

пряжения. Для большей надежности из-за опасения появле-

689

ния феррорезонансного повышения напряжения в схеме пре-

дусмотрено реле времени, позволяющее отстроиться от внеш-

них КЗ на землю с выдержкой времени, которая принимается

на ступень А^ больше времени действия *

РЗ ЛЭП от КЗ на

землю:

*, =

*„

+А** 1-1.5 с. (18.6)

На мощных генераторах 200 МВт и более РЗ выполняется с

действием на отключение. Двухступенчатая РЗ для мощных

блоков с действием на сигнал и на отключение показана на

рис.

18.9, в. Реле КУ1, включенное непосредственно на обмот-

ку ТН, действует на сигнал, а КУ2 (РНН-57), включенное через

фильтр,-на отключение. Вольтметр служит для контроля за

исправностью цепей ТН, контроля за изоляцией обмоток ста-

тора и определения числа замкнувшихся витков при действии

РЗ на сигнал. Защита будет действовать при замыканиях на

землю не только в обмотках генератора, но и на всех элементах

генераторного напряжения (обмотках генераторного напряже-

ния трансформаторов блока и соединительных связях между

ними и генератором).

Выбор уставок. На основании опыта эксплуатации Ц..

схемах без фильтра третьей гармоники принимается 10-15 В,

а в схемах с фильтром 4-6 В. Время действия выбирается по

(18.6).

РЗ характеризуется процентом витков обмотки статора а,

не попавших в зону РЗ, или, иначе говоря, зоной нечувстви-

тельности РЗ, называемой мертвой зоной. Защита не работа-

ет, если напряжение

317

Чем ближе к нейтрали возник-

ло повреждение, тем меньше напряжение

311

(см. рис. 18.8, г),

поэтому мертвая зона РЗ располагается вблизи нейтрали гене-

ратора:

«м.з = ^с.з

•

100%/С/ф. (18.7)

Зона нечувствительности может находиться графическим

способом, как показано на рис.

18.8,

г. Для уменьшения мерт-

вой зоны необходимо уменьшать Ц.

, минимальное значение

которого ограничивается (7

нб

Защита, не имеющая зоны нечувствительности (мертвой

зоны).

На мощных генераторах с непосредственным охлажде-

нием имеется повышенная возможность повреждения изоля-

690