Материал: Проектирование релейной защиты и автоматики блока генератор–трансформатор

В режиме несимметричного КЗ на выходах ФТОП и ФНОП появляются составляющие токов и напряжений обратной последовательности и срабатывают органы I2, U2.

При КЗ в зоне действия защиты орган М2 срабатывает и защита действует на отключение, а при повреждении вне зоны действия защиты орган М2 не срабатывает и защита остается заблокированной.

Рис.2.13. Структурная схема защиты M2

.18 Устройства контроля синхронизма (КС)

Назначение - осуществление контроля разности модулей напряжений генератора UГ и системы UС, разности углов между векторами этих напряжений и разности их частот и формирование сигнал о наличии синхронизма этих напряжений.

КС осуществляет контроль условий синхронизации (амплитуды, сдвига фазы и разности частоты) напряжений генератора и системы и формирует сигнал о наличии синхронизма этих напряжений. КС содержит следующие функциональные органы:

органы максимального напряжения генератора UГ> и системы UС> соответственно;

орган разности напряжений, DU, срабатывающий при разности модулей напряжений генератора и системы меньше заданной;

орган разности углов, Dj, срабатывающий в допустимом диапазоне углов опережения от jОП,0 до jОП,К (вектор напряжения UГ опережает вектор напряжения системы UС);

орган разности частот, DF, срабатывающий при разности частот напряжений генератора и системы меньше заданной и при условии, что частота генератора больше частоты системы.

Коэффициент возврата не ниже 0,97, основная погрешность не больше 3%.

Рис.2.14. Структурная схема защиты КС.

.19 Защита от частичного пробоя изоляции высоковольтных вводов трансформатора(КИВ)

Назначение - защита от частичного пробоя изоляции вводов ВН блочного трансформатора (КИВ) предназначена для защиты маслонаполненных конденсаторных вводов ВН трансформатора от повреждения путем выявления начальной стадии повреждения (частичного пробоя нескольких слоев конденсаторной изоляции) и подачи сигнала на отключение неисправного оборудования до наступления полного пробоя изоляции и разрушения ввода.

Защита подключается к измерительным выводам высоковольтных вводов через согласующие трансформаторы (например, типа ТПС-066 производства Самарского завода измерительных трансформаторов), а также на напряжение 3U0 разомкнутого треугольника стороны ВН. Для наладки защиты подводятся все цепи напряжения разомкнутого треугольника (Н, К, U, F).

Принцип действия КИВ основан на измерении составляющей основной частоты суммарного емкостного тока ввода трех фаз при рабочем напряжении на них в предположении, что наиболее вероятно повреждение одного ввода в трехфазной группе.

Входные цепи тока КИВ регулируются так, чтобы сумма емкостных токов трех вводов при отсутствии напряжения 3U0 равнялось бы нулю.

На начальной стадии повреждения ввода происходит пробой между отдельными слоями конденсаторной изоляции, эквивалентная емкость ввода на землю возрастает и увеличивается составляющая основной частоты емкостного неисправного ввода. Влияние высших гармонических составляющих в емкостном токе ввода подавляется с помощью цифрового фильтра. Выделенный из суммы токов трех фаз приращенный ток ввода ΔIс, сравнивается с величиной уставки органов Iсигн и Iоткл.

Предотвращение ложного срабатывания КИВ под действием составляющих нулевой последовательности емкостного тока вводов при замыканиях на землю в первичной сети либо при неполнофазных режимах производится путем компенсации возникающего в таких режимах небаланса током, пропорциональным напряжению 3U0. В случае развивающегося повреждения ввода компенсация составляющей нулевой последовательности не происходит и органы Iсигн и Iоткл срабатывают с порогом чувствительности, не зависящим от наличия составляющей нулевой последовательности в первичной сети.

Действие избирателей поврежденной фазы основано на сравнении модуля емкостного тока каждого из вводов с модулем геометрической суммы емкостных токов в двух других фазах и величины, пропорциональной напряжению 3U0 в первичной сети.

Наличие в защите избирателей позволяет получить пофазный выход защиты с действием на сигнализацию и, кроме того, предотвращает ложное срабатывание при обрыве одной из фаз емкостного тока ввода, поскольку в этом режиме происходит ложное действие органов Iсигн и Iоткл. Так как выходы КИВ с действием на отключение и на сигнализацию включены по схемам «И» с выходами избирателей, ложное действие защиты не происходит. При отсутствии срабатывания органов Iсигн и Iоткл чувствительность избирателей фазы остается низкой.

При увеличении тока одного из вводов в процессе развития повреждения срабатывает Iсигн и чувствительность избирателей становится более высокой, чем чувствительность Iсигн, и срабатывание цепей сигнализации определяется только чувствительностью Iсигн.

При дальнейшем увеличении тока поврежденного ввода срабатывает Iоткл и чувствительность избирателей становится более низкой, но выше чувствительности органа Iоткл. При этом действие защиты на отключение происходит с чувствительностью, определяемой органом Iоткл.

В случае обрыва фазы ёмкостного тока происходит срабатывание органов Iсигн и Iоткл, но чувствительность избирателей будет низкой, что улучшает отстройку КИВ от возникающих в этих режимах небалансов.

В защите предусмотрен вход от приемной цепи для загрубления органов Iсигн и Iоткл при отключении выключателя стороны ВН, если при этом отключаются цепи напряжения 3U0.

Защита выдает сигналы для действия на звуковую сигнализацию и действует на отключение выключателей со стороны НН и стороны ВН блочного трансформатора.

Рис.2.15. Структурная схема КИВ.

3. Автоматика (автоматическая регулировка возбуждения, автоматическая синхронизация генераторов)

За последнее десятилетие произошло существенное обновление технических средств автоматического управления нормальными режимами работы электрических станций и электроэнергетических систем и, особенно, противоаварийного управления ими. Разработаны и внедрены цифровые микропроцессорные автоматические управляющие устройства.

.1 Микропроцессорный автоматический регулятор возбуждения

Напряжение и реактивная мощность синхронного генератора определяется состоянием его возбудителя, воспринимающего управляющее воздействие автоматического регулятора возбуждения (АРВ). Возбудителем мощных генераторов служит вспомогательный генератор и управляемый тиристорный преобразователь - тиристорное независимое возбуждение. Распространение получило и тиристорное самовозбуждение, при котором подключается через трансформатор к возбуждаемому генератору [7, c.145].

При практически без инерционных тиристорных возбудителях мощных генераторов реализуются алгоритмы пропорционально-дифференциального автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности. Интенсивность и быстрота их воздействия на возбудитель обусловили название регулирования «сильного» действия (АРВ СД). Указанные ценные свойства АРВ СД обеспечиваются использованием сигналов, формируемых не только по отклонению, но и по скорости изменения действующего значения напряжения генератора и угла сдвига фаз между ЭДС синхронного генератора электростанции и напряжением на шинах приемной подстанции.

Поэтому назначением АРВ СД является не только поддержание напряжения на заданном уровне на шинах электростанции и генерируемой или потребляемой генератором реактивной мощности, но и повышение до максимально возможных уровней статической и динамической устойчивости параллельной работы электрических станций.

Функциональная схема. Микропроцессорный автоматический регулятор возбуждения сильного действия (АРВ-СДМ) поставляется АО «Электросила» комплектно с турбогенератором. Функциональная схема АРВ-СДМ (рис. 3.1) состоит из вычислительной части ВЧ, содержащей две взаимно резервируемые микроЭВМ, измерительно-преобразовательной ИПЧ и исполнительной Ис.Ч частей.

В цифровых устройствах на ЭВМ и микропроцессорах измерительно-преобразовательная и исполнительная функциональные части обычно объединяются под общим названием - устройство связи с управляемым объектом (УСО).

Измерительно-преобразовательная часть содержит вторичные измерительные трансформаторы напряжения ИТН и тока ИТТ (или шунты), пассивные малоинерционные (Т = 1 мс) первого порядка ФНЧ и элементы аналогового измерительного преобразования напряжений и токов АИН и АИТ, формирующие сигналы в виде:

• чисто синусоидальных напряжений, пропорциональных фазным напряжениям и токам синхронного генератора, используемые затем программными измерительными органами вычислительной части;

• постоянных напряжений, пропорциональных напряжениям генератора и на шинах электростанции;

• импульсных напряжений управления прерываниями и микроЭВМ в целом (длительностью Ти = 30 мкс).

Они формируются усилителями, трехфазными выпрямителями с активными ФНЧ и аналого-дискретным преобразователем АДП, входящими в состав элементов АИН и АИТ. На схеме показаны элементы ввода дискретных сигналов ВДС в виде малогабаритных реле с герметизированными контактами (герконов).

Исполнительная часть состоит из цифро-аналогового преобразователя ЦАП: элементов аналогового гальванического отделения (развязки) ЭГР вычислительной части от цепей управления в виде усилителей-преобразователей с модулятором и демодулятором, исполнительных усилителей ИУ аналогового регулирующего воздействия Upeг устройства управления УУ тиристорами преобразователей VST возбудителя; времяимпульсного преобразователя ВИН и выходных герконов вывода дискретных сигналов (комплекта выходных реле КВР).

Регулятор имеет развитой программно-аппаратный контроль исправностей всех его частей. Элементы контроля ЭК формируют сигналы неисправностей, поступающие в элемент коммутации ЭКМ выходных сигналов микроЭВМ, который переводит вычислительные операции на резервную микроЭВМ или выводит регулятор из действия.

Основной группой программ комплекса математического обеспечения АРВ-СДМ являются программы автоматического регулирования возбуждения и синхронизации генератора.

Они обеспечивают выполнение алгоритма регулирования возбуждения сильного действия, выполнение условий точной автоматической синхронизации и вычисление угла опережения по закону равнопеременного вращения синхронного генератора.

Функционирование программных измерительных органов АРВ СДМ обеспечивается импульсами управления аналого-дискретного преобразователя (АДП), формирующего короткие импульсы ииа, ииb, иис в моменты времени изменения знака мгновенными синусоидальными напряжениями трех фаз иа, иb, ис с отрицательного на положительный - в момент положительных их переходов через нуль.

Измерительные органы микропроцессорного автоматического регулятора. Измерительный орган амплитуды напряжения (ИОН). Быстродействие измерительного органа напряжения АРВ СДМ достигается фиксированием положительных амплитудных мгновенных значений напряжений трех фаз Uma, Umb, Umc. Производится вычисление среднего значения амплитуды, которое сравнивается (путем вычитания) с заданным (предписанным) значением - вычисляется ее отклонение. На основе численного дифференцирования определяется производная амплитуды. Указанные операции производятся за время, не превышающее 1/3 длительности периода Тп промышленной частоты.

Амплитуда фиксируется путем управления соответствующим каналом мультиплексора АЦП, включаемого импульсным напряжением иит на несколько микросекунд практически в момент прохождения фазным напряжением генератора через положительное амплитудное мгновенное значение.

Включение канала мультиплексора производится вычитающим счетчиком тактовых импульсов (частотой 2 МГц), в который в момент Т1 прохождения мгновенным фазным напряжением через нуль записывается число NTп/4 , равное количеству тактовых импульсов, размещающемуся на интервале времени в 1/4 периода промышленной частоты. Запись числа производится импульсом ии, формируемым АДП в момент изменения знака с отрицательного на положительный (положительного перехода через нуль) мгновенным фазным напряжением.

В момент времени Т3 обнуления счетчика по переднему фронту импульса иит контроллером прерываний работы микропроцессора (МП) включается в работу программа ввода информации в микроЭВМ и вычисления среднего значения амплитуды напряжения. Вычисления отклонения амплитуды и ее производной производятся отдельными программами.

Измерительный орган изменения частоты (ИОИЧ). Формирование сигналов по изменению и производной частоты производится на основе вычислений длительности периода промышленной частоты. В измерительном органе используется второй вычитающий счетчик тактовых импульсов, в который периодически после каждого считывания до нуля вновь записывается число импульсов N'a = N max >>N Tn/4. Поэтому за время, равное длительности периода промышленной частоты, число импульсов в счетчике уменьшается на небольшую часть N max.

Разность числа импульсов, например , фиксируемых импульсными напряжениями , , соответствующими положительным переходам через нуль мгновенного напряжения фазы А, получается пропорциональной истинной длительности периода промышленной частоты. По трем таким замерам ,  и , производимым с использованием напряжений ,  и соответственно , , вычисляется средняя истинная длительность Т периода напряжения синхронного генератора и, как указывалось, по правилу дифференцирования дробей - производная частоты.

Формирование цифровых сигналов об изменениях частоты производится пропусканием сигналов о ее производной через программный ФНЧ первого порядка (апериодическое звено).

Измерительный орган реактивного и активного тока (ИОРиАТ). Необходимое быстродействие измерительного органа достигается запоминанием мгновенного тока генератора. Для этого по задним фронтам импульсов напряжения ии и иит включаются (в моменты Т2 и Т4) соответствующие каналы мультиплексора АЦП, фиксирующего в двоичном коде мгновенные значения тока одной из фаз, например , равные в момент t = 0 реактивной , а в момент t = Тп/4 активной а составляющим тока синхронного генератора. Они используются для измерительного органа потребляемой генератором реактивной мощности, определяющего минимально допустимый (по условию статической устойчивости электропередачи) ток возбуждения синхронного генератора. Сигнал о минимально допустимом возбуждении формируется как функция IР и Iа расчетами по отдельной программе.