Защита обмотки статора генератора от однофазных КЗ

Защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в обмотке статора синхронных генераторов является одной из важнейших видов защиты, так как большинство повреждений обмотки статора начинается со стадии однофазного замыкания. Отключение генератора при повреждении на этой стадии позволяет предотвратить переход ОЗЗ в двойное или междуфазное замыкание и тем самым предотвратить существенные повреждения обмотки статора, требующие длительного и дорогостоящего ремонта. Замыкания на землю обмотки статора генератора, работающего в режиме изолированной нейтрали, могут быть достаточно опасными вследствие того, что, несмотря на сравнительно небольшие емкостные токи КЗ, возникающая электрическая дуга повреждает изоляцию и оплавляет активную сталь статора. Защиты генераторов в блоках генератор — трансформатор выполняются наиболее простым образом на основе контроля значения напряжения нулевой последовательности 3Uo при изолированной нейтрали или тока 3I₀, протекающего через заземляющий трансформатор.

1. Принцип действия устройства РЗ

Защита от замыканий на корпус с ТНП, имеющим подмагничивание.

Чувствительность РЗ значительно возрастет, если на магнитопровод поместить дополнительную обмотку питаемую переменным током от постороннего источника. Магнитодвижущая сила дополнительной обмотки будет подмагничивать магнитопровод, создавая в нем магнитный поток. Если при наличии подмагничивания протекает тот же ток замыкания на землю, то созданная им магнитодвижущая сила складывается с магнитодвижущей силой обмотки подмагничивания. В результате этого ТНП работает в более крутой части характеристики намагничивания ВС и ЭДС, наводимая током будет значительно больше, чем при том же I_З без подмагничивания; соответственно возрастает ток в реле, что повышает чувствительность РЗ. Указанное подмагничивание осуществляется переменным током от ТН генератора, поэтому магнитный поток, создаваемый обмоткой подмагничивания, будет наводить во вторичной обмотке дополнительную ЭДС, искажающую работу ТНП. Для устранения вредного влияния обмотки подмагничивания магнитопровод выполняется из двух одинаковых сердечников. На каждом сердечнике располагаются вторичные обмотки и обмотки подмагничивания.

При замыкании на землю в первичной цепи ТНП появляется ток 3I₀. Он наводит в обмотках последовательно направленные и равные по значению ЭДС, которые складываются и вызывают в реле ток I_Р = 3I₀.

При симметричных КЗ и нагрузке ток в реле должен отсутствовать, однако из-за несимметрии расположения первичных токопроводов во вторичных обмотках ТНП возникает ток небаланса I_нб.нес.

Таким образом, при симметричных КЗ и токах нагрузки в реле РЗ появляется ток небаланса, состоящий из двух составляющих: одна обусловлена несимметрией расположения фаз первичных токопроводов ТНП I_нб.нес, вторая — подмагничиванием I_{нб.подм}.

Для генераторов, связанных со сборными шинами шинными выводами, имеется аналогично выполненная конструкция ТНПШ.

Принципиальная схема защиты с ТНП, имеющим подмагничивание, изображена на рис. 2.1. В схеме предусмотрены два токовых реле: чувствительное и грубое. Чувствительное реле КА1 предназначено для действия при однофазных замыканиях на землю в обмотке статора генератора. Реле КА1 при срабатывании воздействует на реле времени КТ, имеющее выдержку времени 0,5−1 с.

В схемах защиты с ТНПШ предусмотрена блокировка, выводящая КА1 из действия при внешних КЗ для предотвращения отключения генератора из-за больших токов небаланса.

Грубое токовое реле КА2 устанавливается для действия при двойных замыканиях на землю (одном — в генераторе и втором — в сети). Реле КА2 отстраивается от токов небаланса при внешних КЗ и действует на отключение без выдержки времени. При больших кратностях тока двойного замыкания на землю возможно искажение формы кривой вторичного тока ТНП и как следствие — возникновение вибрации подвижной системы и контактов реле КА2 и отказ его в работе. Для исключения этого в качестве КА2 используется реле РНТ-565 с НТТ. Во вторичную цепь ТНП включается сопротивление R для ограничения тока в цепи при двойных замыканиях на землю, благодаря чему обеспечивается термическая стойкость обмотки реле РТЗ-50, сопротивление входного трансформатора которого резко уменьшается из-за насыщения.

Обмотка подмагничивания ТНП питается от основных обмоток трансформатора напряжения TV.

2. Расчет уставок РЗ

2.1 Методика расчета уставок

3 ащита от ОЗЗ с независимой характеристикой для гeнepaтopoв, работающих на сборные шины гeнepaтоpного напряжения в сети с изолированной нейтралью.

Первичный ток срабатывания защиты должен быть больше собственного емкостного тока защищаемого генератора при внешнем ОЗ3 и одновременном двухфазном К3 на другой линии. Первичный ток срабатывания защиты определяют по выражению:

(2.1)

где — коэффициент отстройки; - коэффициент отстройки, учитывающий бросок емкостного тока в переходном режиме при работе защиты с t = 1…2 с; - коэффициент возврата; - собственный емкостной ток генератора, — ток небаланса ТНПШ, приведенный к первичной стороне трансформатора.

(2.2)

замыкание однофазный статор защита где — ток небаланса, приведенный к вторичной стороне ТНПШ; - число витков вторичной обмотки ТНПШ .

Ток небаланса содержит две составляющие вторичного тока небаланса, обусловленные несимметричным расположением токопроводов и подмагничиванием трансформатора тока:

(2.3)

где — ЭДС небаланса во вторичной цепи от несимметричного расположения токопроводов; - ЭДС небаланса во вторичной цепи от тока подмагничивания; - сопротивление намагничивания, приведенное к вторичной цепи; сопротивление реле; - коэффициент надежности. Собственный емкостный ток, приведен в паспортных параметрах генератора, а для турбогенераторов можно рассчитать по выражению, А:

(2.4)

где; С_Г — емкость одной фазы статорной обмотки генератора относительно земли, мкФ/фаза; U_ГНОМ — номинальное междуфазное напряжение генератора, В.

Защита от ОЗЗ с независимой характеристикой для генераторов, работающих на сборные шины генераторного напряжения в сети с компенсированной нейтралью.

Защита генераторов от ОЗЗ, работающих в сети с компенсацией емкостного тока ОЗЗ, выполняется с измерением суммы токов высших гармоник в полосе частот 150 — 750 Гц, а также с действием на сигнал. Время работы генератора в режиме ОЗЗ не должно превышать 2 ч. Компенсация емкостного тока ОЗЗ производится дугогасящим реактором, включенным между землей и нейтралью специального трансформатора.

В защите предусмотрен режим блокировки (введена / выведена), выводящий ее из действия при внешних КЗ. Это связано с насыщением и увеличением тока небаланса ТНПШ, что может привести к неправильному (излишнему) срабатыванию защиты от ОЗЗ. При защите генераторов малой мощности (до 1,5 МВт) блокировка защиты от ОЗЗ не требуется.

Токи ОЗЗ на частоте высших гармоник для городских и промышленных кабельных сетей не могут быть ниже 4% суммарного тока ОЗЗ на частоте 50 Гц. Реально измеренные уровни токов при ОЗЗ в кабельных сетях на частоте высших гармоник могут быть существенно выше.

Для турбогенераторов малой и средней мощности напряжение на частоте третьей гармоники составляет 2,5 — 3% напряжения на частоте первой гармоники. Ток ОЗЗ на частоте 150 Гц при работе генератора в сети с компенсированной нейтралью будет составлять 2,5 — 3% емкостного тока на частоте 50 Гц. Максимальный суммарный ток высших гармоник в полосе частот 150 — 750 Гц соизмерим с током ОЗЗ на частоте 150 Гц. Поэтому собственный емкостный ток ОЗЗ генераторного присоединения должен быть не более 6% тока ОЗЗ на частоте 50 Гц.

С учетом отстройки срабатывания защиты от собственного емкостного тока генератора на частоте высших гармоник:

(2.5)

Защита от ОЗЗ с независимой характеристикой для генераторов, работающих на сборные шины генераторного напряжения в сети с ре-зистивным заземлением нейтрали.

Защита выполняется с применением ТНПШ или фильтра токов нулевой последовательности, собранного из фазных трансформаторов тока при низкоомном резистивном заземлении нейтрали. Использование резистивного заземления нейтрали позволяет увеличить значение ОЗЗ и повысить чувствительность защиты. При токах ОЗЗ менее 5 А защита выполняется с действием на сигнал (высокоомное резистивное заземление нейтрали), при токах ОЗЗ более 5 А — с действием на отключение генератора (низкоомное резистивное заземление нейтрали). Коэффициент чувствительности защиты при ОЗЗ на верхних выводах генератора, работающего в сети с резистивным заземлением нейтрали, определяется по выражению:

(2.6)

где — суммарный емкостный ток сети при ОЗЗ; I_R — активный ток, задаваемый резистором; - уставка срабатывания защиты выбирается по (2.1).

При заземлении нейтрали низкоомным резистором ток срабатывания защиты выбираем по формуле:

(2.7)

(⁵-²⁷)

Такой выбор уставки срабатывания защиты обеспечивает чувствительность защиты при ОЗЗ на верхних выводах генератора равную 2.

Защита от ОЗЗ с зависимой от тока характеристикой при работе генератора в сети с изолированной нейтралью или заземлением нейтрали через высокоомный резистор.

Защита выполняется с применением ТНПШ и при токах ОЗЗ менее 5 А с действием на сигнал. При защите генераторов, работающих на сборные шины, абсолютное значение тока нулевой последовательности будет зависеть от количества подключенных присоединений (фидеров) к сборным шинам. При отключении и включении фидеров будет изменяться емкость электрической сети. Также следует отметить, что текущие значения тока ОЗЗ электрической сети зависят от многих факторов, в том числе от фазного напряжения, температуры оборудования и кабелей. Поэтому традиционный (классический) выбор параметров срабатывания защиты от ОЗЗ с независимой характеристикой заключается в отстройке уставки каждого присоединения от абсолютного значения собственного емкостного тока этого присоединения. Такой способ настройки защиты не требует изменять значения параметров срабатывания защиты генератора от значения уставок защит других присоединений при изменении схемы соединений сети. Но отключение фидеров от сборных шин генераторного напряжения уменьшает суммарную электрическую емкость сети, а соответственно, и коэффициент чувствительности защиты генератора от ОЗЗ.

Одним из способов повышения чувствительности защиты от ОЗЗ является метод относительного измерения значения емкостного тока. Метод относительного измерения основан на измерении абсолютных значений емкостных токов каждого из присоединений. Присоединение с ОЗЗ выявляется по максимальному значению измеренного тока.

При работе терминала «Сириус-ГС» с зависимой характеристикой от тока ОЗЗ может быть использован метод относительного измерения емкостного тока. В этом случае защиты всех присоединений в сети генераторного напряжения должны быть оснащены цифровыми терминалами с однотипными зависимыми характеристиками и работать с одинаковыми значениями уставок. В качестве зависимой характеристики зашиты от ОЗЗ применена обратнозависимая характеристика стандарта МЭК RXIDG:

(2.8)

где — время срабатывания зашиты; - первичный ток ОЗЗ; - (первичный) ток срабатывания защиты; - временной коэффициент.

При возникновении в сети ОЗЗ происходит пуск защит от ОЗЗ на всех присоединениях. Первой по времени срабатывает защита присоединения с ОЗЗ, так как через трансформатор тока нулевой последовательности этого присоединения протекает суммарный (максимальный) ток ОЗЗ. Через трансформаторы тока неповрежденных присоединений протекает собственный емкостный ток этих присоединений, который меньше суммарного тока ОЗЗ.

При токах ОЗЗ в сети генераторного напряжения менее 5 А защита от ОЗЗ выполняется с действием на сигнал. При возникновении ОЗЗ первой срабатывает защита присоединения с ОЗЗ и блокирует действие защит на остальных присоединениях. Работа защиты от ОЗЗ на сигнал проинформирует персонал станции о том, что на данном присоединении возникло ОЗЗ.

Настройка терминала выполняется следующим образом. Уставка по току срабатывания защит всех присоединений выбирается по условию пуска всех защит или большей их части при возникновении ОЗЗ в любой точке сети генераторного напряжения, т. е. ток срабатывания защит всех присоединений можно определить по выражению:

(2.9)

где — коэффициент надежности для выполнения условия по коэффициенту чувствительности защиты = 1,25−1,4; - емкостной ток (50 Гц) присоединения с минимальным значением собственной распределенной емкости.

При отсутствии на защищаемом генераторе ТНПШ защита генератора от ОЗЗ может быть выполнена с помощью дополнительных устройств типа ЗЗСГ-4 или ЗГНП-4.2. Эти устройства подключаются к фильтру токов нулевой последовательности, выполненному из штатных трансформаторов тока генератора.

Защита ЗЗСГ-4 работает с наложением тока частотой 25 Гц на защищаемую сеть генераторного напряжения.

Защита ЗГНП-4.2 имеет две независимые ступени с различными принципами действия.

Первая ступень защиты ЗГНП-4.2 работает на частоте первой гармоники и выполняет функцию защиты от двойных замыканий на землю. Ступень выполнена с торможением сигналами токов высших гармоник.

Вторая ступень защиты ЗГНП-4.2 работает на частотах (суммы) высших гармоник и выполняет функцию защиты от ОЗЗ.

Защита от ОЗЗ для генераторов, работающих в блоке с трансформатором.

При выполнении защиты от ОЗЗ блока «генератор — трансформатор» значение тока ОЗЗ не должно превышать 5 А. Для защиты генераторов от ОЗЗ, работающих в блоке с трансформатором, применяется защита 3U₀.

Действие защиты блокируется:

— при срабатывании первых трех ступеней защиты от несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок (по I₂);

— при срабатывании защиты 3U₀ (3I₀) на стороне высшего напряжения.

Цифровой фильтр нижних частот с частотой среза 53 Гц, входящий в состав защиты 3U₀, ослабляет влияние напряжений на частотах третьей и следующих высших гармоник.

Защита 3U₀ может использоваться для генераторов мощностью до 160 МВт. Защита имеет «мертвую» зону со стороны нейтрали защищаемого генератора. При защите синхронных генераторов большей мощности наличие «мертвой» зоны защиты со стороны нейтрали считается недопустимым. В зону срабатывания правильно настроенной защиты 3U₀ попадает примерно 80% статорных обмоток генератора. Защита действует на отключение генератора (в исключительных случаях — на сигнал). Уставка срабатывания защиты определяется по выражению:

(2.10)

где — максимальное напряжение небаланса на выводах обмоток трансформатора 3U₀, включенных по схеме разомкнутого треугольника; и должна иметь значение 10 В. Время срабатывания зашиты t_сз должно составлять 0,5 — 1 с.

При необходимости выполнения 100%-ной защиты статорной обмотки от ОЗЗ турбогенератора, работающего в блоке с трансформатором, может быть рекомендовано применение дополнительной защиты БРЭ-1301. Защита БРЭ-1301 работает на частоте третьей гармоники и не имеет «мертвой» зоны статорной обмотки генератора со стороны нейтрали генератора.

При необходимости выполнения 100%-ной защиты статорной обмотки от ОЗЗ гидрогенератора, работающего в блоке с трансформатором, может быть рекомендовано применение дополнительного устройства защиты РЗГ-100/3 с принципом работы — наложение на защищаемую сеть постоянного тока. Защита РЗГ-100/3 выполняется при подключении источника постоянного тока в нейтраль генератора через дугогасящий реактор. В этом случае (при подключении источника постоянного напряжения) применяется разделительный конденсатор.

2.2 Пример расчета уставок

Выбрать трансформатор тока шинного типа с подмагничиванием для защиты нулевой последовательности от однофазных замыканий на землю обмотки статора, определить ток срабатывания реле и максимальный ток срабатывания защиты.

Ток срабатывания блокировки защиты при внешних повреждениях в 1,4 раза больше номинального тока генератора. Повышенные переходные значения емкостного тока учесть коэффициентом k_бр=1,8. Коэффициент надежности k=1,5.

Таблица 2.1. — Трансформаторы тока нулевой последовательности с подмагничиванием шинного типа (ТНПШ)

Вторичные обмотки всех трансформаторов тока содержат w₂ = 39 витков. Сопротивление ветви намагничивания Z_НАМ, приведенное ко вторичной цепи, меняется в пределах 10 — 15 Ом. В защите применено реле с сопротивлением обмотки Z_p = 9 ом и коэффициентом возврата k_B = 0,85. Сопротивления Z_p и Z_НАМ имеют одинаковый угол. Параметры генератора приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 — Параметры генератора

Решение.

Номинальный ток генератора:

По номинальному току выбираю трансформатор тока ТНПШ-2.

Собственный емкостной ток генератора:

Ток небаланса, приведенный к вторичной стороне ТНПШ:

Ток небаланса ТНПШ, приведенный к первичной стороне трансформатора:

Первичный ток срабатывания защиты:

Ток срабатывания реле:

3. Особенности защиты

Замыкания на землю обмотки статора генератора, работающего в режиме изолированной нейтрали, могут быть достаточно опасными вследствие того, что, несмотря на сравнительно небольшие емкостные токи КЗ, возникающая электрическая дуга повреждает изоляцию и оплавляет активную сталь статора. Защиты генераторов в блоках генератор-трансформатор выполняются наиболее простым образом на основе контроля значения напряжения нулевой последовательности 3Uo при изолированной нейтрали или тока 3I₀, протекающего через заземляющий трансформатор.

Возможность селективного отключения КЗ на землю в генераторе и сети генераторного напряжения основана на том, что при внешнем КЗ на землю напряжения нулевой последовательности в сети генераторного напряжения теоретически не возникает ввиду запирания токов нулевой последовательности трансформатором при соединении обмоток звезда-треугольник. На практике при замыкании на землю возникает напряжение 3U₀, обусловленное емкостью С_ом между обмотками трансформатора. Однако, учитывая, что емкость С_ом значительно меньше результирующей емкости С_ог в сети генераторного напряжения, значение напряжения 3U₀ при внешнем КЗ достаточно мало. Указанное дает возможность выполнить защиту от замыканий на землю путем контроля напряжения 3U₀ или контроля тока 3I₀ через заземляющий трансформатор, соединяющий нейтраль генератора с землей.

Следует отметить, что данная защита не может охватить 100% обмотки статора генератора, так как контролируемые величины 3U₀ и 3I₀ пропорциональны числу витков фазы между нейтралью и местом замыкания на землю. В частности при замыкании на землю нейтрали генератора число витков, определяющее составляющие нулевой последовательности, равно нулю, и величины 3U₀ и 3I₀ отсутствуют. Поэтому данная защита в микропроцессорном исполнении охватывает 90−95% обмотки статора, т. е. имеет «мертвую зону» при КЗ вблизи нейтрали генератора.

Направленная защита нулевой последовательности генераторов, присоединяемых к сборным шинам. В данном случае напряжение нулевой последовательности практически одинаково при замыкании на землю на выводах генератора и в близлежащей сети. Для обеспечения селективной защиты в этом случае возможно принятие таких же решений, как и для защиты объектов сетей с малым током замыкания на землю. В случае, если суммарная емкость внешней по отношению к рассматриваемому генератору сети значительно больше емкости генератора, то возможно использование только контроля значения тока нулевой последовательности. В более сложном случае, когда генератор достаточно мощный и его емкость по отношению к земле соизмерима с емкостью внешней сети, необходимо применение направленной защиты нулевой последовательности. Указанная защита по рассмотренным выше причинам также имеет «мертвую зону» (5−10%) при КЗ вблизи нейтрали генератора, где напряжение нулевой последовательности 3U₀ при замыкании на землю с учетом необходимости отстройки от небалансов в нормальном режиме недостаточно для срабатывания защиты.

4. Сравнительный анализ отечественных и зарубежных образцов РЗ

В настоящий момент существует множество устройств защиты генераторов различных фирм-изготовителей, в которых присутствует функция защиты обмотки статора от однофазных замыканий на землю, например: терминал «Сириус-ГС» фирмы Радиус; шкафы Ш 1110 МГ, Ш 1111 Г. (Ш 1112 Г.), Ш 1113 Г. фирмы ЭКРА; устройства MiCOM P225, MiCOM P220 фирмы AREVA; устройства RET 316*4 — 2, RET 316*4 — 3, RET 316*4 — 4, RET 316*4 — 12 фирмы ABB; устройства Sepam 1000+ G40, Sepam 1000+ G82, Sepam 1000+ G87, Sepam 1000+ G88 фирмы SCHNEIDER ELECTRIC; устройство G60 фирмы General Electric; устройства 7UM512, 7UM515, 7UM62 фирмы Siemens AG. У всех этих образцов примерно одинаковый набор функций. Сравнение отечественных и зарубежных образцов выполним на примере терминала «Сириус-ГС» фирмы Радиус и Siemens SIPROTEC 7UM512.

Научно-производственная фирма «Радиус» выпускает микропроцессорные устройства «Сириус»

Профиль деятельности:

— Разработка и производство микропроцессорных терминалов

— Шкафов РЗА на базе микропроцессорных терминалов,

— Средств определения повреждения воздушных линий.

— Средств испытаний и диагностики оборудования и линий Серия микропроцессорных защит «Сириус» предназначена для организации комплексной релейной защиты энергообъектов напряжением 6−35 кВ. Серия содержит защиту кабельных и воздушных линий, трансформаторов мощностью до 1 МВА, синхронных двигателей, секционных и вводных выключателей. Все устройства серии имеют одинаковое конструктивное исполнение и различаются только профаммой их работы. Устройства могут применяться как совместно, так и по отдельности, в комплекте с традиционными.

Во всех устройствах применен алфавитно-цифровой индикатор, отображающий две строки по 16 символов и клавиатура из 4-х кнопок. Имеются две кнопки ручного управления выключателем, а также кнопка сброса аварийной сигнализации. При наличии аварии или неисправности включается подсветка индикатора, привлекающая внимание персонала. Информация фиксируется в памяти устройства в порядке поступления и сохраняется о 9 последних отключениях. Информация о каждой последующей аварии фиксируется, стирая из памяти информацию о самом «старом» КЗ. Командное отключение также фиксируется как отдельная авария. Ход часов и зафиксированные данные в памяти сохраняются в течение времени не менее 72 часов при пропадании оперативного питания.

Все уставки срабатывания защит и времена задержек регулируются в широком диапазоне значений и хранятся в энергонезависимой памяти устройства.

Предусмотрено выполнение всех функций защит при пропадании оперативного питания переменного или постоянного тока напряжением 220 В на время до 0,5 с.

Предусмотрен дистанционный ввод уставок и снятие информации о срабатываниях защиты (телесигнализация), измерение текущих токов фаз (телеизмерение), а также управление выключателем (телеуправление) по линии связи от персонального компьютера. Программа работает под управлением MS Windows. Возможна реализация удаленного доступа с помощью модемов. Изменение уставок заблокировано паролем.

Устройства могут сопрягаться со стандартными каналами телемеханики, для чего предусмотрены соответствующие входные и выходные контакты.

Устройство «Сириус-Д» предназначено для работы в качестве защиты синхронных или асинхронных электродвигателей напряжением 6 35 кВ. Устройство устанавливается в ячейке КРУ, КРУН или КСО и управляет высоковольтным выключателем. Устройство подключается к измерительным трансформаторам тока фаз Л, (В) и С с номинальным вторичным током 5 А, к трансформатору гока нулевой последовательности и к измерительным трансформаторам напряжения фаз Л, В и С.

Устройство выполняет следующие функции защиты, автоматики и контроля:

— трехступенчатая максимальная токовая защита от междуфазных повреждений с контролем двух или трех фазных токов;

— защита от перегрева электродвигателя;

— защита от затянутого пуска;

— защита от блокировки ротора;

— защита синхронных двигателей от асинхронного хода;

— минимальная токовая защита;

— защита минимального напряжения с возможностью АПВ после восстановления напряжения;

— защита обратной мощности;

— защита от несимметричных режимов и от обрыва фазы питающего фидера с зависимой или с независимой характеристикой;

— защита от однофазных замыканий на землю;

— управление выключателем с защитой многократного включения («от прыгания»);

— исполнение четырех внешних сигналов аварийного отключения: ЛЧР, дуговой защиты и двух защит с программируемым названием;

— формирование сигнала УРОВ при отказах своего выключателя;

— формирование сигнала гашения поля при срабатывании защиты обратной мощности;

— формирование сигнала пуска МТЗ для организации логической защиты шин;

— запрет включения выключателя при превышении допустимого числа запусков или при перегреве.

Все уставки срабатывания защиты и времена задержек регулируются в широком диапазоне значений и хранятся в энергонезависимой памяти устройства.

Любая аварийная ситуация, отключение или неисправность, сопровождается замыканием контактов независимого реле предупредительной сигнализации.

В устройстве имеется постоянное самотестирование с выдачей сигнала неисправности самого устройства нормально замкнутыми контактами реле «Отказ», срабатывающего при успешном прохождении всех тестов. При отсутствии оперативного питания контакты этого реле также остаются замкнутыми для сигнализации пропадания питания.

В случае срабатывания токовой защиты дополнительно определяется вид повреждения. Устройство имеет тумблеры оперативного управления «УРОВ», «АПВ», «АЧР» и «Дист / Ручн», позволяющие отказаться от накладок, обычно используемых для оперативных переключений дежурным персоналом.

Для уменьшения пофешности по току срабатывания при искажении формы сигнала с первичных трансформаторов тока, вызванном их насыщением, в устройстве применен алгоритм восстановления синусоидальной формы тока вплоть до 50% погрешности ТТ.

При срабатывании защиты устройство запоминает параметры отключения для последующего анализа обслуживающим персоналом. В число запоминаемых параметров аварии входят:

— причина отключения;

— вид повреждения;

— время и дата момента отключения;

— нагрев электродвигателя в момент отключения;

— ток и длительность аварийной ситуации;

— ток и напряжения обратной и нулевой последовательностей;

— векторная диаграмма токов и напряжений в линии в момент аварии.

Информация фиксируется в памяти устройства в порядке поступления и сохраняется до 9 последних отключениях. Информация о каждой последующей аварии фиксируется, стирая из памяти информацию о самом «старом» КЗ. Любое отключение выключателя фиксируется как отдельная авария. Ход часов и зафиксированные данные в памяти сохраняются при пропадании питания в течение нескольких лет, Дополнительно, при каждом аварийном отключении, производится запись в память аварийной осциллограммы аналоговых и дискретных входов, а также состояния выходных реле устройства. Длительность записи соответствует длительности существования пусковых условий, максимально — до 4 секунд, с предаварийным режимом в течение 80 мс и послеаварийным режимом в течение 80 мс. Максимальное количество осциллограмм — 5. Частота дискретизации осциллографа 1000 Гц.

В устройстве имеется также архив на 500 событий, в котором фиксируются все пуски МТЗ, изменения состояния входных дискретных сигналов и выходных реле с временем и датой каждого события. Данная информация позволяет анализировать различные неисправности силового оборудования и своевременно их устранять.

Устройство имеет режим «Контроль», позволяющий выводить на встроенный индикатор текущие значения фазных токов, фазных и линейных напряжений, токов и напряжений нулевой и обратной последовательностей, нагрев электродвигателя, активную и реактивную мощности, состояние логических входных сигналов, а также контролировать ход встроенных часов. Функции защиты при этом полностью сохраняются.

Для упрощения эксплуатации устройства в энергосистемах с обратным чередованием фаз предусмотрена соответствующая уставка, изменяющая расчет тока и напряжения обратной последовательности.

В устройстве имеется два дополнительных выходных реле с программируемыми свойствами и точкой подключения их к внутренней логической схеме, позволяющие существенно расширить применение устройства. Предусмотрено также два сигнальных программируемых светодиода на передней панели устройства.

Ввод необходимых уставок производится с клавиатуры. В устройстве применен алфавитно-цифровой индикатор, отображающий две строки по 16 символов и клавиатура из 4-х кнопок. Имеются также две кнопки ручного управления выключателем, а также кнопка сброса аварийной сигнализации. При наличии аварии или неисправности включается подсветка индикатора, привлекающая внимание персонала.

Предусмотрен дистанционный ввод уставок, управление выключателем, контроль текущих состояний всех входов и снятие информации о срабатываниях защиты и осциллограмм по линии связи на персональный компьютер, для чего в устройстве имеется два полностью независимых интерфейса — RS232C и токовая петля (или RS485).

Концерн «Siemens AG»

Продукция концерна «Siemens AG» представлена более, чем в 190 странах мира, предприятие входит в число лидеров среди компаний и организаций по широте и географии присутствия. По результатам 2006 финансового года оборот компании составил 87,325 млрд евро, при портфеле новых заказов 96,259 млрд евро.

В структуру Siemens AG входят следующие направления деятельности:

— промышленный сектор «Industry»;

— подразделение промышленной автоматики «Industrial Automation»;

— подразделение динамического контроля «Motion Control»;

— подразделение автоматики строительной индустрии и электроустановок зданий «Building Automation»;

— энергетический сектор «Energy»;

— подразделение традиционной энергетики «Fossil Power Generation»;

— подразделение энергетики возобновляемых источников «Renewable Energy»;

— подразделение автоматики нефтеи газоразработок «Oil &

— Gas";

— подразделение электрических вращающихся машин «Service Rotating Equipment»;

— подразделение магистральных электрических сетей «Power Transmission»;

— подразделение распределительных сетей «Power Distribution»;

— сектор здравоохранения «Healthcare».

Концерн «Siemens AG» выпускает многофункциональные микропроцессорные блоки (реле) защиты генераторов, двигателей и трансформаторов серии «SIPROTEC» 7UM62.

Микропроцессорные устройства защиты типа «7UM62» это компактные многофункциональные устройства, которые разработаны для генераторов электростанций малого и среднего размера и защиты двигателей и трансформаторов собственных нужд.

Устройство может быть использовано для защиты электрооборудования:

— гидроэлектростанций или гидроаккумулируюших электростанций;

— электростанций, использующих возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнце или биогазы;

В комплектное устройство возложены следующие функции

— дифференциальная токовая защита генераторов, двигателей и

— защита обмотки статора от замыканий на землю, чувствительная защита от замыканий на землю;

— максимальная токовая защита (с независимой характеристикой или с обратнозависимой выдержкой времени);

— направленная максимальная токовая защита с независимой

— защита от понижения или повышении напряжения;

— защита от повышения или понижения частоты;

— защита от перевозбуждения или недовозбуждения;

— защита по току обратной последовательности;

— защита ротора от замыканий на землю (измерение f, R),

— контроль времени пуска электродвигателя и запрет На основе базовой модели «SIRPOTEC» ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод» производит шкаф защиты блока генератор-трансформатор Ш. 2106. Комплекс защит состоит из двух независимых и дублирующих друг друга систем защит, Система защит блока серия «SIPROTEC» позволяет

— продольная дифференциальная защита генератора;

— поперечная дифференциальная защита генератора;

— МТЗ блочного трансформатора на стороне высокого напряжения;

— защита от повышения напряжения;

— токовая зашита нулевой последовательности на стороне ВН;

— токовая защита обратной последовательности;

— защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора;

— УРОВ выключателя генератора;

— полная (100%) защита обмотки ротора от замыканий на корпус;

— полная (100%) защита статора от замыканий на землю.

В терминалах этой серии еще предусмотрены:

— измерение режимных параметров;

— осциллографирование переходных процессов и регистрация аварийных событий.

Таблица 4.1. — Сравнение функций устройств

К преимуществам устройства SIPROTEC 7UM62 можно отнести больший набор функций, меньшие габаритные размеры, большую известность фирмы-изготовителя (Siemens), к минусам — дороговизну. Основное достоинство Сириуса-ГС — дешевизна (цена с НДС — 160 480 руб.).

Заключение

В данной курсовой работе приведены принцип действия защиты обмотки статора генератора от 1-ф КЗ, пример расчета уставок для конкретной задачи, указаны особенности, недостатки данной защиты. Данная защита имеет «мертвую зону» около нейтрали генератора, поэтому она охватывает только 90−95% обмотки статора. Приведены примеры отечественных и зарубежных образцов защиты. Проведено сравнение устройств Сириус-ГС и SIPROTEC 7UM62. У устройства фирмы Siemens больше функциональный набор, но устройство Сириус — дешевле.

Список используемой литературы

1. Соловьев А. Л. — Защита генераторов малой и средней мощности терминалами «Сириус-ГС», Библиотечка электротехника, Москва, 2009 г.

2. Шнеерсон Э. М. — Цифровая релейная защита, — М.:Энегроатомиздат, 2007 г., 549 с.

3. Исмагилов Ф. Р., Ахматнабиев Ф. С. — Микропроцессорные устройства релейной защиты энергосистем: учебное пособие. Уфа — УГАТУ, 2009 г., 171 с.

4. Чернобровов Н. В., Семенов В. А., — Релейная защита энергетических систем: Учебное пособие для техникумов. — М.:Энергоатомиздат, 2007. — 800 с.

5. SIPROTEC, 7UM62, Руководство по эксплуатации C53000-G1156-C149−1, 2008