НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕЙ 7 страница

2 , - условие отстройки от обрыва соединительных проводов.

Рис. 86 Продольная дифференциальная защита генератора с использованием дифференциальной и уравнительной обмоток реле РНТ-565

Из условий 1 и 2 выбирают наибольшее значение и по нему определяют число витков на обмотках РНТ-565.

Для лучшей отстройки реле РНТ-565 от обрывов токовых цепей используют подключение двух обмоток реле w_p и w_yp (рис. 86). Обмотка w_pвключена на разность токов соответствующих ТА, а обмотка w_yp - на геометрическую сумму вторичных токов всех шести ТА. В нормальном режиме в обмотке w_yp ток отсутствует, также нет тока в обмотке w_yp при внутренних двухфазных к.з., ток в ней появляется в случае обрыва одного из соединительных проводов (например, ток фазы А I’ - рис. 86. Отсутствие этого тока приводит к тому, что в нормальном режиме по реле фазы А ток протекает по обмоткам w_pи w_yp , величина этого тока одинакова для обеих обмоток, а направление - встречное, таким образом, условие работы реле зависит от величины этого тока и определяется следующим образом:

;

.

Для реле двух других фаз (В и С)тот же самый ток протекает только по обмотке w_yp тогда условие срабатывания запишется

Если принять w_p=2 w_yp , то можно получить одинаковые условия срабатывания реле всех фаз при обрывах соединительных проводов

.

Следовательно, можно отстроить данные реле от обрыва, приняв w_p=2 w_yp.

При к.з. в зоне защиты чувствительность реле определяется током, протекающим по обмотке w_p, и условием их срабатывания

, т. е.

.

Можно заметить, что при к.з. в зоне чувствительность реле в 2 раза выше, чем при обрыве соединительных проводов.

Рис. 87 Поперечная дифзащита генератора

При выполнении защиты наДЗТ-11 проверяется только условие 2, т.к. отстройка от токов внешних к.з. осуществляется с помощью тормозной обмотки.

что позволяет увеличить защиты.

При наличии в обмотке статора двух параллельных ветвей в каждой фазе в качестве защиты от витковых к.з. используют поперечную дифзащиту, основанную на сравнении величин токов в параллельных ветвях. Защита выполняется в виде трехсистемной поперечной дифзащиты (рис. 87).

В нормальном режиме при условии симметрии , где

; .

Тока нет, в реле КАток тоже отсутствует. При возникновении виткового к.з. ( ) или к.з. между ветвями появляется ток и защита подействует па отключение генератора без выдержки времени. Ф - фильтр, пропускающий в реле ток Гц и отфильтровывающий токи Гц, особенно Гц, которые присутствуют в токе статора и обусловлены неравномерностью воздушного зазора. , где - обусловлен некоторым неравенством и вследствие несимметрии. Обычно .

Рис. 88 Токовая защита нулевой последовательности от однофазных замыканий в обмотке статора генератора, работающего на сборные шины

От замыканий на землю в статорной обмотке для генераторов малой мощности используют защиту, реагирующую на ток (рис. 88).

Токовое реле подключается к трансформатору тока нулевой последовательности ТИП с подмагничиванием. Обмотка подмагничивания подключена к трансформатору напряжения. При 5 А, защита действует на отключение генератора, при А - на сигнал.

В схеме предусмотрены две ступени защиты: чувствительная (на реле КА1,КТ;действует при к.з. на землю в статорной обмотке) и грубая (реле КА2; отключает генератор при замыкании на землю в статорной обмотке и во внешней сети).

При замыкании в статоре работает реле КА1и через с замыкает контакт КТ,подавая сигнал на отключение генератора. Замедление вводится для отстройки от бросков емкостного тока при внешних к.з.

При наличии двух точек замыкания (одна - в статоре, другая - во внешней сети) работают реле КА2( ) и отключает генератор без выдержки времени. Для блокировки защиты при к.з. во внешней сети служит реле KL2. В том этом случае реле KL2получает питание и выводит из действия чувствительную ступень, снимая «+» с контактов реле КА1. размыкание контакта KL2подключает дополнительное сопротивление R, соединенное последовательно с обмоткой реле КА2, что позволяет не увеличивать ток по реле КА2. Нижний контакт реле KL2шунтирует катушку реле КА1.

Реле KL2позволяет также уменьшить ток для реле КА1и не отстраивать его от при к.з. во внешней сети, поскольку в данном случае действие реле КА1 блокируется.

Для генераторов большой мощности используют защиты типа ЗЗГ, рассмотренные далее в разделе «Защиты блоков».

В качестве резервных защит статора генератора от внешних к.з. используют МТЗ,
МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению (рис. 89), а также четырехступенчатые
токовые защиты обратной последовательности, реагирующие на двухфазные к.з., поскольку в этом случае появляется ток обратной последовательности. Все перечисленные защиты подключаются к ТА, установленным в нулевых выводах, т.к. это позволяет включить в зону действия защиты статорную обмотку генератора. Резервные защиты действуют с выдержкой времени, согласованной с временем действия защит, отходящих от шин генераторного напряжения (рис. 90).

Рис. 89 МТЗ с пуском по напряжению от междуфазных к.з. и МТЗ от перегрузки обмотки статора генератора

Рис.90 Ступенчатая токовая защита обратной последовательности от несимметричных к.з. и перегрузок на реле РТФ-7 с приставкой для действия при симметричных к.з. и МТЗ от симметричной перегрузки обмотки статора генератора

Уставки по току М'ГЗ реле КА2,КА3, КА4(см. рис. 89) и реле КА_С (рис. 90) определяются по условию отстройки от тока

, ; .

Напряжение срабатывания реле «пуска по напряжению» (см. рис. 89) и реле KV_C (рис. 90) определяется по следующим условиям:

; ,

где - остаточное напряжение, обеспечивающее самозапуск двигателей, подключенных к шинам генераторного напряжения. Время действия выбирается на ступень селективности больше, чем отходящих от шин генераторного напряжения присоединений.

Рис. 91 Зависимость времени допустимости существования тока обратной последовательности

Для повышения чувствительности защиты в двухфазном к.з. используется схема защиты генератора, приведенная на рис. 90. Для генераторов строится зависимость времени допустимости существования tот величины тока обратной последовательности (рис. 91), где .Выдержки времени ступеней выбираются в соответствии с данной кривой. 1-я ступень - реле с уставкой на реле - предназначена для отключения к.з. на выводах статорной обмотки. II-я ступень - реле с уставкой на

реле - предназначена для отключения к.з. за повышающим трансформатором блока. III-я ступень - реле с уставкой на реле - резервирует действие релейной защиты присоединений, отходящих от шин высокого напряжения блока. IV-я ступень - реле с уставкой на реле - сигнализирует о несимметричной перегрузке.

Реле , , , подключены к фильтрам токов обратной последовательности и рассчитываются по . Данная защита в основном применяются на генераторах, работающих в блоке с трансформатором.

На генераторах предполагается установка защиты от симметричной перегрузки, выполненной с действием на сигнал: МТЗ с токовым реле в одной фазе, реле КА1(см. рис. 89) и реле (см. рис. 90). Ток от перегрузки определяется следующим образом:

, где ; .

Рис. 92 Принцип действия защиты ротора от замыканий на землю

Время срабатывания t выбирается больше, чем от симметричных к.з.

Защита от повышения напряжения выполняется с помощью реле максимального напряжения, подключенного к трансформатору напряжения выводов статора, и действует на отключение генератора, если .

Ротор генератора имеет комплект защиты от замыканий на землю. При замыкании на землю в одной точке турбогенератор можно не отключать от сети, на гидрогенераторах защита действует на отключение. При замыкании на землю в двух точках часть обмотки ротора закорачивается, что ведет к снижению сопротивления обмотки и увеличению тока. Данный режим недопустим и защита должна отключать генератор от сети. Параллельно обмотке ротора подключен реостат R (рис. 92). Обмотка LG и реостат образуют четырехплечный мост, в диагональ которого включено токовое реле КА. При уравновешенном мосте тока в обмотке нет. При появлении к.з. в точке Кмост становится неуравновешенным и по обмотке КАначинает протекать ток.

а)

б) в)

Рис. 93 Защиты ротора генератора:

а- от замыканий обмотки на землю в двух точках; б- от перегрузки током возбуждения; в- блок-схема защиты типа РЗР-1 м

Схема релейной защиты (рис. 93, б)применяется на гидрогенераторах. К цепи возбуждения через конденсатор С подключена вторичная обмотка промежуточного трансформатора TL,в цепь которого включено реле КА. Второй конец обмотки реле КАзаземляется через электрическую щетку, имеющую электрический контакт с валом ротора. Первичная обмотка 7L подключена к шинам трансформатора собственных нужд электростанции.

При отсутствии замыкания в цепи ротора ток в реле КАотсутствует. Контакт реле разомкнут. В случае замыкания на землю в цепи ротора появляется контур для прохождения переменного тока через реле КА. Реле сработает, замкнется его контакт и подаст «+» на обмотку реле времени КТ.Реле КТ сработает и подаст питание на реле KL,которое отключает выключатель генератора. Контакт KL1 самоблокируется, предотвращая длительное протекание переменного тока через место замыкания. Ключ SAдеблокирует защиту. Конденсатор С не допускает протекания постоянного тока через место повреждения. Предохранители F1и F2отключают защиту в случае пробоя конденсатора.

Защита от замыканий на землю на турбогенераторах ставится в двух точках (рис. 93, а).Мост уравновешивается при появлении первой «земли». Конденсатор С и катушка Lслужат в качестве фильтра, не пропускающего в реле переменную составляющую, появляющуюся в токе реле при возникновении замыканий. Действием SX1и SX2защита может быть включена с действием на сигнал или на отключение.

При увеличении I_рот>I_ном может произойти нагрев обмотки ротора. Защиты, реагирующие на увеличение тока выполняются с интегральной характеристикой (рис. 93,в), имеющей две ступени, действующие на разгрузку ротора при небольшом превышении I_рот>I_ном либо на отключение генератора и АГП, если I_рот значительно превышают I_ном. Ток ротора подается в блок 1 от специального датчика тока, измеряющего постоянный ток, протекающий по обмотке ротора. Блок 1 - это входное преобразующее устройство (ВПУ), служит для настройки уставки защиты, а также для преобразования тока, поступающего от датчика тока в выпрямленное и сглаженное напряжение. С ВПУ напряжение подается на сигнальный орган (СО), пусковой орган (ПО) и интегральный орган (ИО). Питание на СО, ПО, ИО подается от блока питания (БП). Приведенная на рис. 93, всхема используется в защите ротора типа РЗР-1М. Для генераторов малой мощности защита может быть выполнена с помощью реле напряжения и двух реле времени. Поскольку напряжение ротора постоянное, то при увеличении I_рот увеличивается . С меньшей выдержкой времени защита действует на разгрузку ротора, а с большей - на отключение генератора и АГП.

На генераторах большой мощности устанавливается защита от потери возбуждения, рассмотренная в разделе «Защита блоков».

Защиты двигателей. Наиболее часто встречающиеся и опасные к.з. в электродвигателях - междуфазные к.з. статорной обмотки. Однофазные к.з. менее опасны, т.к. двигатели, как правило, работают в сетях с U<10,5 кВ. Часто возникает режим перегрузки двигателя током. Поэтому от данных видов к.з. и повреждений должны быть установлены соответствующие защиты. Защиты двигателей не должны быть очень сложными, не должны допускать лишних отключений.

В качестве защиты от междуфазных к.з. чаще всего используют МТЗ и токовую отсечку (рис. 94, а).Отсечка выполнена на реле КА1и КА2. Ток срабатывания защиты отстраивается от пускового тока двигателя , поскольку в режиме пуска или самозапуска двигателей происходит увеличение тока, а защита данные режим отключать не должна.

Для двигателей Р>3000 кВт применяют дифференциальную защиту (рис. 95).

Для дифференциальной защиты: .

От замыканий на землю защита выполняется на основе ТНП и действует на отключение двигателя без выдержки времени (реле КАЗ,рис. 94, а).В качестве токового реле КАЗ используется реле РТЗ-51. В целях уменьшения перенапряжений и увеличения чувствительности защит на каждой секции 6-10 кВ устанавливают дополнительный заземляющй трансформатор со схемой соединения обмоток «звезда с глухозаземленной нейтралью-треугольник». В нейтраль заземляющего трансформатора включены параллельно два высоковольтных резистора R.При появлении замыкания на землю в двигателе активный ток замыкания течет через двигатель и сопротивление R,В неповрежденных двигателях активной составляющей тока нет. От емкостного тока, возникающего при замыкании на землю защита должна быть отстроена величиной тока I_сз.

а)

б)

Рис. 94 Защиты двигателей:

а- токовые защиты от междуфазных к.з., однофазных замыканий и перегрузок высоковольтного электродвигателя;

б- защита минимального напряжения;

в- защиты синхронного электродвигателя от асинхронного режима

Защита от перегрузки выполняется в виде МТЗ, действующей на сигнал, если перегрузку можно снять без остановки двигателя и на отключение - если по технологическим особенностям производства снять перегрузку можно только остановив двигатель (реле КАЗ, рис. 94, а).

Рис. 95 Защиты двигателя от междуфазных к.з.

Лучше всего определить перегрузку двигателя по токам можно с помощью тепловых реле. Эти реле выполняются на принципе использования различных коэффициентов линейного расширения металлов под влиянием нагрева. Но тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, что ограничивает их применение.

Рис.96 Характер изменения в асинхронном режиме

Двигатели имеют защиту от понижения напряжения. При снижении напряжения на шинах, к которым подключены двигатели до 0,5 защита отключает часть неответственных двигателей, чтобы при восстановлении напряжения обеспечить

самозапуск ответственных неотключавшихся двигателей. Защита представлена на рис. 94, в. Реле KV1 и KV2имеют уставку по напряжению =0,5 .

На синхронных двигателях устанавливается защита от асинхронного режима, реагирующая на появление уравнительного тока (рис. 96):

,

где U_c - напряжение на шинах; х_с - эквивалентное сопротивление системы, - сопротивление двигателя в сверхпереходном режиме.

Схема защиты представлена на рис. 94, в.

Защита имеет счетчик циклов качаний. Защита фиксирует прохождение тока через точки 1, 2, 3, 4 на основе токовых реле. По истечении определенного времени, если качания не затухли, защита отключает двигатель от сети.

Реле KL1 некоторое время держит замкнутым контакт KL.1 после размыкания контактом реле КА(точки 2 и 4 на рис. 96), обеспечивая тем самым питание катушки реле времени AT. Реле AT при асинхронном режиме не успевает возвратиться в несработанное состояние и тем самым за несколько периодов на AT набирается время, через которое подается сигнал на отключение. Реле AT имеет два контакта AT1 и АТ2 (уставка на AT1 меньше, чем на АТ2). При замыкании АП через реле KL1подается сигнал на ресинхронизацию. Для предотвращения срабатывания защиты при форсировке возбуждения, которая сопровождается увеличением тока статора, цепь обмотки KL2 размыкается контактом KL4.1.

Двигатели малой мощности и включенные на U=0,4 кВ защищаются от всех видов к.з. с помощью предохранителей или магнитных пускателей.

14. ОСНОВНЫЕ ЗАЩИТЫ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Основными видами к.з. в силовых трансформаторах являются замыкания между фазами внутри бака и на выводах, витковые замыкания обмоток, замыкания на землю обмоток или их выводов.

В связи с этим должны быть предусмотрены защиты от данных к.з., а также резервные защиты трансформатора, отключающие его при к.з. во внешней сети и отказе защиты элементов внешней сети. На всех трансформаторах устанавливается защита от перегрузки, действующая на сигнал и на отключение, если снять перегрузку невозможно и она превышает допустимые нормы.

В качестве основной защиты трансформаторов от всех видов к.з. внутри бака и на его выводах применяется продольная дифференциальная защита. Трансформаторы тока (ТА) устанавливаются с обеих сторон трансформатора: зона действия охватывает весь трансформатор и его выводы.

Рис. 97 Дифференциальная защита трансформатора

Дифзащита действует на отключение трансформатора со всех сторон без выдержки времени. Дифзащита трансформаторов имеет ряд особенностей, которые рассматри-ваются ниже.

Первичные токи силового трансформатора не равны по величине и не совпадают по фазе. Например, для понижающего трансформатора с соединением обмоток токи и различаются по величине и между ними существует сдвиг по фазе (рис. 97).

Для того, чтобы снизить (см. рис. 97), протекающий по реле в нормальном режиме и при внешнем к.з. в точке К1,необходимо выровнять I' и I" по величине. Это осуществляется с помощью выбора коэффициентов трансформации ТА .

Компенсация фазного сдвига выполняется соединением вторичных обмоток трансформаторов тока в со стороны силового трансформатора и в - со стороны силового трансформатора. Тогда один из вторичных токов, подаваемых в реле, разворачивается на 30° и I' и I" протекают по реле в нормальном режиме и в режиме внешнего к.з. под углом 180°. Поясняющие векторные диаграммы приведены на рис. 98. Распределение токов по трансформаторам тока и реле приведено для нормального режима на рис. 99.

Добиться уменьшения до 0 практически невозможно. Величина сказывается на чувствительности защиты, т.к. , где ; - ток небаланса, протекающий по реле КА(см. рис. 97) при внешнем к.з.

Ток небаланса силовых трансформаторов состоит из нескольких составляющих:

Рис. 98 Векторные диаграммы токов в дифзащите трансформатора:

а) первичные токи трансформатора Т; б) вторичные токи трансформаторов тока; в) токи, подаваемые в реле

Рис. 99 Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле продольной дифференциальной защиты трансформатора

где - ток небаланса, обусловленный погрешностями ТА, он получается большой величины, поскольку ТА, используемые в дифзащите, различны по исполнению (различной марки, имеют различные n_т); появляется при изменении коэффициента трансформации силового трансформатора под нагрузкой; появляется из-за невозможности точно компенсировать неравенство токов I' и I" (округление числа витков на обмотках реле РНТ, ДЗТ-11 и коэффициентов трансформации регулировочных автотрансформаторов ДЗТ-21).

При расчете дифзащит трансформаторов на реле серии РНТ и ДЗТ-11 снижается величина , поскольку апериодическая слагающая тока отфильтровывается и в реле не попадает.

Ток выбирается из условия отстройки от при внешнем к.з.: ,а также по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора: , k_н = 1,3. За окончательное значение выбирается большее. Схема подключения реле РНТ-565 к трансформаторам тока в защите трансформатора приведен на рис. 100.