Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электрические машины и аппараты, линии электропередачи и другие части электрических установок и электрических сетей постоянно находятся под напряжением и обтекаются электрическим током, вызывающим их нагрев. Поэтому в процессе эксплуатации могут возникать повреждения, приводящие к коротким замыканиям.

Короткие замыкания возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала (включение под напряжение заземленного оборудования, отключение разъединителей под нагрузкой) и других причин.

В большинстве случаев развитие аварий может быть предотвращено быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, получивших название релейная защита, которые действуют на отключение выключателей.

Таким образом, основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения короткого замыкания и быстрое автоматическое отключение выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части электрической установки или сети. Кроме повреждений электрического оборудования, могут возникать такие нарушения нормальных режимов работы, как перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированными нейтралями, выделение газа в результате разложения масла в трансформаторе, или понижения уровня масла в его расширителе и др. Так как в указанных случаях нет необходимости немедленного отключения оборудования, защита действует на сигнал и, следовательно, вторым назначением релейной защиты является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования и подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу /3/.

1. Параметры элементов принципиальной схемы ЭС

Генераторы:

Таблица 1

Обозначение на схеме	Тип	Основные параметры
G-1, G-2, G-3	ТВФ-60-2	=75 МВА; =6,3 кВ; =6,88 кА; =0,195 о.е.; =0,238 о.е.; = 0,092 о.е.
G-4, G-5	СВ-1500/170-96	=117,65 МВА; =13,8 кВ; =4,92 кА; =0,21 о.е.; =0,22 о.е.; = 0,1 о.е.

Трансформаторы и автотрансформаторы:

Таблица 2

Обозначение на схеме	Тип	Основные параметры
T-1, T-2	ТДЦ-80/121	=80 МВА; =121 кВ; =6,3 кВ; =10,5 %; = 360 кВт
T-3, T-4	ТДЦ-125/121/13	=125 МВА; =121 кВ; =13,8 кВ; =10,5 %; = 400 кВт
AT	АТДЦТН- -160/230/121/11	=160 МВА; =230 кВ; =121 кВ;=11 кВ;=11 %; =32 %;=20 %;= 385 кВт

Электрические системы:

Таблица 3

Обозначение на схеме	Мощность 3-х фазного КЗ, МВА
GC	1400

Токоограничивающие реакторы:

Таблица 4

Обозначение на схеме	Тип
LR-1, LR-2	РБДГ-10-2500-0,35

Линии электропередачи:

Таблица 5

Обозначение на схеме	W-1	W-2	W-3
Длина линии, км	40	35	50
Среднегеометрическое расстояние D, м	3,0	3,0	3,0
Марка провода	АС-185	АС-185	АС-120
Сопротивление токам прямой последовательности, Ом/км	0,377	0,377	0,365
Среднее активное сопротивление линии токам прямой последовательности при напряжении 110 кВ, Ом/км	0,157	0,157	0,249
Количество цепей	1	1	1
Отношение сопротивления токам нулевой последовательности к сопротивлению токам прямой последовательности	3,3	3,1	2,9

Нагрузки:

Таблица 6

Обозначение на схеме	Активная мощность, МВт
H-4	40	0,86
H-5	40	0,86
H-6	40	0,86
H-7	50	0,83
H-8	60	0,82
H-9	80	0,91

1.1 Основные требования к релейной защите

Быстродействие -- чем быстрее отключится поврежденное оборудование, тем меньше размеры разрушения и в меньшей степени происходит расстройство технологического процесса у потребителей электрической энергии. При параллельной работе нескольких генераторов, электростанций, связанных одним режимом работы, требование быстродействия релейной защиты определяется условием сохранения их устойчивой работы. Учитывая это, релейную защиту, по возможности, стремятся выполнять с минимальным временем действия.

Требования ко времени действия защит от ненормальных режимов работы зависит от их последствий, поэтому отключение оборудования при возникновении ненормального режима должно производиться только тогда, когда наступает действительная опасность для защищаемого оборудования, то есть в большинстве случаев с выдержкой времени.

Селективность -- способность релейной защиты выявлять и отключать только поврежденный элемент или участок, не нарушая работу остальной части энергосистемы. Селективность релейной защиты обеспечивают различными способами, например, соответствующим выбором времени или тока срабатывания защит смежных участков сети, применением реле, реагирующих на направление мощности, уровень напряжения и др.

Чувствительность -- способность релейной защиты надежно реагировать на повреждения и ненормальные режимы в пределах заданного ей участка энергосистемы. Кроме того, защита должна резервировать защиты последующих элементов на случай отказа. На присоединениях узловых подстанций, электрических станций применяются отдельные комплекты защит основной и резервный, в этом случае последний резервирует также основную защиту защищаемого участка в случае ее отказа.

Надежность -- состоит в том, что защита должна безотказно работать при повреждениях или ненормальных режимах работы в пределах установленной для нее зоны и не должна работать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено и должна действовать другая защита /2/.

Наиболее часто встречающимся и распространенным видом повреждений является однофазное повреждение. Появляющаяся при этом циркуляция токов нулевой последовательности крайне вредно сказывается на условиях работы генератора блока, поэтому вопросу совершенствования защиты от однофазных повреждений уделяется значительное внимание.

1.2 Совершенствование защиты блока генератор - трансформатор от замыканий на землю

Рассмотрены пути повышения эффективности защит блока генератор--трансформатор от однофазных замыканий на землю. Предложены методы, позволяющие не только контролировать сопротивление изоляции сети с изолированной нейтралью при работающем оборудовании, но и определять характер процесса ее ухудшения и место возникновения повреждения. Методы основаны на анализе сигналов, формируемых с помощью высоковольтного электронного коммутатора. Предложены схемы устройств, реализующих методы, и рекомендации по их использованию.

Действия средств защиты от однофазных замыканий на землю в цепях статора с изолированной нейтралью, на которые возлагаются ответственные функции предупреждения аварий, могут стать более эффективными, если применить специальные наиболее продуктивные алгоритмы работы.

Хорошие перспективы открывают коммутационные методы, своеобразие которых проявляется в способности контролировать состояние изоляции в нормальных условиях и определять характер и место возникновения повреждения в аварийных ситуациях.

Эти методы основаны на анализе сигналов, формируемых с помощью коммутатора в специально созданных цепях, соединяющих защищаемую сеть генераторного напряжения с землей.

1.3 Микропроцессорная защита блока генератор - трансформатор

Описан комплекс микропроцессорной релейной защиты блока синхронный генератор - трансформатор, который включает в себя дифференциальную релейную защиту блока, релейную защиту ротора синхронного генератора от перегрева при несимметричных режимах, релейную защиту от междувитковых замыканий обмотки возбуждения в синхронном генераторе, обмоток трансформатора, а также релейную защиту от перевозбуждения.

Дифференциальная релейная защита блока реагирует на составляющую основной частоты дифференциального тока и выполнена с процентным торможением от составляющих основной частоты сквозных токов. Частота выборок мгновенных значений за период - 12. Коэффициент торможения зависит от величины тормозного тока, что обеспечивает повышение чувствительности релейной защиты. Время срабатывания релейной защиты порядка 1 периода. Релейная защита ротора синхронного генератора от перегрева при несимметричных режимах реагирует на напряжение двойной частоты и действует с выдержкой времени, зависимой от величины этого напряжения. Релейная защита синхронного генератора от замыканий на землю обмотки статора выполнена применительно к варианту заземления нейтрали синхронного генератора через трансформатор блока, нагруженный на резистор. Релейная защита реагирует на появление напряжения 3U0 основной частоты и разность напряжений 3-й гармоники напряжений 3U0, получаемых от измерительных трансформаторов напряжения, подключенных к выводам синхронного генератора и общей нейтрали синхронного генератора и трансформатора. Релейная защита от перевозбуждения трансформатора реагирует на увеличение потерь мощности в магнитопроводе трансформатора, которые определяются посредством решения уравнения, содержащего среднее значение напряжения на выводах синхронного генератора за период. Время действия релейной защиты от 5 до 99 секунд. Комплекс релейной защиты реализован на персональной ЭВМ 80386. Цифровые фильтры выполнены адаптивными.

Реферативный журнал «Энергетика», №3, 1996г.

1.4 Разработка микропроцессорного комплекта релейной защиты для энергоблоков синхронный генератор - трансформатор

Описана структура многоуровневой, многопроцессорной системы релейной защиты энергоблока синхронный генератор - трансформатор, выполненной на базе микропроцессоров. Дана информация об основных принципах построения релейной защиты, параметрах настройки, надежности комплекса.

Комплекс предназначен для защиты генераторов (в том числе и работающих на сборные шины) мощностью до 160 МВт и блоков генератор-трансформатор мощностью до 800 МВт.

Комплекс защит состоит из двух независимых, дублирующих друг друга, систем (комплектов защит). Каждая система независима по цепям оперативного постоянного тока, входным и выходным цепям, цепям сигнализации.

В комплексе предусмотрена возможность вывода из работы одной из систем защит при сохранении полной работоспособности оставшейся системы защит.

Состав защит, входящих в комплекс, определен требованиями ПУЭ, причем предусмотрено несколько разновидностей защит от замыкания на землю цепи обмотки статора генератора.

Блочная конструкция микропроцессорного терминала, встроенного в шкаф, позволяет адаптировать систему защит к главной электрической схеме электростанции в зависимости от объема защищаемого оборудования и различных режимов работы.

При полной главной электрической схеме блока генератор - трансформатор, включающей генератор, силовой блочный трансформатор, систему тиристорного возбуждения с выпрямительным трансформатором, а также трансформатор собственных нужд, полная система защиты располагается в одном шкафу, а комплекс защит состоит из двух шкафов (типов ШЭ1111 и ШЭ1112).

Комплекс с двумя дублирующими друг друга системами защит генератора, работающего на сборные шины, располагается в одном шкафу типа ШЭ1113 или выполняется в виде панели типа ПЭ1110 (с двумя блоками защит типа БЭ1111, БЭ1112).

Отдельно выпускаемые блоки типа БЭ1111 и БЭ1112 выполняются в виде кассеты, закрытой кожухом, и позволяют создавать системы защит генераторов средней и малой мощности.

2. Основные технические характеристики шкафов (блоков) защит типов шэ1111, шэ1112, шэ1113 (бэ1111, бэ1112)

Таблица 7

Номинальное напряжение оперативного постоянного тока, В	220
Номинальное напряжение переменного тока, В	100
Номинальный переменный ток, А	1,5
Коммутационная способность контактов цепей отключения при коммутации цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой и постоянной времени 0,005 с при напряжении до 250 В или токе до 2 А, Вт	50
Потребляемая мощность при номинальных значениях тока и напряжения, не более: в цепях напряжения переменного тока, ВА/фазу в цепях переменного тока, ВА/фазу в цепях оперативного постоянного тока, Вт: в нормальном режиме в режиме срабатывания	3,0 5,0 (3,0) 100 (25) 120 (35)
Габариты (унифицированный каркас шкафа или блока), мм	2200х800х600 (360х500х270)
Масса шкафа, не более, кг	250 (25)
Диапазон рабочих температур, ° С	- 5 ... + 40

2.1 Шкафы защит блоков генератор - трансформатор типа шэ1111 и шэ1112

Шкафы предназначены для защиты блоков генератор-трансформатор мощностью до 800 МВт для различных типов гидрогенераторов и турбогенераторов.

Комплекс выполняется в виде двух взаиморезервируемых автономных систем защит, для которых должны предусматриваться индивидуальные измерительные трансформаторы, отдельные цепи по постоянному току и отдельные цепи воздействия во внешние схемы. Комплекс защиты располагается в двух шкафах.

Блочная конструкция цифрового терминала, встроенного в шкаф, позволяется адаптировать систему защиты к главной электрической схеме станции в зависимости от объема защищаемого оборудования и различных режимов его работы.

Через встроенные клавиатуру и дисплей можно менять уставки защит, выдержки времени и "матрицу отключения".

Сигнализация шкафа выполнена с помощью светодиодов на фасаде блоков, наблюдаемых через прозрачное окно на двери шкафа, а также с помощью лампы, установленной на передней двери шкафа.

2.2 Устройства защиты и автоматики производства нпп «экра» для электроэнергетических систем

Основным направлением деятельности предприятия является разработка и производство устройств релейной защиты и электроавтоматики для электроэнергетики.

Использование новейших микропроцессоров и цифровых принципов обработки информации позволяет: унифицировать аппаратные части, осциллографировать аналоговые и дискретные сигналы, регистрировать события, выполнять глубокую самодиагностику, использовать информационные технологии для дистанционного управления и мониторинга.

В настоящее время разработана микропроцессорная платформа серии БЭ2704 для построения защит, управления и автоматики линий электропередачи и присоединений 110-220 кВ, а также гибкая базовая система для комплектных защит генераторов и блоков генератор-трансформатор.

В состав серии БЭ2704 входят терминалы управления выключателем, дистанционной и токовой направленной защит, направленной высокочастотной защиты линии, защит трансформатора, автотрансформатора, дифференциальной токовой защиты ошиновки, дифференциально-фазной защиты линии и т.д.

С использованием терминалов разрабатываются и выпускаются шкафы серии ШЭ2607 для защиты присоединений 110-220 кВ, представляющие готовые к установке и к включению в эксплуатацию устройства.

В настоящее время серийно выпускаются шкаф типа ШЭ2607 011 021 (012 021) защиты линии и автоматики управления линейным выключателем, шкаф типа ШЭ2607 013 022 (014 022) защиты присоединения и автоматики управления обходным выключателем и шкаф типа ШЭ2607 031 направленной высокочастотной защиты линии.

Комплектные микропроцессорные устройства защит генераторов и блоков генератор-трансформатор поставляются в шкафах типов ШЭ1111, ШЭ1112, ШЭ1113. Система защит выполняется с резервированием. Состав защит позволяет использовать комплекты для всех типов генераторов самых различных мощностей с адаптацией к многочисленным первичным схемам электростанций.

Продолжается выпуск цифровых аварийных осциллографов, а также микроэлектронных устройств защиты: шкафы осциллографов типа ШЭ1114М, защиты сборных шин типа ШЭ2307 и др.

Продукция одобрена и сертифицирована, выпускается по техническим условиям, согласованным межведомственной комиссией, назначенной РАО «ЕЭС России».

3. Составление и расчет схемы замещения

При приближенных расчетах токов коротких замыканий (КЗ), а, следовательно, и при составлении схемы замещения сети, принято пользоваться следующими допущениями, изложенными в /4/: а) пренебрежение емкостными проводимостями элементов; б) отсутствие активных сопротивлений, исключение только для оценки постоянной времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания; в) не учет нагрузок. С учетом всех вышеприведенных допущений имеем схему замещения следующего вида:

3.1 Сопротивления генераторов прямой и обратной последовательностей

Ом,

Ом,

Ом,

Ом.

3.2 Сопротивления электрической системы в максимальном и минимальном режимах

Ом,

Ом.

Сопротивления трансформаторов

Ом,

Ом.

Сопротивления автотрансформатора

,

,

.

Сопротивление средней обмотки автотрансформатора равно нулю, так как UКС = 0.

Ом,

Ом.

Сопротивления токоограничивающих реакторов

Ом.

3.3 Сопротивления прямой и нулевой последовательностей воздушных линий электропередачи

Ом,

Ом,

Ом,

Ом,

Ом,

Ом.

Сопротивление собственных нужд

Ом.

4. Машинная схема замещения

При расчете токов короткого замыкания и остаточных напряжений на ЭВМ необходимо составить машинную схему замещения следующего вида (рисунок):

Рисунок 4.1 Машинная схема замещения

Проектирование и анализ работы релейной защиты электрических сетей сложной конфигурации с несколькими источниками питания сопряжены с большим объемом вычислений режимов коротких замыканий. Чтобы произвести выбор защиты от междуфазных коротких замыканий, необходимо рассчитать токи трехфазных коротких замыканий в характерных точках защищаемой сети, а также за элементами энергосистемы, т.е. за трансформаторами и автотрансформаторами. Для нахождения токов коротких замыканий, зоны действия защит и определения чувствительности необходимо знать токи коротких замыканий в начале и в конце защищаемой линии. В связи с многообразием режимов вопросы вычисления параметров режима необходимо рассматривать с использованием ЭВМ, применение которых позволяет повысить точность вычислений и уменьшить время, затрачиваемое на производство трудоемких расчетов режимов коротких замыканий. Расчет на ЭВМ производим, опираясь на таблицу 8, т.е. в соответствии с этой таблицей закладываем в ЭВМ сведения о системе.

Таблица 8 - Данные о схеме сети для расчета режимов на ЭВМ

№	№X	NB	KB	X1	X0
1	1	1	0	34,39	16,22
2	2	2	0	34,39	16,22
3	3	3	0	34,39	16,22
4	4	4	0	23,61	11,25
5	5	5	0	23,61	11,25
6	6	6	0	9,45/12,28	9,45/12,28
7	21	14	0	9999	9999
8	7	1	7	17,36	17,36
9	9	1	10	116,6	116,6
10	18	2	10	0,01/9999	0,01/9999
11	8	3	7	17,36	17,36
12	10	3	10	116,6	116,6
13	11	4	8	11,11	11,11
14	22	4	13	19,2	19,2
15	19	5	11	0,01/9999	0,01/9999
16	15	6	9	9,51	9,51
17	14	7	8	13,2	40,9
18	13	7	9	15,08	49,8
19	12	8	11	11,11	11,11
20	17	8	12	18,25	52,9
21	20	9	12	0,01/9999	0,01/9999
22	16	9	14	16,94	16,94
Примечание: знаком «/» разделены данные относящиеся, соответственно к максимальному и минимальному режиму работы энергосистемы.

4.1 Расчет режимов КЗ и остаточных напряжений

Существует два предельных режима работы сети - максимальный и минимальный. Под максимальным режимом работы сети подразумевается такой режим, при котором все генераторы включены и работают с номинальной мощностью, все линии и трансформаторы также включены в работу. Этот режим нужен для расчета уставок защит. Минимальный режим характеризуется следующими изменениями:

a) минимум в системе, т.е. увеличиваем сопротивление электрической системы GS в 1,3 раза;

b) минимум на станции, т.е. отключаем половину генераторов (так как на станции 3 генератора то отключаем генератор G2 выключателем Q1 и генератор G5 выключателем Q2);

c) минимум в сети, т.е. отключаем параллельные цепи и размыкаем замкнутую сеть в конце следующего участка (разрываем линию W1 выключателем Q3).

Минимальный режим рассчитывается для проверки чувствительностей выбранных защит.

Рассчитываем следующие возможные повреждения (таблица 9).

Таблица 9

Вид КЗ	Узел	Режим
3	4	Максимальный
3	8	Максимальный
3	11	Максимальный
3	7	Максимальный
3	13	Максимальный
1	8	Максимальный
1	9	Максимальный
2	4	Минимальный
2	8	Минимальный
2	11	Минимальный
2	7	Минимальный
2	12	Минимальный
1	8	Минимальный
1	12	Минимальный

Результаты расчетов токов коротких замыканий и остаточных напряжений сведены в приложение А.

5. Определение необходимого объема устройств релейной защиты

Выбор типов и количества устройств релейной защиты (РЗ) для рассматриваемого элемента энергосистемы производится в соответствии с Правилами устройства электротехнических установок и Руководящими указаниями по релейной защите.

Устройства РЗ должны обеспечивать минимально допустимое время отключения короткого замыкания, действовать селективно, обладать чувствительностью, не меньше допускаемой, быть надежными в эксплуатации /2/.

ПУЭ выделяет три категории энергоблоков генератор-трансформатор: малой, средней и большой мощности. Рассматриваемый блок Т3 - Г4 относится к средним, а, следовательно, должен быть оснащен нижеприведенными защитами:

- Токовая защита обратной последовательности (ТЗОП) от несимметричных внешних коротких замыканий с приставкой максимальной токовой защиты (МТЗ) с пуском минимального напряжения от симметричных внешних коротких замыканий;

- Продольная дифференциальная защита блока с торможением (типа ДЗТ-11) от междуфазных коротких замыканий блока;

- Продольная дифференциальная защита генератора блока с торможением (типа ДЗТ-11) от междуфазных коротких замыканий генератора блока;

- Максимальная токовая защита нулевой последовательности (МТЗНП) от однофазных коротких замыканий на землю в сети высшего напряжения трансформатора;

- Газовая защита от повреждений внутри бака трансформатора блока;

- Защита от замыканий на землю генератора (типа ЗЗГ-1);

- Поперечная дифференциальная защита генератора блока от витковых замыканий (типа ПДЗ);

- Защита от замыканий обмотки возбуждения генератора на землю в двух точках (типа КЗР-2);

- Максимальная токовая защита блока от перегрузки.

6. Выбор типов измерительных трансформаторов

Контроль над режимами работы основного и вспомогательного оборудования на подстанции, а также информирование устройств релейной защиты и электроавтоматики осуществляется с помощью контрольно-измерительных приборов. Эти приборы относятся к вторичным цепям и связанны с первичными посредствам измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Для выбора измерительного трансформатора тока на стороне высшего напряжения блока генератор-трансформатор (110 кВ) определим первичный номинальный ток и отнесем его к вторичному номинальному тока трансформатора тока:

,

где А;

- коэффициент схемы соединения обмоток трансформаторов тока, зависит от способа соединения обмоток силового трансформатора - в данном случае обмотки трансформатора тока соединяются в треугольник, так как со стороны высокого напряжения обмотки силового трансформатора соединены в звезду (на напряжении 110 кВ и выше используется соединение обмоток силовых трансформаторов и автотрансформаторов только в звезду, что объясняется условиями работы электрических сетей этих классов напряжений -- это сети с глухозаземленной нейтралью), следовательно .

Примем стандартный коэффициент трансформации

.

По справочной литературе /1/ выбираем измерительный трансформатор тока ТФЗМ-110У1 (трансформатор тока, с фарфоровой изоляцией, с обмотками звеньевого типа, маслонаполненный, 110 кВ, для работы в районах с умеренным климатом на открытом воздухе).

Определим коэффициент трансформации трансформатора тока низшей стороны

,

где ;

, так как обмотки силового трансформатора с низшей ступени трансформации напряжения соединены в треугольник.

Примем стандартный коэффициент трансформации .

Выбираем по /1/ трансформатор тока для низшей стороны ТЛК-10 (трансформатор тока с литой изоляцией, колонкового типа).

Определяем тип трансформатора тока для поперечной дифференциальной защиты

;

Принимаем трансформатор тока типа ТЛК-10 с коэффициентом трансформации

КI =1500 / 5.

Трансформатор напряжения устанавливается на шинах генераторного напряжения. Его выбор производится по условию номинального напряжения места установки.

В соответствии с /1/ принимаем к установке трансформатор напряжения ЗНОМ-15-72У1 (заземленный с одним заземляющим вводом, трансформатор напряжения, однофазный, с естественным масляным охлаждением) с коэффициентом передачи по напряжению равным

.

7. Расчет устройств релейной защиты

Под расчетом устройств релейной защиты понимается определение их основных параметров, таких как уставка срабатывания, выдержка времени при срабатывании, и пр. электрический сеть генератор трансформатор

В процессе расчета релейной защиты, кроме определения уставок срабатывания, необходимо, в соответствии с Правилами устройства электротехнических установок /2/, произвести проверку выбранных защит по допустимой минимальной чувствительности в конце защищаемого устройством элемента и в конце зоны действия. Рассчитанный коэффициент чувствительности должен быть, по крайней мере, не меньше рекомендуемого Правилами устройства электротехнических установок и Руководящими указаниями по релейной защите.

7.1 ТЗОП с приставкой МТЗ с пуском минимального напряжения

Токовая защита обратной последовательности, реагирующая на появление в сети токов обратной последовательности, применяется в связи с опасностью этих токов для электрооборудования, имеющего подвижные друг относительно друга части. Так, например, токи обратной последовательности, возникающие при несимметричных коротких замыканиях, представляют большую опасность для генераторов, блоков генератор - трансформатор, синхронных двигателей, синхронных компенсаторов, значительно снижают мощность асинхронных двигателей.

Схемы первичных и вторичных цепей такой защиты приведены в приложении Б и приложении В. При возникновении несимметричного короткого замыкания сработает токовое реле, через замыкающий контакт которого будет подан плюс на обмотку реле времени. По истечении выдержек времени проскальзывающего и упорного контактов будут замкнуты цепи промежуточных реле, которые подействуют на отключение выключателя блока и на сигнал.

1) Находим первичный ток срабатывания ТЗОП

;

Находим ток срабатывания реле

;

Уставка фильтра токов обратной последовательности (выставляется в относительных единицах)

;

Определяем чувствительность защиты

- в конце защищаемого участка

;

- в конце зоны действия

.

5) Определяем первичный ток срабатывания приставки МТЗ

;

6) Определяем ток срабатывания реле

;

Устанавливается реле тока типа РТ - 40 /10, уставка - 6,1А;

Определяем чувствительность защиты

- в конце защищаемого участка

;

- в конце зоны действия

.

9) Определяем напряжение срабатывания защиты

;

10) Находим напряжение срабатывания реле

;

11) Принимаем к установке реле напряжения типа РН - 54 / 160, выставленная уставка - 74,6 В;

12) Определяем коэффициент чувствительности по напряжению

.

7.2 Продольная дифференциальная защита блока (ДЗТ-11)

В основе принципа действия продольной дифференциальной защиты лежит сравнение по величине и фазе токов в двух точках - на стороне высшего напряжения трансформатора и приведенного тока в нуле генератора. При прохождении тока сквозного короткого замыкания, т.е. сверхтока, вызванного внешним, для защищаемого блока, коротким замыканием, приведенные токи равны и защита не действует, так как разность токов равна нулю (на практике - току небаланса). При повреждении же в зоне действия (между трансформаторами тока защиты) токи трансформаторов тока суммируются и защиты надежно срабатывает.

Достоинствами данной защиты являются отстройка принципом действия от токов небаланса, высокая надежность, быстродействие, абсолютная селективность.

Схемы первичных и вторичных цепей защиты приведены соответственно в приложении Б и приложении В.

Находим номинальный ток с высшей и низшей ступеней трансформации напряжения блока (по паспортным данным агрегатов)

;

;

2) , (см. п. 6);

3) Определяем вторичные токи

;

;

4) Принимаем высокую сторону за основную, так как вторичный ток на стороне высшего напряжения больше чем на стороне низшего напряжения;

5) Находим первичный ток срабатывания защиты

;

6) Находим ток срабатывания реле

;

7) Определяем число витков насыщающегося трансформатора тока на основной стороне

;

8) Принимаем ближайшее целое число витков

WОСН =13шт;

Уточненное значение тока срабатывания

;

10) Определяем число витков насыщающегося трансформатора тока на неосновной стороне

;

11) Принимаем ближайшее целое число витков

WР=14;

12) Находим ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформатора тока

,

где Ка =1 - коэффициент, учитывающий переходный режим,

Ко=1 - коэффициент однотипности трансформаторов тока,

fi =0,1 - допустимая погрешность трансформаторов тока;

13) Находим ток небаланса, обусловленный регулированием напряжения

,

где - половина возможного диапазона регулирования напряжения автоматом регулирования возбуждения синхронного генератора;

14) Находим ток небаланса, обусловленный округлением числа витков на неосновной стороне

;

15) Находим суммарный ток небаланса

;

16) Определяем число витков тормозной обмотки

;

17) Принимаем WТ =5шт;

18) Определяем коэффициент чувствительности защиты, для этого находим рабочую МДС насыщающегося трансформатора тока

;

Находим тормозную МДС насыщающегося трансформатора тока

;

По тормозной характеристики реле ДЗТ-11 определяем FР.СР =120,

.

7.3 Продольная дифференциальная защита генератора (ДЗТ-11)

Принцип действия защиты полностью аналогичен защите блока от сверхтоков при внешних коротких замыканиях. Схемы первичных и вторичных цепей защиты приведены соответственно в приложении Б и приложении В.

Находим первичный ток срабатывания защиты

а) Отстройка от номинального тока генератора

;.

б) Отстройка от тока небаланса

;

Находим ток срабатывания реле

;

3) Расчет количества витков рабочей обмотки

;

4) Принимаем целое количество витков W=14;

5) Уставка срабатывания выставляется с помощью 14 витков

;

6) Определяем число витков тормозной обмотки

,

где

,

- тормозной ток;

7) Принимаем целое число витков тормозной обмотки

WТ =2;

8) Найдем коэффициент чувствительности защиты

;

Рабочая МДС насыщающегося трансформатора тока

;

Находим тормозную МДС насыщающегося трансформатора тока

;

Из тормозной характеристике реле типа ДЗТ-11 определяем FРАБ.СР =130

.

7.4 Максимальная токовая защита нулевой последовательности (МТЗНП)

Для защиты линий от коротких замыканий на землю (однофазных и двухфазных) применяется защита, реагирующая на ток, обусловленный коротким замыканием на землю.

Необходимость специальной защиты от коротких замыканий на землю вызывается тем, что этот вид повреждений является преобладающим, а защита осуществляется более просто и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими защитами.

Защита от коротких замыканий на землю выполнена в виде максимальной токовой защиты. Схемы первичных и вторичных цепей защиты приведены соответственно в приложении Б и приложении В.

Находим первичный ток срабатывания защиты

;

, следовательно, КНБ = 0,1;

А;

А;

Определяем вторичный ток срабатывания реле

А;

3) Реле тока типа РТ - 40/2, уставка - 2,2 А;

4) Проверяем чувствительность защиты

- в конце защищаемого участка

;

- в конце зоны действия

.

7.5 Газовая защита

Действие газовой защиты основано на том, что всякие, даже незначительные, повреждения, а также повышенные нагревы внутри бака трансформатора вызывают разложение масла и органической изоляции, что сопровождается выделением газа. Интенсивность газообразования и химический состав газа зависят от характера и размеров повреждения. Поэтому защита выполняется так, чтобы при медленном газообразовании подавался предупредительный сигнал, а при бурном газообразовании, что имеет место при коротких замыканиях, происходило отключение поврежденного трансформатора. Кроме того, газовая защита действует на сигнал и на отключение или только на сигнал при опасном понижении уровня масла в баке трансформатора.

Газовая защита является универсальной и наиболее чувствительной защитой трансформаторов от внутренних повреждений. Она реагирует на такие опасные повреждения, как замыкания между витками обмоток, на которые не реагируют другие виды защит из-за недостаточного значения тока при этом виде повреждения.

Газовая защита осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на поплавковые, лопастные и чашечные.

Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод между баком трансформатора и расширителем. Реле заполнено маслом. Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены зажимы для подключения кабеля к контактам, находящимся внутри кожуха.

Применяемое реле, изготовленное в Германии (реле Бухгольца), типа BF80/Q состоит из корпуса и крышки из атмосферостойкого сплава легких металлов, к которой крепятся все основные элементы реле.

Маркировка BF-80/Q свидетельствует о том, что В реле с двумя элементами, F - с фланцем, 80 внутренний диаметр фланца в мм, Q фланец квадратной формы.

Стальная сборная скоба крепится двумя винтами к крышке, она является основой для крепления сигнального и отключающего элементов, постоянного магнита и ряда других деталей реле. Сигнальный элемент состоит из пластмассового полого шарообразного поплавка с держателем, который крепится к скобе. С поплавком жестко связан магнит, служащий для управления сигнальным контактом. Сигнальный и отключающий контакты выполнены с помощью магнитоуправляемых герконов. При понижении уровня масла в реле опускается поплавок и при объеме газа в реле 250-300 см3 управляемый магнит приводит к замыканию сигнального контакта. Отключающий элемент помещен в нижней части корпуса реле под пластиной, служащей для закрепления магнита в одном из трех положений и одновременно выполняющий функцию экрана, защищающего элемент от оседающего из масла шлака. Отключающий элемент крепится к скобе и состоит из пластмассового поплавка, круглого магнита и геркона. Пластина отключающего элемента удерживается в нормальном положении с помощью постоянного магнита. Она предназначена для срабатывания от потока масла; при определенной скорости потока масла преодолевается сила притяжения магнита и пластина отклоняется на некоторый угол, поворачиваясь вокруг своей оси.

Для достижения требуемого быстродействия пластина помещена против входного отверстия и при своем движении не связана с поплавком отключающего магнита, только в конце хода пластина нажимает на поплавок, который опускается, что приводит к замыканию отключающего контакта реле. В пластине имеются два отверстия для прохождения части масла, чтобы пластина не повредилась при больших скоростях потока масла за счет большего давления на нее.

Изменение скорости срабатывания реле достигается выбором расстояния между пластиной и магнитом, путем изменения положения магнита. Трем положениям магнита соответствуют уставки скорости срабатывания 0.65 м/с, 1.0 м/с, 1.5 м/с. Магнит передвигается после отвинчивания винта магнитодержателя и перемещения последнего до появления в окне магнитодержателя цифры требуемой скорости срабатывания.

Время срабатывания отключающего элемента реле при скорости потока масла 1,25 скорости уставки составляет 0.15 с, при скорости потока масла 1.5 скорости уставки не менее 0.1 с.

Выводы сигнального и отключающего контактов реле размещены в коробке, на внутренней стороне откидной крышки имеется табличка с маркировкой выводов. Кабель цепей защиты может быть подведен в любое из двух отверстий в коробке выводов.

Реле серии BF снабжены устройством для контроля работоспособности обоих элементов и контактов реле. Оно состоит из кнопки, рейки с выступами, возвратной пружины и рамки. На табличке около кнопки устройства контроля изображены два положения кнопки с надписями «сигнал» и «отключение».

В крышке реле имеется кран для отбора пробы газа из реле и для выпуска газа. В нижней части корпуса имеются два отверстия для слива загрязненного масла. Эти отверстия закрыты пробками с винтовой резьбой.

Верхние смотровые стекла имеют отметки уровня масла с цифрами от 250 до 450 (см3), обозначающими объем газа в корпусе реле.

При срабатывании газового реле его поворотная пластина фиксируется в сработавшем положении до возврата вручную. Это не дает возможности включить в работу трансформатор, отключившийся газовой защитой, до принятия необходимых мер и ручного возврата газового реле в нормальное рабочее положение. Для возврата отключающего элемента реле предусмотрено устройство, которое служит также для опробования работоспособности реле /3/.

Вид реагирующего блока газового реле представлен в приложении Г.

7.6 Защита от замыканий на землю сети генераторного напряжения (ЗЗГ-1)

Блок-реле типа ЗЗГ-1 применяется в схемах защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов, работающих в блоке с трансформаторами, при наличии в нейтрали дополнительного трансформатора напряжения. Схема подключения защиты к цепям напряжения и принципиальная схема комплекта блок-реле приведены в приложении Д.

Комплект состоит из двух реле, обеспечивающих защиту обмотки статора без зоны нечувствительности: реле максимального напряжения основной гармоники, которое реагирует на напряжение промышленной частоты и включается на напряжение обмоток TV1, соединенных по схеме разомкнутого треугольника (реле обеспечивает защиту 85-95% обмотки статора со стороны фазных выводов), и реле напряжения третьей гармоники с торможением, предназначенного для работы при замыкании на землю вблизи нейтрали -- в зоне, где первое реле не обладает достаточной чувствительностью.

Входной фильтр максимального напряжения R1-C1-T1-C2 настроен на частоту 50 Гц и имеет на этой частоте максимальное сопротивление, в этом случае большая часть напряжения 3U0 приложена к первичной обмотке Т1, входные зажимы реле XT:8, XT:11. При подведении к фильтру напряжения третьей гармоники сопротивление фильтра резко уменьшается, большая часть напряжения частотой 150 Гц при этом оказывается приложенной к резистору R1; загрубление реле при частоте 150 Гц и выше составляет не менее 8 по отношению к напряжению срабатывания промышленной частоты.

Напряжение со вторичной обмотки Т1 выпрямляется, сглаживается конденсатором С3 и через резисторы плавно-ступенчатого регулирования уставки подается на вход двухкаскадного усилителя, собранного на двух транзисторах VT1, VT2. Ступенчатое регулирование уставки 15:12,5:10:7,5:5,0 В осуществляется изменением набора резисторов R4чR7 на переключателе, резистор R2 обеспечивает плавную регулировку в пределах диапазона. Диод VD3, включенный на вход выходного транзистора VT2 обеспечивает релейный режим его работы, конденсатор С4 улучшает помехоустойчивость реле. Исполнительный орган реле К1 включенный в цепь коллектора VT2, выполнен на базе промежуточного реле РП-220.

Принцип действия второго реле, предназначенного для работы при замыкании на землю вблизи нейтрали, основан на сравнении напряжений третьей гармоники на фазных выводах генератора и в нейтрали. В нормальном режиме векторы третьей гармоники по концам обмоток статора со стороны нейтрали UН и выводов UВ равны по величине и находятся в противофазе, потенциал напряжения третьей гармоники в середине обмотки генератора равен нулю (см. приложение Д), т.е. UН =UВ=0,5 Е3; UС=0.

На вход рабочей цепи (выводы XT:11 и XT:13, см. приложение Д) подается сумма векторов напряжений -- ; на вход цепи торможения (выводы XT:8 и XT:13, см. приложение Д) -- напряжение . В нормальном режиме (без замыкания на землю) в обмотке суммарное напряжение близко к нулю и напряжение тормозного контура надежно удерживает реле от срабатывания.

При замыкании в нейтрали напряжение на входе тормозного контура отсутствует, суммарное напряжение рабочей цепи становится равным Е3 и реле надежно срабатывает.

При замыкании на выводах одной их фаз напряжение UВ становится равным нулю, напряжения рабочих и тормозного контуров в этом случае примерно равны и действие реле зависит от коэффициентов пропорциональности напряжений контуров, вводимых в схему. Для выполнения в нормальном режиме условия номинальное напряжение TV1, установленного на выводах генератора должно быть: первичной обмотки -- соответствующим фазному номинальному напряжению генератора, а вторичных обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник -- 100/3 В. Номинальное напряжение вторичной обмотки TV2, установленного в нейтрали при идентичных параметрах первичной обмотки должно быть 100 В.

На входе рабочей и тормозной цепей установлены фильтры Т2-С13, Т3-С14, настроенные на частоту 150 Гц. Выпрямленные напряжения рабочей и тормозной цепей сглаживаются емкостями С15, С16 и подаются на резисторы R26, R27 плавного регулирования коэффициента торможения kT. Под коэффициентом торможения реле понимается отношение рабочего напряжения U8-11 к тормозному напряжению U8-13 в условиях срабатывания. Реле обеспечивает диапазон регулирования kT в пределах 0,33ч3. В связи с малыми величинами входных сигналов принято четырехкаскадная схема усиления, когда в нормальном режиме VT3 и VT5 открыты, VT4 и VT6 закрыты. Исходный режим усилителя определяется работой VT3 в открытом режиме за счет начального отрицательного смещения потенциала база VT3 диодом VD8.

Напряжение, приложенное к резистору R27 и пропорциональное , является тормозным; напряжение, приложенное к резистору R26 и пропорциональное , является рабочим. Тормозное напряжение, понижая потенциал базы триода VT3, способствует более полному его открытию, при уменьшении тормозного напряжения повышается потенциал базы триода от рабочего напряжения, снимаемого с резистора R26. Это приводит к закрытию VT3 и последовательному открытию VT4, закрытию VT5, и открытию выходного триода VT6, в цепи коллектора которого установлен исполнительный орган К2 -- промежуточное реле типа РП-220.

Конденсатор С17 обеспечивает повышение помехоустойчивости реле.

Блок питания реле состоит из стабилитрона V1, диодов VD5, VD6, резисторов R23-R25 и конденсаторов С9-С11. Он обеспечивает питание цепей стабилизированным напряжением оперативного тока: U6-7=12±1,2 В; U7-8?2 В.

В ЗЗГ-1 предусмотрена раздельная сигнализация срабатывания исполнительных реле К1 и К2, контакты которых используются в схеме световой сигнализации на тиратронах VL1 и VL2. При срабатывании К1 загорается тиратрон VL1 «K(1), удаленное от нейтрали», при срабатывании К2 загорается тиратрон VL2 «K(1), вблизи нейтрали».

7.7 Поперечная дифференциальная защита генератора блока от витковых замыканий

Для защиты генераторов, имеющих две параллельные ветви и более, применяется специальная поперечная дифференциальная защита, которая реагирует на разность токов, проходящих в параллельных ветвях обмотки статора. В нормальном режиме через параллельные ветви проходят равные токи, и в реле попадает только ток небаланса. При замыкании между витками одной из параллельных ветвей равенство токов нарушается и реле срабатывает.

С целью повышения чувствительности токовое реле включается через фильтр ZF для отстройки от действия гармоник, кратных трем, наличие которых обусловлено искажением формы кривой ЭДС генератора.

1) Находим ток срабатывания защиты

.

2) Находим ток срабатывания реле

,

Принимаем реле тока типа РТ - 40 / Ф, уставка - 4,1А.

Чувствительность и надежность защиты обусловлены принципом ее действия, и проверка этих параметров не требуется /2/.

7.8 Защита от замыканий обмотки возбуждения генератора на землю в двух точках

На станциях обычно имеется один общий комплект защиты от замыканий на землю в двух точках, который подключается к генератору, имеющему замыкание в одной точке цепи возбуждения. Схема защиты ротора от двойных замыканий на землю типа КЗР-2 приведена в приложении Б.

Потенциометр RR1 с последовательно включенным реостатом RR2, который служит для более плавной регулировки, подключается зажимами 1 и 2 к полюсам обмотки возбуждения после возникновения в ней замыкания на землю в одной точке. Зажим 3 подключается к валу генератора через специальную щетку. Этим исключается возможность ложного срабатывания защиты от наведенных токов, проходящих в контуре заземления электростанции.

Защита подключается к обмотке ротора без предохранителей, так как сгорание одного из них повлечет за собой ее неправильную работу. По той же причине защита должна подключаться к обмотке ротора через двухполюсный рубильник. После подключения к обмотке ротора движки потенциометра RR1 и добавочного сопротивления RR2 устанавливаются в положение, при котором показания вольтметра pV будут минимальными (не более 0,5 В). Переключатель SAC с добавочными сопротивлениями позволяет переключать пределы измерения вольтметра (300, 30, 3 В), что обеспечивает более точную регулировку и вместе с тем предохраняет вольтметр от перегрузок при грубой настройке. Настройка защиты производится при отключенной накладке Sx. По окончании настройки накладка Sx включается, и защита вводится в работу.

В качестве чувствительных реле, реагирующих на нарушение балансировки моста тем самым на появление второго замыкания на землю, в схеме защиты используются поляризированные реле KL6 и KL7. Установка двух поляризированных реле необходима, так как каждое из них срабатывает лишь тогда, когда ток входит в зажим, обозначенный точкой. Направление же тока в диагонали моста, а следовательно, и в реле зависит от местоположения второго замыкания на землю относительно первого. Обмотки реле включены так, что работа защита при возникновении второго замыкания на землю обеспечивается независимо от направления тока в диагонали моста.

Из за неравномерности воздушного зазора генератора в обмотке ротора циркулирует переменный ток, который может проходить по обмоткам реле KL6 и KL7. Возникающая при этом вибрация контактов снижает надежность работы реле и может привести к отказу защиты. Для снижения влияния переменного тока на работы реле в схему защиты введены дроссель L и конденсатор C. Дроссель, представляющий собой большое индуктивное сопротивление (70 кОм при 50 Гц), имеет сравнительно малое омическое сопротивление (не более 160 Ом). Емкость конденсатора и индуктивность дросселя подобраны так, чтобы при коэффициентах возврата реле KL6 и KL7 от 0,3 до 0,5 отсутствовала вибрация реле после срабатывания, если в их обмотках проходит постоянный ток, равный току срабатывания, на зажимы 3 и 1 подано переменное напряжение 500 В, 50 Гц.

Защита работает с выдержкой времени, которая устанавливается на реле времени KT5. После срабатывания выходное реле защиты KL8 самоудерживается и подает импульс на сигнал или на отключение генератора.

7.9 Защита блока от перегрузки

Защищаемый блок генератор-трансформатор относится к блокам средней мощности, на которых защита от перегрузки в соответствие с /2/ выполняется на одном токовом реле, включаемым последовательно с защитой от сверхтоков при внешних коротких замыканиях.

1) Находим ток срабатывания защиты

;

2) Находим ток срабатывания реле

;

3) Принимаем реле тока типа РТ - 40/6; уставка - 6А.

8. Проверка трансформатора тока на 10% погрешность

Проверка на 10% погрешность осуществляется для наиболее нагруженной группы трансформаторов тока. Наиболее нагруженный по условиям работы является трансформатор тока TA5 (см. приложение Б). Проверка заключается в сравнении допустимого сопротивления нагрузки ZДОП и расчетного сопротивления нагрузки ZНАГР.РАСЧ.

Должно выполняться условие

ZНАГР.РАСЧ < ZНАГР.ДОП;

Определим расчетное сопротивление нагрузки трансформатора тока

,

где ZПР - сопротивление провода:

,

где l=100 м - длинна соединительных проводов,

S = 2,5 мм2 - минимальное сечение медных проводов по условию механической прочности,

=57 м/Ом мм2 - удельная проводимость медных проводов.

Ом;

ZК = 0,1 Ом - сопротивление контактов;

ZР - сопротивление подключенных к трансформатору тока реле:

 Ом.

Ом.

Определим допустимое сопротивление нагрузки. Для этого найдем значение предельной кратности TA5:

,

где I1НОМ - первичный номинальный ток TA5,

I1РАСЧ - первичный расчетный ток, при котором должна обеспечиваться работа трансформатора тока с погрешностью не более 10%:

По номограммам проверки трансформаторов тока на 10% погрешность определяем допустимое сопротивление нагрузки

ZНАГР.ДОП = 7 Ом.

ZНАГР.РАСЧ < ZНАГР.ДОП

2,73 < 7.

Размещено на Allbest.ru