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

Подождите немного. Документ загружается.

ции и появления замыкания на землю в любой точке обмотки

статора, в том числе и вблизи нейтрали генератора. Если РЗ

не реагирует на эти повреждения, то с течением времени они

переходят в витковые замыкания, а затем в междуфазные

КЗ,

которые обычно сопровождаются значительными разруше-

ниями. По этой причине для мощных и дорогостоящих гене-

раторов 200 МВт и более признано необходимым применять

РЗ от замыкания на землю, не имеющую мертвой зоны. Разра-

ботанная во ВНИИЭ и применяемая в эксплуатации РЗ типа

БРЭ-1 без зоны нечувствительности. Защита состоит из двух

комплектов К1 и К2, первый из которых реагирует на основную

гармонику напряжения НП и защищает 75-90% витков (счи-

тая от линейных выводов генератора), а второй - на напряже-

ние третьей гармоники, он предназначен для работы при воз-

никновении повреждений в зоне нечувствительности первого

комплекта (рис. 18.10, а). Испытания и расчеты показывают,

что в современных мощных генераторах ЭДС третьей гармоники

составляет 1-3% фазной ЭДС генератора.

Первый комплект К1 (реле напряжения основной гар-

моники) выполнен по схеме, аналогичной приведенной на

рис.

18.9, а. Измерительный орган этого комплекта включен

на ТН ТУ1, установленном на линейных выводах генератора,

через фильтр, пропускающий только основную гармонику

ик1 = Ц,-

Второй комплект К2 (реле с торможением) содержит

два контура - рабочий и тормозной. На вход рабочей цепи пода-

ется сумма векторов напряжений - модуль |[/

+ С/

| на вход

цепи торможения - напряжение

Второй комплект по существу представляет собой РС, реагирующее при

замыкании на землю на результирующее сопротивление обмотки статора со

стороны нейтрали по отношению к земле, измеряемое с помощью составляю-

щих третьей гармоники напряжения НП. Этим комплектом защищаются при-

мыкающие к нейтрали 30-40% части обмотки статора, включая нейтраль. Вто-

рой комплект реагирует на отношение модулей напряжений третьих гармо-

ник:

нз И

вз +

нз| =

М., (18.8)

где

^нз

^вз

—

напряжения третьей гармоники в нейтрали и на выводах ге-

нератора соответственно; 2/у

—

относительное сопротивление в нейтрали N

генератора, на которое реагирует комплект РЗ К2.

691

В С

ГУ1

«•«-««•У* I !_Г>ПГ1Г\] "

К/

Г50Гц)

9-*-9

Н'

П1

(150 Ги,)

Ун Уя + У,

<?—*• 9

</н

5. II

2 1

Рис.

18.10. Защита от замыканий на землю генератора, не имеющая зоны не-

чувствительности:

а - схема подключения комплектов К1, К2; б

—

схема замещения; в

—

рас-

пределение напряжения третьей гармоники вдоль обмотки статора в нормаль-

ном режиме; г

—

то же при замыкании на землю нейтрали генератора; С

—

ем-

кость генератора; С

—

емкость шин генераторного напряжения и обмоток

трансформаторов блока и СН; К

—

переходное сопротивление в месте замыка-

ния; Е

—

ЭДС третьей гармоники; С/

в>

С/

—

напряжения третьей гармоники

на выводах генератора и на нейтрали; 1!

—

напряжение третьей гармоники на

емкости обмотки генератора

Рассматривая схемы замещения (рис. 18.10,

б,

в), можно показать, что выра-

жение (18.8) пропорционально отношению сопротивления 2^, измеренного со

стороны нейтрали генератора между точкой N и землей, к удвоенному сопро-

тивлению 2

обмотки генератора относительно земли:

Ы» =

Устройство (рис. 18.10, а) предусматривает раздельную сиг-

нализацию срабатывания исполнительных реле комплектов

692

К1,

К2: выход

1-К

удаленное от нейтрали; выход // - К

г)

вблизи нейтрали.

В нормальном режиме векторы напряжений третьих гармо-

ник по концам обмотки статора со стороны нейтрали Г/

и вы-

водов генератора С/

равны по значению и находятся в противо-

фазе,

потенциал напряжения третьей гармоники в середине

обмотки генератора равен нулю (рис. 18.10, 6, в). При этом в

рабочем контуре суммарное напряжение \у

+ 1/

| близко к

нулю,

и напряжение тормозного контура надежно удерживает

реле от срабатывания: 2

С 3

< ^лс(н.р)-

При металлическом замыкании в нейтрали генератора ТУ2

оказывается зашунтированным (рис. 18.10, г). В этом случае

напряжение 1/

= 0, в результате чего 2# = 0, и второй комп-

лект приходит в действие, так как 2^

С3

. При удалении точ-

ки замыкания на землю от нейтрали N сопротивление 2,^ уве-

личится и приблизительно при а > 50% второй комплект пере-

станет действовать, так как 2^ станет больше 2

С3

. Но при таком

повреждении работает первый комплект РЗ.

Во ВНИИЭ разработан второй вариант защиты с использова-

нием составляющих третьей гармоники БРЭ-1301.02 (ЗЗГ-1.2).

Он основан на различии скорости изменения напряжения

третьей гармоники С/

вз

при изменении нагрузки и при воз-

никновении замыкания на землю. В первом случае изменение

напряжения происходит относительно медленно, а во вто-

ром - быстро (и защита срабатывает). Это объясняется разли-

чием постоянных времени, определяющих скорость изменения

электрических величин в переходном режиме. Измеритель-

ный орган защиты выполняется в виде реле, реагирующего

на скорость изменения

Г7

ВЗ

или иначе говоря, на производ-

ную

ё11

вз

/<И.

Как и в предыдущем случае, защита состоит из двух комплек-

тов:

блока, реагирующего на ЗС7

, и блока третьей гармоники,

реагирующего на

<Ш

вэ

/с11.

Оба комплекта включаются на ТН,

установленный на выводах генератора. ТН в нейтрали генера-

тора не требуется (рис. 18.10, а).

Следует отметить, что РЗ типа ЗЗГ-1.2 неэффективна при

отсутствии переходного процесса (например, при постепенном

снижении уровня изоляции обмотки статора или при подъеме

с нуля напряжения на поврежденном генераторе). Учитывая

это,

для генераторов большой мощности предпочтительнее

РЗЗЗГ-1.1.

693

В ряде энергосистем применяются защиты

от

замыкания на

землю в генераторе, реагирующие на наложенный на цепь

ста-

тора постоянный

ток.

При замыкании на землю в обмотке ста-

тора или снижении уровня изоляции наложенный ток увели-

чивается, что приводит к срабатыванию защиты. Разработана

также защита от замыкания на землю в обмотке статора генера-

тора, выполняемая с использованием второй гармоники тока,

наложенного на цепь статора. В целях совершенствования за-

щит генератора от замыкания на землю разработки в этой об-

ласти продолжаются.

Защита от потери возбуждения

На блоках с турбогенераторами мощностью 160 МВт и более,

имеющими непосредственное охлаждение проводников, и

с гидрогенераторами предусматривается защита от асинхрон-

ного режима с потерей возбуждения. Для турбогенераторов

.мощностью 800 МВт и более асинхронный режим недопустим,

и при потере возбуждения турбогенераторы должны отключать-

ся от сети. Генераторы меньшей мощности могут кратковре-

менно работать в асинхронном режиме, РЗ при этом должна

действовать на сигнал. Учитывая, что снижение в асинхронном

режиме напряжения статора может вызвать нарушение рабо-

ты электродвигателей и механизмов собственных нужд, целе-

сообразно при напряжении, меньшем 70% номинального, пере-

водить питание собственных нужд на резервный источник.

В ряде случаев асинхронный режим мощных генераторов

может оказаться недопустимым из-за глубокого снижения

напряжения в сети, обусловленного дефицитом реактивной

мощности в данном районе энергосистемы. В подобных случаях

генератор также должен быть отключен.

Защита генераторов от потери возбуждения выполняется

с помощью направленного реле сопротивления, имеющего

круговую характеристику, показанную на рис.

18.11.

В нормальном режиме работы, когда генератор выдает в

сеть активную и реактивную мощности, вектор полного со-

противления на выводах генератора 2

обычно располагается

в / квадранте комплексной плоскости сопротивлений. Так

как при потере возбуждения генератор потребляет из сети зна-

чительную реактивную мощность и продолжает нести актив-

ную нагрузку, вектор полного сопротивления перемещается

в IV квадрант (2^.

на рис. 18.11). Для того чтобы обеспечить

694

й*

\ \

^а.р

-IX

+Я

е-

при этом фиксацию возникновения асинхронного режима,

характеристика направленного реле сопротивления размеща-

ется в

Ш~1У

квадрантах, как показано на рис.

18.11.

Релейная защита генераторов от потери возбуждения выпол-

няется с помощью одного из реле сопротивления, входящего

в комплект КРС-2. В последние годы для этой цели использу-

ется разработанный ВНИИР и выпускаемый ЧЭАЗ блок реле

сопротивления типа БРЭ-2801, выполненный на современной

микроэлектронной базе.

Защиты ротора генератора блока выполняются аналогично

случаю работы генератора на сборные шины. Предусматривают-

ся защита от замыканий на землю в одной точке цепи возбуж-

дения типа КЗР-3 и защита ротора от перегрузки током возбуж-

дения типа РЗР-Ш-УЗ (см. §17.7).

Взаимодействие с технологическими защитами блока

Выше отмечалось, что основные элементы блока: котел,

турбина, генератор, трансформатор - представляют единое

целое. Отключение повышающего трансформатора или генера-

тора означает прекращение работы блока и нарушение режи-

ма работы турбины и котла. В зависимости от причин отключе-

ния электрооборудования блока и возможности его обратно-

го включения возможен перевод тепловой части блока в один

из двух режимов:

полного останова турбины и погашения котла;

2) перевода блока на холостой ход.

При повреждении генератора и повышающего трансформа-

тора дальнейшая работа блока невозможна, поэтому РЗ от

695

Рис.

18.11.

Характеристика защиты генера-

тора от потери возбуждения

внутренних повреждений генератора и повышающего трансфор-

матора должны воздействовать через цепи технологических

защит на останов турбины и погашение котла. При отключении

блока вследствие КЗ в сети или перегрузки генератора целе-

сообразен перевод турбины и котла в режим холостого хода,

так как в этих случаях должны приниматься меры к быстрому

включению блока в сеть. В соответствии с этим первые ступе-

ни РЗ от внешних КЗ (действующих на отключение выключа-

теля блока) должны одновременно воздействовать на перевод

тепловой части блока в режим холостого хода.

При неисправностях технологического оборудования в ряде

случаев требуется останавливать турбину и отключать генера-

тор от сети. Многие технологические защиты, срабатывая,

действуют на закрытие стопорных клапанов турбины, вспомо-

гательные контакты которых воздействуют на отключение

генератора и гашение его поля. При этом во избежание разгона

и разрушения турбины в случае неплотного закрытия стопор-

ного клапана отбора пара или обратного клапана отбора пара

(на теплофикационных турбинах) действие на отключение

генератора и гашение поля контролируется с помощью контак-

та реле обратной мощности, замыкающегося, когда активная

мощность начинает поступать из сети в генератор (после пре-

кращения подачи пара в турбину). Другим способом предотвра-

щения разгона турбины является задержка подачи команды

на отключение генератора с помощью специального реле вре-

мени, срабатывающего при закрытии стопорных и обратных

клапанов отбора пара. За время срабатывания реле времени,

на котором устанавливается выдержка времени, соответствую-

щая допустимой длительности беспарового режима турбины

(2-4 мин), происходит автоматическое закрытие главной паро-

вой задвижки, что снижает вероятность разгона турбины.

Для общего представления о выполнении РЗ мощных бло-

ков на рис. 18.12 дана упрощенная принципиальная схема це-

пей переменного тока и напряжения защиты блоков мощностью

300,

500, 800 МВт. Все ранее рассмотренные защиты условно

представлены в виде прямоугольников. Здесь:

1 (КАЩ - продольная дифференциальная защита ге-

нератора (ДЗТ-11/5);

2{КА21) - поперечная дифференциальная защита ге-

нератора (РТ-40/ф);

696

линии

пш

ага

К5В

<Н»

ПА Г

ГШ

—Ц>щч«»-

:г

лг лга(</- <

•

—

те линии

<\-

защите 1СШ

^ ПАЗ

*и>

АКВ2

ГУ1

КЛ4,5

АК1

ТУ2

№1

№

1ТСН

&±

йЗО \ ДМ 4 * ищи"* ™

{-* КЛ7Ш

КАЗ

АКЛ АК11 АКВ1

\: ~ ~

•ЙНШ

\\К АРВ

1Г—

От ТУЗ

]МВ1

\2В

измерительным

, - к

измерь

приборам

г~\

м* {ЖМ>. .-к

преобразователям

№^Л

'АШ

/Г/ИУ

* АК21

АКВ1

•1.С

л источнику

г—*-

возбуждения

(М-

Л"

измерительным

сД-

приборам

П<*[±

П^

зле

П4

У Я/Ш

|—Ш

Рис.

18.12. Упрощенная принципиальная схема релейной защиты блока генера-

тор

—

трансформатор (цепи переменного тока и напряжения)

ксн

3 (АКЛ2) - дифференциальная защита трансформатора

(ДЗТ-21);

4 (АКУ1) - защита от замыканий на землю в обмотке

статора генератора с 100%-ной зоной дейст-

вия (БРЭ 1301-01);

5 (К5С) - газовая защита трансформатора;

6 (АКЛ1) - резервная дифференциальная защита блока

(ДЗТ-21);

(КАЯ)

- защита от симметричных перегрузок

(РТВК-2 или РСТ-13-24);

8(АКЛ) - защита от несимметричных перегрузок и

внешних КЗ (РТФ-6М);

9(АКЕ1) - I - защита от симметричных внешних КЗ

(РС1,

БРЭ-2801); II - защита от потери воз-

буждения (РС2, БРЭ-2801);

(КА4,5) - резервная двухступенчатая защита от внеш-

них КЗ на землю в сети ВН (РТ-40);

11(КА7, - защита от повышения напряжения; одно-

КА8);

временно реле 11, 12 выполняют функции

12(КА1);

УРОВ на генераторе и на стороне ВН блока

13 (КУ2)

(РТ-40/Р, РН-58/200);

(КАТ) - дифференциальная защита ошиновки

(РНТ-565);

15(КУ1) - контроль изоляции со стороны обмотки НН

трансформатора (РН-53/60Д);

16(КУ21) - сигнализация появления напряжения об-

ратной последовательности на генераторе

(РНФ-1М);

17(АК1) - контроль изоляции вводов трансформатора

(при ВН блока большем или равном 500 кВ,

КИВ-500Р);

18 (АКЕ1) - защита от замыканий на землю в одной точ-

ке цепи возбуждения (КЗР-3);

19(АК32) - защита ротора от перегрузки током возбуж-

дения (РЗР-1М-УЗ);

20 (АКВ1) - блокировка при нарушениях в цепях на-

пряжения (КРБ-12);

21 (АКВ2)

блокировка при качаниях

(КРБ-126).

Вопросы для самопроверки 1

Особенности выполнения защит блока генератор - транс-

форматор.

Как выполняются защиты от замыканий на землю генера-'

тора, работающего в блоке с трансформатором?

Выполнение защиты блока от внешних КЗ и перегрузок.

Как выполняется защита от асинхронного хода генера-

тора?

Каково назначение дублирующих дифференциальных за-'

щит на мощных блочных генераторах?

6. Особенности выполнения выходных цепей защит блоков.

Глава девятнадцатая

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

19.1.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Электродвигатели имеют весьма широкое применение во

всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в установках

собственных нужд электростанций. Вследствие массового ха-

рактера их применения релейная защита двигателей, особен-

но асинхронных, должна выполняться возможно проще и де-

шевле, но одновременно с этим отличаться надежностью дей-

ствия как при внутренних повреждениях, так и при опасных

для них ненормальных режимах.

В настоящее время в промышленности и отчасти на электро-

станциях начали использоваться и синхронные двигатели,

а также мощные асинхронные двигатели (2000 кВт и более),

для защиты которых стали применяться более сложные -

дифференциальные защиты. Особое место по своей ответст-

венности занимают электродвигатели механизмов собствен-

ных нужд атомных и крупных тепловых электростанций. Лож-

ное отключение этих электродвигателей из-за неправильного

Действия защиты может нарушить нормальную работу электро-

станции, поэтому защита электродвигателей ответственных

механизмов электростанций должна отличаться высокой на-

дежностью и безотказностью работы.

Большое значение для бесперебойной работы промышлен-

ных предприятий и особенно собственных нужд электростан-

699

ции имеет самозапуск электродвигателей, который заклю-

чается в том, что при кратковременном понижении напряже-

ния в сети, питающей электродвигатели, они не отключаются

и после восстановления напряжения вновь разворачиваются

до нормальной частоты вращения (т. е. "сами запускаются").

Наиболее часто кратковременные понижения или исчезнове-

ния напряжения происходят в результате КЗ, при автоматиче-

ском переключении питания электродвигателей с одного

источника на другой в результате действия АВР, а также при

восстановлении напряжения после АПВ.

Защита электродвигателей должна обеспечивать возмож-

ность их самозапуска, т. е. она не должна преждевременно от-

ключать электродвигатели как при понижении напряжения,

так и при его восстановлении.

19Л. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАЩИТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Междуфазные КЗ в обмотках статора сопровождаются боль-

шими токами КЗ и вызывают значительные разрушения по-

врежденных электродвигателей. Поэтому РЗ электродвигате-

лей от междуфазных повреждений является обязательной.

Однофазные замыкания обмотки статора на землю менее опас-

ны,

так как сети, от которых питаются электродвигатели, как

правило, работают с изолированными нейтралями или зазем-

ленными через дугогасительные реакторы. Согласно ПУЭ

защита электродвигателей от замыкания на землю устанавли-

вается в тех случаях, когда ток замыкания на землю достига-

ет 5 А. Но, так как замыкания на землю сопровождаются пере-

напряжениями, вызывающими развитие аварии, защиту от

замыканий на землю стали устанавливать во всех случаях с

действием на отключение. РЗ от витковых замыканий не

применяются, так как простых способов ее выполнения нет.

На электродвигателях, подверженных перегрузкам, устанав-

ливается РЗ от перегрузки, которая в зависимости от условий

работы и обслуживания электродвигателей выполняется дей-

ствующей на сигнал, разгрузку приводимого механизма или

отключение электродвигателя. В некоторых случаях является

недопустимым самозапуск электродвигателей при восстанов-

лении напряжения после кратковременного его исчезновения.

Такое положение может иметь место по условиям технологии

700