Релейная защита блока

Размещено на http://allbest.ru

Введение

Комплекс защит состоит из двух независимых, дублирующих друг друга, систем (комплектов защит). Каждая система независима по цепям оперативного постоянного тока, входным и выходным цепям, цепям сигнализации.

В комплексе предусмотрена возможность вывода из работы одной из систем защит при сохранении полной работоспособности оставшейся системы защит.

При полной главной электрической схеме блока генератор - трансформатор, включающей генератор, силовой блочный трансформатор, систему тиристорного возбуждения с выпрямительным трансформатором, а также трансформатор собственных нужд, полная система защиты располагается в одном шкафу, а комплекс защит состоит из двух шкафов типов ШЭ1112.

Объем и типы запроектированных защит выполнены в соответствии с действующими ПУЭ, нормами технологического проектирования (НТП), «Общими техническими требованиями к микропроцессорным устройствам защиты» СО 34.35.310-97 (34.35.310-97 РД), а также на основании технической документации ООО НПП «Экра» и техническими требованиями к микропроцессорной защите ШЭ 1112. В диапазоне частот 49,5…50,5 Гц основные защитные функции обладают характеристиками срабатывания без дополнительных погрешностей. Рабочий диапазон специальных защитных функций может изменяться от 10 до 75 Гц в зависимости от их назначения.

Измерительные функции U, I, F, P, Q обеспечивают измерение среднеквадратичных значений однофазного напряжения, тока, частоты, активной и реактивной мощностей с отображением измеряемых значений на экране монитора локального интерфейса человек-машина или на дисплее цифрового терминала.

1. Расчет основных защит блока

1.1 Продольная дифференциальная защита генератора

Предназначена для защиты от междуфазных повреждений в обмотке статора генератора и на его выводах, а также от двойных замыканий на землю в цепях генераторного напряжения. Трансформаторы тока защиты включают на полный ток генератора со стороны внешних выводов, со стороны нейтрали на тот же полный ток, или на его половину, в каждую из двух параллельных ветвей обмотки статора.

Все параметры измеряются в относительных единицах, то есть по отношению к вторичному номинальному току.

Максимальный ток внешнего трехфазного короткого замыкания приводится к вторичному току.

I_ПО - периодическая составляющая суммарного трехфазного тока КЗ; k_I - коэффициент трансформации трансформаторов тока Начальный ток срабатывания реле определяет чувствительность защиты при малых тормозных токах.

Величина I_с.р. выбирается с учетом возможности отстройки защиты от тока небаланса номинального режима:

где k _одн. - коэффициент однотипности трансформаторов тока (принимается равным 1 при разных трансформаторах тока, или 0,5 при одинаковых); f_i = 0,1 -относительная погрешность трансформаторов тока; Определить начальный ток срабатывания реле;

Определить коэффициент торможения

Коэффициент торможения определяет чувствительность защиты к повреждениям при протекании тока нагрузки или качаниях и асинхронном ходе. Величина К_т выбирается с учетом отстройки защиты от токов небаланса, вызванных погрешностями трансформаторов тока при сквозных коротких замыканиях.

Определить максимальный ток небаланса при внешнем трехфазном к.з. или асинхронном ходе:

где k _одн - коэффициент однотипности трансформаторов тока; f_i = 0,1 -относительная погрешность трансформаторов тока; I_max -максимальный ток через ТТ при внешнем трехфазном к.з. в цепи генераторного напряжения; k_АП =2 - коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока.

Тогда максимальный ток срабатывания реле равен:

Определить относительный тормозной ток при максимальном сквозном токе:

Расчетный коэффициент торможения:

Диапазон уставок К_Т: от 0,3 до 0,7 с шагом 0,1

Принимаем коэффициент торможения 0,3

Дифференциальная токовая отсечка обеспечивает быстрое и надежное срабатывание защиты при внутренних к.з. с большими токами, когда возможно насыщение высоковольтных ТТ при значении полной погрешности ТТ до 50%.

Установка I_ОТС: от 6 до 12 с шагом 0,1.



1.2 Дифференциальная защита блока генератор-трансформатор

предназначена для защиты от внутренних повреждений блочного трансформатора и генератора.

Защита выполняется трехрелейной и включается на токи трех фаз к трансформаторам тока, установленным со стороны обмотки высшего напряжения блочного трансформатора и трансформатора собственных нужд, а также трансформаторам тока, установленным в нулевых выводах генератора.

Защита выполняется с токозависимой характеристикой с уставкой по начальному току срабатывания I_с.р., регулируемой в диапазоне от 0,2 до 0,8 с шагом 0,01.

Для обеспечения надежной работы при больших токах повреждения в зоне действия защиты предусмотрена дифференциальная отсечка с током срабатывания I_отс., регулируемым в диапазоне от 6,0 до 12 с шагом 0,1. Дифференциальная отсечка отстраивается от бросков тока намагничивания.

Защита правильно функционирует при коротком замыкании в зоне действия:

- при токе повреждения более начального тока срабатывания и до 40*I_ном. при значении полной погрешности высоковольтных трансформаторов тока в установившемся режиме, вызванной их насыщением при работе на активную нагрузку, до 10%;

- при токе повреждения более тока срабатывания дифференциальной отсечки и до 40*I_ном. при значении полной погрешности высоковольтных трансформаторов тока в установившемся режиме, вызванной их насыщением при работе на активную нагрузку до 50%.

В защите обеспечена отстройка от токов небаланса при внешних к.з. и асинхронном ходе.



1.3 Токовая защита блочного трансформатора

Защита выполняется трехфазной и включается на фазный ток со стороны высшего напряжения трансформатора.

Защита правильно функционирует при к.з:

- при токе повреждения более тока срабатывания I_с.р. и до 40* I_ном. при значении полной погрешности высоковольтных трансформаторов тока в установившемся режиме, вызванных их насыщением при работе на активную нагрузку до 10%;

- при токе повреждения более тока срабатывания I_отс. И до 40* I_ном. при значении полной погрешности трансформаторов тока в установившемся режиме, вызванных их насыщением при работе на активную нагрузку до 50%.

1.4 Токовая защита обратной последовательности генератора

Защита выполняется трехфазной.

Назначение:

- резервная защита от внешних несимметричных повреждений; - защита генератора от несимметричных перегрузок.

Свойства:

- отстроена от апериодической составляющей и высших гармоник. Ток срабатывания: от 0,05 до 3 с шагом 0,01.

1.5 Резервная защита нулевой последовательности от к.з. на землю стороны высшего напряжения

Токовая защита нулевой последовательности подключается к трансформатору тока, встроенному во ввод нейтрали обмотки напряжения трансформатора.

Для режима работы блока с незаземленной нейтралью предусматривается защита напряжения нулевой последовательности с контролем отсутствия тока в нейтрали.

Уставки по току срабатывания регулируются в диапазонах: для органа тока 1 ступени - от 0,15 до 6 с шагом 0,01; для органа тока 2 ступени - от 0.1 до 4 с шагом 0,01.

Уставки по напряжению регулируются в диапазоне от 1,0 до 15 В с шагом 0,1 В.

1.6 Защита от несимметричных перегрузок генератора

Назначение:

- защита от перегрева ротора генератора из-за асимметричной нагрузки. Защита реагирует на относительный ток обратной последовательности.

Свойства: - выдержка времени, обратно зависимая от тока обратной последовательности; - имитация процесса охлаждения ротора генератора с регулируемым временем охлаждения;

- отстроена от апериодической составляющей и высших гармоник; - трехфазное измерение.

1.7 Защита от симметричных перегрузок генератора

Назначение:

- защита от перегрузок статора генератора. Защита реагирует на относительный ток статора фазы с максимальным значением тока в трехфазном режиме.

Свойства:

- выдержка времени, обратно зависимая от величины тока; - имитация процесса охлаждения генератора с регулируемым временем охлаждением ; - отстроена от апериодической составляющей и высших гармоник; - одно- или трехфазное измерение; - выявление фазы с максимальным значением тока в трехфазном режиме.

1.8 Защита ротора от перегрузок

Назначение:

- защита от перегрузок ротора генератора при наличии измерительных трансформаторов тока в системе возбуждения; - защита от перегрузок ротора генератора с бесщеточной системой возбуждения. Защита реагирует на относительный ток ротора

Свойства:

- выдержка времени, обратно зависимая от величины тока; - имитация процесса охлаждения ротора генератора с регулируемым временем охлаждения;

- отстроена от апериодической составляющей и высших гармоник; - трехфазное измерение; - сумма средневыпрямленных значений токов фаз А,В,С; - моделирование тока ротора по току и напряжению статора генератора.

1.9 Защита от перевозбуждения

Назначение:

- защита генераторов и трансформаторов от перевозбуждения. Под явлением перевозбуждения понимается наличие избыточного магнитного потока в сердечнике, который вызывает насыщение и создает дополнительные потери от вихревых токов в сердечнике и в смежных с ним электропроводящих материалах.

Перевозбуждение может возникать из-за перенапряжения, понижения частоты или из-за сочетания обоих факторов.

Свойства: - вычисление отношения U/F; - однофазное измерение; - блокировка при понижении напряжения.

1.10 Защита от замыкания на землю обмотки статора генератора

Назначение:

- защита от замыкания на землю обмотки статора генератора, не имеющего гальванической связи с системой собственных нужд или сетью потребителей.

Принцип действия защиты основан на наложении на первичные цепи статора генератора постоянного тока. К защите подводится напряжение с измерительной обмотки источника постоянного контрольного тока частотой 25 Гц.

Среднее значение этого сигнала примерно пропорционально постоянной составляющей наложенного тока, а последняя примерно обратно-пропорциональна переходному сопротивлению обмотки статора генератора относительно земли. При этом нейтрали всех трансформаторов напряжения блока генератор-трансформатор объединяются и заземляются через устройство наложения постоянного тока.

При устойчивом замыкании через переходное сопротивление защита обеспечивает вычисление его величины и действие на сигнализацию и отключение, если вычисленная величина переходного сопротивления меньше заданной уставки. Высокая чувствительность защиты на принципе наложения постоянного тока позволяет выявлять различные дефекты изоляции статора генератора.

1.11 Защита ротора от замыкания на землю

Назначение:

- выявление замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения.

Защита подключается к цепям возбуждения через специальный разделительный блок частотного фильтра, обеспечивающий подавление высших гармонических составляющих напряжения возбуждения и ограничение напряжения на выходе до 120 В.

Свойства:

- выявление замыкания на землю в цепи возбуждения; - наложение напряжения частотой 16,7 Гц; - отстроена от высших гармоник в напряжении в цепи возбуждения; - контроль источника вспомогательного напряжения; - контроль целостности цепи измерения; - вычисление активного сопротивления в месте замыкания на землю.

1.12 Защита от повышения напряжения генератора

Защита содержит орган максимального напряжения и органы контроля отсутствия тока в одной или двух цепях первичной схемы (в цепи генератора или в цепи генератора и в цепи обмотки высокого напряжения трансформатора блока).

По цепям напряжения защита подключается к трансформатору напряжения у выводов генератора на линейное напряжение. Срабатывание защиты происходит при срабатывании органа напряжения. При необходимости ввод защиты в действие осуществляется с контролем от органов тока.

1.13 Поперечная дифференциальная защита генератора

Защита реагирует на ток между нейтралями параллельных ветвей обмотки статора, соединенных в «звезду».

Ток срабатывания защиты регулируется в диапазоне токов от 0,1до 1,5 А с шагом 0,01 А. Время срабатывания защиты при двукратном и более токе срабатывания не превышает 0,04с.

Защита генератора от асинхронного режима

Назначение:

- защита генератора от потери возбуждения.

При потере возбуждения или недовозбуждения генератора возникают опасные условия по напряжению с потерей устойчивости или выпадению из синхронизма.

Свойства:

- отстроена от внешних к.з. на землю; - отстроена от апериодической составляющей и высших гармоник; - однофазное измерение; - фазовая коррекции.

Газовая защита

Защищает от замыканий внутри бака трансформатора, сопровождающихся выделением газа и от понижения уровня масла. Защита выполняется с двумя ступенями действия, при малом газообразовании и понижении уровня масла, защита действует на сигнал. При интенсивном газообразовании или недопустимом снижении уровня масла действует на отключение. Рекомендуется применять струйные газовые реле типа РГТ-80.

2. Расчет и выбор защит генератора

Для защиты генератора 63 МВт выбираю цифровой комплекс защит ШЭ1113

Комплекс защит состоит из двух независимых, дублирующих друг друга, систем (комплектов защит). Каждая система независима по цепям оперативного постоянного тока, входным и выходным цепям, цепям сигнализации.

В комплексе предусмотрена возможность вывода из работы одной из систем защит при сохранении полной работоспособности оставшейся системы защит.

Комплекс с двумя дублирующими друг друга системами защит генератора, работающего на сборные шины, располагается в одном шкафу типа ШЭ1113.

Объем и типы запроектированных защит выполнены в соответствии с действующими ПУЭ, Нормами технологического проектирования (НТП), «Общими техническими требованиями к микропроцессорным устройствам защиты» СО 34.35.310-97 (34.35.310-97 РД), а также на основании технической документации ООО НПП «Экра» и техническими требованиями к микропроцессорной защите ШЭ 1113.

В диапазоне частот 49,5…50,5 Гц основные защитные функции обладают характеристиками срабатывания без дополнительных погрешностей. Рабочий диапазон специальных защитных функций может изменяться от 10 до 75 Гц в зависимости от их назначения.

Измерительные функции U, I, F, P, Q обеспечивают измерение среднеквадратичных значений однофазного напряжения, тока, частоты, активной и реактивной мощностей с отображением измеряемых значений на экране монитора локального интерфейса человек-машина или на дисплее цифрового терминала.



2.1 Продольная дифференциальная токовая защита

Продольная дифференциальная токовая защита является основной защитой генератора от междуфазных коротких замыканий в обмотке статора и на выводах и от двойных замыканий на землю, одно из которых находится в обмотке статора генератора или на его выводах. Защита выполняется трехфазной трехрелейной. Защита действует без выдержки времени на отключение генератора. Все параметры измеряются в относительных единицах, то есть по отношению к вторичному номинальному току.

Максимальный ток внешнего трехфазного короткого замыкания приводится к вторичному току.

I_ПО - периодическая составляющая суммарного трехфазного тока КЗ; k_I - коэффициент трансформации трансформаторов тока. Начальный ток срабатывания реле определяет чувствительность защиты при малых тормозных токах. Величина I_с.р. выбирается с учетом возможности отстройки защиты от тока небаланса номинального режима:



где k _одн. - коэффициент однотипности трансформаторов тока (принимается равным 1 при разных трансформаторах тока, или 0,5 при одинаковых); f_i = 0,1 -относительная погрешность трансформаторов тока; Определить начальный ток срабатывания реле;

Определить коэффициент торможения

Коэффициент торможения определяет чувствительность защиты к повреждениям при протекании тока нагрузки или качаниях и асинхронном ходе. Величина К_т выбирается с учетом отстройки защиты от токов небаланса, вызванных погрешностями трансформаторов тока при сквозных коротких замыканиях.

Определить максимальный ток небаланса при внешнем трехфазном к.з. или асинхронном ходе:

где k _одн - коэффициент однотипности трансформаторов тока; f_i = 0,1 -относительная погрешность трансформаторов тока; I_max -максимальный ток через ТТ при внешнем трехфазном к.з. в цепи генераторного напряжения; k_АП =2 - коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока. Тогда максимальный ток срабатывания реле равен:



Определить относительный тормозной ток при максимальном сквозном токе:

Расчетный коэффициент торможения:

Диапазон уставок К_Т: от 0,3 до 0,7 с шагом 0,1.

Принимаем коэффициент торможения 0,8.

Дифференциальная токовая отсечка обеспечивает быстрое и надежное срабатывание защиты при внутренних к.з. с большими токами, когда возможно насыщение высоковольтных ТТ при значении полной погрешности ТТ до 50%.

Уставка I_ОТС: от 6 до 12 с шагом 0,1.

2.2 Защита от повышения напряжения

Защита предназначена для предотвращения недопустимого повышения напряжения на выводах генератора при внезапных сбросах нагрузки или в режиме холостого хода. По цепям напряжения защита подключается к генераторному трансформатору напряжения .

Защита содержит следующие органы: орган максимального напряжения и орган контроля отсутствия тока в цепи генератора.

Срабатывание защиты происходит при срабатывании органа напряжения. Ввод защиты в действие осуществляется с выдержкой времени при возврате любого из органов тока. Защита действует на гашение поля генератора.

2.3 Защита от асинхронного режима при потери возбуждения

Защита предназначена для ликвидации асинхронного режима генератора при потере возбуждения и подключается к трансформаторам тока и напряжения, установленным со стороны ГРУ-10 (6,3)кВ. Защита выполняется на основе органа (Z), измеряющего полное сопротивление в сторону генератора и вводится в работу при включении генератора в сеть. Согласно ТУ генератора допускается работа без возбуждения в асинхронном режиме при сниженной до 60% от номинальной активной нагрузке продолжительностью не более 30 минут. При этом разгрузка турбогенератора должна быть выполнена за время не более 2 минут. Защита действует на сигнал.

2.4 Дистанционная защита (Z1<,Z2)

Защита выполняется на основе дистанционных органов (Z) и подключается к измерительным трансформаторам на линейные напряжения и токи. Защита выполнена двухступенчатой.

Первая ступень защиты выполняется с блокировкой при качаниях и действует с первой выдержкой времени на деление шин, со второй выдержкой времени на отключение выключателя генератора, отключение АГП . Вторая ступень защиты действует аналогично первой ступени.



2.5 Защита генератора от перегрузки током обратной последовательности (I ₂)

Защита предназначена для ликвидации недопустимых перегрузок генератора током обратной последовательности при внешних несимметричных к.з. и несимметричных перегрузках. Защита подключается к трансформаторам тока нулевых выводов генератора . Согласно техническим условиям на генератор допускается длительная работа генератора при несимметричной нагрузке, если токи в фазах не превышают номинального значения, а токи обратной последовательности не превышают 8% номинального значения тока статора.

Турбогенераторы по термической стойкости ротора при кратковременной работе в несимметричных режимах должны выдерживать тепловые воздействия при значениях произведения квадрата тока обратной последовательности в относительных единицах на допустимое время работы в секундах в несимметричном режиме I2t<30c.

Защита действует:

- сигнальный орган - на сигнал с независимой от тока выдержкой времени; - интегральный орган с двумя выдержками времени - с первой на деление шин, со второй - на отключение выключателя генератора, отключение АГП - орган отсечка с двумя выдержками времени - с первой на деление шин, со второй - на отключение выключателя генератора, отключение АГП.

2.6 Защита от симметричных перегрузок (I ₁)

Защита реагирует на относительный ток статора фазы с максимальным значением тока в трехфазном режиме (I*).

Допускаются кратковременные перегрузки по току статора при кратности тока, отнесенной к номинальному его значению, согласно таблице:

Длительность перегрузки, (мин.) 2 4 15 60

Кратность тока, о.е. 1,5 1,3 1,15 1,1

Защита действует:

- сигнальный орган - на сигнал с независимой от тока выдержкой времени; - интегральный орган с двумя выдержками времени - с первой на деление шин, со второй - на отключение выключателя генератора, отключение АГП .

2.7 Защита ротора от перегрузок (=Ip)

Защита предназначена для действия при перегрузках в аварийных режимах, а также при неисправностях в системе возбуждения генератора, вызывающих длительное протекание по обмотке ротора тока, превышающего длительно допустимое значение.

Защита реагирует на относительный ток ротора (Iр*).

Защита действует:

- сигнальный орган - на сигнал с независимой от тока выдержкой времени; - интегральный орган - на: 1) снижение тока ротора; 2) отключение выключателя генератора.

Согласно ТУ на генератор допустимая перегрузка по току ротора определяется допустимой перегрузкой статора. Ротор должен выдерживать двукратный номинальный ток возбуждения в течение не менее 50с.

2.8 Защита обратной мощности (Робр)

Защита срабатывает при отрицательном значении активной мощности генератора (когда генератор потребляет активную мощность из системы) в симметричном режиме, и не срабатывает при положительном значении активной мощности генератора (когда генератор выдает активную мощность в систему).

Защита подключается к трансформаторам тока и напряжения генератора на фазный ток и соответствующее линейное напряжение и действует на выходные цепи через выдержку времени.

Защита действует на отключение генератора с контролем закрытия стопорных клапанов турбины (см. технологические защиты).

2.9 Защита от замыканий на землю статора генератора (In>, I ₀)

Защита подключается к выходу специального трансформатора тока нулевой последовательности (типа ТНПУ-3, выпускаемого Томским политехническим университетом), который охватывает пучок кабелей присоединения защищаемого генератора к сборным шинам. Защита реагирует на емкостной ток основной частоты.

Защита содержит два измерительных органа: чувствительный для защиты от однофазных замыканий на землю и грубый для защиты от двойных замыканий на землю, когда одна точка замыкания находится в генераторе.

2.10 Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора по напряжению нулевой последовательности (3Uo)

Защита 3Uo подключается в цепь разомкнутого треугольника ТН и используется на возбужденном генераторе перед включением его в сеть, а также при возможной работе генератора в режиме блока с трансформатором связи.

2.11 УРОВ генератора (УРОВ G)

УРОВ G действует при срабатывании защит генератора на отключение генераторного выключателя при его отказе.

Контроль тока в цепи генераторного выключателя осуществляется посредством трехфазного органа тока. УРОВ G срабатывает с выдержкой времени 0,3с и действует в схеме ДЗШ ГРУ-10(6)кВ на отключение шин.

2.12 Контроль исправности цепей напряжения переменного тока (КИН)

ток замыкание генератор трансформатор

Устройство КИН реагирует на обрывы одной, двух либо трех фаз или нулевого провода в цепях напряжения переменного тока. Подключается к вторичным обмоткам измерительного трансформатора напряжения, соединенным в «звезду» и в «треугольник».

Устройство имеет контактный выход с выдержкой времени порядка 2с, действующий на сигнал при неисправности цепей напряжения.

Защита ротора от замыкания на землю (Re<)

Защита подключается к цепям ротора через специальный разделительный блок частотного фильтра, обеспечивающий подавление высших гармонических составляющих напряжения и ограничение напряжения на выходе до 120В.

Для непрерывного контроля сопротивления изоляции цепей возбуждения генератора с бесщеточной системой возбуждения предусмотрен щеточно-контактный аппарат, состоящий из трех измерительных контактных колец, соединенных с выводами обмоток ротора и валом, и щеточным узлом.

Защита имеет две независимые ступени срабатывания по сопротивлению изоляции, действующие с выдержками времени.

Первая ступень действует на сигнал, вторая ступень - на отключение выключателя генератора и отключение АГП.

Размещено на Allbest.ru

...