Защита блоков генератор-трансформатор

Размещено на http://www.allbest.ru/

Защита блоков генератор-трансформатор

1. Особенности выполнения защит генератора и тр-ра при работе их в блоке

Схемы электрических соединений блоков. Наиболее часто по схеме блока генератор--трансформатор или генератор--автотрансформатор включаются турбогенераторы и гидрогенераторы большой мощности. Для защиты генератора и трансформатора (автотрансформатора) в схемах блоков применяются те же самые защиты, что и в рассмотренных выше схемах защит генераторов, подключенных к шинам генераторного напряжения, и трансформаторов (автотрансформаторов) Используемые при этом защиты имеют некоторые особенности, рассмотренные ниже

На рис. 5.1 приведены схемы электрических соединений блоков, применяющихся на современных электростанциях большой мощности.

Рис. 5.1 Схема электрических соединений блоков генератор--трансформатор

Блоки генератор--автотрансформатор (рис. 5.2) подключаются к РУ 500 кВ и выше через два выключателя, а к РУ 220 кВ -- через один выключатель (рис. 5.2, а), который может заменяться обходным, либо через два выключателя (рис. 5.2, б). На всех энергоблоках имеются ответвления на стороне генераторного напряжения для питания собственных нужд блока через реактор (при напряжении генератора 6,3 кВ) или через рабочий трансформатор собственных нужд, подключаемый к блоку, как правило, без выключателя. При наличии выключателя в цепи генератора ответвление подключается между этим выключателем и трансформатором блока.

Рис. 5.2 Схемы электрических соединений блоков генератор--автотрансформатор

генератор трансформатор электрический мощность

2. Варианты выполнения схем продольной диф. защиты

Продольная дифференциальная защита. На рис. 5.3 показано несколько структурных схем, отражающих принципы выполнения продольных дифференциальных защит блоков генератор--трансформатор. Наиболее проста схема на рис. 5.3, а, которая применяется на блоках генератор с косвенным охлаждением -- двухобмоточный трансформатор. В этой схеме общая дифференциальная защита с реле РНТ подключается к ТТ, установленным со стороны нулевых выводов генератора и со стороны высшего напряжения трансформатора Токовые цепи защиты не подключаются к ТТ, установленным на отпайке к трансформатору собственных нужд, поскольку защита отстраивается током срабатывания от КЗ за трансформатором. В зону действия защиты входят обмотки статора генератора, трансформатора, а также трансформатор собственных нужд.

При использовании в таком блоке двух трансформаторов вместо одного, а также при работе двух и более генераторов без выключателей в блоке с одним трансформатором (укрупненный блок) на каждом генераторе и трансформаторе мощностью 125 MB-А и более должна быть предусмотрена отдельная продольная дифференциальная защита.

На генераторе блока, имеющем непосредственное охлаждение обмоток, предусматривается отдельная продольная дифференциальная защита 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 При этом, если в цепи генератора имеется выключатель, должна быть установлена отдельная дифференциальная защита трансформатора блока (или каждого трансформатора, если в блоке с генератором работают два или более трансформатора), при отсутствии выключателя для защиты трансформатора блока можно использовать либо отдельную дифференциальную защиту (рис. 5.3, г), либо общую продольную дифференциальную защиту блока (рис. 5.3, а--в) для блоков, состоящих из одного генератора и одного трансформатора, предпочтительнее общая дифференциальная защита блока.

Рис. 5 3 Дифференциальная защита блока генератор--трансформатор (автотрансформатор)

Со стороны высшего напряжения дифференциальную защиту трансформатора (блока) можно включить на ТТ, встроенные в выводы трансформатора блока. При этом для защиты ошиновки между выключателями на стороне высшего напряжения и трансформатором блока должна быть установлена отдельная дифференциальная защита.

Продольная дифференциальная защита трансформатора (блока) обычно выполняется с помощью реле типа ДЗТ-21, имеющего тормозные обмотки. Ток срабатывания защиты принимается равным (0,3-0,4) Iном.

Токовые защиты от внешних коротких замыканий и перегрузки. Защита блоков генератор --двухобмоточный трансформатор от внешних междуфазных КЗ осуществляется общей токовой защитой которая подключается к ТТ, установленным со стороны нулевых выводов генератора. Для этой цели используется токовая защита обратной последовательности с приставкой для действия при трехфазных КЗ

Токовая защита обратной последовательности выполняется с независимой или с зависимой характеристикой для блоков с генераторами разной мощности На блоках с генераторами, имеющими косвенное охлаждение обмоток, защита выполняется так же, как на генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, с токовыми реле с независимой выдержкой времени, действующими и на сигнал и на отключение.

На блоках с генераторами мощностью менее 160 МВт, имеющими непосредственное охлаждение обмоток, а также на блоках с гидрогенераторами мощностью более 30 МВт, имеющими косвенное охлаждение, токовую защиту обратной последовательности следует выполнять со ступенчатой или зависимой выдержкой времени. Указанная ступенчатая или зависимая выдержка времени должна быть согласована с характеристикой допустимых перегрузок генератора токами обратной последовательности.

Установки ступенчатой защиты рассчитываются, исходя из следующих условий:

ток срабатывания сигнального элемента 0,07Iном;

ток срабатывания IV ступени выбирается из условия обеспечения времени, необходимого персоналу для устранения несимметрии при действии сигнализации (не менее 3 мин); для генераторов типов ТВФ-63-2 и ТВФ-120-2 ток срабатывания принимается равным 0,25Iном (для генераторов ТВФ Л-15);

максимальная выдержка времени IV ступени на упорном контакте реле времени (для генераторов ТВФ) устанавливается 40 с с учетом допустимой длительности прохождения тока I₂, равного току срабатывания III ступени,

ток срабатывания III ступени принят 0,6Iном (для генераторов ТВФ) исходя из целесообразности возможно большей уставки выдержки времени IV ступени (два последовательно работающих реле времени со шкалой 20 с);

максимальная выдержка времени III ступени на упорном контакте реле времени выбирается с учетом рационального совмещения ступеней защиты с перегрузочной характеристикой генератора

t = f ( I₂ ) и возможно большего загрубления по току II ступени, желательного для обеспечения селективности II ступени с резервными Защитами прилежащей сети (для генераторов ТВФ 8,5 с);

токи срабатывания I и II ступеней выбираются по условию их действия с коэффициентом надежности не менее 1,2 при двухфазных КЗ на выводах генератора (для I ступени) и на стороне высшего напряжения трансформатора блока (для II ступени);

выдержка времени I ступени и максимальная выдержка времени II ступени на упорном контакте реле времени должны устанавливаться равными допустимой длительности двухфазного КЗ на выводах генератора (для I ступени) или за трансформатором блока (для II ступени). При этом токи КЗ должны определяться по параметрам переходного режима при отключенном выключателе генератора, когда токи обратной последовательности в статоре генератора имеют наибольшее значение.

На генераторах типа ТВФ (ТВФ-63-2 на напряжения 6,3 и 10,5 кВ и ТВФ-120-2 на 10,5 кВ) рекомендуются следующие уставки I и II ступеней при работе генератора в блоке с двух- и трехобмоточным трансформаторами:

ток срабатывания I ступени (1,85--2,35) Iном.

выдержка времени I ступени 1,8--2,5 с;

ток срабатывания II ступени (1,05--1,3) Iном.

выдержка времени II ступени (на упорном контакте) 2,7--3,7 с.

Три последние ступени защиты (I, II, III) выполняются с двумя выдержками времени, отличающимися на ступень селективности:

с первой выдержкой времени, селективной с выдержками времени соответствующих ступеней защит отходящих присоединений, каждая ступень действует на отключение выключателей трансформатора блока,

со второй -- на полное отключение блока.

На блоках с турбогенераторами мощностью 160 МВт и более токовая защита обратной последовательности выполняется с помощью сигнального органа, интегрального органа с зависимой характеристикой, двух ступеней с независимыми характеристиками выдержек времени. Настройка всех этих элементов должна обеспечить отключение генератора при внешнем несимметричном КЗ или несимметричном режиме с временем, не превышающим допустимого значения. Расчет уставок интегрального органа не производится. Зависимая характеристика реле РТФ-6 принимается согласно информации завода на реле и в соответствии с величиной А защищаемого генератора. На генераторах при вторичном номинальном токе 3--5 А применяется реле РТФ-6 в исполнении на 5 А, при вторичном номинальном токе 7--10 А --в исполнении на 10 А.

Ток срабатывания пускового органа для обеспечения надежного пуска интегрального органа принимается равным 0,1Iном- Ток срабатывания первой ступени органа, имеющего независимую выдержку времени (Отсечка II) и предназначенного для резервирования защит генератора, выбирается таким образом, чтобы при двухфазном КЗ на выводах генератора в условиях сверхпереходного режима коэффициент чувствительности был не ниже 2. Выдержка времени органа.

Отсечка II по условию согласования с быстродействующими защитами трансформатора блока принимается равной 0,5 с.

Ток срабатывания второй ступени --органа Отсечка 1 принимают равным (0,4--0,6)Iном. Орган Отсечка I действует с двумя выдержками времени: с первой --на деление шин высшего напряжения, эта выдержка времени выбирается по условию согласования с максимальным временем резервных защит отходящих присоединений; с второй -- на отключение блока, на ступень селективности больше предыдущей. Ток срабатывания сигнального органа принимается равным 0,05Iном.

Токовая защита от трехфазных КЗ выполняется с пуском от двух реле минимального напряжения: одного, подключенною к ТН генератора, и второго, подключенного к ТН стороны высшего напряжения. Благодаря применению последнего повышается чувствительность защиты к повреждениям в сети высшего напряжения. Так же как и токовая защита обратной последовательности, защита от симметричных КЗ действует с двумя выдержками времени.

Для защиты от внешних однофазных КЗ на блоках устанавливается специальная токовая защита нулевой последовательности, которая подключается к ТТ в цепи заземления нулевой точки трансформатора. На блоках, трансформаторы которых постоянно работают с глухим заземлением нейтрали, защита выполняется с двумя токовыми реле, каждое из которых с первой выдержкой времени действует на отключение выключателей стороны высшего напряжения, а со второй -- на полное отключение и останов блока. Токи срабатывания этих защит согласуются с уставками защит линий, отходящих от шин высшего напряжения. Предусматривается ускорение действия чувствительной токовой защиты нулевой последовательности в случае отказа одной или двух фаз выключателя высшего напряжения при ручных операциях по его включению--отключению. Возникающий при этом несимметричный режим (отключена одна или две фазы на стороне высшего напряжения) сопровождается прохождением значительных токов обратной последовательности, представляющих опасность для генератора. Для того чтобы ускорить отключение неисправного блока, не допустить отключения других блоков и линий, предусматривается ускорение токовой защиты нулевой последовательности, которое осуществляется с помощью реле “непереключения фаз”, срабатывающего, если одна или две фазы выключателя из трех остаются включенными. Если после срабатывания ускоренной защиты одна или две фазы выключателя не отключатся, запустится специальное устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ) и отключит выключатели, подключенные к той же системе шин высшего напряжения. Ток срабатывания более чувсвительного токового реле нулевой последовательности, ускоряемого в неполнофазном режиме, должен удовлетворять следующему условию:

С целью уменьшения токов КЗ на землю на шинах электростанций 110--220 кВ нейтрали части трансформаторов разземляются.

При этом токовая защита нулевой последовательности усложняется, так как на нее возлагается дополнительная задача предотвратить повреждение трансформаторов, работающих с незаземленной нейтралью при отключении внешнего однофазного КЗ. Для этого предусматривается специальная защита нулевой последовательности обеспечивающая отключение блоков с незаземленной нейтралью раньше, чем блоков с заземленными нейтралями. Для фиксации внешнего однофазного КЗ на землю в защите блоков, нейтрали трансформаторов которых разземлены, используется специальное реле напряжения нулевой последовательности, подключенное к ТН стороны высшего напряжения, или сигнальный элемент токовой защиты обратной последовательности. Для предотвращения ложного срабатывания этих защит плюс оперативного тока подается на них при срабатывании чувствительного токового реле нулевой последовательности защиты любого из блоков, трансформаторы которых работают с заземленной нейтралью.

Выдержка времени рассматриваемой защиты блока, трансформатор которого работает с изолированной нейтралью, должна быть меньше, чем выдержка времени токовой защиты нулевой последовательности блока, трансформатор которого работает с заземленной нейтралью.

На блоках с выключателем в цепи генератора устанавливается дополнительная токовая защита, предназначенная для резервирования основных защит трансформатора блока при отключенном выключателе генератора. Защита выполняется с двумя реле тока типа РТ-40, подключенными к соединенным в треугольник ТТ, встроенным в выводы высокого напряжения трансформатора, и одним реле времени. Данная защита автоматически вводится в работу при исчезновении тока в цепи генератора. Для этого используются трехфазные токовые реле, устанавливаемые для блокировки защиты от повышения напряжения. Ток срабатывания защиты отстраивается от номинального тока защищаемого трансформатора:

где kн -- коэффициент надежности, равный 1,2; kв--коэффициент возврата реле.

На блоках АЭС эта защита не предусматривается в саязи с наличием резервной дифференциальной защиты блока. На блоках генератор--двухобмоточный трансформатор устанавливается только одна защита от перегрузки. На блоках генератор--трехобмоточный трансформатор или автотрансформатор устанавливаются две или три защиты от перегрузки. На таких блоках устанавливаются также дополнительные токовые защиты, для того чтобы обеспечить селективное отключение выключателей при внешнем КЗ на стороне высшего или среднего напряжения трансформатора (автотрансформатора).

Рис. 5.4 Схема защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора с реле напряжения нулевой последовательяостк а -- цепи перемеиного напряжения, б-- цепи оперативного тока

Защита от замыканий на землю в обмотке статора. Для защиты от однофазных замыканий на землю в статоре генераторов мощностью 30 МВт и менее, работающих в блоке с трансформаторами, применяется схема с реле максимального напряжения, которое включается на обмотку ТН, соединенную в разомкнутый треугольник (рис.5.4). Реле напряжения K.Vсрабатывает при появлении замыкания на землю в любой точке генераторного напряжения и действует на сигнал с выдержкой времени 0,5 с. Напряжение срабатывания реле напряжения обычно устанавливается 10--15 В для отстройки от напряжения небаланса. Если емкостный ток генератора, работающего в блоке с трансформатором, превышает 5 А, целесообразно установить в нулевой точке генератора дугогасящий реактор, компенсирующий емкостный ток до значения меньше 5 А, и защиту включить с действием на сигнал. Защита, схема которой приведена на рис. 5.4, будет срабатывать при замыканиях на землю в 85--90 % витков обмотки статора (считая от фазных выводов генератора). Область выводов, соединенных в нулевую точку (10--15 % обмотки), является “мертвой зоной”, при повреждении в которой рассматриваемая защита не действует. На блоках с генераторами мощностью более 30 МВт, как правило, должна предусматриваться защита, обеспечивающая срабатывание при повреждениях в любой точке обмотки статора.

Применение защиты, выполненной по схеме рис. 5.4, допускается также на блоках с турбогенераторами мощностью до 120 МВт, если для защиты всей обмотки статора требуется включение в цепь генератора дополнительной аппаратуры. Для генераторов мощностью 160 МВт и более применяется защита типа ЗЗГ-1, разработанная ВНИИЭ. Она состоит из органа напряжения нулевой последовательности, включенного, как показано на рис. 5.4, и защищающего 85-- 95 % витков обмотки статора со стороны фазных выводов, а также второго реле, фиксирующего замыкания на землю вблизи нейтрали. Принцип действия этого реле основан на сравнении напряжений третьей гармоники со стороны фазных выводов и нейтрали. При этом используются следующие свойства напряжения третьей гармоники в кривой напряжения генератора. Векторы напряжения по концам обмотки каждой фазы статора генератора в нормальном режиме равны по значению и находятся в противофазе, потенциал напряжения третьей гармоники в середине обмотки статора равен нулю. Значения напряжения третьей гармоники относительно малы, но значительно (в несколько раз) изменяются при изменении нагрузки. Однако отношение этих напряжений по концам обмотки практически неизменно и не зависит от режима работы.

Реле реагирует на отношение модулей векторов [Uв + Uн] и [Uн], где Uв и Uн --векторы напряжения третьей гармоники на выводах генератора и в нейтрали соответственно. В нормальном режиме, когда отсутствует замыкание на землю, суммарное напряжение [Uв + Uн] в рабочем контуре реле близко к нулю. В тормозном же контуре действует напряжение Uн равное.половине фазного напряжения третьей гармоники и обеспечивающее надежное несрабатывание реле.

При замыкании на землю вблизи нейтрали напряжение третьей гармоники Uн снижается до нуля, а рабочее напряжение возрастает, обеспечивая срабатывание реле. Реле защищает до 35% витков со стороны нейтрали. При замыкании на землю вблизи фазных выводов надежное срабатывание рассматриваемого реле не обеспечивается, что, однако, неважно, так как при этом сработает первое реле.

Генератор-трансформатор-линия

С целью упрощения РУ 220--750 кВ рекомендуется присоединение блоков генератор -- трансформатор -- линия GTW непосредственно к районным подстанциям (см. рис. 1, г). В цепи генератора устанавливается выключатель Q или выключатель нагрузки QW, в цепи линии на электростанции выключатель может не устанавливаться. РУ на районной ПС должно удовлетворять требованиям надежности РУ ТЭС. В схемах с блоками GTW снижаются токи КЗ, так как их значения ограничиваются сопротивлением линий. Однако указанные схемы имеют существенный недостаток: при повреждении линии отключается энергоблок на все время ее ремонта. Для устранения этого недостатка блоки GTW на высоком напряжении присоединяются к уравнительной системе шин или к уравнительно-обходному многоугольнику.

Размещено на Allbest.ru