Релейная защита синхронных генераторов. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию

Министерство образования Российской Федерации

Восточно-Сибирский Государственный Технологический Университет

И.В. Худугуев, В.В. Данеев

Релейная защита синхронных генераторов

Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по специальности 100200 – Электроэнергетические системы и сети.

Улан-Удэ, 2002

Релейная защита синхронных генераторов Основной защитой генераторов мощностью более 1 МВт от многофазных КЗ в обмотке статора является продольная дифференциальная защита. Кроме того, при внутренних повреждениях генератора срабатывают следующие виды защит: защита от витковых КЗ в обмотке статора; защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора; защита нулевой последовательности от двойных замыканий на землю; защита от замыканий на корпус в обмотке возбуждения. 1. Продольная дифференциальная защита Для генераторов мощностью 30…100 МВт используется схема дифференциальной защиты в трехфазном трехрелейном исполнении с реле РНТ-565. Более мощные генераторы оснащаются схемой защиты с устройством ДЗТ, в котором подмагничивание насыщающегося трансформатора тока осуществляется не только апериодическими составляющими тока небаланса, но и полными токами внешних КЗ (магнитное торможение).

Расчет уставок продольной дифференциальной защиты с реле РНТ-565. Пример. Турбогенератор ТВФ-60-20 имеет следующие характеристики: номинальная полная мощность……………S Г. НОМ = 75 МВ*А; номинальное напряжение…………………U Г. НОМ = 6,3 кВ; номинальный ток……………………………..I Г. НОМ = 6880 А; номинальное значение угла…………………. cosφ Г. НОМ = 0,8; сверхпереходное сопротивление…………………………………x d II = 0,146; сопротивление обратной последовательности……x 2 = 0,178; коэффициент трансформации трансформатора тока ……………………………n TA = 8000/5.

Для того, чтобы защита не срабатывала при обрыве токовых цепей, но имела уставку меньше номинального тока генератора, применяем специальную схему включения реле РНТ [1]: в нулевой провод дифференциальной цепи последовательно включаем уравнительные обмотки всех трех реле РНТ (Рис.1). Причем дифференциальные и уравнительные обмотки в каждом реле включаются встречно. С

Q

КА1 У1

Р1

У2

Р2

У3

Рис. 1 Число витков уравнительной обмотки У выбирается по условию отстройки от номинального тока генератора I Г. НОМ

Fср ⋅ nта 1 , 1 ⋅ Iгном

обмотки

Р

2 ⋅ Fср ⋅ nта

Wдиф

1 , 1 ⋅ Iгном

(2)

Тогда ток срабатывания защиты

Iсз

1 , 1 ⋅ Iгном 2

0 , 55 ⋅ Iгном

Принимается Iсз = ( 0,5…0,6 ) * Iг.ном

(3)

Р3

G

Wур

Fср. = 100 А Число витков дифференциальной подсчитывается при условии

, где Fср – намагничивающая сила срабатывания реле,

(1)

При обрыве соединительного провода одного из трансформаторов тока распределение токов в схеме будет таково, что в двух реле поврежденных дифференциальных цепей ток будет протекать только по уравнительным обмоткам ( реле не сработает ), в третьем – по дифференциальной и уравнительной. С учетом полярности обмоток результирующий магнитный поток в последнем реле пропорционален значению I( Wдиф – Wур ). Это реле так же не сработает, так как в соответствии с ( 1 ) и ( 2 ) 2 Wур = Wдиф . В схеме предусматривается контроль в случае неисправности токовых цепей ( Рис. 1, реле КА1, Iср = 0,2 * I г.ном / nта ). Для рассматриваемого турбогенератора определяем уставку защиты в соответствии с условием ( 3 ) и необходимостью отстройки от максимального тока небаланса Iнб.макс.:

I сз

к отс ⋅ I нбмакс

, где котс = 1,3 – коэффициент отстройки.

(4)

а). Iсз = 0,6 * Iг.ном = 0,6 * 6880 = 4128 А б). Iсз = 1,3 * Iнб.макс Iнб.макс = ка * кодн * ε * Iк.макс(3) ,

Wдиф , расч

где ка – коэффициент, учитывающий переходный режим, для реле РНТ ка = 1; кодн – коэффициент однотипности трансформаторов тока, кодн = 0,5 – для однотипных ТА; ε – погрешность ТА, принимается 0,1; Iк.макс(3) – ток трехфазного КЗ на выводах генератора. Ток Iк.макс(3) определяем по известному выражению ( в относительных единицах): I‫٭‬к.макс(3) = Е‫٭‬″/ xd″ = ( U‫٭‬г.ном + I‫٭‬г.ном * xd″ * sinφг.ном ) / xd″ , где Е‫٭‬″ - сверхпереходная э.д.с. ( о.е.). I‫٭‬к.макс(3) = ( 1+ 1* 0,146 * 0,6 ) / 0,146 = 7,45 В именованных единицах: Iк.макс(3) = I‫٭‬к.макс(3) * Iг.ном Iк.макс(3) = 7,45 * 6880 = 51256 А Iнб.макс = 1 * 0,5 * 0,1 * 51256 = 2560 А Iсз = 1,3 * 2560 = 3330 А Принимаем Iсз = 4128 А.

Wдиф = 38

Iсз

Fср ⋅ nта Wдиф

100 ⋅ 1600 38

4210 А

Чувствительность защиты оценивается по соотношению кч = Iк.мин(2) / Iсз ≥ 2 ,

(6)

где Iк.мин(2) – ток двухфазного КЗ на выводах одиночно работающего генератора на холостом ходу при синхронизации. Учитывая, что Е‫٭‬г = U‫٭‬г = 1 , определяем

кч

36740 4128

8.9 > 2

Недостатком дифференциальной защиты с реле РНТ является относительно большой ток срабатывания Iсз = ( 0,5…0,6 ) * Iг.ном .

Fср ⋅ nта Iсз

38 , 76

Iк.мин(2) = √3 * Е‫٭‬г * Iг.ном / (xd″+x2) = √3 * 1 * 6880 / (0,146+0,178) = 36740А

Расчетное число витков дифференциальной ( рабочей ) обмотки реле РНТ

Wдиф , расч

Принимаем Тогда

100 ⋅ 1600 4128

(5)

Продольная дифференциальная защита с устройством ДЗТ -11 / 5 ( более чувствительный вариант) В устройстве имеются дифференциальная (рабочая) обмотка со 144 витками и тормозная обмотка с 36 витками. A

B

C

WT

КАW1 WP

WT

КАW2 WP

WT

КАW3

WP

G

Число витков тормозной обмотки выбирается по выражению: WT = 1,5 * Iнб.макс * Wдиф / Iк.макс(3) * tgα , ( 7) где Iнб.макс – максимальный ток небаланса; Iк.макс(3) – ток трехфазного КЗ на выводах генератора; tg α = 0,75 – тангенс угла наклона касательной, проведенной из начала координат к тормозной характеристике устройства ДЗТ – 11 / 5 .

Wт

1 , 5 ⋅ 2560 144 ⋅ 0 , 75 51256

14 , 4

Принимается ближайшее большее число:

Wт Рис. 2 При выборе уставки защиты считаем, что магнитное торможение полностью компенсирует влияние тока небаланса, используем все 144 витка рабочей обмотки. Тогда ток срабатывания реле:

Iср Iсз

Fср Wдиф

Iср ⋅ nта Iсз

1120 6880

100 144

0 ,7 А

0 , 7 ⋅ 1600

1120 А

0 , 163 ⋅ Iгном

Тормозная обмотка включается во вторичную цепь трансформатора тока со стороны линейных выводов генератора.

15

Чувствительность защиты при междуфазных повреждениях генератора всегда выше нормируемой и может не проверяться.

2. Защита от витковых замыканий в обмотке статора Наиболее просто защита выполняется для генераторов с параллельными ветвями в обмотке статора. В этом случае применяется поперечная дифференциальная защита, основанная на сравнении суммы токов трех фаз одной ветви с той же суммой другой ветви (Рис. 3): IA1+IB1+IC1 = 3IO1 ; IA2+IB2+IC2 = 3IO2 A

B

С учетом отсутствия тока в нейтрали в нормальных условиях коэффициент трансформации ТА выбирается по условию:

nта

0 , 25 ⋅ Iг , ном 5

Для генератора ТВФ-60-20

C

nта

0 , 25 ⋅ 6880 5

1720 5

принимаем трансформатор коэффициентом трансформации

G TA6

nта

KAZ

тока

, типа

ТЛ-10

с

2000 5

Ток срабатывания реле Iср = 0,25*6880 / 400 = 4,3 А .

KA4 C KA4.1 KH5 На отключение

Рис. 3 В рассечку соединения двух нейтралей включается трансформатор тока ТА, к которому подключается реле РТ – 40Ф, отстроенное с помощью фильтра (L, C) от токов третьих и высших гармоник. Выходной орган реле КА4 реагирует на разность токов нулевой последовательности обеих ветвей: Ip = 3IO1 - 3IO2 . Ток срабатывания реле принимается на основании опыта эксплуатации: Iср = (0,2…0,3)* Iг.ном / nта .

3. Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора Для включения этой защиты на выводах генератора, работающего на сборные шины, устанавливаются трансформаторы тока нулевой последовательности шинного типа (ТНПШ). На вторичную обмотку ТНПШ включается реле РТЗ-50 (КА2), обладающее повышенной чувствительностью. Напряжение для подмагничивания ТНПШ, равное 100 ÷ 110 В, подается от TV, установленного со стороны выводов генератора (Рис. 4). Кроме того, к выходу ТНПШ подключается токовое реле КАЗ, которое предназначено для действия при двойных замыканиях на землю (одно замыкание на землю во внешней сети генераторного напряжения, а второе - в обмотке статора).

В качестве реле КАЗ используется реле РТ-40/2 с первичным током срабатывания Iсз = 100 А, принятым с большим запасом для отстройки от максимально возможного тока, протекающего через защиту при внешнем КЗ. A

B

Технические данные защиты с ТНПШ Таблица 1

Тип трансформатора тока Номинальное напряжение Uном, кВ

C

TV B C

R

KT1

KA2.1 KT1.1 KA2

KA3

Номинальный ток Iном, кА

KH3 К выходному реле

KA3.1

Цепь

KH4

ТНПШ

подмагничивания

4,5

7,2

Номинальное напряжение Uном, В

110

110

Потребляемая мощность, В*А

30

35

0,0066

0,0066

10

10

100

100

100

150

39

39

РТЗ-50

РТЗ-50

45 0,015… 0,3

45 0,015… 0,3

Сопротивление намагничивания , приведенное к первичной цепи Zэ.нам.п., Ом

G

Рис. 4.

а) токовые цепи; б) цепи оперативного тока

Сопротивление намагничивания , приведенное Zэ.нам.в. = Zэ.нам.п.* Wв, Ом ко вторичной цепи

Первичный ток срабатывания защиты определяется по приближенному выражению: Iсз = 1 / кв* (котс' * Ic + котс" * Iнб.п) ,

ТНПШ-3 ТНПШ-3У 6,3 6,3 10,5 10,5 15,75

(8)

где кв – коэффициент возврата реле, кв = 0,94 (РТЗ-50); котс' = 2 – коэффициент отстройки, учитывающий бросок емкостного тока в переходном режиме при работе защиты с t = 1…2 с; котс" = 1,5 – коэффициент отстройки, учитывающий неточность расчета тока небаланса; Ic – установившийся емкостный ток замыкания на землю защищаемого генератора; Iнб.п – первичный установившийся ток небаланса.

Э.Д.С. небаланса во вторичной цепи, мВ

от подмагничивания Енб.подм, мВ от несимметричного расположения токопроводов (при номинальном токе) Енб.нес, мВ

Данные ТНПШ

Число витков вторичной обмотки,Wв

Тип реле Сопртивление реле Zр, Ом Парамметры защиты от замыканий на землю

Принятый диапозон уставок срабатывания реле Iср, А

3 ⋅ ω ⋅ Cг ⋅

Ic

Uг , ном 3

⋅ 10

−6

Cг

А ,

(9)

где Сг [мкФ / фаз] – емкость фазы обмотки статора генератора относительно земли; Uг.ном [В] – номинальное напряжение генератора; Значение Сг может быть определено по приближенным выражениям: для турбогенераторов

к ⋅ Sг , ном

Cг

1 , 2 ⋅ Uг , ном ⋅ ( 1 + 0 , 08 ⋅ Uг , ном)

 мкФ    фаз 

, (10 )

Cг

3 ⋅ ( Uг , ном + 3600) ⋅ n

1 , 2 ⋅ 6 , 3 ⋅ ( 1 + 0 , 08 ⋅ 6 , 3) Ic

3 ⋅ 314 ⋅ 0 , 38 ⋅

6300 3

−6

⋅ 10

1 3

где n[об/мин] – частота вращения; Для турбогенератора ТВФ-60-20

1 , 3А

 мкФ    фаз 

Iнб , в ( 11 )

( 12 )

где Wв – число витков вторичной обмотки ТНПШ; Zp – сопротивление реле типа РТЗ-50, Ом; Zэ.нам.в – эквивалентное сопротивление намагничивания, приведенное ко вторичной обмотке ТНПШ, Ом.

Вторичный выражению

,

мкФ фаз

Для определения первичного тока небаланса Iнб.п необходимо вычислить значение вторичного тока небаланса Iнб.в. Соотношение между токами Iнб.п и Iнб.в равно соотношению между токами срабатывания реле и защиты (Iср и Iсз) и определяется выражением

Тогда Iнб.п = Iнб.в Wв * (1+Zp / Zэ.нам.в), Iср = Iсз / Wв* (1+Zp / Zэ.нам.в)

для гидрогенераторов

4 3

0 , 38

Iнб.в / Iнб.п = Iср / Iсз = 1 / Wв* (1+Zp / Zэ.нам.в),

где Sг.ном[МВ*А] – мощность генератора; к = 0,0187 при температуре (15…20)°С; Uг.ном [кВ];

к ⋅ ( Sг , ном)

0 , 0187 ⋅ 75

ток

небаланса

к1 ⋅ к2 ⋅ Енб , нес Zэ , нам , в + Zp

+

( 13 ) ( 14 )

Iнб.в

вычисляется

по

Енб , подм Zp

,

( 15 )

где к1 = 2,5 – коэффициент, учитывающий увеличение Енб,нес за счет размещения ТНПШ в закрытых шиноблоках; к2 = 1,05 – коэффициент, учитывающий селективное действие защиты при внешнем однофазном КЗ на землю, сопровождающимся замыканием между двумя другими фазами;

Енб,нес – э.д.с. небаланса, наводимая во вторичной обмотке ТНПШ в номинальном режиме и обусловленная несимметричным расположением токопроводов относительно вторичной обмотки ТНПШ; Енб,подм – э.д.с. небаланса, наводимая во вторичной обмотке ТНПШ и обусловленная неидентичностью магнитопроводов. Для турбогенератора ТВФ-60-20 выбираем (таблица 1) трансформатор тока нулевой последовательности типа ТНПШ-ЗУ со следующими данными: Uном = 6,3 кВ; Iном = 7200 А; Енб,нес = 150 мВ; Енб,подм = 100 мВ; Zэ.нам.в = 10 Ом; Zp = 45 Ом; Wв = 39. Значение Енб,нес пересчитывается с учетом различия номинальных токов генератора (6880 А) и ТНПШ (7200 А). По выражению ( 15 ) определяем значение тока Iнб.в

 6880   7200 

10 + 45

4. Защита от замыканий на землю в обмотке возбуждения

На генераторах относительно небольшой мощности используется контроль за состоянием цепей возбуждения с помощью вольтметра, один зажим которого связан с землей, а второй поочередно подключается к полюсам ротора. На гидрогенераторах, турбогенераторах с водяным охлаждением обмотки ротора, а также на всех турбогенераторах мощностью 300 МВт и выше предусматривается защита от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения. Один из вариантов защиты [2] приведен на рис 5 SAC KL.3

2 , 5 ⋅ 1 , 05 ⋅ 0 , 15 ⋅  Iнб , в

На реле РТЗ-50 используется второй диапазон уставок с током срабатывания (0,015…0,03) А.

+

0 ,1 45

C

0 , 009А

Ток срабатывания реле согласно ( 14 ) Iср = 5,85 / 39*(1+45 / 10) = 0,027 А. Защита выполняется с использованием трансформатора тока нулевой последовательности ТНПШ-ЗУ и реле РТЗ-50 с Iсз = 5,85 А; Iср = 0,027 А.

O

KA

KT

KA.1

F1

KT.1 KL.1

TL

Согласно ( 13 ) Iнб.п = 0,009 * 39 * (1+45 / 10) = 1,93 А. По ( 8 ) Iсз = (1 / 0,94) * (2 * 1,3 + 1,5 * 1,93) = 5,85 А.

B

B

O

KL.2

F2

KL

Сигнал SAC

а)

б)

Рис.5. а) цепи переменного напряжения; б) цепи оперативного тока. В схеме защиты к цепи возбуждения через конденсатор С подключается вторичная обмотка промежуточного трансформатора TL, в цепь которой включено токовое реле KA. Второй конец обмотки токового реле заземляется через специальную щетку, имеющую контакт с валом ротора. Трансформатор TL питается от шин собственных нужд. В нормальном режиме ток в реле KA не проходит. В случае

замыкания на землю в цепи возбуждения генератора создается контур для прохождения переменного тока через реле KA, которое сработав обеспечивает с выдержкой времени действие промежуточного реле KL. Реле KL, самоподхватившись, замыкает цепь сигнализации о замыкании и разрывает цепь прохождения переменного тока через место замыкания на землю. На турбогенераторах с тиристорной и высокочастотной системами возбуждения применяется серийная защита типа КЗР-3, выполняемая с наложением на цепь возбуждения переменного тока с частотой 25 Гц [2]. Защита от замыканий на землю в двух точках цепи возбуждения устанавливается только на турбогенераторах. Схема защиты типа КЗР-2 (Рис. 6) состоит из потенциометра RR, присоединяемого к кольцам ротора после возникновения в обмотке возбуждения первого замыкания на землю, и двух поляризованных реле KL1, KL2, которые включаются в диагональ моста, образуемого обмоткой возбуждения и потенциометром [2]. KL1

KL2

KT

KL1.1 KL2.1 RR

GE

C

LG

KL3.2

KT.1

KL3

SAC KL3.1

SB

R1

L

KL3.3

KH Отключение

SX

PV KH.1

EL

R2

S

а) Рис. 6. а) цепи возбуждения; GE – возбудитель;

б) б) цепи оперативного тока; LG – обмотка ротора

С подключением потенциометра RR к кольцам ротора генератора производится настройка защиты при отключенной накладке SX с использованием вольтметра PV: движок потенциометра устанавливается в положение, при котором показания вольтметра будут близкими к нулю, что означает равенство потенциалов в диагонали моста. При появлении второго замыкания в обмотке ротора это равенство нарушается, появляется ток в диагонали моста и в зависимости от направления тока срабатывает одно из поляризованных реле. Защита работает с выдержкой времени и подачей импульса на сигнал или на отключение генератора. Из-за неравномерности воздушного зазора генератора в обмотке ротора циркулирует переменный ток, который может проходить по обмоткам реле KL1 и KL2. Возникающая при этом вибрация контактов ухудшает надежность работы реле и может привести к отказу защиты. Для снижения влияния переменного тока на работу реле в схему защиты введены дроссель L и конденсатор C. Защита генераторов от внешних КЗ и перегрузок 5. Защита от внешних КЗ

Для защиты генераторов мощностью до 30 МВт включительно от внешних симметричных и несимметричных КЗ используется МТЗ с комбинированным пуском по напряжению.

Q

KV2.1 KV2

KV1

ZV2 а в с от TV

G

б) KA1

KL1

KV1.1 KA1.1

KT

KL1.1

KA2.1 KA2 KA3

KA3.1 SQ. 1 KT. 1 KT. 2

TA

а)

KL1.2

блокировка защиты от замыкания на землю

Сигнал На отключение выключателя Q На отключение АГП

в)

Рис. 7. а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока Защита выполняется тремя токовыми реле, каждое из которых включено на ток фазы, одним минимальным реле напряжения KV1 и одним реле напряжения KV2, подключенным к фильтру напряжения обратной последовательности ZV2. При трехфазном симметричном КЗ и глубокой посадке напряжения срабатывает реле KV1 и разрешает токовым реле действовать на отключение. Одновременно блокируется защита от замыкания на землю. На возникновение несимметричного КЗ в сети реагирует реле KV2 и разрывает цепь реле KV1, что соответствует действию на отключение генератора с устройством АГП. Ток срабатывания защиты Iсз = котс * Iг.ном, где котс = 1,3…1,4; Iср = Iсз / nТА. Напряжение срабатывания реле KV1 определяется, исходя из условий отстройки от режима самозапуска электродвигателей, обеспечения возврата реле после

отключения внешнего КЗ, отстройки от напряжения в асинхронном режиме при потере возбуждения генератора. Согласно ПУЭ принимается: для турбогенераторов Uсз = (0,5…0,6)* Uг.ном, для гидрогенераторов Uсз = (0,5…0,7)* Uг.ном, а уставка реле Uср = Uсз / nТV, где nТV – коэффициент трансформации трансформатора напряжения TV. Напряжение срабатывания реле KV2 принимается, исходя из отстройки от напряжения небаланса на выходе фильтра. Согласно опыту эксплуатации Uсз = (0,1…0,12)* Uг.ном. По условию селективности время действия защиты tср = tприс. + △t, где tприс. – наибольшая выдержка времени на защите присоединений, питающихся от генераторных шин; Чувствительность защиты проверяется по токам двухфазного КЗ на выводах генератора и в конце зоны резервирования (например, за повышающим трансформатором): Кчт.осн = IК1(2) / Iсз ≥ 1,5; Кчт.рез = IК2(2) / Iсз ≥ 1,2, где IК1(2) – ток двухфазного КЗ на выводах генератора; IК2(2) – ток двухфазного КЗ в конце зоны резервирования. Для реле KV1 Кчн = Uсз / Uк ≥ 1,5, где Uк – междуфазное напряжение в месте установки защиты при трехфазном КЗ в конце зоны резервирования. Для повышения чувствительности к внешним симметричным КЗ на генераторах мощностью 60 МВт и более, работающих в блоке с трансформаторами, устанавливается одноступенчатая дистанционная защита, выполняемая с

использованием одного из трех реле сопротивления в блокреле КРС-2. Защита выполняется с двумя выдержками времени для ближнего и дальнего резервирования. Реле сопротивления включается на разность токов IA – IB трансформаторов тока, установленных со стороны нулевых выводов генератора, и напряжение UAB вторичной цепи трансформатора напряжения, установленного на фазных выводах генератора. Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от максимальной нагрузки при минимальном эксплуатационном напряжении

Zнагр

0 , 95 ⋅ Uг , ном 3 ⋅ 1 , 5 ⋅ Iг , ном

Zср

Zсз ⋅

nта nтv

Отмечается, что защита с реле сопротивления надежно срабатывает при внутренних КЗ в обмотках статора генератора. Токи обратной последовательности представляют большую опасность для генераторов. Поэтому на генераторах мощностью более 30 МВт для защиты от внешних несимметричных КЗ применяется токовая защита обратной последовательности. Общим элементом этой защиты является фильтр токов обратной последовательности ZA2. Один из вариантов такой защиты приведен на Рис. 8.

,

KV1 KA6.1

где 0,95*Uг.ном – минимальное напряжение на выводах генератора; 1,5* Iг.ном – максимальное значение рабочего тока генератора в условиях перегрузки. Сопротивление срабатывания защиты с реле, имеющим круговую характеристику, определяется по выражению

Zсз

Zнагр

(

)

KH6

KT3.1

б)

KH7

KT3.2

KA5

G

KL2 KL3 KH8

KA8.1 KA7

KA8

KA6

KL2.1

На действие резервных защит с 1-ой выдержкой времени

KL3.1

На действие резервных защит со 2-ой выдержкой времени

KT2.1

Симметричная перегрузка

KH6 KH7

TA5

KH8

а)

где котс = 1,2 – коэффициент отстройки; кв = 1,05 – коэффициент возврата; φм.ч = 80° - угол максимальной чувствительности; φнагр – угол нагрузки. Уставка на реле

KT3

KV1.1

KA7.1 а в

от TV

ZA2

котс ⋅ кв ⋅ cos φ м , ч − φ нагр ,

KT2

KA5.1

Q

Сигнал "Указатель не поднят"

в)

Рис. 8. а) токовые цепи; б) цепи напряжения; в) цепи оперативного тока. При возникновении несимметричного КЗ срабатывает токовое реле KA7 и с выдержками времени (3…5) сек. замыкаются цепи промежуточных реле KL2, KL3 с действием на отключение соответствующих выключателей.

Ток срабатывания ступени защиты с реле KA7 принимается равным Iсз = (0,3…0,7)* Iг.ном. Выбранный ток не должен превышать значения тока обратной последовательности, прохождение которого допустимо для генератора данного типа в течение 120 с. Для этого должно быть соблюдено условие

Iсз ≤

A ⋅ Iг , ном 120 ,

где А – постоянная величина для генератора данного типа, для турбогенератора с косвенным охлаждением типа ТВ – А = 20; для турбогенератора с непосредственным охлаждением типа ТВФ – А = 15; для гидрогенератора с косвенным охлаждением – А = 40. Токовое реле КА8 с уставкой, равной (0,08…0,1)*Iр.ном, предназначено для сигнализации о возникновении относительно небольшой несимметрии в первичной сети. В схеме защиты (Рис. 8) для действия при симметричных КЗ предусмотрено одно токовое реле КА6, включенное на фазный ток, и одно реле минимального напряжения KV1, подключенное на междуфазное напряжение. Уставки срабатывания этих реле выбираются также, как и уставки реле максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению. На генераторах мощностью 60…100 МВт применяется трех или четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности с независимыми выдержками времени. В схеме защиты используются фильтры – реле РТФ-7/1 и РТФ7/2 [3], включающие в себя промежуточные трансформаторы тока, активно-емкостный фильтр токов обратной последовательности, схему измерения токов обратной последовательности, сигнальный и отключающий орган.

На генераторах мощностью 160 МВт и более устанавливается токовая защита обратной последовательности с использованием блок-реле типа РТФ-6М [2]. Защита выполняется с зависимой интегральной характеристикой времени, соответствующей тепловой характеристике генератора согласно выражению tдоп = A / I‫٭‬2(2), где tдоп – допустимая длительность прохождения по генератору тока обратной последовательности; I‫٭‬2(2) – кратность тока обратной последовательности по отношению к номинальному току генератора. 6. Защита от симметричной перегрузки обмотки статора

Защита от симметричной перегрузки предусматривается на всех генераторах и выполняется с помощью одного токового реле (Рис. 8, реле КА5), включенного на ток фазы А со стороны нулевых выводов генератора, и действует на сигнал с выдержкой времени (6…9) с. Ток срабатывания защиты принимается по условию Iсз = (котс / кв)* Iг.нам , Где котс = 1,05 – коэффициент отстройки; кв = 0,8…0,85 – коэффициент возврата для реле РТ-40. Защита генераторов с косвенным охлаждением выполняется на реле РТ-40. Для генераторов с непосредственным охлаждением, обладающих пониженной перегрузочной способностью, защита от перегрузки с использованием реле РТ-40 малоэффективна. Для таких генераторов применяется реле РТВК, имеющее кв = 0,99.

7. Защита ротора от перегрузки током возбуждения

Защита ротора от перегрузки предусматривается на турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток, а также – на гидрогенераторах с косвенным охлаждением обмоток мощностью более 30 МВт. Защита обычно имеет две ступени выдержек времени: с первой она действует на сигнал и развозбуждение генератора, со второй – на отключение генератора от сети и на гашение поля. При этом выдержка времени первой ступени примерно на 20 % меньше выдержки времени второй ступени. Время срабатывания второй ступени составляет на генераторах мощностью до 60 МВт включительно – 40 с, а на генераторах мощностью 100 МВт и более – 20 с. На генераторах мощностью (60…100) МВт с электромашинным возбуждением, а также на турбогенераторах мощностью 160 МВт и более с резервным электромашинным возбуждением используется защита, реагирующая на повышение напряжения в обмотке ротора. Напряжение срабатывания защиты Uср = 1,5 * Iрот.ном * Rрот, где Iрот.ном – номинальный ток ротора; Rрот – сопротивление обмотки ротора в горячем состоянии при длительно допустимой максимальной температуре. Наиболее полноценную защиту ротора от перегрузки можно осуществить с помощью реле, имеющего характеристику, зависимую от тока ротора. Такая специальная защита типа РЗР-1М [2] устанавливается на турбогенераторах мощностью 160 МВт и более. Зависимая от тока характеристика выдержки времени интегрального органа данной защиты соответствует выражению

Iсз = А / к*( Iрот - В)2, где А – постоянная, учитывающая накопление теплоты в роторе; к, В – коэффициенты, зависящие от вида характеристик и диапазона уставок. 8. Защита от повышения напряжения

Защита от повышения напряжения устанавливается на всех гидрогенераторах, работающих в блоке с трансформаторами. Напряжение срабатывания защиты устанавливается равным (1,5…1,7)*Uг.ном, выдержка времени 0,5 с. На энергоблоках с турбогенераторами 160 МВт и более также устанавливается защита от повышения напряжения с уставкой срабатывания 1,2*Uг.ном. Защита не имеет выдержки времени и может действовать только при работе генератора на холостом ходу (на гашение поля). При работе энергоблока на нагрузку она автоматически выводится из действия с помощью токовых реле, размыкающих свои контакты при появлении тока.

Список литературы

Приложение. Схема релейной защиты турбогенератора типа ТВФ-60-20 10 кВ КА1

1. В.А.Семенов. О возможности повышения чувствительности продольной дифференциальной защиты генераторов. – Электрические станции, 1958, №6 2. М. А. Беркович, В. В. Молчанов, В. А. Васильев. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 580с. 3. Реле защиты / В. С. Алексеев, Г. П. Варганов, Б. И. Панфилов, Р. З. Розенблюм. – М.: Энергия, 1976. – 464с.

TA1

QS

У1

Q

КАТ 1

Д1

У2

КАТ 2

У3

Д2

КАТ 3

Д3

TA1

TA2 TA3

TV

а в

TA4

R

КА2 КА3

в

от TV

с

TA3

Цепь обмотки ротора

KAZ

TA6

C

G

KA5

К измерительным

R

КV2

приборам TA2

KA4

KA6

KA7

KA8

TA4 TA5

KV1

ZA2 TA6 а)

TA5

от TV

б)

а в

KH1

KAТ1

KL1.1

На отключение выключателя Q1

KL1.2

На отключение АГП

KL2.1

П р о д о л ь н а я диференциальная з а щ и т а генератора

KAT2 KAT3

На действие резервных защит с 2-ой выдержкой времени

KL4.1 На разгрузку ротора

KH2

KA1.1

На действие резервных защит с 1-ой выдержкой времени

KL3.1

KТ1

KA2.1 KH3

KT1.1

Симметричная перегрузка KH1

KТ2

KA5.1 KA6.1

Защита от двойных замыканий на землю в статоре

KH5

KA4.1

KT2.1

Обрыв в цепях диференциальной защиты Защита от замыканий на землю фазы статора

KH4

KA3.1

г)

KL1

Защита от симметричной перегрузки

KТ3

KV1.1

Поперечная диференциальная защита генератора

KH2

Защита от симметричных КЗ KA7.1

KH3 KH4

KH6

KT3.1

KH5

KH7

KT3.2

KH6 KH7

KL3

KТ4

KV2.1

KТ5

KТ4.1

Сигнал "Указатель не поднят" KТ5.1

Земля в цепи ротора KL5

д)

а - поясняющая схема; б - цепи переменного тока и напряжения; в - цепи оперативного постоянного тока; г - выходные цепи защиты; д - цепи сигнализации.

SB

KL4

KL4.2 KAZ2

в)

Защита от несимметричных КЗ (токовая защита обратной последовательности) Сигнализация о небольшой несимметрии

KH8

KA8.1

KH8

KL2

Защита ротора от перегрузок