Розрахунок релейного захисту блока генератор-трансформатор

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Кафедра “Електричні станціі”

КУРСОВА РОБОТА

Тема: “Розрахунок релейного захисту блока генератор-трансформатор”

Пояснювальна записка до курсової роботи

з дисципліни “Основи релейного захисту і автоматики”

Виконала студентка гр. ЗИУ-09 К.В. Федорова

Перевірив асистент каф. ЕС С.В. Деркачев

Нормоконтролер асистент каф. ЕС С.В. Деркачев

Донецьк 2013

Зміст

Перелік умовних позначень і скорочень

Вступ

1. Коротка характеристика об'єкта, що захищається

2. Аналіз видів пошкоджень і анормальних режимів роботи

2.1 Пошкодження і анормальні режими роботи повітряної ЛЕП напругою 110 кВ

2.2 Пошкодження і анормальні режими роботи силового трансформатора типа ТРДНС-40000/110/10

3. Попередній вибір релейного захисту згідно рекомендацій ПУЕ

3.1 Захист повітряної ЛЕП напругою 110 кВ

3.2 Захист силового трансформатора потужністю 40 МВА

4. Розрахунок струмів КЗ в електромережі

5. Захист знижувального трансформатора типа ТРДНС-40000/110/10

5.1 Подовжній диференційний захист

5.2 Максимальний струмовий захист сторони ВН

5.3 Максимальний струмовий захист сторін НН1 і НН2

5.4 Захист від перевантаження

5.5 Газовий захист

6. Захист повітряної ЛЕП напругою 110 кВ

6.1 Ступінчатий струмовий захист

6.1.1 Струмова відсічка без витримки часу

6.1.2 Максимальний струмовий захист

6.2 Ступінчатий струмовий захист нульової послідовності

6.2.1 Струмова відсічка НП без витримки часу

6.2.2 Максимальний струмовий захист НП

7. Опис взаємодії захистів

Висновки

Перелік посилань

Додаток А. Перелік зауважень нормоконтролера

Додаток Б. Специфікація

1. Коротка характеристика об'єкта, що захищається

трансформатор струм перевантаження ступінчатий

1.1 Турбогенератори

Таблиця 1.1

Параметри турбогенераторів

	Тип	Рном,МВт	cosц	Статор	Ротор	Схема
				Uном,кВ	Iном,кА	Ifном, А	Ifx, А
G1	ТВВ-160-2ЕУ3	160	0,85	18	5,67	2020	814	Y
G2	ТГВ-300-2УЗ	300	0,85	20	10,2	3050	1060	YY
G1	0,615	1,713	0,304	0,213	0,25	5,42	1,55	0,96
G2	0,505	2,195	0,3	0,195	0,238	7	1,55	0,96

Таблиця 1.2

Коефіцієнти трансформації трансформаторів струму

Генератор	Коефіцієнти трансформації трансформаторів струму
	Лінійні виводи	Виводи з боку нейтралі	Поперечний дифзахист
G1	8000/5	8000/5	-
G2	12000/5	12000/5	1500/5

Рисунок 1.1 Схема головних електричних з'єднань станції

На станції об'єкт захисту - блок трансформатор - турбогенератор.

а) турбогенератор типу ТГВ-300-2УЗ.

1) Система охолодження - безпосереднє водневе.

2) Схема з'єднання обмоток статора з трансформаторами струму.

Рисунок 1.1 Схема з'єднання обмоток статора з трансформаторами струму

3) Система збудження. ТН - тиристорна система збудження, тиристорний збудник підключається по схемі самозбудження, вона характеризується тим, що змінний струм тиристори подається від виводів статора турбогенератора через трьохфазний трансформатор (ще називають його випрямляючим трансформатором).

Системи збудження мають забезпечувати збудження турбогенераторів автоматично регульованим постійним струмом в нормальних та аварійних режимах.

Основні системи збудження повинні працювати з автоматичним регулюванням збудження (АРЗ).

Рисунок 1.2 Принципова схема системи збудження турбогенераторів

4) Турбогенератор працює в блоці з трансформатором.

5) Встановлено генераторний вимикач.

Генераторний вимикач, що дозволяє установити окремо подовжню дифзащиту генератора і трансформатора. Він може відключати як робочі струми, так і струми КЗ. Наявність генераторного вимикача в блоці знижує кількість операцій з вимикачами в РУ підвищеної напруги, збільшуючи тим самим його надійність. Пуск і остановка блоку виконуються за допомогою робочого ТСН і генераторного вимикача. Знижуються вимоги до кількості і потужності ПРТСН.

1.2 Трансформатори

Найбільш вживаними є трифазні двохобмоткові підвищуючі трансформатори потужністю 80-1250 МВА з вищою напругою 110-500 кВ.

Трансформатори потужністю 80-200 МВА з вищою напругою (ВН) 110-220 кВ мають на стороні ВН регулювання напруги (ПБВ) в межах ±5%. Усі інші двохобмоткові трансформатори для енергоблоків випускаються без відгалужень для регулювання напруги.

У трансформаторів на напругу більш 220 кВ нейтралі обмоток ВН мають бути заземлені. У трансформаторів на 110-220 кВ допускається розземлення нейтралі (з метою зниження рівня струмів К.З.), якщо випробувальна напруга її ізоляції не нижче 100 кВ.

В трансформатори енергоблоків із сторони НН встановлюють по два трансформатора струму на вводах кожної фази та нейтралі. Трансформатор на стороні ВН має регулювання напруги (ПБВ) у межах 5%. Обмотки трансформатора, що захищається, з'єднані за схемою трикутника на напрузі 20кВ і за схемою зірки на вищій напрузі 330кВ.

Таблиця 1.3

Параметри блочних трансформаторів

	Тип	S, МВт	Uном,кВ	Uk,%	Схема	Втрати, кВт	Потуж-ність генератора	Вбуд.ТА
			ВН	НН			Рх	Рк
Т1	ТДЦ	200	121	18	10,5	Х/Д	170	550	160	F
Т4	ТДЦ	400	347	20	11,5	Х/Д	320	900	300	K,G,H

Таблиця 1.4

Параметри трансформаторів власних потреб

	Тип трансформатора	Повна потужність, МВА	Напруга на високій стороні, кВ	Напруга на низькій стороні, кВ	Uk, %	Втрати,кВт
						Рх	Рк
ТВП 1	ТДНС-16000/35	16	18	6,3	11	17	85
ТВП 4	ТРДНС-32000/35	32	20	6,3	12,7	29	145

Таблиця 1.5

Параметри резервних трансформаторів

Тип трансформатора	Повна потужність, МВА	Напруга на високій стороні, кВ	Напруга на низькій стороні, кВ	Uk, %	Втрати,кВт
					Рх	Рк
ТДТН-16000/20	16	18	6,3	12,7	17	85
ТДТН-16000/110	16	115	6,6	10,5	21	100

Таблиця 1.6

Параметри автотрансформаторів

Тип автотрансформатора	Повна потужність, МВА	Uk, %
		ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
АТДЦН-200000/330/110	200	10,5	38	25

Таблиця 1.7

Параметри вимикачів

Тип вимикача	Номінальна напруга, кВ	Найбільша робоча напруга, кВ	Номінальний струм, А	Номінальний струм вимкнення, кА
ВНВ-330А-63/4000У1	330	363	3150	63
ВВУ-110Б-40/2000 У1	110	126	2000	40

2. Аналіз видів пошкоджень і анормальних режимів роботи

2.1 Аналіз видів пошкоджень турбогенераторів

2.1.1 Виткові замикання

Одним з найбільш вірогідних та небезпечних видів пошкоджень генераторів, що призводять до великих руйнувань, є виткові замикання в обмотці статора. Вони характеризуються великими струмами в місці пошкодження при незначній зміні струму в непошкодженій частині обмотки.

Замикання між витками звичайно супроводжуються замиканням на землю і в більшості випадків виникають у результаті розвитку пошкодження, що виникло при однофазному замиканні на землю.

2.1.2 Замикання на землю

К найчастішим пошкодженням обмотки статора відносяться замикання на землю.

При струмі замикання на землю менш ніж 5 А, вимкнення генераторів потужністю менш 150 МВт не обов'язикове і вони можуть залишатися у роботі. Але у зв'язку із можливістю переходу однофазного замикання у багатофазне К.З. у наслідок підвищення напруги на ізоляції непошкоджених фаз чи виткове замикання у наслідок пошкодження ізоляції сусідніх витків турбогенератори потужністю 160 МВт и вище при замиканнях на землю в колі статора повинні вимикатися автоматично.

Замикання на землю найбільш вірогідні на ділянках обмотки статора поблизу лінійних виводів. Але як показав досвід експлуатації, можливі замикання на землю і поблизу нейтралі (зокрема при знижені рівня ізоляції під дією охолоджуючий води).

2.1.3 Багатофазні К.З

Багатофазні К.З. в обмотці статора найбільш вірогідні при розвитку пошкодження, яке викликане однофазним замиканням на землю. Але можливі і міжфазні К.З. без землі, що виникають в лобових частинах обмотки. Так як великі струми пошкодження при багатофазних К.З. викликають значні руйнування генератора, ці К.З. повинні вимикатися швидкодіючим захистом.

2.1.4 Пошкодження обмотки статора

Поширеними видами пошкодження обмотки ротора і кола збудження є замикання на землю в одній та в двох точках.

Замикання на землю в одній точці не супроводжується великими струмами і не оказує впливу на роботу генератора. Але при цьому виникає небезпека пошкодження ізоляції кола збудження у другій точці. При його появі частина обмотки ротора шунтується, внаслідок чого магнітне поле машини. Це може призвести до значної вібрації і руйнуванню підшипників. Виникнення дуги при замиканні на землю в другій точці може викликати місцеві обгорання ізоляції і оплавлення міді обмотки.

2.2 Аналіз анормальних режимів роботи турбогенератора

2.2.1 Несиметричний режим

Велику небезпеку для генераторів являють несиметричні режими. В несиметричному режимі виникає перевантаження генератора струмами зворотної послідовності, завдяки яким виникає обертальне магнітне поле, яке спрямоване назустріч руху ротора. При цьому в бочці ротора виникають струми подвійної частоти, які викликають нагрів зубців та пазових клин'єв в торцевих зонах ротора.

Несиметрія струмів виникає за неповнофазних режимів у енергосистемі, а також за великих несиметричних навантажень близьких споживачів. Окрім несиметричних режимів причиною небезпечних нагрівів ротора турбогенератора струмами зворотної послідовності можуть послужити несиметричні зовнішні К.З.

2.2.2 Перевантаження обмоток статора і ротора

До анормальних режимів також відноситься також перевантаження по струму статора і струму ротора.

Симетричні перевантаження можливі за обумовлених нестатком реактивної потужності на даній ділянці енергосистеми зниженнях напруги у мережі, на яку працюють енергоблоки. Але частіш перевантаження генератора за струмом статора виникає внаслідок перевантаження по струму ротора, наприклад із-за несправності в системі збудження, яка викликає значне підвищення струму в обмотці ротора.

Перевантаження генератора по струму статора завжди супроводжується перевантаженням по струму ротора. Задля усунення перевантаження виконується автоматичне зниження струму збудження (АРЗ) і захисту ротора від перевантаження. Остання окрім дії на навантаження, у випадку якщо при цьому перевантаження не усувається, вимикає генератор.

Оскільки автоматична ліквідація перевантаження ротора усуває і перевантаження статора, за виникненням останньої достатньо лише забезпечити дію сигналізації.

2.2.3 Підвищення напруги

Небезпечним для турбогенераторів анормальним режимом є значне підвищення напруги в обмотці статора, яке можливо в умовах холостого ходу генератора, при несправностях в системі збудження чи при обриві кіл напруги АРЗ. Задля запобігання таких підвищень напруги виконується гасіння поля за допомогою спеціального захисту.

2.2.4 Втрата збудження

При втраті збудження генератор переходить до асинхронного режиму і, продовжуючи видавати активну потужність, отримує збудження від мережі. При цьому знижується до нуля тормозний синхронний момент, частота обертання генератора збільшується і виникає сковзання 0,3-0,7 %.

Сковзання ротора відносно магнітного поля що обертається, створює вихрові струми в бочці ротора, які викликають місцеві нагріви бандажних кілець, пазових клиньів та зубців ротора. Окрім цього внаслідок перерозподілу магнітних потоків у лобових частинах статора при роботі генератора без збудження виникає підвищений нагрів крайніх пакетів статора.

В умовах асинхронного режиму внаслідок споживання із мережі великої реактивної потужності значно зростає струм статора і зменшується напруга на виводах генератора. Тому активна потужність, що видається генератором в асинхронному режимі, повинна обмежуватися.

Ліквідація асинхронного ходу здійснюється протиаварійною автоматикою і в функції релейного захисту не входить.

2.3 Аналіз пошкоджень трансформаторів і автотрансформаторів

2.3.1 Виткові замикання

За виткових замикань в будь-якій обмотці трансформатора (автотрансформатора) струм у замкнених витках може в декілька разів перевищувати номінальний струм при незначній зміні струму в останній частині обмотки і в інших обмотках.

До виткових замикань відносяться також замикання між відгалуженнями регулювальної обмотки однофазних автотрансформаторів. У зв'язку із відносно великою імовірністю таких пошкоджень повинна забезпечуватися певна чутливість захисту для їх відмикання.

2.3.2 Багатофазні і однофазні замикання

Багатофазні К.З. можуть виникати в кожній із обмоток трифазного трансформатора. В групах однофазних трансформаторів чи автотрансформаторів міжфазні К.З. неможливі. Струм пошкодження залежить від місця К.З. При з'єднанні обмоток у зірку чим ближче К.З. до нейтралі, тим більше струм в закороченій частині обмоток і менше зі сторони живлення, а при з'єднанні у трикутник найменший струм буде у середині обмоток.

Однофазні К.З. можливі в обмотках, приєднаних до мережі із заземленою нейтраллю (з великим значенням струму К.З. на землю). До внутрішніх однофазних К.З. відносять також пошкодження маслонаповнених вводів на напругу 110 кВ і вище.

Найбільш вірогідні К.З. поблизу виводів (на початку обмотки). При цьому найбільший струм в місці К.З. буде у випадку пошкодження обмотки, що з'єднана із джерелом живлення. При великих значеннях струму К.З. пошкодження призводить до великих руйнувань трансформатора. У зв'язку з цим важливо забезпечити високу швидкодію захисту.

2.4 Анормальні режими роботи трансформаторів і автотрансформаторів

2.4.1 Перевантаження

Перевантаження трансформаторів енергоблоків може виникнути тільки за умови перевантаження генераторів, і їх поява виявляється за допомогою захисту генераторів.

Перевантаження обмотки ВН автотрансформатора виникає унаслідок збільшення перетікання потужності зі сторони ВН на сторону СН і назад. Окрім того, можливі перевантаження загальної частини обмотки автотрансформатора за умов передачі номінальної потужності зі сторони ВН та НН на сторону СН.

Таблиця 2.1

Припустима тривалість перевантаження трансформаторів (автотрансформаторів)

Перевантаження за струмом, %	30	45	60	75	100
Тривалість перевантаження, хв.	180	80	45	20	10

У зв'язку із тим, що навіть за значних перевантажень не вимагають швидкого вимкнення трансформаторів, достатньо забезпечити дію сигналізації.

2.4.2 Підвищення напруги

Небезпечні підвищення напруги на трансформаторах, автотрансформаторах енергоблоків можуть виникати в тих же умовах роботи енергоблоку в режимі холостого ходу і за тих же причин, що і на генераторі. На енергоблоках із генераторами потужністю 160 МВт і більше таким підвищенням напруги запобігають за допомогою захисту генератора від підвищення напруги.

Перезбудження трансформаторів енергоблоків можливе також за зниженою частотою за умов пуску чи зупинки енергоблоку, наприклад за передчасним збудженням генератора за час розвороту турбіни, за умов частотного пуску генератора у випадку його використання у якості синхронного компенсатора, за умов відмови пристроїв гасіння поля після зачинення стопорного клапану турбіни та ін.

2.4.3 Замикання на землю в колі обмотки НН

Замикання на землю на стороні НН енергоблоків виявляються захистом від замикань на землю в обмотці статора генераторів.

2.4.4 Пожежа трансформаторів (автотрансформаторів)

Трансформатори і автотрансформатори потужністю 200 МВА і більше та усі трансформатори напругою 500 кВ і вище обладнують пристроями пожежогасіння. Якщо трансформатор власних потреб встановлюється під струмопроводами генератора, то він також обладнується пристроями пожежогасіння.

За відсутністю спеціальних датчиків, що реагують на виникнення пожежі, пристрої пожежогасіння автоматично запускаються за умов дії захисту від внутрішніх пошкоджень.

3. Рекомендації ПУЕ з вибору типів захистів

3.2 Захист генератора ТГВ-300-2УЗ

Захист від замикань на землю в обмотці генератора. Згідно з ПУЕ[п.3.2.38, 4] для генераторів потужністю 300 МВт застосовується реле типу ЗЗГ-1, що складається з максимального органа напруги нульової послідовності першої гармоніки й органа третьої гармоніки. Цей захист діє при замиканнях на землю в колі генераторної напруги. Захист повинен охоплювати всю обмотку статора.

Поперечний диференційний захист генератора. Включається на трансформатор струму, встановлений у перемичці, що з'єднує дві нейтралі гілки обмотки статора. Захист реагує на замикання між витками однієї гілки, між гілками однієї фази і між гілками різних фаз. Захист виконується на реле струму типу РТ-40/Ф з фільтром вищих гармонік [п.3.2.40, 4].

Подовжній диференційний захист. Захист має трифазне виконання, що забезпечує швидке відключення подвійних замикань на землю, одне з яких знаходиться в генераторі. Захист виконується на реле типу ДЗТ-21/5[п.3.2.26, 4].

Резервний дистанційний захист. Встановлюється одноступінчатим з використанням одного з трьох реле опору в реле типу КРС-2. Застосовується для захисту від зовнішніх симетричних коротких замикань.

Струмовий захист зворотної послідовності. Встановлюється захист типу РТФ-6М. Застосовується для захисту генератора від перевантаження струмом зворотної послідовності, а також як резервний захист від несиметричних к.з. [п.3.2.41, 4].

Захист від втрати збудження. Виконується за допомогою спрямованого реле опору з еліптичною характеристикою. Використовується друге реле опору комплекту КРС-2. [п.3.2.45, 4].

Захист від перевантаження обмотки ротора. Виконується на реле типу РЗР-1М з двома ступінями дії - перша, діє на зменшення збудження генератора, і друга, діюча на відключення його від мережі і на гасіння поля. [п.3.2.47, 4].

Захист від підвищення напруги. Виконується на максимальному реле напруги РН-58/200. Застосовується при переході генератора в режим холостого ходу. [п.3.2.46, 4].

Захист від замикань на землю в колі збудження. Застосовується захист типу КЗР-3. [п.3.2.48, 4].

3.3 Згідно ПУЕ для трансформатора ТДЦ-400000/330 використо-вуються такі захисти

Диференційний захист трансформатору блоку. Передбачається як основний захист від усіх видів к.з. Застосовується реле типу ДЗТ-21[п.3.2.54, 4].

Газовий захист. Реагує на газоутворення всередині баку трансформатору, викликане міжвитковими й іншими короткими замиканнями. Реагує також і на інші ненормальні режими роботи трансформатора [п.3.2.53, 4].

Захист від однофазних к.з. на землю на стороні ВН. Спрацьовує при зовнішньому однофазному к.з. блоку, що працює з розземленною нейтраллю. Цей захист виконується на реле напруги нульової послідовності типу РНН-57. [п.3.2.51, 4].

Захист ошиновки ВН. Захист ошиновки виконується без гальмування на реле РНТ-565. Застосовується від різних видів к.з. на стороні ВН. [п.3.2.70, 4].

Резервний диференційний захист. Застосовується для резервування основних захистів блоку генератор-трансформатор від усіх видів к.з. Схема грунтується на застосуванні реле типу ДЗТ-11/3. [п.3.2.75, 4].

Загальні рекомендації до захисту блока генератор-трансформатор.

При наявності вимикача в колі генератора повинна бути додаткова передбачена сигналізація замикань на землю на стороні генераторної напруги трансформатору блока. На блоці з генератором, який має безпосереднє охолодження обмоток, слід передбачити окремий повздовніжній диференційний захист генератора. При цьому якщо в колі генератора є вимикач, то повинна бути встановлена окремий диференційний захист трансформатора блоку. Зі сторони високої напруги та трансформатора (блока) може бути підключена до трансформатору струму, вбудовані в трансформатор блока. При цьому для захисту ошиновки між вимикачем на стороні високої напруги та трансформатором блоку повинно бути встановлений окремий захист.

Рекомендується установка резервного диференційного захисту, охоплю-чого генератор і трансформатор блоку разом з ошиновкой на стороні високої напруги. При наявності вимикача в колі генератора резервний диференційний захист повинен виконуватися з витримкою часу 0,35-0,5 с. Також рекомендується установка двохступенчатого дистанційного захисту та при наявності резервного диференційного захисту з метою збільшення ефективності дальнего резервування. Якщо резервний диференційний захист блоку відсутній повинно бути передбачено максимальний струмовий захист зі сторони високої напруги блока, призначений для резервування основних захистів трансформатора блоку при роботі з відключеним генератором.

Захист від замикань на землю повинно бути передбачено на турбогенераторах потужністю 300 МВт та вище, захист повинен діяти на сигнал. Також при наявності генераторного вимикача в колі генератора з безпосереднім охолодженням провідників обмоток слід передбачати резервування при відмові цього вимикача (наприклад, застосуванням ПРВВ).

4. Вибір уставок до захистів генератора ТГВ-300-2УЗ

4.1 Розрахунок захисту від міжфазних та виткових пошкоджень

Захист із гальмовою дією і БНТ встановлюється на турбогенераторах потужністю 300 МВт. Вона має трифазне виконання, що забезпечує швидке відключення подвійних замикань на землю, одне з яких знаходиться в генераторі.

Гальмова обмотка включається у вторинний ланцюг трансформаторів струму з боку лінійних виводів генератора.

Трансформатор, що насичується, (НТТ) на вході реле забезпечує ефективне відбудування захисту від струмів небалансу при перехідних процесах. Його сердечник насичується аперіодичною складовою струму небалансу, унаслідок чого велика частина цього струму йде на намагнічування НТТ і не потрапляє в реле.

Схема захисту показана на рис.4.1. В ній використовується реле типу ДЗТ-11/5, що має робочу обмотку (144 витка) з одним відгалуженням по середині. Гальмова обмотка має дискретне регулювання числа витків, загальне число витків 36.

Рисунок 4.1 Схема подовжнього диференціального захисту генератора потужністю 300 МВт

Для розрахунку дифзахисту приймемо, що генератор підключений до шин нескінченної потужності. Вибір уставок захисту полягає у визначенні числа витків гальмової обмотки.

4.1.1 Розрахунок повздовжнього диференційного захисту генератора (реле ДЗТ-11/5)

Вибір уставок даного захисту зводиться к визначенню числа витків гальмівної обмотки. Необхідне гальмування визначається за умовою відбудови захисту від найбільшого значення струму небалансу при зовнішньому короткому замиканні або в умовах асинхронного ходу при куті розходження ЕРС системи і захищаємого генератора рівним 180?. Струм небалансу розраховується за наступною формулою:

, (4.1)

де - коефіцієнт однотипності трансформаторів струму, (для однотипних ТС);

- відносна найбільша похибка ТС, що відповідна струму намагнічування у сталому режимі к.з.,

- струм генератора при зовнішньому трифазному к.з.

Рисунок 4.2 Схема подовжнього диференціального захисту генератора потужністю 300 МВт

Рисунок 4.3 Схема для розрахунку струму к.з. на шинах 330 кВ

При трифазному к.з. у точці К1:

При розрахунку МРС робочої обмотки вводиться коефіцієнт надійності , так як гальмування повинно надійно перевищувати дію МРС, створену струмом небалансу в робочій обмотці. МРС робочої обмотки визнається за формулою:

(4.2)

де - коефіцієнт трансформації трансформаторів струму зі сторони лінійних виводів генератора;

- число витків робочої обмотки, витка.

За рис. [МУ, с.1] визначаємо за - МРС гальмівної обмотки :

Розрахункове число витків гальмівної обмотки розраховується за наступною формулою:

4.2 Розрахунок захисту від виткових замикань на землю в обмотці статора генератора

Для захисту від виткових замикань в обмотці з двома паралельними гілками застосовують односистемний поперечний диференційний захист, реагуючий на різність сумарних струмів трьох фаз в вказаних паралельних гілках.

Поперечний диференційний захист може спрацьовувати при виткових замикань в обмотці ротора внаслідок нерівності струмів паралельних гілках обмотки статора рис. 4.4. Цей захист реагує на замикання між витками однієї гілки, між гілками однієї фази та між гілками різних фаз. Захист виконується на струмовому реле РТ-40/Ф з фільтром вищих гармонік.

Рисунок 4.4 Схема поперечного диференційного захисту

4.2.1 Розрахунок поперечного диференційного захисту (реле РТ-40/Ф)

Первинний струм спрацьовування поперечного диференційного захисту вибирається за умовою відбудови від струмів небалансу при зовнішніх коротких замиканнях.

Як правило, струм спрацьовування захисту задовольняє умові:

(4.3)

При проектуванні струм спрацьовування розраховується за формулою:

При наладці за результатами випробувань струм спрацьовування може бути суттєво зменшений.

4.3 Розрахунок захисту від замикання на землю в обмотці статора

Відповідно до ПУЕ на блоках з генераторами потужністю 300 МВт повинен передбачатися захист від замикань на землю в ланцюзі генераторної напруги, що охоплює всю обмотку статора. Захист повинний діяти на відключення з витримкою часу не більш 0.5с.

Для генераторів потужністю 300 МВт застосовується захист типу ЗЗГ-1, що складається з максимального органа напруги нульової послідовності першої гармоніки й органа третьої гармоніки. Орган першої гармоніки представляє собою максимальне реле напруги з фільтром вищих гармонік, пропускаючих лише напругу першої гармоніки. Орган першої гармоніки підключається до обмоток трансформаторів напруги, з'єднаних в розімкнутий трикутник, встановлених зі сторони лінійних виводів. Органом третьої гармоніки являється реле напруги з гальмуванням. Орган третьої гармоніки підключається до трансформаторів напруги, встановлених в нейтралі і на виводах генератора.

4.3 Розрахунок захисту ЗЗГ-1

Уставка органу першої гармоніки (реле напруги) повинна відстроюватися від напруги нульової послідовності на виводах генератора при однофазному короткому замиканні за трансформатором блоку. Уставка реле напруги розраховується по формулі:

(4.4)

де - коефіцієнт надійності, =1.3;

- напруга нульової послідовності на виводах генератора.

(4.5)

де - коефіцієнт, враховуючий розподіл напруги по обмотці ВН трансформатора блоку,

- відповідно ємності між обмотками ВН і НН однієї фази трансформатора, обмотки НН однієї фази трансформатора на землю й однієї фази генератора.

- коефіцієнт трансформації напруги,

(4.6)

де - напруги вищої обмотки трансформатора блоку.

Встановлюємо уставку реле 10В, щоб уникнути к надлишковим спрацьовуванням захисту.

Уставка органа третьої гармоніки повинна відстроюватися від максимального значення відношення напруги робочого ланцюга до напруги гальмівного ланцюга при відсутності замикання на землю. Розрахунок уставки виконується по формулі:

(4.7)

де - коефіцієнт надійності, =2;

Зона дії органа третьої гармоніки при металічних замикань знаходиться наступним чином:

зі сторони нейтралі:

зі сторони лінійних виводів:

4.4 Захист від зростання напруги

Даний захист призначений для запобігання недопустимого зростання напруги в обмотці статора і встановлюється на всіх енергоблоках з турбогенераторами потужністю 300МВт. Захист реагує на зростання напруги обмотки статора більш ніж 1,2U_НОМ. Виконується за допомогою реле максимальної напруги типу РСН 14-30 або РН-58/200.

4.4.1 Розрахунок захисту від зростання напруги

Напруга спрацьовування реле розраховується по формулі:

,

де - коефіцієнт надійності, приймається рівним 1,2.

4.5 Захист від зовнішніх симетричних коротких замикань

На блоках з генераторами потужністю 300 МВт для захисту від зовнішних симетричних коротких замикань встановлюється односистемної дистанційного захисту AKZ1. Захист вмикається на різність струмів трансформаторів струму, встановлених в нейтралі генератора, і на міжфазної напруги, встановленого на виводах генератора.

Реле опору виконується на основі схеми порівняння по фазі двох електричних величин і мають характеристики спрацьовування у вигляді еліпса, зміщену в III квадрант.

4.5.1 Розрахунок дистанційного захисту генератора

Опір спрацьовування захисту знаходиться за умови відбудови від режиму найбільш реально можливого навантаження. Опір навантаження розраховується по формулі:

Опір спрацьовування захисту з реле опору, що має кругову характеристику, визначається по виразу:

,

де - кут максимальної чутливості, приймаємо 80;

- кут навантаження, 53;

- коефіцієнт надійності, рівний 1.2;

- коефіцієнт повернення реле опору, для КРС-2 рівний 1.05.

Кут навантаження розраховується наступним чином:

,

де - максимальне значення первинного робочого струму навантаження генератора в після аварійному режиму, приймається рівним 1,5 в.о.

- мінімальне значення первинного лінійної напруги, приймається рівним 0,95 в.о.

Уставка, відповідна велекої осі еліпса, розраховується по формулі:

Значення опору по малій осі еліпса повинне забезпечувати відбудування від режиму найбільшого реально можливого навантаження. З припустимим наближенням можна вважати, що ця умова виконується, якщо опір малої осі еліпса не більш опору спрацьовування . Це досягається вибором коефіцієнта еліптичності:

Приймаємо =0.5.

Уставка на реле розраховується по формулі:

де - коефіцієнт проміжного трансформатора струм, рівний 10/5А.

4.6 Захист від симетричного перевантаження обмотки статора

Захист від симетричного перевантаження виконується за допомогою реле струму та діє на сигнал з витримкою часу 6-9 секунд. Струм спрацьовування захисту розраховується по формулі:

де - коефіцієнт надійності, приймається рівним 1,05;

- коефіцієнт повернення, приймається 0,99.

4.7 Захист від перевантаження обмотки ротора

4.7.1 Захист від перевантаження обмотки ротора на турбогенераторах потужністю 300 МВт

На турбогенераторах потужністю 300 МВт використовується струмовий захист з інтегральною витримкою часу, відповідної тепловій характеристиці генератора.

Діапазон уставок сигнального органа за струмом ротора в відносних одиницях рівний (1ч1,2) . Рекомендується приймати:

Діапазон уставок пускового органа за струмом ротора в відносних одиницях рівний (1,05ч1,25) . Рекомендується приймати:

4.8 Захист від втрати збудження

Захист від втрати збудження, реагуючий на зворотну активну потужність, може бути виконана з використанням давача втрати збудження (ДВЗ). ДВЗ являє собою напрямлене ємнісне струмове реле, яке вмикається на струм фази А і на напругу ВС. Струм спрацьовування ДВЗ рекомендується вибирати за наступним виразом:

, (4.8)

де - коефіцієнт надійності, приймається рівним 1,1;

- опір генератора;

- опір трансформатора:

Струм спрацьовування реле розраховується по формулі

ДВЗ може короткочасно спрацьовувати при порушенні динамічної стійкості, тому захист з ДВЗ слід виконувати з витримкою часу 1-2 секунди.

4.9 Захист від зовнішніх несиметричних коротких замикань і несиметричних перевантаження

На турбогенераторах потужністю 300 МВт захист від несиметричних режимів і зовнішніх несиметричних коротких замикань приймається струмовий захист зворотної послідовності з інтегральної витримки часу. Пуск інтегрального органа слід виконувати при струмі, перевищуючим мінімальний струм зворотної послідовності для забезпечення залежної витримки часу на всьому діапазоні струмів перевантаження і коротких замикань. Уставка пускового органа вибирається за умовою:

, (4.9)

де - коефіцієнт надійності, приймається рівним 1,1;

Струм спрацьовування відсічки II вибирається за умовою:

, (4.10)

де - надперехідний струм зворотної послідовності;

- коефіцієнт чуттєвості, приймається рівним 1,2.

,

де - синхронний опір генератора;

- опір зворотної послідовності генератора.

Струм спрацьовування відсічки І вибирається за умовою:

, (4.11)

Струм спрацьовування сигнального органа розраховується по формулі:

(4.12)

5. Вибір уставок до захистів трансформатора ТДЦ-400000/330

5.1 Повздовжній диференційний захист двообмоткового трансформатора

Диференційний струмовий захист є основним захистом трансформаторів від коротких замикань, а також від внутрішніх пошкоджень.

Розрахунок диференційного захисту трансформатора зводиться до знаходження кількості витків гальмівної обмотки. Гальмівна обмотка повинна бути ввімкнута в плече диференційного захисту не з сторони живлення, а в плече протилежне.

Розрахункова кількість витків гальмівної обмотки знаходиться по формулі:

, (5.1)

де - періодична складова струму при зовнішнім коротким замиканням на цій стороні трансформатора, де ввімкнута гальмівна обмотка, в максимальному режимі роботи системи і з урахуванням впливу РПН трансформатора;

- струм небалансу диференційного захисту трансформатору;

- розрахункова кількість витків робочої обмотки реле на стороні, де ввімкнута гальмівна обмотка;

- коефіцієнт надійності, приймається рівним 1,5;

- для реле ДЗТ-11 приймається рівним 0,75-0,8.

Число витков тормозной обмотки определяется из условия

где - расчётное число витков тормозной обмотки.

Ток небаланса дифференциальной защиты трансформатора состоит из трех составляющих и рассчитывается по формуле:

где: - составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью ТТ;

- составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения трансформатора;

- составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на ТТ реле расчётного числа витков для неосновной обмотки.

Составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью ТТ рассчитывается по формуле:

где: - коэффициент однотипности, при однотипных трансформаторах тока на выводах и в нейтрали генератора =0,5, а при разнотипных =1;

- коэффициент, учитывающий переходный режим, принимается равным 1;

- полная погрешность трансформаторов тока, принимается равной 0,1;

- периодическая составляющая тока внешнего трехфазного короткого замыкания

Составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения трансформатора рассчитывается по формуле:

где: и - относительные погрешности, обусловленные регулировкой напряжения на трансформаторе (для блочных трансформаторов без РПН =0 и =0);

и - коэффициенты токораспределения.

Составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на ТТ реле расчётного числа витков для неосновной обмотки рассчитывается по формуле:

где: - расчётное число витков неосновной обмотки реле;

- принятое число витков неосновной обмотки.

Число витков неосновной обмотки принимается равным из условия:

где: - расчётное число витков неосновной обмотки реле

Расчётное число витков неосновной обмотки определяется по формуле:

где: - принятое число витков основной обмотки;

и - вторичный ток в плечах защиты высшей и низшей обмоток соответственно.

Число витков основной (рабочей) обмотки определяется из условия

где - расчётное число витков основной обмотки реле

Расчётное число витков основной обмотки реле рассчитывается по формуле:

где: - МДС срабатывания реле, принимается равной 100;

- ток срабатывания реле.

На трансформаторах с односторонним питанием рекомендуется выбирать место включения тормозной обмотки таким образом, чтобы определяющим для выбора тока срабатывания было условие отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжения. Таким образом, ток срабатывания реле рассчитывается по формуле:

где: - ток срабатывания защиты;

- коэффициент схемы, учитывающий соединение обмоток, при соединении обмоток в «звезду» =1, при соединении в «треугольник» ;

- коэффициент трансформации трансформатора тока на стороне трансформатора, где включена тормозная обмотка.

Ток срабатывания защиты рассчитывается по формуле:

где: - коэффициент надёжности, принимается равным 1,5;

- номинальный ток трансформатора на стороне, где подключена тормозная обмотка.

Ток трансформатора рассчитывается по формуле:

где: - номинальная мощность трансформатора;

- номинальное напряжение трансформатора

Вторичный ток в плечах защиты рассчитывается по формуле:

где: - номинальный ток трансформатора;

- коэффициент схемы, учитывающий соединение обмоток, при соединении обмоток в «звезду» =1, при соединении в «треугольник» ;

- коэффициент трансформации трансформатора тока.

Ток срабатывания защиты на основной стороне рассчитывается по формуле:

Где: - МДС срабатывания реле, принимается равной 100;

- число витков основной (рабочей) обмотки;

- коэффициент трансформации трансформатора тока на стороне трансформатора, где включена тормозная обмотка;

- коэффициент схемы, учитывающий соединение обмоток, при соединении обмоток в «звезду» =1, при соединении в «треугольник» ;

2. Дополнительная резервная токовая защита на стороне высшего напряжения трансформатора.

Данная защита устанавливается на блоках с выключателем в цепи генератора. Защита предназначена для резервирования основных защит трансформатора блока при отключенном выключателе генератора. Защита автоматически вводится в действие при исчезновении тока в цепи генератора.

Защита выполняется на двух реле РТ-40 и реле времени и включается на трансформаторы тока, встроенные в силовой трансформатор Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются в треугольник для предотвращения излишних срабатываний защиты от токов нулевой последовательности при внешних коротких замыканиях на землю.

Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от номинального тока защищаемого трансформатора и рассчитывается по формуле:

где: - коэффициент надёжности, принимается равным 1,2;

- коэффициент возврата, для реле типа РТ-40 принимается равным 0,8.

Ток срабатывания реле рассчитывается по формуле:

где: - коэффициент схемы, принимается равным ;

- коэффициент трансформации трансформаторов тока.

3 Газовая защита трансформатора

Газовий захист реагує на пошкодження в баці трансформатора, супроводжуючі значним перегрівом і виділенням гази. Гази, які виділяються в трансформаторі надходять в газове реле, розташоване в маслопроводі між трансформатором і розширювачем. Газовий захист має дві ступені. Перша ступень діє на сигнал, а друга - на вимкнення. Перша ступень спрацьовує при пошкодженнях, супроводжуючими слабким газоутворенням, після накопичення певного об'єму газа в реле. Друга ступень спрацьовує при значних пошкодженнях, супроводжуючими великим виділенням газа. Вона може бути також переведена для дії на сигнал (наприклад, після доливки масла).

Найбільше розповсюдження отримали чашоподібні реле типу РГЧЗ (рис.5.1). На трансформаторах з плівковим захистом масла встановлюють газове реле типу ВГ80/ Q. На рис.5.2 показана установка газового реле на трансформаторі.

Рисунок 5.1 Реле типу РГЧЗ

Рисунок 5.2 Установка газового реле на трансформаторі

Размещено на Allbest.ru

...