КЭС 6х300 МВт \электрическая станция\
5. Релейная защита блока турбогенератора ТГВ-300-2У3
5.1. Общие положения
В соответствии с
Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) на блоках турбогенератор -
трансформатор предусмотрен ряд основных и резервных устройств релейных защит от
различного вида повреждений и ненормальных режимов работы.
5.2. Основные защиты
турбогенератора
1) От многофазных
коротких замыканий (КЗ) в обмотке статора и на выводах турбогенератора -
продольная дифференциальная токовая защита, действует без выдержки времени и
производит полную остановку блока и действует на УРОВ.
2) От замыканий на землю
в обмотке статора - защита напряжения первой и третьей гармоники без зоны
нечувствительности, действует без выдержки времени и производит остановку блока,
действует на УРОВ.
3) Поперечная
дифференциальная токовая защита генератора выполняется с помощью одного реле
тока, присоединенного к трансформатору тока, установленного в соединении между
нейтралями параллельных ветвей. Защита действует без выдержки времени на
отключение, аналогично дифференциальной продольной защите генератора. Это
защита от КЗ между витками одной фазы обмотки статора генератора.
5.3. Резервные защиты
турбогенератора
1) От внешних
симметричных коротких замыканий в обмотке статора - одноступенчатая дистанционная
защита с независимой выдержкой времени, имеет две ступени выдержки времени.
Первая ступень обеспечивает дальнее резервирование выключателя ВН. Вторая
ступень обеспечивает ближнее резервирование и действует на остановку турбины.
2) От внешних
несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок в обмотках статора - токовая
защита обратной последовательности с интегрально-зависимой выдержкой времени.
Интегральный орган действует без дополнительной выдержки времени на отключение
выключателя ВН, с дополнительной выдержкой времени на остановку турбины.
Орган-отсечка I имеет две ступени выдержки времени. Сигнальный орган действует
на сигнал через выносное реле времени с выдержкой времени. Орган-отсечка II
обеспечивает резервирование основных защит генератора, имеет одну ступень
выдержки времени и действует на остановку турбины.
3) От симметричных
перегрузок в обмотке статора - максимальная токовая защита с независимой
выдержкой времени, действует на сигнал.
4) От перегрузок током
возбуждения в роторе - токовая защита с двумя ступенями интегрально зависимой
выдержки времени. Защита предназначена для действия при перегрузках в аварийных
режимах, а также при неисправностях в системе возбуждения генератора,
вызывающих длительное протекание по обмотке ротора тока недопустимой величины.
Защита действует на отключение трансформатора собственных нужд и гашение поля
генератора и возбудителя.
5) От асинхронного режима
при потере возбуждения - одноступенчатая дистанционная защита с независимой
выдержкой времени, действует на сигнал.
6) От повышения
напряжения на выводах турбогенератора и трансформатора - максимальная защита
напряжения с независимой выдержкой времени. Защита предназначена для
предотвращения недопустимого повышения напряжения в режиме холостого хода или
сброса нагрузки.
5.4. Основные защиты
трансформатора
1) От всех видов КЗ в
обмотке и на выводах трансформатора, включая витковые замыкания в обмотках -
продольная дифференциальная токовая защита с циркулирующими токами, действует
без выдержки времени на полную остановку блока.
2) От замыканий внутри
бака маслонаполненного трансформатора, сопровождающихся выделением газа -
газовая защита, с двумя ступенями действия, без выдержки времени, на полный
останов блока и пожаротушение.
5.5. Резервные защиты
трансформатора
От внешних коротких
замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью - токовая защита нулевой
последовательности с независимой выдержкой времени. Имеются две ступени
выдержки. Первая ступень - ускорения, действует на полный останов блока; вторая
ступень - на отключение секционного выключателя. Второй комплект защиты также
состоит из двух ступеней. Первая ступень действует на отключение выключателя высшего
напряжения, вторая ступень - на остановку турбины.
5.6. Расчет уставок
защит
5.6.1. Продольная
дифференциальная токовая защита генератора
Защита выполняется
трехфазной, трехрелейной с реле типа ДЗТ-11/5, имеющим рабочую обмотку Wраб=144
витка. Для защиты используются трансформаторы тока, установленные на линейных выводах
генератора. Максимальное значение первичного тока небаланса в установившемся режиме протекания
через трансформаторы тока внешнего максимального тока
, (5.1)
где - коэффициент однотипности
трансформаторов тока;
- полная погрешность
трансформаторов тока.
определяется максимальным током
внешнего КЗ:
Рабочая магнито-движущая
сила (МДС) определяется
при протекании по рабочей обмотке тока небаланса:
, (5.2)
где - коэффициент отстройки;
- коэффициент трансформации
трансформатора тока со стороны линейных выводов генератора;
- число используемых витков рабочей
обмотки.
Тормозная МДС определяется по формуле
апроксимации:
Вторичное значение тока
тормозной обмотки:
Число витков тормозной
обмотки:
Целое число витков
тормозной обмотки:
Чувствительность
рассматриваемой защиты не проверяется, так как она обеспечивается с большим
запасом.
5.6.2. Защита
напряжения и третьей гармоники без зоны нечувствительности ЗЗГ-1
Защита подключена к
трансформатору напряжения со стороны линейного вывода и от трансформатора
напряжения со стороны выводов нейтрали. Защита содержит два органа:
максимальное реле напряжения первой гармоники и реле напряжения третьей
гармоники, именуемое реле торможения.
В условиях проектирования
определение параметров не производится, так как они не влияют на выбор
аппаратуры. Защита действует с независимой выдержкой времени около 0,5 секунд.
5.6.3. Одноступенчатая
дистанционная защита с независимой выдержкой времени
Для защиты используется
одно из трех реле сопротивления, блок реле типа КРС-2. Реле включается на
разность фазных токов от трансформаторов тока, установленных на стороне нулевых
выводов, и на межфазное напряжение от трансформатора напряжения, установленного
на выводах генератора.
Сопротивление
срабатывания защиты. При использовании круговой характеристики сопротивления
срабатывания защиты при
угле максимальной чувствительности определяется по выражению:
, (5.3)
где - коэффициент отстройки;
- коэффициент возврата реле;
- угол максимальной
чувствительности;
- в соответствии с .
,
(5.4)
где - минимальное значение первичного
межфазного напряжения в месте установки защиты;
- максимальное значение первичного
тока генератора.
5.6.4. Токовая защита
обратной последовательности с интегрально-зависимой характеристикой
Защита осуществляется с
одним фильтр-реле тока обратной последовательности типа РТФ-6М, которое
содержит следующие элементы:
1) пусковой орган без
выдержки времени, обеспечивающий пуск и возврат интегрального органа;
2) интегральный орган с
интегрально-зависимой выдержкой времени.
Защита с РТФ-6М
выполняется с двумя ступенями выдержки времени. Отключение выключателя высшего
напряжения производится первой ступенью.
3) орган “отсечка I ”,
срабатывающий без выдержки времени;
4) орган “отсечка II ”,
срабатывающий без выдержки времени;
Первичный ток
срабатывания пускового органа выбирается по условию обеспечения надежного пуска
интегрального органа при максимальной выдержке последнего, равной 600 секунд,
что примерно соответствует :
Расчет параметров
срабатывания интегрального органа сводится к определению уставки А и выбору
исполнения реле РТФ-6М.
А - постоянная величина,
устанавливаемая заводом-изготовителем и равная допустимой длительности тока
обратной последовательности в статоре, равного номинальному току статора. Для
турбогенераторов до 1000 МВт значение А=5-10 секунд укладывается в диапазон
первого исполнения реле РТФ-6М.
Первичный ток
срабатывания органа “отсечка I” выбирается из условий согласования с защитами,
установленными в сети. Первичный ток срабатывания органа “отсечка II” по
условиям деления принимается равным:
Первичный ток
срабатывания органа “отсечка II” из условий достаточной чувствительности при
двухфазном коротком замыкании на выводах генератора в сверхпереходном режиме и
определяется по выражению:
(5.5)
где - ток обратной последовательности
при двухфазном коротком замыкании на выводах генератора;
- коэффициент чувствительности.
Выдержка времени органа
“отсечка II” выбирается по условию согласования с основными защитами
генератора.
Первичный ток
срабатывания сигнального органа принимается равным:
5.6.5. Максимальная
токовая защита с независимой выдержкой времени
Защита осуществляется
токовым реле с высоким коэффициентом возврата типа РТВК и реле времени и
действует на сигнал.
Ток срабатывания защиты:
где - коэффициент отстройки;
- коэффициент возврата реле РТВК.
Выдержка времени
согласуется с защитами, действующими на отключение.
5.6.6. Токовая защита
с двумя ступенями интегрально-зависимой выдержки времени
Защита осуществляется с
помощью блока-реле РЗР-1М. Блок-реле содержит следующие элементы:
1) входное
преобразовательное устройство;
2) сигнальный орган,
срабатывающий без выдержки времени;
3) пусковой орган,
срабатывающий без выдержки времени;
4) интегральный орган,
действующий с двумя ступенями выдержки времени в зависимости от накопления
тепла в обмотке возбуждения при перегрузке и охлаждения после перегрузки.
Во входном преобразующем
устройстве настройка осуществляется так, чтобы:
,
где - вторичный номинальный ток ротора,
равный ;
- первичный номинальный ток ротора;
- коэффициент трансформации;
- номинальный ток устройства РЗР,
равный 2,5 А.
Сигнальный орган. Диапазон
регулировки уставки 1,0 - 1,2 номинального тока возбуждения. Рекомендуемая
уставка 1,05. Выдержка времени 10 с.
Пусковой орган. Диапазон
регулировки уставки 1,05 - 1,25 от номинального тока возбуждения. Рекомендуемая
уставка 1,1.
Интегральный орган.
Изменение уставок интегрального органа не производится.
5.6.7. Максимальная
защита напряжения с независимой выдержкой времени
В качестве пускового
органа используется реле напряжения РН-58/200 с коэффициентом возврата . Для блокировки защиты
используется реле тока типа РТ-40/Р. Реле напряжения включается на межфазное напряжение
трансформатора напряжения на выводах генератора.
Напряжение срабатывания
пускового органа принимается:
Первичный ток
срабатывания блокирующего реле:
:
Выдержка времени .
5.6.8. Поперечная
дифференциальная защита
Для защиты от витковых
замыканий в обмотке статора с двумя параллельными ветвями применяют
односистемную поперечную дифференциальную защиту, реагирующую на разность
суммарных токов трех фаз в указанных параллельных ветвях.
Эта защита реагирует на
замыкания между ветвями одной фазы, между ветвями разных фаз и между витками
одной ветви.
Защита выполняется на
токовом реле типа РТ-40 с фильтром высших гармоник.
Ток срабатывания защиты
при проектировании, принимается:
Ток срабатывания на входе
реле:
,
(5.6)
где - коэффициент трансформации
трансформатора тока принимается равным 1500/5.
5.6.9. Защита от
потери возбуждения
Защита, реагирующая на
сопротивление на выводах генератора, выполняется с помощью реле сопротивления с
круговой характеристикой.
Для предотвращения
срабатываний реле при нарушениях синхронизма его круговая характеристика
смещается. Это смещение принимается равным:
с тем, чтобы обеспечить срабатывание реле при
асинхронном режиме турбогенератора с полной нагрузкой и замкнутой накоротко
обмоткой ротора.
Диаметр окружности
характеристики принимается равным:
Угол максимальной
чувствительности:
.
Для отстройки от
срабатываний при нарушении динамической устойчивости и асинхронном ходе в
системе защита выполняется с выдержкой времени 1 - 2 с.
Для защиты от потери
возбуждения используется второе реле сопротивления комплекта КСР-2 (на первом
выполняется дистанционная защита от симметричных КЗ). Оно включается на
разность токов и
напряжение .
Для предотвращения
излишних срабатываний при внешних несимметричных КЗ в ее выходной цепи
предусматривается блокировка от сигнального органа ступенчатой токовой защиты
обратной последовательности.
5.6.10. Продольная
дифференциальная защита трансформатора
Защита ДЗТ-21
предусматривается на трансформаторах блоков в качестве основной защиты от всех
видов КЗ. Обладает высокой чувствительностью благодаря применению для отстройки от токов
включения сочетания время-импульсного принципа и торможения током второй
гармоники. Комплектно с защитой ДЗТ-21 могут поставляться два типа
автотрансформаторов для расширения диапазона выравнивания токов плеч защиты.
Расчет защиты начинается
с определения номинальных токов защищаемого трансформатора во вторичных цепях
трансформаторов тока по выражению:
,
(5.7)
где - номинальный ток трансформатора;
- коэффициент схемы;
Тогда номинальный ток
трансформатора:
Так как значение для плеча защиты выходит
за пределы диапазона номинальных токов трансформатора тока (2,5 - 5 А) более
чем на 0,5 А, то в этом плече необходима установка повышающего
автотрансформатора с .
Коэффициент трансформации
автотрансформатора:
, (5.8)
где - номинальный ток ответвления,
присоединяемого к защите .
Ток, подающийся на
защиту:
Для плеча защиты выбираем
ответвление № 6 с .
Минимальный ток
срабатывания защиты определяется по выражению:
Номинальный ток
трансформатора во вторичных цепях со стороны генераторного напряжения равен:
Для плеча защиты выбираем
ответвление № 3 с .
Номинальный ток
трансформатора во вторичных цепях со стороны ТСН:
В этом плече необходима
установка понижающего автотрансформатора с ;
Для плеча защиты выбираем
ответвление № 3 с .
Выбираем уставку реле .
В защите трансформаторов
блоков используется одна цепь процентного торможения. При этом ответвление
трансформатора тока ТТ1 выбирается по условию:
.
Выбираем ответвление № 4
с .
Для трансформатора тока
при одной цепи торможения:
Для выбора уставки
коэффициента торможения определяется расчетный ток небаланса:
(5.9)
Составляющая обусловлена погрешностями
трансформаторов токов и рассчитывается по выражению:
, (5.10)
где - коэффициент, учитывающий
переходный процесс;
- коэффициент однотипности
трансформаторов тока;
- относительное значение полной
погрешности трансформаторов тока;
Ток обусловлен неточностью выравнивания
токов в плечах защиты.
, (5.11)
где - расчетное значение номинального
тока ответвления;
- номинальный ток выбранного
ответвления;
- коэффициент токораспределения.
Коэффициент торможения
равен:
5.6.11. Газовая защита
Используется реле типа
РГЧЗ-66. Газовое реле содержит два элемента - сигнальный и отключающий.
Сигнальный элемент срабатывает при повреждениях, сопровождающихся слабым
газообразованием после накопления определенного объема газа в реле. При
значительном повреждении, вызывающем бурное выделение газа, повышается давление
внутри бака и создается переток масла в сторону расширителя, воздействующий на
отключающий элемент. Последний срабатывает при превышении заданной скорости
потока масла. При этом газ из бака трансформатора попадает в газовое реле и
вызывает срабатывание сигнального элемента позже действия отключающего
элемента.
5.6.12. Токовая защита
нулевой последовательности с независимой выдержкой времени
Защита выполняется
двухступенчатой с двумя комплексами токовых защит с разными значениями тока
срабатывания. Каждый комплект выполняется с одним реле тока, присоединенными к
трансформатору тока в цепи заземления трансформатора, и реле времени с двумя
выдержками времени.
Первичный ток
срабатывания комплекта I выбирается по меньшему из двух условий:
где - минимальный первичный ток
срабатывания защиты линий;
- коэффициент токораспределения.
Выдержка времени для
действия по цепи ускорения сек.
Выдержка времени на
деление принимается большей из рассчитанных по двум условиям:
;
.
Выдержка времени первой
ступени комплекта II:
.
Выдержка времени второй
ступени комплекта II:
.
Коэффициент
чувствительности: