Материал: Проектирование релейной защиты и автоматики блока генератор–трансформатор

Шкафы ШЭ1111, ШЭ1112 состоят из одного комплекта защит на базе трехкассетного терминала и могут незначительно отличаться друг от друга по составу защит, входным и выходным цепям. В случае если полный состав требуемых защит конструктивно можно разместить в одном шкафу, система защиты может состоять из двух одинаковых шкафов типа ШЭ1111. Предназначены для защит блоков генератор-трансформатор средней и большой мощности.

Система защиты состоит из двух независимых и дублирующих друг друга подсистем (комплектов) защит. Каждая подсистема независима по цепям оперативного постоянного тока, входным и выходным цепям, цепям сигнализации и контроля.

Каждая подсистема содержит блоки питания, логические схемы выходных цепей, сигнализации, контроля и диагностики.

Для обеспечения адаптации системы защиты к условиям работы конкретного энергетического объекта предусмотрена возможность действия выходов защит каждой подсистемы на любое выходное реле этой же подсистемы защит с помощью программируемой «матрицы». Предусмотрена возможность изменения «матрицы» путем ввода информации через встроенную клавиатуру в блоке процессора. Каждая подсистема оборудована системой самодиагностики.

Для защиты заданного блока генератор-трансформатор мы выбираем два одинаковых шкафа ШЭ1111.

2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IG)

Назначение - защита от междуфазных повреждений в обмотке статора генератора и на его выводах, а также от двойных замыканий на землю в цепях генераторного напряжения.

Защита выполняется трехфазной и подключается к двум группам трансформаторов тока (ТТ). В защите предусмотрено подключение к третьей группе для ввода тока цепи выпрямительного трансформатора системы тиристорного самовозбуждения, если этот трансформатор подключен к выводам генератора. В такой схеме не требуется выполнять специальное согласование действия защиты с работой предохранителей в системе возбуждения.

Начальный ток срабатывания, IСР,0 определяет чувствительность защиты при малых тормозных токах. Величина IСР,0 выбирается с учетом возможности отстройки защиты от тока небаланса в номинальном режиме:

,

где - относительная погрешность ТТ,  = 0,1; КОДН - коэффициент однотипности ТТ, КОДН = 0,5 (при разнотипных ТТ КОДН=1), - вторичный номинальный ток генератора:

,

Уставка выбирается из условия:

,

где КН - коэффициент надежности, равный 2,0.

Принимается уставка:

Коэффициент торможения, КТ определяет чувствительность защиты к повреждениям при протекании тока нагрузки или качаниях и асинхронном ходе. Величина Кт выбирается с учетом отстройки защиты от токов небаланса, вызванных погрешностями трансформаторов тока при сквозных КЗ. Максимальный ток небаланса при внешнем трехфазном КЗ или асинхронном ходе:

;

,

где КАП - коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока, КАП = 2; IMAKС - максимальный ток через ТТ при внешнем трехфазном КЗ в цепи генераторного напряжения:

.

Коэффициент торможения выбирается из условия:

;

,

где, .

Типовое значение уставки КТ =0,5. Более высокие значения (КТ > 0,5) выбираются в случае резко различных условий работы ТТ при внешних КЗ (различных типов ТТ или разных нагрузок).

Принимаем типовое значение: КТ =0,5.

Тормозной ток, В определяет точку излома характеристики срабатывания. На наклонном отрезке характеристики обеспечивается устойчивость функционирования защиты при сквозных КЗ с насыщением ТТ (при тормозном токе более В). При выборе В должно выполняться условие:

;

.

Принято: .

Дифференциальный ток отсечки, IОТС обеспечивает быстрое и надежное срабатывание защиты при внутренних КЗ с большими токами, когда возможно насыщение высоковольтных ТТ при значении полной погрешности ТТ до 50%.

Ток отсечки выбирается из условий:

,

где ; kнб(1) - отношение амплитуды первой гармоники тока небаланса к приведенной амплитуде периодической составляющей тока внешнего КЗ. Если используются ТТ с вторичным номинальным током 5А, можно принимать kнб(1) = 0,7. Коэффициент отстройки kотс принимается равным 1,2.

Принимается уставка:

Амплитудная коррекция K1, К2. определяет амплитудную коррекцию входных токов для согласования базовых токов аналоговых каналов цифрового терминала с базовыми токами защитной функции (IG).

.

Чувствительность дифференциальной защиты проверяется на холостом ходу генератора при отсутствии торможения по току двухфазного КЗ на выводах генератора в минимальном режиме работы системы при малом тормозном токе по горизонтальному участку тормозной характеристики (при внешних КЗ):

.

Защита выдает сигналы для действия на табло «Срабатывание», «Отсечка» и действует на отключение генераторного выключателя, гашение поля генератора и возбудителя и пуск УРОВ генераторного выключателя, останов турбины.

Рис.2.1. Структурная схема дифференциальной защиты генератора (трансформатора).

Дифференциальная защита трансформатора (IT)

Назначение - защита от внутренних повреждений двух или трехобмоточного трансформатора (блочного трансформатора или трансформатора собственных нужд), КЗ на его выводах, а также блока генератор-трансформатор.

Защита выполняется трехрелейной и включается на токи трех фаз, подключается к двум или трем группам трансформаторов тока.

Защита блочного трансформатора подключается к трансформаторам тока на стороне высшего напряжения соответственно блочного трансформатора и трансформатора собственных нужд, а также трансформаторам тока в цепи генератора.

Начальный ток срабатывания, iср,0 определяет чувствительность защиты при малых тормозных токах и выбирается с учетом: погрешностей ТТ; тока холостого хода ТН при повышенном напряжении системы; изменения напряжения от РПН.

,

где - относительная погрешность ТТ,  = 0,1; КОДН - коэффициент однотипности ТТ, при разнотипных ТТ КОДН=1; - погрешность выравнивания номинальных токов, =0,05; INT - вторичный номинальный ток трансформатора блока:

.

Уставка выбирается из условия:

.

Принимается уставка =0,3.

Коэффициент торможения, КТ определяет чувствительность защиты к повреждениям при протекании тока нагрузки или качаниях и асинхронном ходе. Величина КТ выбирается с учетом отстройки защиты от токов небаланса, вызванных погрешностями ТТ при сквозных КЗ. Величина КТ определяется условием отстройки от расчетного минимального тока небаланса при внешнем КЗ:

,

где КАП - коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока, КАП =2;  - погрешность выравнивания номинальных токов, =0,05; Imakc - максимальный ток при внешних КЗ: .

Коэффициент торможения определяется из условия:

,

где

Принято: КТ =0,5.

Тормозной ток, В определяет точку излома характеристики срабатывания. На наклонном участке характеристики обеспечивается устойчивость функционирования защиты при сквозных КЗ с насыщением ТТ (при тормозном токе более В). При выборе В должно выполняться условие:

;

.

Принято: .

Дифференциальный ток отсечки, iотс (обеспечивает быстрое и надежное срабатывание защиты при внутренних КЗ и больших токах, когда возможно насыщение высоковольтных ТТ при значении полной погрешности ТТ до 50 %).

,

где kнб(1) - отношение амплитуды первой гармоники тока небаланса к приведенной амплитуде периодической составляющей тока внешнего КЗ. Если на стороне ВН и стороне НН используются ТТ с вторичным номинальным током 5А, можно принимать kнб(1)=0,7; коэффициент отстройки kотс принимается равным 1,2.

Принимается уставка:

Уставка iотс должна быть отстроена от броска тока намагничивания.

Бросок тока намагничивания обнаруживается по соотношению второй гармонической составляющей к основной гармонической составляющей (это соотношение принимается 10 %).

Действие функции обнаружения броска тока намагничивания ТН длится в течении времени включения IВКЛ. При действии функции обнаружения броска тока намагничивания начальный ток срабатывания принимает значение IСР ВКЛ. Рекомендуемая уставка IСР.ВКЛ - 0,8.

Амплитудная коррекция K1, К2 определяет амплитудную коррекцию входных токов для согласования базовых токов аналоговых каналов цифрового терминала с базовыми токами защитной функции (IT).

;

.

Чувствительность дифференциальной защиты проверяется на холостом ходу генератора при отсутствии торможения по току двухфазного КЗ на выводах генератора в минимальном режиме работы системы при малом тормозном токе по горизонтальному участку тормозной характеристики (при внешних КЗ):

Защита выдает сигналы для действия на табло «Срабатывание», «Отсечка» и действует на отключение выключателей со стороны ВН и со стороны НН и пуск пожаротушения, гашение поля генератора и возбудителя, останов турбины.

Максимальная токовая защита трансформатора (IТ >).

Назначение - МТЗ блочного трансформатора с отстройкой от броска тока намагничивания (резервная защита блочного трансформатора).

Ток срабатывания МТЗ трансформатора блока выбирается по условию отстройки от броска тока намагничивания согласно выражению:

.

Ток отсечки трансформатора блока выбирается по условию:

.

Уставка срабатывания МТЗ принимается равной 1,26.

Уставка отсечки принимается равной 4,14.

Защита выдает сигналы для действия на табло «Срабатывание», «Отсечка» и действует на отключение выключателей со стороны ВН и со стороны НН и пуск пожаротушения, гашение поля генератора и возбудителя, останов турбины.

Рис.2.2. Структурная схема максимальной токовой защиты трансформатора.

.4 Токовая защита обратной последовательности (I2>)

Назначение - резервная защита от внешних несимметричных повреждений, защита генератора от несимметричных перегрузок.

Защита реагирует на относительный ток обратной последовательности (I2*). Содержит следующие функциональные органы:

сигнальный орган (I2СИГН), срабатывающий с независимой выдержкой времени при увеличении тока I2* выше значения уставки срабатывания органа;

пусковой орган (I2ПУСК), срабатывающий без выдержки времени при увеличении тока I2* выше значения уставки срабатывания органа и осуществляющий пуск интегрального органа;

орган токовой отсечки (I2ОТС), срабатывающий с независимой выдержкой времени при увеличении тока I2* выше значения уставки срабатывания органа;

интегральный орган (ИО), срабатывающий с зависимой от тока I2* выдержкой времени, определяемой уравнением.

,

где tСРАБ - время срабатывания интегрального органа при воздействии тока I2*, с;

А - постоянная величина, являющаяся характеристической величиной генератора, числено равная допустимой длительности несимметричного режима при I2* = 1,0 (по данным завода изготовителя);* - относительный ток обратной последовательности, равный:

,

где I'2 - ток обратной последовательности в первичной цепи генератора; I'N - номинальный ток генератора в первичной цепи.

Коэффициент возврата I2СИГН, I2пуск и I2ОТС не ниже 0,95.

ИО имитирует процесс охлаждения ротора генератора после устранения перегрузки по экспоненциальному закону.

При этом промежуток времени, за который перегрев ротора генератора снижается от максимально допустимой величины до 0,135 от этой величины, условно называется временем "полного охлаждения" (tОХЛ).

Ток срабатывания органа отсечки:

,

где .

Принято: .

Выдержка времени отсечки принимается по условию согласования с быстродействующими защитами блока равной 0,3 с.