Расчет уставок микропроцессорной релейной защиты блока генератор - трансформатор

4.15 Защита от замыканий на землю в цепи обмотки низшего напряжения трансформатора

При наличии в цепи генератора выключателя или выключателя нагрузки появляется возможность работы трансформатора блока в режиме передачи энергии на трансформатор собственных нужд. В этом случае защиты генератора от замыканий на землю в цепи статора выведены. Для выявления замыканий на землю на остающемся в работе участке сети генераторного напряжения на стороне низшего напряжения трансформатора необходим трансформатор напряжения, имеющий обмотку, соединённую по схеме "разомкнутый треугольник".

Защита выполняется по схеме контроля изоляции с использованием одного органа напряжения, включенного на 3U0. Напряжение срабатывания защиты выбирается из условия отстройки от напряжения небаланса, возникающего при однофазном коротком замыкании в сети высшего напряжения.

Защита действует на сигнал. При необходимости может быть введена выдержка времени, согласованная с выдержками времени резервных защит от коротких замыканий на землю в сети высшего напряжения.

Уставка органа напряжения принимается равной 15 В, что обеспечивает отстройку от напряжения небаланса при достаточной чувствительности защиты.

4.16 Дополнительная резервная токовая защита на стороне высшего напряжения

Назначение: устанавливается на блоках с выключателями в цепи генератора. Защита предназначена для резервирования основных защит трансформатора блока при отключенном генераторном выключателе. Защита автоматически вводится в действие при исчезновении тока в цепи генератора.

Для предотвращения излишних срабатываний защиты от токов нулевой последовательности при внешних коротких замыканиях на землю или необходимости согласовывать защиту с ТЗНП линий органы тока защиты реагируют на разность токов двух фаз.

Выбор уставок

Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от номинального тока трансформатора блока

Выдержка времени защиты должна быть на ступень селективности выше уставки по времени резервной защиты на стороне высшего напряжения трансформатора собственных нужд.

4.17 Защита от внешних коротких замыканий на землю

Назначение: защита трансформатора блока от внешних коротких замыканий с участием земли (одно- и двухфазных на землю) и коротких замыканий в трансформаторе. К защите предъявляется дополнительное требование опережающего отключения трансформатора, работающего с разземлённой нейтралью.

На повышающих трансформаторах блоков защита устанавливается со стороны высшего напряжения 110 кВ и выше. Ток в защиту поступает от трансформатора тока, включенного в провод, связывающий нейтраль трансформатора с землёй.

В том случае, если возможна работа трансформатора блока с разземлённой нейтралью, возникает опасность перенапряжений при выделении такого блока на изолированный участок сети, имеющий замыкание на землю одной из фаз. Подобные условия могут возникнуть, если, например, при однофазном коротком замыкании на одной из линий её релейная защита или выключатель откажут в действии. Тогда все присоединения, питающие место короткого замыкания током нулевой последовательности, отключатся резервными защитами, а блок, работающий через трансформатор с незаземлённой нейтралью, не отключается (ток нулевой последовательности отсутствует), и остается работать на выделившийся участок сети, имеющий замыкание на землю. В такой сети (сеть оказалась с изолированными нейтралями) при замыкании на землю возникают опасные перенапряжения, которые могут повредить изоляцию трансформатора.

Для предотвращения этого трансформаторы блоков, работающие с изолированной нейтралью, должны иметь резервную защиту, отключающую их при замыканиях на землю раньше, чем могут отключаться трансформаторы с заземленными нейтралями.

В микропроцессорном шкафу защиты блока генератор-трансформатор предусмотрено для рассматриваемой защиты два токовых органа с разными диапазонами уставок:

* для органа первой ступени диапазон уставок составляет от 0,15 до 6,0 номинального тока трансформатора (с шагом 0,01);

* для органа второй ступени диапазон уставок составляет от 0,1 до 4,0 номинального тока трансформатора (с шагом 0,01).

Для измерительного органа напряжений нулевой последовательности диапазон уставок от 1,0 до 15,0 В с шагом 0,1 В.

Для отстройки от сигналов на частоте 3-ей гармоники, являющихся основной помехой в цепях защит нулевой последовательности, все измерительные органы используют на своих входах фильтры низших частот, обеспечивающие загрубление органов на 3-ей гармонике не менее чем в 8 раз.

Выбор уставок

Уставка более грубого органа выбирается по условию согласования с наиболее чувствительными ступенями защиты отходящих линий. Согласование не проводим ввиду отсутствия данных об уставках защит от замыканий на землю отходящих линий.

Уставка более чувствительного органа должна удовлетворять двум условиям:

* обеспечения надёжного срабатывания при самопроизвольном неполнофазном отключении блока при минимальной нагрузке:

* согласования с грубым реле защиты:

Принимается меньшее из двух значений. В связи с отсутствием данных расчетным будем считать первое условие.

Уставка органа напряжения выбирается такой, чтобы обеспечить надёжное его срабатывание при протекании через трансформатор блока тока нулевой последовательности, при котором чувствительный токовый орган находится на пороге срабатывания,

Принимаем

4.18 Защита от перевозбуждения трансформатора

Под перевозбуждением трансформаторов понимается повышение рабочей индукции в его сердечнике выше номинального значения. Причинами повышения индукции могут быть как повышение напряжения на его обмотках, так и снижение частоты напряжения сети. Перевозбуждение может приводить к насыщению сердечника в целом или его отдельных участков.

При индукциях в магнитопроводе Bm > 1,9 - 2,0 Тл начинается прогрессирующий рост намагничивающего тока трансформатора и деформация магнитного поля вне магнитопровода. При этом резко увеличиваются добавочные потери, быстро нагревающие до недопустимой температуры сплошные стальные детали конструкции трансформатора. Недопустимый нагрев приводит к повреждению изоляции, прилегающей к этим деталям.

Защита реагирует на отношение действующего значения напряжения к частоте U/f .

Защита содержит следующие функциональные органы:

* сигнальный орган, срабатывающий при увеличении величины U/f выше значения уставки;

* пусковой орган, срабатывающий при увеличении величины U/f выше значения уставки и осуществляющий пуск интегрального органа;

* орган максимального напряжения, контролирующий наличие входного напряжения и вводящий в действие защиту;

* интегральный орган, срабатывающий с зависимой от кратности возбуждения выдержкой времени, определяемой выражением:

где M - кратность возбуждения относительно номинального значения;

В и С - постоянные коэффициенты, величины которых определяются с целью наилучшего приближения к характеристике допустимого перевозбуждения трансформатора.

Выбор уставок

Для органа максимального напряжения, контролирующего наличие входного напряжения, уставка выбирается из условия надёжного пуска защиты при реально возможных напряжениях при возникновении перевозбуждения. Уставка может принимать значения в диапазоне от 0,1 до 0,15 номинального напряжения. Поскольку значения уставок намного меньше возможных напряжений при перевозбуждении рекомендуется принимать максимальную уставку 0,15 Uном.

Для сигнального органа, выявляющего возникновение перевозбуждения трансформатора, при котором оперативным персоналом должны приниматься меры по прекращению опасного режима. Уставка может принимать значения в диапазоне от 1,0 до 1,25 с шагом 0,01.

Уставки по перевозбуждению следует принимать на основании характеристики трансформатора tсз = f (M) [4], приведенной в таблице 9.

Таблица 9

Зависимость допустимого времени перевозбуждения от его кратности

В соответствии с данными, приведенными в таблице 9, уставку сигнального органа нужно принять равной 1,1. При такой уставке индукция в сердечнике трансформатора не достигает 1,9 Тл, и такой режим не приводит к повреждению трансформатора.

Для пускового органа, выявляющие опасные перевозбуждения трансформатора, при которых трансформатор должен автоматически отключаться. Уставка может принимать значения в диапазоне от 1,0 до 1,25 с шагом 0,01.

В соответствии с данными, приведенными в таблице 8, уставку пускового органа нужно принять 1,15. При такой уставке запуск интегрального органа происходит при величине перевозбуждения, могущей привести к повреждению защищаемого трансформатора.

В защите предусмотрена возможность регулирования уставки по параметру B в диапазоне от 0,8 до 1,5 с шагом 0,01, а по параметру С - в диапазоне от 1,0 до 10,0 секунды с шагом 0,1 секунды.

Для реализации расчётной кривой в соответствии с таблицей 8 должны быть заданы следующие значения коэффициентов аппроксимации характеристики B = 1,13 и С = 2,4 с.

Кроме указанных уставок, интегральный орган имеет дополнительные уставки по времени, ограничивающий максимальную и минимальную по времени уставки органа.

Максимальное время срабатывания интегрального органа может устанавливаться в диапазоне от 1,0 до 4000 секунд с шагом 1,0 секунда.

Минимальное время срабатывания интегрального органа может устанавливаться в диапазоне от 1,0 до 100 секунд с шагом 1,0 секунда.

При отсутствии дополнительных данных рекомендуется задавать максимальную уставку tмакс = 1000 с, а минимальную - tмин = 20 с.

Защита правильно функционирует в диапазоне частот от 25 до 75 Гц.

4.19 Дифференциальная защита трансформатора собственных нужд

Назначение: продольная дифференциальная защита трансформатора собственных нужд является основной быстродействующей защитой трансформатора от всех видов коротких замыканий в обмотках трансформатора и на его выводах.

На стороне генераторного напряжения дифференциальная защита трансформатора собственных нужд подключается к трансформаторам тока ТВТ, встроенным во вводы трансформатора. На стороне 6 кВ используются трансформаторы тока, установленные в цепи выключателей низшего напряжения трансформатора собственных нужд.

Для реализации дифференциальной защиты трансформатора собственных нужд используется функция защиты трансформатора, свойства которой подробно рассмотрены в п. 4.13.

Для получения информации о токах по сторонам трансформатора собственных нужд используются три группы трансформаторов тока:

* трансформаторы тока, установленные на стороне высшего напряжения трансформатора собственных нужд;

* трансформаторы тока, установленные в цепях выключателей, установленных на стороне 6 кВ защищаемого трансформатора.

Выбор уставок

Определение номинальных токов плеч. Первичные токи на всех сторонах защищаемого трансформатора определяются в соответствии с его номинальной мощностью. По этим токам определяются токи в плечах защиты, исходя из коэффициентов трансформации трансформаторов тока и коэффициентов схемы. Расчёты сведены в таблицу 10.

Таблица 10 Определение токов плеч ТСН

На стороне высшего напряжения трансформатора собственных нужд приняты к установке трансформаторы тока, встроенные в его выводы, типа ТВТ-10 с номинальным первичным током 5000 А.

На сторонах низшего напряжения используются трансформаторы тока, установленные в ячейках комплектного распределительного устройства 6,3 кВ. В соответствии с максимальным током нагрузки в этой цепи приняты трансформаторы тока с номинальным первичным током 2000 А. Поскольку в этой цепи вторичный номинальный ток плеча оказался существенно больше тока плеча цепи генератора, необходимо использовать амплитудную коррекцию. Целесообразно принять коэффициент амплитудной коррекции равный 0,24. При таком коэффициенте токи плеч генератора и трансформатора собственных нужд получаются равными, что удобно при выполнении дальнейших расчётов.

Таким образом, для согласования токов плеч защиты необходимо установить приведенные в таблице 10 вторичные номинальные токи плеч с учётом амплитудной коррекции тока от трансформаторов тока, установленных в цепи трансформатора собственных нужд.

На всех сторонах защищаемого трансформатора используется схема соединения трансформаторов тока «звезда».

Определение коэффициента торможения. Сначала определяем коэффициент небаланса.

Составляющая коэффициента небаланса, обеспечивающая отстройку от небаланса, вызванного погрешностями трансформаторов тока,

Составляющая коэффициента небаланса, обеспечивающая отстройку от небаланса, вызванного регулированием коэффициента трансформации защищаемого трансформатора,

Составляющая коэффициента небаланса, обеспечивающая отстройку от небаланса, вызванного неточностью согласования токов плеч,

Суммарный коэффициент небаланса

Расчётный коэффициент торможения

К установке принимаем ближайшее большее значение коэффициента торможения -

Определение минимального тока срабатывания. Для надёжной отстройки от однополярных бросков намагничивающего тока принимаем значение уставки минимального тока срабатывания защиты, равным 0,3.

Определение начального тока торможения. Значение начального тока торможения при принятых значениях коэффициента торможения и минимального тока срабатывания защиты равно

Определение тока блокировки. Ток торможения, при котором осуществляется блокирование защиты в режиме внешнего повреждения, для рабочих трансформаторов собственных нужд определяется его возможными перегрузками. Поскольку рабочие трансформаторы собственных нужд выбираются по максимально возможной нагрузке, с некоторым запасом принимаем:

Определение тока срабатывания отсечки. Сначала определяем расчётный ток небаланса.

Для расчета тока короткого замыкания на стороне низшего напряжения трансформатора собственных нужд ток используем данные из пункта 4.13 и сэквивалентируем схему к виду на рис. 10

Рисунок 10 - Схема замещения

Составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностями трансформаторов тока,

Составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием коэффициента трансформации защищаемого трансформатора,

Составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью согласования токов плеч,

Суммарный ток небаланса

Ток срабатывания отсечки по условию отстройки от максимального тока небаланса, выраженный в относительных номинальных единицах,

Ток срабатывания отсечки по условию отстройки от броска намагничивающего тока

Окончательно принимаем уставку токовой отсечки

Чувствительность обычно не проверяется, поскольку при токе срабатывания чувствительной части защиты (0,3…0,4) Iном она обеспечена ко всем внутренним повреждениям [4].

4.20 Дифференциальная защита ошиновки высшего напряжения трансформатора

Поскольку в РУ 110 кВ используется двойная система шин с обходной с одним выключателем на присоединение, то ошиновка входит в зону действия дифференциальной защиты трансформатора блока. Поэтому рассчитывать эту защиту нет необходимости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы рассмотрены принципы реализации защит блока, подключенного к РУ-110 кВ, на базе шкафа микропроцессорной защиты, разработанной предприятием «ЭКРА», ШЭ1113. Рассчитаны уставки продольной дифференциальной защиты генератора, поперечной дифференциальной защиты генератора, защит от замыканий на землю в обмотках статора и ротора, токовой защиты обратной последовательности, защит статора и ротора генератора от перегрузок, защиты от потери возбуждения, защиты от асинхронного режима без потери возбуждения, защиты от повышения напряжения, дифференциальной защиты трансформатора блока и трансформатора собственных нужд, а также ряда резервных защит блока. Произведена оценка чувствительности некоторых защит.

При выполнении наладочных работ некоторые уставки, полученные в предварительных расчетах, могут быть скорректированы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. Пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

2. Вавин В.Н. Релейная защита блоков турбогенератор-трансформатор. - М.: Энергоиздат, 1982. - 256 с.

3. Комплекс защит генераторов, трансформаторов и блоков генератор-трансформатор электростанций. Общее техническое описание. ЭКРА.656453.005 ТО. Чебоксары, 2006.

4. Цифровые защиты генераторов, трансформаторов и блоков генератор-трансформатор электростанций. Техническое описание. ЭКРА.656116.166 ТО (версия 4.9). Чебоксары, 2005.

5. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 1. ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ, РАБОТАЮЩИХ НА СБОРНЫЕ ШИНЫ. - М.: Энергоатомиздат, 1961,68 с.

6. Глазырин В.Е., Шалин А.И. Расчет уставок микропроцессорной релейной защиты блока генератор-трансформатор: учеб. пособие. - Новосибирск: Изд во НГТУ, 2009. - 130 с.

7. Чернобровов Н.В. Релейная защита. - М.: Энергия, 1974. - 679с.

Размещено на Allbest.ru