Проектирование релейной защиты электроустановок

1. Выбор необходимого состава системы релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции, обеспечивающий полноту его защищенности

2. Расчет уставок срабатывания и разработка схемы подключения выбранных устройств релейной защиты блока генератор-трансформатор

2.1 Исходные данные для расчета

2.2 Расчет параметров схемы замещения и токов короткого замыкания

2.3 Продольная дифференциальная токовая защита генератора

2.4 Поперечная дифференциальная защита генератора от межвитковых коротких замыканий в обмотке статора

2.5 Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора

2.6 Защита от асинхронного режима при потере возбуждения

2.7 Дифференциальная защита трансформатора блока от внутренних повреждений

2.8 Дифференциальная защита ошиновки 330−750 кВ

2.9 Резервная дифференциальная защита энергоблока

2.10 Защита от внешних симметричных коротких замыканий

2.11 Защита от несимметричных коротких замыканий и перегрузок током обратной последовательности с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания

2.12 Защита от повышения напряжения

2.13 Защита от внешних однофазных коротких замыканий в сети с большим током замыкания на землю

2.14 Контроль изоляции на стороне низкого напряжения

2.15 Защита от перегрузки обмотки статора

2.16 Защита ротора генератора от перегрузки током возбуждения с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени

3. Разработка методики проведения технического обслуживания дифференциального устройства защиты типа ДЗТ-21 в течение всего срока службы

3.1 Виды технического обслуживания устройств релейной защиты

3.2 Основные технические данные

3.3 Проверка защиты

3.4 Объём работ при техническом обслуживании устройства релейной защиты ДЗТ-21

Список литературы

Приложения

Устройства релейной защиты должны обладать необходимыми для них свойствами, соответствующими известным основным требованиям: быстродействию, чувствительности, селективности и надёжности.

Для достижения требуемой эффективности функционирования защиты энергоблоков необходимо выполнение следующих условий:

· основные защиты от внутренних КЗ должны обеспечивать быстрое отключение повреждений любого элемента блока. При этом не должно оставаться ни одного незащищённого (не входящего в зону действия защит) участка первичной схемы. Однако в ряде случаев приходится вынужденно допускать применение защит, неполностью охватывающих защищаемое оборудование (например, при витковых замыканиях);

· резервные защиты энергоблока также должны охватывать все его элементы и должны обеспечивать ближнее и дальнее резервирование соответственно основных защит блока и защит прилежащей сети (на АЭС ближнее резервирование должно быть быстродействующим);

· повреждения, не сопровождающиеся КЗ и не отражающиеся на работе энергоблока, также должны по возможности быстро отключаться, если их развитие может привести к значительным разрушениям оборудования;

· анормальные режимы (например, перегрузки, потеря возбуждения и др.) должны автоматически ликвидироваться защитой, если они недопустимы для оборудования или для энергосистемы. В случаях, когда не требуется немедленная ликвидация анормального режима, допускается только сигнализация о его возникновении;

· действие устройств релейной защиты должно быть увязано с технологическим;

· действие устройств релейной защиты должно быть увязано с технологическими защитами и автоматикой энергоблока.

Основные требования к выполнению релейной защиты, обязательные при проектировании и в эксплуатации, устанавливают Правила устройства электроустановок, Правила технической эксплуатации и другие директивные материалы на основе многолетнего опыта научно-исследовательских разработок, производства, проектирования и эксплуатации устройств релейной защиты.

1. Выбор необходимого состава системы релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции, обеспечивающий полноту его защищенности

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) для защиты блоков генератор-трансформатор при мощности генератора более 10 Мвт должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и анормальных режимов:

· от замыканий на землю в цепи генераторного напряжения;

· от многофазных коротких замыканий в обмотке статора генератора и на его выводах;

· от межвитковых коротких замыканий в обмотке статора генератора при наличии двух параллельных ветвей;

· от многофазных коротких замыканий в обмотках блочного трансформатора и на его выводах;

· от межвитковых коротких замыканий в обмотках блочного трансформатора;

· от внешних коротких замыканий;

· от перегрузки генератора токами обратной последовательности (при мощности генератора более 30 Мвт);

· от симметричной перегрузки генератора и трансформатора;

· от перегрузки ротора генератора током возбуждения;

· от повышения напряжения (для генераторов мощностью 100 Мвт и более);

· от замыканий на землю в одной точке обмотки возбуждения;

· от замыканий на землю во второй точке обмотки возбуждения (при мощности генераторов менее 160 Мвт);

· от перехода в асинхронный режим при потере возбуждения;

· от понижения уровня масла в баке трансформатора;

· от повреждения изоляции вводов высокого напряжения блочного трансформатора (при напряжении 500 кВ и выше).

Для защиты от различных видов повреждений и анормальных режимов блоков генератор-трансформатор при мощности генератора 160 — 1000 Мвт должны быть предусмотрены следующие устройства релейной защиты:

· продольная дифференциальная защита генератора от многофазных коротких замыканий в обмотке статора и на его выводах;

· поперечная дифференциальная защита генератора от межвитковых коротких замыканий в обмотке статора при наличии двух параллельных ветвей;

· от перехода в асинхронный режим при потере возбуждения;

· дифференциальная защита блочного трансформатора от всех видов коротких замыканий;

· дифференциальная защита ошиновки напряжением 330 — 750 кВ;

· защита от внешних симметричных коротких замыканий;

· защита от несимметричных коротких замыканий с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания;

· защита от повышения напряжения;

· защита от внешних однофазных коротких замыканий с большим током замыкания;

· защита от перегрузки обмотки статора;

· защита от перегрузки ротора генератора током возбуждения с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания;

· газовая защита блочного трансформатора;

· защита от замыканий на землю в одной точке обмотки возбуждения;

· защита от замыканий на землю в цепи генераторного напряжения;

· защита от повреждения изоляции вводов высокого напряжения блочного трансформатора (при напряжении 500 кВ и выше).

2. Расчет уставок срабатывания и разработка схемы подключения выбранных устройств релейной защиты блока генератор-трансформатор

2.1 Исходные данные для расчёта

Блочный трансформатор ОРЦ-533 000/500.Генератор энергоблока ТВВ-1000−2У3

о.е.

о.е.

Трансформатор СН ТРДНС 63 000/35 Напряжение энергосистемы 500 кВ

2.2 Расчёт параметров схемы замещения и токов короткого замыкания

Расчёт параметров схемы замещения и токов короткого замыкания для рассматриваемого примера. Индуктивная составляющая сопротивления сети в максимальном режиме, приведённая к стороне высшего напряжения:

Индуктивная составляющая сопротивления сети в минимальном режиме, приведённая к стороне высшего напряжения:

Значение индуктивной составляющей сопротивления трансформатора энергоблока, приведённое к стороне высшего напряжения:

Значение индуктивной составляющей сопротивления трансформатора собственных нужд энергоблока, приведённое к стороне высшего напряжения:

Значение индуктивной составляющей сопротивления генератора энергоблока, приведённое к стороне высшего напряжения:

Номинальное значение первичного тока на стороне высокого напряжения энергоблока 500 кВ:

Номинальное значение первичного тока на стороне низкого напряжения блочного трансформатора энергоблока 24 кВ:

Номинальное значение первичного тока в ответвлении на трансформатор собственных нужд 24 кВ:

Для компенсации фазового сдвига за счёт схемы соединения трансформатора схема соединения трансформаторов тока на стороне ВН выбирается — «треугольник», а на стороне НН и в ответвлении на ТСН — «звезда».

В соответствии с величинами номинальных значений токов блочного трансформатора со сторон ВН, НН и ТСН на стороне ВН используется встроенный трансформатор тока с коэффициентом трансформации К_I ВН = 2000/1А, на стороне НН — трансформатор тока с коэффициентом трансформации К_I НН = 30 000/5А, а на стороне ответвления на ТСН — трансформатор тока с коэффициентом трансформации К_I ТСН = 1500/5 А.

Вторичный ток в плече защиты на стороне высшего напряжения блочного трансформатора, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, составляет:

Вторичный ток в плече защиты на стороне низшего напряжения блочного трансформатора, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, составляет:

Вторичный ток в плече защиты в ответвлении на трансформатор собственных нужд, соответствующий номинальной мощности ТСН, составляет:

Максимальное значение первичного тока, приведённое к стороне ВН энергоблока, проходящего через защищаемый трансформатор при трёхфазном металлическом коротком замыкании на выводах одной из расщеплённых обмоток трансформатора собственных нужд составляет:

Так как в цепи генераторного напряжения установлен выключатель нагрузки, то в качестве расчётного принимается трёхфазное металлическое короткое замыкание на выводах ВН трансформатора блока. Максимальный первичный ток, проходящий через защищаемый трансформатор в этом режиме и приведённый к стороне ВН блока составляет:

Максимальный первичный ток, проходящий через защищаемый трансформатор в этом режиме и приведённый к стороне НН блока составляет:

Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах ВН трансформатора при работе энергоблока на холостом ходу составляет:

Приведем минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах ВН трансформатора при работе энергоблока на холостом ходу к стороне НН (24кВ):

Минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах НН трансформатора в минимальном режиме работы энергосистемы и при отключённом генераторе составляет:

Приведем минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах НН трансформатора в минимальном режиме работы энергосистемы и при отключённом генераторе к стороне НН (24кВ):

2.3 Продольная дифференциальная токовая защита генератора

Защита выполняется на реле с тормозным действием и быстронасыщающимся трансформатором типа ДЗТ-11/5. Реле имеет рабочую обмотку с ответвлением посередине и тормозную обмотку.

Тормозную обмотку наиболее целесообразно присоединить к трансформаторам тока со стороны линейных выводов. Наличие торможения позволяет повысить чувствительность защиты за счёт отстройки от внешних коротких замыканий и асинхронного режима.

Выбор уставок защиты сводится к определению числа витков тормозной обмотки при принятом числе витков рабочей обмотки.

МДС срабатывания реле при отсутствии торможения F_ср=100 А. При этом минимальный ток срабатывания реле составляет:

А (1.1)

При этом для всех типов генераторов первичный ток срабатывания защиты составляет.

Число витков рабочей обмотки принимается в зависимости от соотношения токов в плечах защиты в условиях номинального режима. При соотношении токов 1:1 (обмотка статора имеет одну параллельную ветвь) используются 144 витка рабочей обмотки. При соотношении токов 1:2 (обмотка статора имеет две параллельных ветви) используется ответвление в средней части рабочей обмотки, к которому подключается плечо с большим током.

В нашем случае обмотка статора имеет две параллельных ветви тогда используются 72 витка рабочей обмотки Необходимое торможение определяется по условию отстройки защиты от наибольшего тока небаланса при внешнем коротком замыкании или асинхронном ходе генератора:

А (1.2)

где: — относительная погрешность трансформаторов тока, принимается равной 0,1;

— коэффициент однотипности, для однотипных трансформаторов принимается равным 0,5, а для разнотипных — 1,0;

— коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока, для реле серии ДЗТ с насыщающимся трансформатором принимается равным 1,0;

— периодическая составляющая тока короткого замыкания или наибольшее значение тока асинхронного хода, А.

На блоках с выключателем в цепи генератора ток определяется при коротком замыкании на выводах генератора, а при его отсутствиипри коротком замыкании за трансформатором блока.

Наибольшее значение тока асинхронного хода приведенное к стороне ВН определяется по выражению:

А (1.3)

где: — фазное напряжение сети высшего напряжения блока;

— переходный реактанс генератора;

— сопротивление трансформатора;

— сопротивление сети в максимальном режиме.

Где приведенное к стороне ВН:

Приведем значение тока асинхронного хода к стороне НН:

Намагничивающая сила рабочей обмотки реле вычисляется по значению тока в рабочей обмотке, равного току небаланса, и числу витков рабочей обмотки насыщающегося трансформатора реле:

(1.4)

где: — число витков рабочей обмотки, 144 или72 витка;

— коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,6;

— суммарный коэффициент трансформации двух трансформаторов тока (с 15 000/5);

— определяется по выражению (1.2) и принимается большим из двух условий (короткое замыкание и асинхронный ход).

Для выбора числа витков тормозной обмотки определяется МДС по тормозной характеристике реле серии ДЗТ-11 (приложение № 2) из условия минимального торможения Fт=530.

Расчётное число витков тормозной обмотки определяется по выражению:

(1.5)

где: — то же, что и в п. 1.2.

— суммарный коэффициент трансформации двух трансформаторов тока (с 15 000/5);

Принимается ближайшее большее число витков по справочным данным Wт расч = 16

Чувствительность защиты при отсутствии торможения определяется при двухфазном коротком замыкании на выводах генератора и его работе на холостом ходу:

(1.6)

где: — полный ток в месте короткого замыкания;

— определяется по формуле (1.1);

— суммарный коэффициент трансформации двух трансформаторов тока (с 15 000/5);

Значение тока двухфазного короткого замыкания на выводах генератора и его работе на холостом ходу Значение индуктивной составляющей сопротивления генератора энергоблока, приведённое к стороне 24кВ:

При наличии торможения коэффициент чувствительности определяется соотношением:

(1.7)

Для нахождения предварительно для случая двухфазного короткого замыкания на выводах генератора определяется рабочая и тормозная МДС:

(1.8)

где: — число витков рабочей обмотки (72 витка);

(1.9)

где: — ток короткого замыкания со стороны системы;

— принятое число витков тормозной обмотки;

— суммарный коэффициент трансформации двух трансформаторов тока (с 15 000/5).

Далее по тормозной характеристике (Приложение № 2) при максимальном торможении определяется точка с координатами и, которая соединяется с точкой начала координат. Находится по пересечению прямой с тормозной характеристикой при максимальном торможении (верхняя характеристика) и определяется по (1.7) коэффициент чувствительности.

2.4 Поперечная дифференциальная защита генератора от межвитковых коротких замыканий в обмотке статора

Защита выполняется на токовом реле типа РТ-40/Ф с фильтром высших гармоник и включается на трансформатор тока, установленный в перемычке между двумя нейтралями параллельных ветвей обмотки статора. Реле имеет четыре диапазона уставок от 1,75 до 17,5 А.

При проектировании можно принять А. Как правило, и значение тока срабатывания защиты определяется при наладке по условию отстройки от токов небаланса при внешнем коротком замыкании. С этой целью измеряется ток небаланса в катушке исполнительного органа в режиме холостого хода генератора при максимальном напряжении и в режиме короткого замыкания при номинальном токе. Измерения выполняют на минимальном диапазоне уставки реле (1,75… 3,5 А). Первичный ток срабатывания защиты:

А (2.1)

где: — коэффициент трансформации трансформации трансформатора тока поперечной дифференциальной защиты.

2.5 Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора

Общие положения.

Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора выполняется действующей по напряжению и содержит два органа: максимальное реле напряжения первой гармоники, защищающее до 90% обмотки статора со стороны линейных выводов, и реле напряжения третьей гармоники с торможением, защищающее до 35% обмотки статора генератора со стороны нулевых выводов.

Расчёт уставок защиты сводится к определению параметров срабатывания указанных органов.

Определение уставки органа максимального напряжения Уставку органа напряжения выбирают по условию отстройки от напряжения нулевой последовательности основной частоты при однофазном коротком замыкании на стороне высокого напряжения за трансформатором блока:

(3.1)

где: — утроенное напряжение нулевой последовательности со стороны линейных выводов генератора;

— коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,3;

— коэффициент трансформации трансформатора напряжения обмотки, соединённой в разомкнутый треугольник:

Напряжение нулевой последовательности на выводах генератора:

(3.2)

где: — коэффициент, учитывающий режим нейтрали генератора (при заземлённой нейтрали; при изолированной —);

— максимальное значение напряжения нулевой последовательности на стороне высокого напряжения трансформатора блока при однофазном коротком замыкании (определяется расчётом);

— ёмкость между обмотками высокого и низкого напряжения одной фазы трансформатора блока;

— ёмкость одной фазы обмотки статора генератора на землю;

— ёмкость одной фазы обмотки низкого напряжения трансформатора блока на землю.

В связи со сложностью определения ёмкостей и целесообразно при наладке измерять напряжения на фазных выводах генератора при подаче напряжения от постороннего источника на разземлённую нейтраль трансформатора блока относительно земли.

Напряжение на генераторе в реальных условиях будет больше измеренного в раз (коэффициент тот же, что и в выражении (3.2)).

В целях предотвращения излишних отключений энергоблоков из-за чрезмерной чувствительности рекомендуется принимать уставку реле напряжения 10 В. В любом случае уставка не должна превышать 15 В.

В защите ЗЗГ-1 с целью отстройки от внешних однофазных коротких замыканий применяется выдержка времени на срабатывание. В защитах более поздней разработки (ЗЗГ-11 и ЗЗГ-12) предусмотрена блокировка защиты по напряжению обратной последовательности и поэтому задержка на срабатывание не требуется.

Определение уставки третьей гармоники На рабочую цепь подаётся сумма напряжений третьей гармоники со стороны нейтрали и линейных выводов, а на тормозную цепь — напряжение третьей гармоники со стороны нейтрали .

Отношение при снижении которого до заданного уровня срабатывания органа третьей гармоники, представляет собой сопротивление обмотки статора со стороны нейтрали на землю, отнесённое к удвоенному ёмкостному сопротивлению генератора:

(3.3)

Срабатывание органа третьей гармоники определяется уставкой коэффициента торможения, равного отношению напряжения рабочей цепи к напряжению тормозной цепи:

(3.4)

где: — коэффициент отстройки;

— относительное сопротивление срабатывания.

Уставку выбирают по условию надёжного действия () органа торможения третьей гармоники в конце зоны, охватываемой органом первой гармоники.

При оптимальной уставке реле напряжение в конце зоны его надёжного действия с составит. При этом орган напряжения нулевой последовательности охватывает 0,7 числа витков со стороны линейных выводов. Следовательно зона надёжного действия органа третьей гармоники со стороны нейтрали должна быть .

В случае металлического замыкания в конце этой зоны:

где: — ЭДС третьей гармоники генератора.

Принимая и подставляя его вместо в выражение (3.4), получаем:

или:

Такую подстановку следует принимать для всех турбогенераторов независимо от уставки органа напряжения первой гармоники.

Зону действия органа третьей гармоники при металлическом замыкании со стороны нейтрали определяют по выражению (3.4), принимая. Если принять, то и, то. Отсюда. При зона действия органа торможения третьей гармоники со стороны нейтрали () составит:

При замыкании со стороны линейных выводов ():

и (3.5)

При этом зона со стороны линейных выводов будет. При зона действия органа торможения третьей гармоники со стороны линейных выводов составит:

Наличие зоны действия органа третьей гармоники со стороны линейных выводов генератора резервирует реле напряжения нулевой последовательности.

В защите ЗЗГ-1 отстройка от напряжения основной частоты органа третьей гармоники выполнена в недостаточной степени, поэтому при наладке требуется выполнить проверку отстройки органа третьей гармоники от частоты 50 Гц. При необходимости вводится блокировка по напряжению обратной последовательности. Для защиты ЗЗГ-11 такая проверка не требуется. На блокирующем реле напряжения обратной последовательности рекомендуется уставка .

Реле по производной в защите ЗЗГ-12 не имеет регулируемых уставок и расчётная проверка надёжности его действия не требуется. На однофазные короткие замыкания на стороне высокого напряжения реле по производной не реагирует.

Для обеспечения правильной работы органа третьей гармоники следует устанавливать измерительные трансформаторы напряжения в нейтрали и на выводах генератора с одинаковыми номинальными первичными напряжениями. При этом номинальные вторичные напряжения трансформатора напряжения, соединённого в разомкнутый треугольник, равны 100/3 В, а номинальное напряжение трансформатора напряжения, установленного в нейтрали должно быть 100 В.

2.6 Защита от асинхронного режима при потере возбуждения

Защита выполняется на одном из трёх реле сопротивления комплекта КРС-2.Положение характеристики реле на комплексной плоскости сопротивлений определяется положением комплексного сопротивления на выводах генератора в режиме нормальной работы и асинхронном режиме.

В нормальном режиме вектор комплексного сопротивления находится в I квадранте, а при потере возбуждения и переходе в асинхронный режим перемещается в IV квадрант. По этой причине характеристика срабатывания реле сопротивления защиты выбирается в III и IV квадрантах при угле максимальной чувствительности близком к .

Первичное сопротивление срабатывание, определяющее диаметр окружности реле, принимается равным, что целесообразно для обеспечения надёжной работы реле при потере возбуждения ненагруженным генератором.

(4.1)

Для предотвращения срабатывания реле при нарушениях синхронизма в энергосистеме его характеристика смещается по оси комплексной плоскости в сторону III и IV квадрантов на. Угол максимальной чувствительности желательно иметь равным. На применяемых реле удаётся получить .

Сопротивлению диаметра характеристики и её смещению в III и IV квадранты соответствуют вторичные значения этих сопротивлений:

(4.2)

где: — первичное сопротивление срабатывания или смещения характеристики;

и — коэффициент трансформации соответственно трансформаторов тока и напряжения.

Время срабатывания защиты принимается равным 1…2 с. Указанная выдержка времени необходима для предотвращения излишних срабатываний защиты при нарушениях динамической устойчивости и асинхронном ходе в системе.

2.7 Дифференциальная защита трансформатора блока от внутренних повреждений

Общие положения Дифференциальная защита трансформаторов блоков мощностью 160…1000 Мвт выполняется с использованием дифференциального токового реле с торможением типа ДЗТ-21-У3.

В защите для отстройки от токов включения при постановке трансформатора под напряжение используется время-импульсный принцип с торможением от второй гармоники дифференциального тока. Благодаря этому реле обладает высокой чувствительностью, поскольку ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска намагничивающего тока принимается равным .

Для отстройки защиты от токов небаланса при внешних коротких замыканиях используется торможение от токов плеч защиты, что также обусловливает повышение чувствительности защиты. В схемах защиты цепи процентного торможения подключаются со стороны высшего и нижнего тока.

Тормозная характеристика в начальной части имеет горизонтальный участок со ступенчатым регулированием на два положения полусуммы тормозных токов.

Для выравнивания токов плеч защиты и для возможности подключения защиты к трансформаторам тока с номинальным вторичным током 1,0 А (со стороны высокого напряжения) используются согласующие повышающие автотрансформаторы тока типа АТ-31-У3.

При применении для дифференциальной защиты на всех напряжениях трансформаторов тока с номинальным вторичным током 5,0 А согласующие автотрансформаторы тока могут не устанавливаться, однако их применение может оказаться необходимым в тех случаях, когда значение вторичного тока плеча в номинальном режиме трансформатора выходит за пределы номинальных токов ответвлений трансформатора рабочей цепи более, чем 0,5 А (если со стороны высокого напряжения трансформатора не может быть принят другой коэффициент трансформации трансформатора тока).

Для повышения быстродействия защиты при больших токах короткого замыкания внутри защищаемой зоны предусмотрена дифференциальная отсечка, позволяющая фиксировано менять уставку срабатывания (или).

В дифференциальной токовой защите типа ДЗТ-21 конструктивно предусмотрено регулирование минимального тока срабатывания, коэффициента торможения, длины горизонтального участка тормозной характеристики, уставки срабатывания дифференциальной отсечки, а также имеется возможность выравнивания тока в плечах защиты.

Минимальный ток срабатывания защиты при отсутствии торможения определяется по условию отстройки от тока включения блочного трансформатора под напряжение:

или (5.1)

где: — номинальный ток со стороны высокого напряжения, соответствующий номинальной щности трансформатора Ток ответвления со стороны собственных нужд подаётся в защиту в том случае, если при коротком замыкании за трансформатором собственных нужд при. В соответствии с проведёнными расчётами ток ответвлений подаётся в защиту на всех схемах энергоблоков за исключением энергоблоков мощностью 1000 Мвт.

В нашем случае ток ответвления со стороны собственных нужд в защиту не подаётся.

Помимо условия (5.1) должна обеспечиваться отстройка защиты от токов небаланса при внешнем коротком замыкании или тока нагрузки, соответствующих концу горизонтального участка тормозной характеристики, поскольку в этом случае на реле отсутствует эффект торможения.

Однако на блоках генератор-трансформатор, не имеющих устройства регулирования напряжения под нагрузкой, условие отстройки минимального тока срабатывания защиты от тока небаланса в указанных режимах не проверяется, так как автоматически выполняется при выборе тока срабатывания защиты по выражению (5.1) для случая включения ненагруженного трансформатора под напряжение.

Выбор ответвлений трансформатора рабочей цепи, а также варианта включения автотрансформатора тока. Определяются первичные номинальные токи для обеих сторон защищаемого трансформатора ().

Определяются вторичные токи в плечах защиты:

(5.2)

(5.3)

где: — коэффициент схемы (при соединении вторичных обмоток трансформаторов тока в звезду и при соединении в треугольник);

— коэффициенты трансформации трансформаторов тока на сторонах, соответственно, высокого, низкого напряжений блочного трансформатора Выбираются ответвления трансреактора рабочей цепи для стороны низшего напряжения. Номинальный ток ответвления трансреактора (приложение № 3) выбирается ближайшим меньшим по отношению к вторичному номинальному току :

При необходимости установки во вторичной цепи дополнительных трансформаторов тока со стороны низкого напряжения (понижающих автотрансформаторов тока типа АТ-32-У3) коэффициент трансформации последних выбирается таким образом, чтобы значение тока, подающегося на защиту от автотрансформатора, находилось в диапазоне номинальных токов трансформатора:

(5.7)

где: -номинальный ток ответвления, присоединяемого к трансреактору, равный 5,0 А;

— ток ответвления, присоединяемого к трансформаторам тока, ближайший меньший тока .

Определяется рабочий вторичный ток, подающийся на защиту со стороны высокого напряжения трансформатора блока с учётом автотрансформаторов тока, установленных в этих цепях, и номинальный ток ответвления трансформатора:

А; (5.8)

где: — определяется по выражению (5.7).

Принимается, А (ответвление 1)

При необходимости установки во вторичной цепи дополнительных трансформаторов тока со стороны высокого напряжения (повышающих автотрансформаторов тока типа АТ-31-У3) коэффициент трансформации последних выбирается таким образом, чтобы значение тока, подающегося на защиту от автотрансформатора, находилось в диапазоне номинальных токов трансформатора:

где: -номинальный ток ответвления, присоединяемого к трансреактору, равный 2,5 А;

— ток ответвления, присоединяемого к трансформаторам тока, ближайший меньший тока .

Определяется рабочий вторичный ток, подающийся на защиту со стороны высокого напряжения трансформатора блока с учётом автотрансформаторов тока, установленных в этих цепях, и номинальный ток ответвления трансформатора:

где: — определяется по выражению (5.7).

Расчётный ток ответвления трансреактора определяется по выражению, в которое вместо подставляется .

Принимается =2,5 (ответвление 6)

Определение уставки резистора R13.

Уставка реле защиты выставляется переменным резистором R13. Выбор уставки сводится к определению для каждого плеча защиты минимального тока срабатывания реле, выраженного в долях номинального тока выбранного ответвления трансреактора. При этом следует учитывать наличие автотрансформаторов тока в цепях защиты.

Относительный ток срабатывания реле:

со стороны низкого напряжения трансформатора при наличии автотрансформатора тока:

А;

со стороны высокого напряжения автотрансформатора при наличии автотрансформатора тока:

А;

Уставка защиты выбирается равной наибольшему полученному значению, соответствующему0,315.

В соответствии с паспортными данными защиты ДЗТ-21 резистор R13, подключаемый к регулировочному органу защиты, осуществляет плавную регулировку тока срабатывания реле в пределах от 0,3 до 0,7 номинального тока ответвления.

Выбор ответвлений трансформаторов тока тормозной цепи реле В рассматриваемых схемах тормозные цепи реле присоединяются к трансформаторам тока со стороны обмоток высокого и низкого напряжений блочного трансформатора. Для этого используются два трансформатора тока цепи процентного торможения защиты ДЗТ-21, имеющие по четыре ответвления.

Номинальные токи ответвлений трансформаторов тока цепи процентного торможения выбираются равными или ближайшими большими подводимых к реле токов плеч или и :

для ТLА2: ?(ответвление 4)

для ТLА1:? (ответвление 1)

Расчёт защиты в условиях торможения Использование тормозных цепей даёт возможность не отстраивать минимальный ток срабатывания защиты от внешних повреждений, когда имеется торможение.

Предотвращение срабатывания защиты в условиях торможения обеспечивается исходя из тормозной характеристики реле, которая должна выбираться таким образом, чтобы при всех возможных вариантах внешних повреждений обеспечивался необходимый коэффициент торможения.

Несрабатывание защиты обеспечивается, если все точки, соответствующие возможным при внешних коротких замыканиях отношениям приращения рабочего тока к приращению полусуммы тормозных токов, лежат ниже тормозной характеристики реле.

При определении коэффициента торможения следует рассмотреть короткие замыкания в точках, в которых отстройка производится с помощью торможения.

На блоках с двухобмоточными трансформаторами при внешнем повреждении на стороне высокого (низкого) напряжения блока за расчётную следует принимать точку, в которой ток короткого замыкания имеет наибольшее значение и в которой защита не должна действовать. При внешнем повреждении на ответвлении к собственным нуждам торможение не требуется и не учитывается в расчёте.

С учётом вышеизложенного определение коэффициента торможения должно производиться при внешнем трёхфазном коротком замыкании на стороне высокого напряжения трансформатора блока для энергоблоков, не имеющих выключателя или с выключателем нагрузки в цепи генераторного напряжения, и на стороне низкого напряжения — для блоков с выключателем в цепи генераторного напряжения. Последнее необходимо для сохранения электроснабжения собственных нужд при повреждениях генератора. При отсутствии выключателя в цепи генератора отстройки защиты от коротких замыканий в генераторе не требуется, так как при этом энергоблок отключается полностью.

Значения рабочего тока, необходимые для подсчёта коэффициента торможения, могут быть определены следующим образом.

Ток в рабочей обмотке при внешнем трёхфазном коротком замыкании на стороне высокого и низкого напряжения трансформатора блока для каждого случая подключения дифференциальной защиты равен току небаланса:

(5.10)

Ток небаланса определяется как сумма двух составляющих вторичного тока небаланса и. Составляющая, обусловленная регулированием напряжения трансформатора, в токе небаланса отсутствует, так как трансформаторы блоков указанного регулирования не имеют.

=0,47+1,037 =1,507А; (5.11)

где: — составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока;

— составляющая, обусловленная неточностью установки расчётного тока срабатывания на ответвлениях трансформаторов рабочей цепи реле.

В выражении (5.11) учитываются абсолютные значения составляющих тока небаланса и. Составляющие тока небаланса определяются по выражениям:

А; (5.12)

=А; (5.13)

где: — коэффициент, учитывающий переходный режим (апериодическую составляющую тока), принимается равным 1,0;

— коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимается равным 1,0;

— относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, принимается равным 0,1;

— периодическая составляющая вторичного тока () в плече защиты со стороны высокого и низкого напряжения трансформатора блока при внешнем коротком замыкании в расчётной точке (определяется исходя из значения первичного тока в рассматриваемом расчётном режиме с учётом коэффициента трансформации трансформаторов тока или со стороны, соответственно, высокого или низкого напряжения трансформатора блока и коэффициента ,

А;

— коэффициент трансформации автотрансформаторов тока (в соответствии с выражением), при отсутствии автотрансформаторов тока ;

— расчётное значение номинального тока ответвления трансреактора в плечах защиты со стороны высокого напряжения () или низкого напряжения () трансформатора блока определяется соответственно по (5.6) или (5.10) и (5.3);

— номинальный ток выбранного ответвления трансреактора или .

Относительные значения токов в рабочей цепи определяются при внешнем коротком замыкании на стороне высокого или низкого напряжения трансформатора блока в плече защиты:

(5.14)

Минимальное значение тормозного тока следует определять в тех же расчётных точках, что и при расчёте рабочих токов реле.

Тормозной ток для каждой тормозной цепи:

Сторона НН:

А;

Сторона ВН А;

где: — первичный ток короткого замыкания при внешнем повреждении;

— коэффициент схемы.

Относительные значения токов в тормозных цепях:

Сторона НН:

А; (5.16)

Сторона ВН:

А; (5.16а) Для расчёта защиты в условиях торможения реле необходимо выбрать ток начала торможения, то есть длину горизонтального участка тормозной характеристики реле. С целью повышения чувствительности защиты к межвитковым коротким замыканиям в трансформаторе рекомендуется принимать длину горизонтального участка тормозной характеристики .

Коэффициент торможения реле, характеризующий тормозное действие реле, определяется как отношение приращения тока в рабочей (дифференциальной) цепи реле к полусумме приращения тока в тормозной цепи реле :

(5.17)

Из тормозной характеристики реле видно, что:

(5.18)

(5.19)

Коэффициент торможения защиты определяется исходя из выражений (5.17) — (5.19):

(5.20)

где: — коэффициент отстройки, принимается равным 1,5;

— относительное значение тока рабочей цепи реле при внешнем повреждении в расчётной точке;

— определяется согласно п. 5.4.3;

— относительное значение суммы тормозных токов при внешнем коротком замыкании, определяется с использованием (5.23);

— ток начала торможения, принимается равным 1,0.

Выбор уставки дифференциальной отсечки.

Дифференциальная отсечка используется для повышения быстродействия защиты при больших кратностях тока короткого замыкания в защищаемой зоне.

Уставку отсечки во всех случаях можно принимать минимальной, поскольку при этом обеспечивается её отстройка от токов включения и от токов небаланса при внешних коротких замыканиях: (5.21)

Определение чувствительности защиты.

Чувствительность защиты на рассматриваемых энергоблоках при повреждении в защищаемой зоне следует определять при отсутствии торможения.

При коротком замыкании в зоне защиты полусумма тормозных токов всегда оказывается меньше тока в дифференциальной цепи. Поэтому расчётная точка, соответствующая минимальному короткому замыканию в зоне защиты, в плоскости координат (,) всегда лежит выше тормозной характеристики реле, а прямая, соединяющая эту точку с началом координат, является геометрическим местом точек, соответствующих изменяющемуся переходному сопротивлению в месте короткого замыкания. Эта прямая всегда пересекает горизонтальную часть тормозной характеристики. На этом пересечении защита работает на пределе чувствительности с током .

Коэффициент чувствительности защиты определяется по выражению:

=2715/527,4= 5,15 (5.22)

— определяется по (5.1).первичный минимальный расчётный ток короткого замыкания;

— первичный минимальный расчётный ток короткого замыкания.

Чувствительность защиты определяется при металлическом повреждении на выводах трансформатора блока.

Расчётными для станции и системы являются реально возможные режимы, обусловливающие минимальный ток повреждения. В соответствии с ПУЭ коэффициент чувствительности должен быть .

2.8 Дифференциальная защита ошиновки 330 — 750 кВ

Общие положения Для подключения защиты используются трансформаторы тока с одинаковыми или различными коэффициентами трансформации с номинальным значением вторичного тока, как правило, 1А. Защита выполняется с использованием дифференциальных реле с быстронасыщающимися трансформаторами типа РНТ-566 в связи с тем, что общая резервная дифференциальная защита энергоблока, охватывающая и ошиновку в том числе, выполнена на реле с торможением.

Определение минимального тока срабатывания и расчёт числа витков рабочей обмотки.

Первичный минимальный ток срабатывания дифференциальной защиты выбирается из условия отстройки от максимального рабочего тока небаланса при переходном режиме внешнего короткого замыкания:

; (6.1)

где: — коэффициент отстройки, принимается равным 1,3.

Расчётный ток небаланса:

; (6.2)

где: -коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока, может быть принят равным 1,0;

— коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимается равным1,0;

— относительная полная погрешность трансформаторов тока, принимается равной 0,1;

— периодическая составляющая тока внешнего трёхфазного короткого замыкания (при); при этом за расчётную точку принимается место установки одного из выключателей, где ток короткого замыкания имеет большее значение.

Найдем :

;

Расчётное число витков рабочей обмотки насыщающегося трансформатора:

(6.3)

где: — минимальная МДС срабатывания реле (для реле РНТ-566).

Определяется уточнённое значение тока срабатывания защиты исходя из фактически установленного числа витков рабочей обмотки реле =38 витков по выражению:

А; (6.4)

Определение чувствительности защиты.

Чувствительность защиты при повреждении в защищаемой зоне оценивается коэффициентом чувствительности, который определяется отношением минимального тока короткого замыкания к току срабатывания защиты:

(6.5)

где: — периодическая составляющая () минимального тока металлического короткого замыкания в защищаемой зоне.

2.9 Резервная дифференциальная защита энергоблока

Основные положения по расчёту резервной дифференциальной защиты блока, выполненной на реле типа ДЗТ-21.

Пример расчёта выполнен для случая защиты энергоблока мощностью 160 МВт и более, подключённого к ОРУ-330… 750 кВ через два выключателя.

Расчёт защиты принципиально не отличается от расчёта защиты трансформатора блока, однако есть ряд особенностей, обусловленных схемой её включения.

Расчёт рабочей цепи защиты включает в себя определение минимального тока срабатывания защиты и выбор ответвлений трансреактора, а также ответвлений выравнивающих автотрансформаторов при их наличии.

Минимальный ток срабатывания защиты выбирается по большему из двух условий:

отстройки от броска намагничивающего тока при включении ненагруженного трансформатора блока под напряжение по выражению (5.1);

отстройки от максимального тока короткого замыкания за трансформатором собственных нужд:

(7.1)

где: — коэффициент отстройки, принимается равным 1,5;

— периодическая составляющая тока трёхфазного металлического короткого замыкания на выводах одной из обмоток трансформатора собственных нужд в максимальном режиме работы станции и системы.

Для резервной дифференциальной защиты допускается загрубление по сравнению с основной, поскольку она предназначена для быстрой ликвидации коротких замыканий на ошиновке высокого и низкого напряжения блока и не предназначена для защиты от межвитковых коротких замыканий.

Определяются вторичные номинальные токи в плечах защиты по выражениям (5.2) и (5.3).

А;

А ;

Для присоединения защиты к трансформаторам тока в цепи нулевых выводов генератора могут оказаться необходимыми понижающие автотрансформаторы тока, если в защиту подаётся суммарный вторичный ток от двух трансформаторов тока, соединённых параллельно, с номинальным током 5 А. Для второго ответвления в соответствии с параметрами понижающих автотрансформаторов типа АТ-32 выбирается номинальный ток, ближайший больший расчётного, и определяется действительный коэффициент трансформации:

(7.12)

Ток, поступающий в реле защиты от понижающего автотрансформатора тока со стороны нулевых выводов генератора:

(7.13)

А;

Выбираются ответвления трансреактора рабочей цепи для стороны нулевых выводов генератора Номинальный ток ответвления трансреактора (приложение № 3) выбирается ближайшим большим по отношению к вторичному номинальному току :

?А (ответвление 1)

При присоединении защиты к трансформаторам тока со стороны высокого напряжения с номинальным током 1 А применяются повышающие автотрансформаторы тока типа АТ-31. При необходимости установки во вторичной цепи дополнительных трансформаторов тока со стороны высокого напряжения (повышающих автотрансформаторов тока типа АТ-31-У3) коэффициент трансформации последних выбирается таким образом, чтобы значение тока, подающегося на защиту от автотрансформатора, находилось в диапазоне номинальных токов трансформатора:

где: -номинальный ток ответвления, присоединяемого к трансреактору, равный 2,5 А;

— ток ответвления, присоединяемого к трансформаторам тока, ближайший меньший тока .

Определяется рабочий вторичный ток, подающийся на защиту со стороны высокого напряжения трансформатора блока с учётом автотрансформаторов тока, установленных в этих цепях, и номинальный ток ответвления трансформатора:

А;

где: — определяется по выражению (5.7).

Расчётный ток ответвления трансреактора определяется по выражению, в которое вместо подставляется .

А;

Принимается =2,5 (ответвление 6)

Далее для каждого плеча защиты определяется относительное значение минимального тока срабатывания защиты:

со стороны нулевых выводов:

А;

со стороны высокого напряжения:

А;

Уставка защиты выбирается равной наибольшему полученному значению, соответствующему0,315

Расчёт цепи торможения включает в себя определение ответвлений на выходных трансформаторах тока тормозной цепи и расчёт коэффициента торможения.

Номинальные токи ответвлений трансформаторов тока цепи торможения выбираются (в соответствии с их параметрами, указанными в приложении) ближайшими большими подведённых к защите токов или и .

для ТLА2: ?(ответвление 3) (7.4)

для ТLА1:? (ответвление 1) (7.5)

Коэффициент торможения определяется при внешнем трёхфазном коротком замыкании на стороне высокого напряжения блока по условию отстройки защиты от максимального значения тока небаланса. При этом расчётным является короткое замыкание за одним из выключателей высокого напряжения, через который протекает максимальный суммарный ток системы и защищаемого блока. В этом случае погрешности трансформаторов тока в цепи указанного выключателя создают максимальные токи небаланса.

Ток в рабочей цепи защиты принимается равным току небаланса согласно (5.18),

=6,38+2,453=8,833 А;

где: — составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока;

— составляющая, обусловленная неточностью установки расчётного тока срабатывания на ответвлениях трансформаторов рабочей цепи реле.

В выражении (5.11) учитываются абсолютные значения составляющих тока небаланса и. Составляющие тока небаланса определяются по выражениям:

А; (5.12)

=А; (5.13)

где: — коэффициент, учитывающий переходный режим (апериодическую составляющую тока), принимается равным 1,0;

— коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимается равным 1,0;

— относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, принимается равным 0,1;

— периодическая составляющая вторичного тока () в плече защиты со стороны высокого напряжения блока при внешнем коротком замыкании в расчётной точке (определяется исходя из значения первичного тока в рассматриваемом расчётном режиме с учётом коэффициента трансформации трансформаторов тока или и коэффициента ,

;

Где равен суме токов короткого замыкания от системы и защищаемого блока за одним из выключателей высокого напряжения

— коэффициент трансформации автотрансформаторов тока (в соответствии с выражением), при отсутствии автотрансформаторов тока ;

— расчётное значение номинального тока ответвления трансреактора в плечах защиты со стороны высокого напряжения () или низкого напряжения () трансформатора блока определяется соответственно по (5.6) или (5.10) и (5.3);

— номинальный ток выбранного ответвления трансреактора или .

Относительные значения токов в рабочей цепи определяются при внешнем коротком замыкании на стороне высокого или низкого напряжения трансформатора блока в плече защиты (в соответствии с п. 5.7.5.1.):

Минимальные значения тормозных токов для каждой тормозной цепи определяются в тех же расчётных точках, что и при расчёте рабочих токов реле по выражению (5.22), а их относительное значение — по формуле (5.23).

Тормозной ток для каждой тормозной цепи:

Сторона нулевых выводов:

(5.15)

Сторона ВН где: — первичный ток короткого замыкания при внешнем повреждении;

— коэффициент схемы.

Относительные значения токов в тормозных цепях:

Сторона НН:

А; (5.16)

Сторона ВН:

А; (5.16а) Для расчёта защиты в условиях торможения реле необходимо выбрать ток начала торможения, то есть длину горизонтального участка тормозной характеристики реле. С целью повышения чувствительности защиты к межвитковым коротким замыканиям в трансформаторе рекомендуется принимать длину горизонтального участка тормозной характеристики .

Коэффициент торможения реле, характеризующий тормозное действие реле, определяется как отношение приращения тока в рабочей (дифференциальной) цепи реле к полусумме приращения тока в тормозной цепи реле :

(5.17)

Из тормозной характеристики реле видно, что:

(5.18)

(5.19)

Коэффициент торможения защиты определяется исходя из выражений (5.17)-(5.19):

(5.20)

где: — коэффициент отстройки, принимается равным 1,5;

— относительное значение тока рабочей цепи реле при внешнем повреждении в расчётной точке;

— определяется согласно п. 5.4.3;

— относительное значение суммы тормозных токов при внешнем коротком замыкании, определяется с использованием (5.23);

— ток начала торможения, принимается равным 1,0.

Уставку дифференциальной отсечки во всех случаях можно принимать минимальной (), поскольку при этом обеспечивается её отстройка от токов включения и от токов небаланса при внешних коротких замыканиях.

Чувствительность защиты при внутренних коротких замыканиях всегда высокая в связи с малым значением минимального тока срабатывания и наличием горизонтального участка тормозной характеристики.

Коэффициент чувствительности защиты определяется по выражению:

=2715/787,452= 3,45 (5.22)

— первичный минимальный расчётный ток короткого замыкания;

— первичный минимальный расчётный ток короткого замыкания.

Расчётными для станции и системы являются реально возможные режимы, обусловливающие минимальный ток повреждения. В соответствии с ПУЭ коэффициент чувствительности должен быть .

В соответствии с требованиями ПУЭ коэффициент чувствительности резервной дифференциальной защиты должен быть не менее двух ().

Резервная дифференциальная защита, устанавливаемая на блоках с выключателем в цепи генератора, должна иметь выдержку времени .

релейный защита генератор трансформатор

2.10 Защита от внешних симметричных коротких замыканий

Защита выполняется с помощью одного из трёх реле сопротивления комплекта КРС-2.

Реле имеет круговую или эллиптическую характеристику срабатывания, расположенную в I квадранте комплексной плоскости.

Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от режима наибольшей нагрузки. Сопротивление нагрузки определяется по выражению:

Ом; (8.1)

где: — минимальное напряжение на выводах генератора, принимается равным ;

— максимальное значение рабочего тока генератора в условиях кратковременной перегрузки, принимается равным .

Сопротивление срабатывания защиты при круговой характеристике срабатывания реле:

Ом; (8.2)

где: — коэффициент отстройки, принимается равным 1,2;

— коэффициент возврата реле, равен 1,05;

— угол максимальной чувствительности реле, равный 80^О для реле сопротивления КРС-2;

— угол нагрузки (определяется при дальнейшем расчёте).

Принимается, что активная мощность не изменилась:

(8.3)

При пониженном напряжении до и максимальном токе нагрузки :

(8.4)

Из равенства выражений (8.3) и (8.4) следует:

(8.5)

(8.6)

При использовании эллиптической характеристики сопротивление срабатывания может быть увеличено (сопротивление, подсчитанное по выражению (8.2), может быть принято равным малой оси эллипса), что в общем случае улучшает дальнее резервирование. Однако следует иметь в виду, что наибольшее значение ограничивается режимами перевозбуждения генератора при малых значениях, то есть максимально возможной реактивной нагрузкой генератора. Такие режимы возможны в условиях дефицита реактивной мощности, а также при использовании генератора в качестве синхронного компенсатора. Для оценки относительной величины большой оси эллипса характеристики срабатывания реле сопротивления максимальную допустимую для генератора реактивную нагрузку можно принять равной. Этому соответствует угол нагрузки и. При напряжении :