Защита блока генератор–трансформатор, работающего на сборные шины 110 кВ

В защите предусмотрено согласование вторичных номинальных токов плеч и защиты в отношении от 0,3 до 2,0, то есть для трансформаторов тока с вторичным номинальным током 5 А обеспечивается согласование токов плеч в диапазоне от 1,5 А до 10 А с погрешностью выравнивания не более ± 3 % от номинального тока плеча.

Каждая фаза защиты содержит две части: чувствительную, выполненную как дифференциальная с торможением, и дифференциальную отсечку.

Определение номинальных токов плеч

Первичные токи на всех сторонах защищаемого трансформатора определяются в соответствии с его номинальной мощностью. По этим токам находятся токи в плечах защиты исходя из коэффициентов трансформации трансформаторов тока и коэффициентов схемы. Расчеты сведены в табл. 2.

Таблица 2. Определение токов плеч

На стороне высшего напряжения приняты к установке трансформаторы тока, встроенные в выводы трансформатора блока типа ТВТ110-I-600/1 и соединённые в группу по схеме "треугольник".

На цепи статора генератора использованы трансформаторы тока, устанавливаемые в закрытых экранированных токопроводах типа ТШВ-15 и соединённые в группу по схеме "звезда".

В цепи трансформатора собственных нужд использованы трансформаторы тока, встроенные в его выводы типа ТВТ35-I-3000/5 с номинальным первичным током, определяемым максимальным током нагрузки цепи собственных нужд. Трансформаторы тока соединены в группу по схеме "звезда". Поскольку в этой цепи вторичный номинальный ток плеча оказался существенно большим по сравнению с током плеча цепи генератора, необходимо использовать амплитудную коррекцию. Для этого плеча целесообразно ввести коэффициент амплитудной коррекции, равный 0,375. 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 2 вторичные номинальные токи плеч с учётом амплитудной коррекции тока от трансформаторов тока, установленных в цепи трансформатора собственных нужд.

При расчёте уставок защиты будем все расчёты выполнять в относительных базисных единицах.

Определение коэффициента торможения

Сначала определяем коэффициент небаланса.

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

,

где - коэффициент, учитывающий переходной режим, принимается равным 1,5…2;

- относительное значение полной погрешности трансформаторов ока в режиме КЗ.

Составляющая коэффициента небаланса, обеспечивающая отстройку от небаланса, вызванного регулированием коэффициента трансформации защищаемого трансформатора. На повышающих трансформаторах, устанавливаемых в блоках, при мощности до 200 МВА обычно предусматриваются ПБВ. В этом случае :

,

где - коэффициент токораспределения, равный доле тока, протекающей по стороне, где имеется регулирование, от суммарного тока, протекающего через защищаемый трансформатор. Принимаем его равным 1. Тогда,

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

.

Суммарный коэффициент небаланса:

Расчетный коэффициент торможения

,

где - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2.

К установке принимаем ближайшее большее значение коэффициента торможения - .

Определение минимального тока срабатывания

Хотя защита обеспечивает отстройку от однополярных бросков намагничивающего тока, для надежной отстройки рекомендуется принимать значение уставки, равным

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, определяется максимально возможной величиной сквозного тока нагрузки. Для трансформаторов, работающих в блоке, максимальный сквозной ток нагрузки определяется перегрузочной способностью генератора блока и принимается равным 1,5. Следовательно,

Определение тока срабатывания отсечки

Ток срабатывания дифференциальной отсечки выбирается из двух условий: отстройка от броска намагничивающего тока и от тока небаланса.

Из условия отстройки от максимального тока небаланса, возникающего при коротком замыкании вне зоны действия дифференциальной защиты трансформатора или при асинхронном режиме работы генератора блока. На Рисунке 11 приведена принципиальная схема подключения дифференциальной защиты трансформатора (ДЗТ) и положение расчётных точек коротких замыканий для определения токов небаланса дифференциальной отсечки.

Рисунок 11 - Внешние КЗ в дифференциальной защите трансформатора блока

Для каждого из трёх коротких замыканий рассчитывается ток небаланса. Расчётным является трёхфазное короткое замыкание. Кроме того, рассчитывается ток небаланса при асинхронном ходе генератора блока.

Ток небаланса содержит три составляющие

,

где - составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностями трансформаторов тока;

- составляющая тока небаланса, обусловленная отклонением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора от расчетного;

- составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью согласования токов плеч защиты.

,

где -коэффициент, учитывающий переходной режим;

- коэффициент однотипности трансформаторов тока;

- относительная полная погрешность трансформаторов тока в рассматриваемом режиме;

- максимальное значение тока КЗ, протекающего по трансформаторам тока в рассматриваемом режиме.

Ток небаланса, обусловленный отклонением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора от расчетного

,

где - относительное значение максимального отклонения коэффициента трансформации от расчетного. ПБВ 0,05;

- ток короткого замыкания, протекающий по той стороне трансформатора, на которой имеется регулирование, в рассматриваемом режиме.

Ток небаланса, обусловленный неточность согласования токов плеч

,

где - максимальная относительная погрешность согласования токов плеч защиты;

- максимальное значение тока короткого замыкания, протекающего по трансформаторам тока в рассматриваемом режиме.

Для отстройки от тока небаланса при асинхронном ходе генератора защищаемого блока расчетный ток определяется по выражению

,

где - переходная ЭДС генератора блока (11,47 кВ);

- напряжение на шинах системы ();

- переходное сопротивление генератора по продольной оси (0,217 Ом);

- сопротивление трансформатора блока (0,093 Ом);

- эквивалентное сопротивление системы (2,585 Ом).

Максимальный ток, протекающий через зону защиты, при асинхронном ходе генератора

Очевидно, что расчетным является ток короткого замыкания на выводах защищаемого генератора

Определим составляющие от токов небаланса:

Суммарный ток небаланса:

После определения токов небаланса уставка дифференциальной отсечки выбирается из двух условий.

Отстройка от максимального тока небаланса

,

где - коэффициент надежности.

Отстройка от броска тока намагничивания

,

Окончательно принимаем уставку дифференциальной токовой отсечки

или .

Чувствительность защиты обычно не проверяется, поскольку при токах срабатывания чувствительной части порядка она гарантирована.

15. Дополнительная резервная защита на стороне высшего напряжения

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.

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

,

где - коэффициент надежности;

- коэффициент возврата.

При отключенном генераторе ток нагрузки (даже с учётом самозапуска двигателей собственных нужд) значительно меньше номинального тока трансформатора блока. Однако защиту целесообразно отстраивать от номинального тока во избежание её ложного действия при работе генератора блока в случае неисправности блокирующих реле и цепей.

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

16. Защита от внешних коротких замыканий на землю

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 транс-форматора с землёй.

В том случае, если возможна работа трансформатора блока с разземлённой нейтралью (трансформаторы с высшим напряжением 110 - 220 кВ, оборудованные соответствующим разъединителем), 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. Для реализации такой защиты применяются два способа.

1) Используется максимальная токовая защита нулевой последовательности, установленная на трансформаторах с заземлёнными нейтралями. В этой защите предусматривается несколько выдержек времени. С первой, меньшей выдержкой времени, защита действует на разделение секций или систем шин высшего напряжения. Со второй выдержкой времени, на ступень селективности большей первой, отключает трансформаторы с разземлёнными нейтралями, подключенными к секции (системе шин), связанной с коротким замыканием после деления. С третьей - на отключение выключателя высшего напряжения защищаемого трансформатора.

2) Защита, реагирующая на напряжение нулевой последовательности. Эта защита выполняется с использованием чувствительного реле напряжения, включенного на "разомкнутый треугольник" трансформатора напряжения сборных шин повышенного напряжения. При коротком замыкании на землю это реле приходит в действие и отключает трансформатор с разземлённой нейтралью с выдержкой времени меньшей, чем у максимальных токовых защит нулевой последовательности трансформаторов с заземлёнными нейтралями. При наличии тока нулевой последовательности трансформатора его защита по напряжению автоматически выводится из действия.

Уставка более грубого органа выбирается по условию согласования с наиболее чувствительными ступенями защиты отходящих линий.

Уставка более чувствительного органа должна удовлетворять двум условиям:

- обеспечение надежного срабатывания при самопроизвольном неполнофазном отключении блока при минимальной нагрузке

- согласование с грубым реле защиты.

Уставка грубого реле нам неизвестна, поэтому и согласования не производим. Принимаем уставку чувствительного органа, определенную по первому условию.

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

,

где - ток срабатывания чувствительного органа тока в относительных номинальных единицах (2,291/6,87=0,33 о.е.);

- напряжение короткого замыкания защищаемого трансформатора в процентах;

- коэффициент чувствительности.

Заключение

генератор трансформатор защита замыкание

Итак, в ходе курсовой работы была рассчитана защита для блока генератор-трансформатор мощностью 110 МВт, работающего на сборные шины 110 кВ. Защита была реализована на базе микропроцессорных шкафов НПО «Экра» серии ШЭ111.

Для генератора в качестве основной защиты использовалась продольная дифференциальная защита. В качестве резервных использовались защиты:

- защита от замыканий на землю в обмотке статора

- токовой защита обратной последовательности

- защита обмотки статора от симметричных перегрузок

- защита обмотки ротора генератора от перегрузок

- защита от потери возбуждения

- защита от асинхронного режима без потери возбуждения

- резервной дистанционной защиты генератора от междуфазных коротких замыканий

Для трансформатора блока в качестве основной также использовалась продольная трехплечевая дифференциальная защита. Также были рассчитаны две резервные защиты: дополнительная резервная защита на стороне высшего напряжения и защита от внешних коротких замыканий на землю.

Все рассчитанные защиты отвечают общим требованиям к релейной защите, таким как быстродействие, селективность, чувствительность.

Литература

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

2. 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.

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

Размещено на Allbest.ru