Разработка системы релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции и анализ ее технического обслуживания

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кафедра ЭЭС

Курсовой проект

по дисциплине: «Эксплуатация релейной защиты»

«Разработка системы релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции и анализ её технического обслуживания»

Выполнил: Шапаренко И. М

Проверил: зав. кафедры

Углов А.В.

Севастополь

2005 г.

ЗАДАНИЕ

на выполнения курсового проекта по дисциплине «Эксплуатация релейной защиты»

Тема: Разработка системы релейной защиты блока генератортрансформатор электрической станции и анализ её технического обслуживания

Исходные данные:

1. Тип генератора энергоблока ТВВ-800−2

2. Номинальное напряжение на сборных шинах электрической станции 500 кВ.

3. Максимальная мощность энергосистемы в режиме короткого замыкания

24 000 MB· A.

4. Минимальная мощность энергосистемы в режиме короткого замыкания

12 000 MB· A.

5. Тип блочного трансформатора 2 ТЦ-630 000/525.

6. Тип трансформатора собственных нужд энергоблока ТРДНС-63 000/35.

7. Номинальное напряжение на секциях нормальной эксплуатации энергоблока 6,3 кВ.

Основной задачей построения релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции является обеспечение ее эффективного функционирования по возможности при любых видах повреждений, предотвращение развития повреждений и значительных разрушений защищаемого оборудования, в также предотвращение нарушений устойчивости в энергосистеме.

Для этого 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, обеспечивающего 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 расчета Трансформатор ЭБ 2 ТЦ-630 000/525: Генератор энергоблока ТВВ-800−2:

; Рном=800 МВт, xd'=0,313 о.е.;

;, xd" =0,223 о.е.;

;, x2=0,372 о.е.;

. Iном=21 400 А хd=2,333 о.е.

Трансформатор СН ТРДНС 63 000/35: Мощность энергосистемы 500 кВ:

Sном=63 000 МВ· А; Sкзmax=24 000 МВ· А;

; Sкзmin=12 000 МВ· А.

;

;

Uвнmin=21,12 кВ; uк%=12,43;

;

Uвнmax=26,88 кВ; uк%=13,18;.

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

(2.1)

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

(2.2)

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

(2.3)

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

(2.4)

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

(2.5)

Номинальное значение первичного тока на стороне высокого напряжения энергоблока 330 кВ:

(2.6)

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

(2.7)

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

(2.8)

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 трансформатора со сторон ВН, НН и ТСН на стороне ВН используется встроенный трансформатор тока с коэффициентом трансформации К_I ВН = 1000/1 А, на стороне НН — трансформатор тока с коэффициентом трансформации К_I НН = 30 000/5 А, 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, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, составляет:

(2.9)

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

(2.10)

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

(2.11)

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

(2.12)

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

(2.13)

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

(2.14)

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

(2.15)

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

(2.16)

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 коротких внешних 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 (3.1)

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.

Необходимое торможение определяется по условию отстройки защиты от наибольшего тока небаланса при коротком внешнем замыкании или асинхронном ходе генератора:

А (3.2)

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

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

— 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 отсутствии — при коротком замыкании за трансформатором блока.

Наибольшее значение тока асинхронного хода определяется по выражению:

А (3.3)

где: — фазное напряжение сети высшего напряжения блока;

— переходный реактанс генератора;

— сопротивление трансформатора;

— сопротивление сети в максимальном режиме.

Переходный реактанс генератора:

(3.4)

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

(3.5)

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

— коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,6;

— коэффициент трансформации трансформатора тока;

— определяется по выражению (3.2) 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 из условия минимального торможения Fт=130.

Расчётное число витков тормозной обмотки определяется по выражению:

(3.6)

где:

Принимается большее ближайшее число витков по справочным данным Wт расч = 24

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

(3.7)

где: — полный ток в месте короткого замыкания;

— определяется по формуле (3.1);

При наличии торможения коэффициент чувствительности определяется соотношением:

(3.8)

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

(3.9)

где: — число витков рабочей обмотки (144 витка);

(3.10)

где: — ток короткого замыкания со стороны системы;

— принятое число витков тормозной обмотки.

Далее по тормозной характеристике 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 коротком внешнем 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 (4.1)

где: — коэффициент трансформации трансформатора тока поперечной дифференциальной защиты.

2.5 Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора

2.5.1 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.

2.5.2 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:

(5.1)

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:

(5.2)

Напряжение нулевой последовательности на выводах генератора:

(5.3)

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 (5.3)).

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.

2.5.3 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:

(5.4)

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

(5.5)

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:

(5.6)

где: — ЭДС третьей гармоники генератора.

Принимая и подставляя его вместо в выражение (5.5), получаем:

или: (5.7)

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 (5.5), 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 (5.8)

При этом зона со стороны линейных выводов будет:

(5.9)

При, зона действия органа торможения третьей гармоники со стороны линейных выводов составит:

(5.10)

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 короткие однофазные 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.

(6.1)

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:

(6.2)

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

2.7.1 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 времяимпульсный 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 коротких внешних 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.

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

или (7.1)

где: — номинальный ток со стороны высокого напряжения, соответствующий номинальной мощности 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.

Коэффициент трансформации промежуточного трансформатора тока выбирают таким, чтобы вторичный ток трансформатора тока собственных нужд при вторичном токе, равном номинальному току трансформатора блока, понижался до 2,5…5,0 А.

Помимо условия (7.1) должна обеспечиваться отстройка защиты от токов небаланса при коротком внешнем 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 (7.1) для случая включения ненагруженного трансформатора под напряжение.

2.7.3 Выбор ответвлений трансформатора рабочей цепи, а также варианта включения автотрансформатора тока.

Определяются первичные номинальные токи для обеих сторон защищаемого трансформатора () и в цепи трансформатора собственных нужд .

Определяются вторичные токи в плечах защиты:

(7.2)

(7.3)

(7.4)

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 и в цепи трансформатора собственных нужд.

Выбираются ответвления трансреактора рабочей цепи для стороны низшего напряжения. Номинальный ток ответвления трансреактора выбирается ближайшим меньшим по отношению к вторичному номинальному току :

А (ответвление 1) (7.5)

Для стороны высокого напряжения, если ток находится в пределах диапазона 2,5…5,0 А (или отличается не более, чем на 0,5 А), номинальный ток ответвлений трансреактора определяется по выражению:

(7.6)

Принимается =2,5 (ответвление 6)

2.7.4 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:

(7.7)

со стороны высокого напряжения автотрансформатора при отсутствии автотрансформатора тока:

(7.8)

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.

2.7.5 Проверка отстройки защиты от короткого замыкания за трансформатором собственных нужд Определяется приведённое к стороне низкого напряжения трансформатора блока максимальное значение тока короткого трехфазного замыкания на стороне низкого напряжения трансформатора собственных нужд (на одной из расщеплённых обмоток) при максимальном режиме работы системы.

2.7.6 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 ближайшими большими подводимых к реле токов плеч или и :

для ТLА2: (ответвление 6) (7.9)

для ТLА1: (ответвление 6) (7.10)

2.7.7 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:

(7.11)

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

=0,995+0,099=1,09 (7.12)

где: — составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока;

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

В выражении (7.12) учитываются абсолютные значения составляющих тока небаланса и. Составляющие тока небаланса определяются по выражениям:

(7.13)

= (7.14)

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 :

(7.15)

— 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 (7.6) или (7.3);

— 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. 2.7.7, 2.7.1.):

(7.16)

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

Тормозной ток для каждой тормозной цепи:

(7.17)

где: — первичный ток короткого замыкания при внешнем повреждении;

— коэффициент схемы.

Относительные значения токов в тормозных цепях:

(7.18)

(7.19)

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 :

(7.20)

Из тормозной характеристики реле видно, что:

(7.21)

(7.22)

Коэффициент торможения защиты определяется исходя из выражений (7.20) — (7.22):

(7.23)

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

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

— определяется согласно формулам (7.7, 7.8);

— относительное значение суммы тормозных токов при внешнем коротком замыкании, определяется с использованием (7.18, 7.19);

— ток начала торможения, принимается равным 1,0.

Принимаем =0,3

2.7.8 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 .

2.7.9 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:

(7.24)

где: = - относительное значение вторичного тока в месте двухфазного короткого замыкания (для отсечки ток короткого замыкания рассчитывается в рабочем, а не в минимальном режиме);

— относительное значение минимального тока срабатывания реле.

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

2.8.1 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.

2.8.2 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:

(8.1)

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

Расчётный ток небаланса:

(8.2)

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

— коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимается равным 1;

— полная относительная 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.

Расчётное число витков рабочей обмотки насыщающегося трансформатора:

(8.3)

где: — минимальная МДС срабатывания реле (для реле РНТ-566). Определяется уточнённое значение тока срабатывания защиты исходя из фактически установленного числа витков рабочей обмотки реле по выражению:

(8.4)

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

(8.5)

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 (раздел 5), 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 (7.1);

· отстройки от максимального тока короткого замыкания за трансформатором собственных нужд.

(9.1)

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 (7.2), (7.3) и (7.4).

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

(9.2)

(9.3)

В случае значительных расхождений для отдельных плеч защиты рекомендуется уточнить выравнивание токов автотрансформаторами.

Уставка защиты принимается равной наибольшему значению, полученному по (9.2) или (9.3) и выставляется с помощью резистора R13.

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 6) (9.3)

для ТLА1: (ответвление 6) (9.4)

Ток начала торможения (длина горизонтального участка тормозной характеристики) определяется так же, как для основной дифференциальной защиты трансформатора блока.

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 (7.11). Ток небаланса определяется по выражениям (7.12), (7.13) и (7.14), относительное значение тока в рабочей цепи по (7.16).

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).

Коэффициент торможения защиты определяется по выражению (5.27) для каждого расчётного режима. Принимается большее значение .

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.

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 .

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:

(10.1)

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:

(10.2)

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:

(10.3)

При пониженном напряжении до и максимальном токе нагрузки :

(10.4)

Из равенства выражений (10.3) и (10.4) следует:

отсюда:

(10.5)

и

(10.6)

При использовании эллиптической характеристики сопротивление срабатывания может быть увеличено (сопротивление, подсчитанное по выражению (10.2), 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 :

При этом в соответствии с (10.1):

Принимая в (8.2), получаем:

(10.7)

Соотношение осей эллипса характеризуется коэффициентом эллиптичности, причём отстройка защиты от токов нагрузки обеспечивается при:

Для блок-реле сопротивления типа КРС-2 коэффициент эллиптичности может быть принят: 0,5; 0,65; 0,8.

При выбранном уточняется уставка по малой оси эллипса ():

(10.8)

Уставка по большой оси эллипса принимается равной .

Уставка срабатывания на реле сопротивления подсчитывается по выражению:

(10.9)

где: — коэффициент трансформации трансформаторов тока;

— коэффициент трансформации трансформаторов напряжения;

— коэффициент трансформации промежуточных трансформаторов тока, равный 10/5 А, а при его отсутствии .

Ток десятипроцентной погрешности реле зависит от вида характеристики: при номинальном токе 5 А и круговой характеристике без смещения со схемой подпитки, а также со смещением 12% в III квадрант он равен 1,45 А, при смещении 6% 1,6 А, при смещении 20% - 1,8 А, при эллиптической характеристике без смещения и со смещением — 2,2 А.

Защита имеет две выдержки времени для действия на деление шин и отключение блока от сети, отстроенные по времени действия от междуфазных коротких замыканий присоединений, отходящих от шин станции. Так как эти выдержки времени заведомо больше 1,5 с, отстройка от качаний не требуется.

Чувствительность защиты проверяется следующим образом:

· чувствительность реле по току точной работы определяется при трёхфазном коротком замыкании в конце зоны, охватываемой защитой, при этом минимальное значение коэффициента чувствительности должно быть не менее 1,3;

· чувствительность реле по измеряемому сопротивлению при резервировании смежных с блоком участков линии определяется в условиях эксплуатации с учётом подпитки от смежных элементов. Требуемый минимальный коэффициент чувствительности 1,2.

2.11 Защита от несимметричных коротких замыканий и перегрузок током обратной последовательности с интегральной зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания Защита выполняется с помощью фильтр-реле тока обратной последовательности типа РТФ-6М.

К основным органам устройства относятся:

· фильтр токов обратной последовательности;

· входное преобразовательное устройство;

· сигнальный орган;

· пусковой орган;

· интегральный орган;

· отсечка I;

· отсечка II.

При проектировании должны быть определены:

· уставка пускового органа;

· уставка интегрального органа;

· уставка сигнального органа;

· уставка отсечки I (отсечка II в защите не используется).

Входное преобразовательное устройство позволяет устанавливать на входе в основные органы защиты одно и то же напряжение, соответствующее номинальному току генератора при его значениях во вторичных цепях. Расчёт входного преобразовательного устройства сводится к определению указанного соотношения.

Допустимое время существования несимметричного режима для генератора определяется по выражению:

(11.1)

где: — постоянная генератора, устанавливаемая заводом-изготовителем 1;

— относительное значение тока обратной последовательности ().

Для защиты турбогенераторов применяют реле типа РТФ-6М с исполнением на 5 и 10 А с диапазоном уставок, равным 5… 10 и 10… 20 А соответственно.

Пуск интегрального органа следует производить при величине тока, превышающей минимальное значение, для обеспечения соответствия зависимой характеристики выдержки времени срабатывания выражению (11.1) во всём диапазоне токов перегрузки и короткого замыкания. Поэтому уставка пускового органа принимается:

(11.2)

где: — коэффициент отстройки, принимается равным 1,05;

при и при .

Пусковой орган имеет диапазон по току срабатывания и коэффициент возврата не ниже .

Для турбогенераторов мощностью 160 Мвт и более целесообразно принимать .

Поскольку интегральный орган выполняет функцию защиты от перегрузки и не предназначен для защиты от несимметричных коротких замыканий, он имеет одноступенчатое действие (отключение блока от сети высокого напряжения). При этом уставка должна соответствовать значению постоянной величины, задаваемой заводом-изготовителем генератора.

Ток срабатывания сигнального органа может устанавливаться в диапазоне. Как правило принимается. При этом допустимая длительность перегрузки может определена по тепловому действию тока, равного току срабатывания:

(11.3)

Для турбогенераторов мощностью 160 Мвт и более:

мин при ;

мин при ;

мин при .

Выдержка времени сигнального органа должна быть больше времени действия резервных защит энергоблока.

Ток срабатывания отсечки выбирается по условию согласования с резервными защитами от междуфазных коротких замыканий присоединений, отходящих от шин высокого напряжения блока.

При использовании отсечки для деления шин должна быть обеспечена необходимая при этом чувствительность. По условию деления ток срабатывания может быть принят. Диапазон уставок отсечки составляет .

Отсечка I имеет двухступенчатое временное действие. Выдержка времени первой ступени отсечки, действующей на деление шин, должна быть на ступень селективности больше максимальной выдержки времени резервных защит присоединений. Выдержка времени второй ступени отсечки (действие на отключение энергоблока от сети высокого напряжения) должна быть на ступень селективности больше первой ступени.

Если отсечка используется только для дальнего резервирования, то её выдержка времени принимается такой же, как и для первой ступени при наличии деления шин.

2.12 Защита от повышения напряжения Указания по расчёту справедливы для энергоблоков во всём диапазоне рассматриваемых мощностей генераторов.

Расчёт защиты сводится к выбору уставок на пусковом органе напряжения защиты, на блокирующем токовом реле и реле времени.

Напряжение срабатывания на максимальном реле напряжения РН-58/200, имеющем коэффициент возврата ,

Уставка по току на блокирующем токовом реле РТ—40/Р:

При переходе генератора энергоблока в режим холостого хода защита автоматически вводится в действие с выдержкой времени, что исключает возможность потери питания собственных нужд блока при отключении генератора от сети, когда возможно кратковременное повышение напряжения на генераторе.

2.13 Защита от внешних однофазных коротких замыканий в сети с большим током замыкания на землю Общие положения Защита является резервной от сверхтоков однофазных коротких замыканий в сети с большим током замыкания на землю. На трансформаторах энергоблоков с заземлённой нейтралью защита выполняется с помощью токовых реле, подключаемых в нейтральный провод трансформаторов тока. Защита имеет два измерительных органа: чувствительный и грубый.