Материал: Проектирование релейной защиты и автоматики блока генератор–трансформатор

Для резервирования защит от внутренних КЗ (ближнее резервирование) устанавливается резервная дифференциальная защита, охватывающая генератор и трансформатор блока вместе с ошиновкой на стороне ВН и действующая на отключение выключателей блока и рабочего трансформатора собственных нужд (ТСН), на гашение поля генератора и на пуск УРОВ на стороне ВН.

Устройства защиты от внешних КЗ должны действовать только на отключение энергоблока от сети выключателями на стороне ВН. При отказе какого-либо из этих выключателей защита от внешних КЗ должна с помощью УРОВ гасить поле генератора.

.2 Микропроцессорная защита энергоблока

Цифровая защита генератора НПП «ЭКРА» предназначена для защиты генераторов, в том числе и работающих на сборные шины мощностью до 100 МВт, трансформаторов и блоков генератор-трансформатор малой, средней и большой мощности до 800 МВт. Необходимые для защиты определенного объекта защитные функции могут выбираться из библиотеки программ цифрового терминала с помощью персонального компьютера.

Перечень защитных функций:

. Продольная токовая 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.

. 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

. Поперечная токовая дифференциальная защита генератора, I >.

Назначение: защита от витковых замыканий в обмотке статора с двумя параллельными ветвями.

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

. Максимальная токовая защита трансформатора, I >.

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

. Защита от несимметричных перегрузок, I2.

Назначение: резервная защита от внешних несимметричных повреждений, защита генератора от несимметричных перегрузок (защита от перегрева ротора генератора из-за асимметричной нагрузки).

Защита реагирует на относительный ток обратной последовательности (I2*).

. Защита от симметричных перегрузок, I1.

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

. Защита ротора от перегрузок, IP.

Назначение: защита от перегрузок ротора генератора при наличии измерительных трансформаторов тока в системе возбуждения (IP), защита от перегрузок ротора генератора с бесщеточной системой возбуждения (=IP).

Защита реагирует на относительный ток ротора (IP*).

. Измерительные органы максимального (ИО I >) и минимального (ИО I <) тока.

Назначение: контроль максимального (минимального) тока фаз.

Органы тока выполняются трехфазными.

. Защита от повышения напряжения генератора, UG >.

. Измерительные органы максимального (ИО U>) и минимального (ИО U<) напряжения.

Назначение: контроль максимального (минимального) напряжения.

. Устройство контроля исправности цепей напряжения переменного тока, КИН.

Назначение: контроль исправности цепей напряжения переменного тока измерительных трансформаторов напряжения с вторичными обмотка-ми, соединенными в "звезду" (с линейным напряжением uhоm =100 В) и в "треугольник" (с максимальным напряжением на выходе разомкнутого треугольника 100 В или 33 В - для сетей с изолированной нейтралью).

Устройство КИН не работает в нормальных симметричных режимах и при внешних несимметричных КЗ. Реагирует на обрыв одной, двух либо трех фаз или нулевого провода в цепях напряжения переменного тока, соединенных в звезду.

. Направленная токовая защита обратной последовательности (M2).

Назначение: резервная защита от несимметричных повреждений.

В нормальном режиме работы, когда на вход защиты поданы симметричные системы тока и напряжения, на входе фильтров тока обратной последовательности (ФТОП) и фильтров напряжения обратной последовательности (ФНОП) будут присутсвовать только небалансы нормального режима. Органы тока I2, напряжения U2 и направления мощности M2 будут находиться в несработанном состоянии, так как они от небалансов по величине уставки. 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 M2 срабатывает и защита действует на отключение, а при повреждении вне зоны действия защиты орган M2 не срабатывает и защита остается заблокированной.

. Защита от асинхронного режима, Фz .

Назначение: защита от асинхронного режима без потери возбуждения (Фz) предназначена для ликвидации асинхронного режима генератора, характеризующегося большими колебаниями активной и реактивной мощности, что может привести к развитию крупных аварий. Защита выполняется на основе контроля сопротивления на зажимах генератора и имеет специальные характеристики срабатывания. Кроме того, контролируется нахождение годографа сопротивления в одном из четырех квадрантов комплексной плоскости сопротивлений.

. Дистанционная защита, Z<.

Назначение: резервная защита от междуфазных повреждений.

. Защита от потери возбуждения, Ф<.

. Защита мощности, P.

Назначение: защита обратной мощности, активной мощности, реактивной, направления мощности.

. Защита от изменения частоты, F<.

Защита от изменения частоты содержит следующие функциональные органы: орган частоты с выходами срабатывания при повышении частоты (F>) и при понижении частоты (F<); орган максимального напряжения (U >), контролирующий наличие входного напряжения и вводящий в действие защиту.

. Защита от перевозбуждения, U/F.

Назначение: защита генераторов и трансформаторов от перевозбуждения.

Защита реагирует на отношение средневыпрямленного значения напряжения к частоте U/f.

. Защита ротора от замыкания на землю, Re<.

Назначение: выявление замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения.

Защита подключается к цепям возбуждения через специальный разделительный блок частотного фильтра (например типа БЭ1105), обеспечивающий подавление высших гармонических составляющих напряжения возбуждения и ограничение напряжения на выходе до 120 В.

. 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.

. Защиты генератора от замыканий на землю, UN(U0), UN(F25), UN(100).

Защита от замыканий на землю обмотки статора блока генератор-трансформатор, UN(U0). В состав защиты входят следующие функциональные органы: орган напряжения основной составляющей напряжения нулевой последовательности (U0), обеспечивающий защиту 85-95% витков обмотки статора со стороны фазных выводов; орган напряжения обратной последовательности (U2) для блокировки защиты при внешних КЗ; орган напряжения третьей гармоники с торможением (U03), обеспечивающий защиту до 30% витков обмотки статора со стороны нейтрали.

Защита от замыканий на землю обмотки статора блока генератор- трансформатор (с наложением 25 Гц), UN(F25). Защита подключается к измерительным обмоткам дугогасящего реактора и источника контрольного тока. Источник контрольного тока с частотой Fном/2 включается последовательно в цепь дугогасящего реактора генератора со стороны его заземляемого вывода и нейтрали генератора.

Защита от однофазных замыканий на землю обмотки статора блока генератор-трансформатор, UN(100). Защита подключается к выходу специального датчика в источнике постоянного контрольного тока. Для подключения источника нейтрали всех трансформаторов напряжения блока объединяются и заземляются через разделительный конденсатор.

. Резервная защита блока нулевой последовательности от замыканий на землю, I0 (U0).

Токовая защита нулевой последовательности (I0) подключается к трансформатору тока, встроенному во ввод нейтрали обмотки напряжения трансформатора. Для режима работы блока с незаземленной нейтралью блочного трансформатора предусматривается защита напряжения нулевой последовательности (U0) с контролем отсутствия тока в нейтрали.

. Устройство резервирования отказа выключателей генератора, УРОВ G.

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

. 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 подаче сигнала на отключение неисправного оборудования до наступления полного пробоя изоляции и разрушения ввода.

. Орган блокировки при качаниях Z.

Орган подключается к измерительным трансформаторам, установленным в цепи генератора, на междуфазное напряжение и соответствующую разность фазных токов. Орган Z отличает повреждение от качаний в энергосистеме по скорости изменения полного сопротивления.

. Органы тока и напряжения при изменяющейся частоте.

Выполняются однофазными или трехфазными, реагируют на средневыпрямленное значение и предназначены для работы в условиях изменяющейся частоты. Рабочий диапазон частот от 0,2 до 1,2 Fном.

Способ выполнения, адрес и принцип действия защитных функций цифровой защиты генератора на базе шкафа ШЭ1111 были изложены во второй главе бакалаврской работы.

Дополнительные функции:

в терминале обеспечивается возможность индикации значений однофазного напряжения, тока, частоты, активной и реактивной мощностей с отображением указанных значений на экране монитора локального интерфейса человек-машина или на дисплее цифрового терминала.

регистратор событий, обеспечивающий запись изменения состояний до 128 логических сигналов любой защитной или логической функции, выбираемых из доступных логических сигналов терминала. Емкость буфера памяти регистратора событий позволяет запомнить до 1500 событий по времени с точностью 0,001 с. При переполнении буфера новая информация записывается на место самой старой по времени записи информации.

предусмотрена возможность пуска терминала на запись аварийного процесса (осциллографирование) при появлении или исчезновении любых из 128 логических сигналов, выбираемых из любой доступной защитной или логической функции терминала. Предусмотрена возможность выбора для одновременного осциллографирования до 16 аналоговых и до 128 логических сигналов.

Терминал также оборудован системой автоматического тестового контроля, служащей для проверки работоспособности основных узлов и блоков.

Сравнительный анализ

На основании данных, полученных в результате исследования защит, можем сделать вывод о большей степени надежности микропроцессорной защиты: цифровая защита состоит из двух независимых и дублирующих друг друга подсистем (комплектов) защит, расположенных в двух шкафах ШЭ1111. Каждая подсистема независима по цепям оперативного постоянного тока, входным и выходным цепям, цепям сигнализации и контроля, и содержит блоки питания, логические схемы выходных цепей, сигнализации, контроля и диагностики.

Защита от симметричных перегрузок статора генератора и защита ротора от перегрузок, выполненные на микропроцессорной базе, в отличие от защит на электромеханических реле, действуют не только на сигнализацию, но и на отключение генераторного выключателя.

Использование в устройствах современной микропроцессорной элементной базы обеспечивает высокую точность измерений и постоянство характеристик, что позволяет существенно повысить чувствительность и быстродействие защит, а также уменьшить ступени селективности. Алгоритмы функций защиты и автоматики, а также интерфейсы для внешних соединений устройства разработаны по техническим требованиям к отечественным системам РЗА, что обеспечивает совместимость с действующими устройствами и облегчает эксплуатационному персоналу переход на новую технику.

Наличие функций непрерывного самоконтроля и диагностики обеспечивает высокую готовность защиты при наличии требования к срабатыванию, а использование высокоинтегрированных и высоконадежных микросхем - повышенную надежность аппаратной части защиты.

5. Экономическая часть

.1 Затраты на приобретение микропроцессорной защиты

Ориентировочная рыночная стоимость шкафа цифровой защиты генератора ШЭ1111 НПП «ЭКРА» составляет 2 600 000 руб.

Целесообразно заменять устаревшие типы защит современными микропроцессорными защитами при капитальном ремонте станции и при проектировании новых станций, а так же подстанций.

.2 Оценка экономической эффективности инвестиций

Технико-экономическое обоснование целесообразности реализации любого проекта предполагает следующую последовательность выполнения этапов, определяющих структуру основных разделов ВКР [8]:

.Определение ожидаемой выручки;

.Определение инвестиционных затрат, необходимых для осуществления проекта;

.Определения себестоимости продукции;

.Определения цены реализации продукции;

.Составление «Отчета о финансовых результатах» предприятия проектируемой продукции;

.Определение точки безубыточности производства;

.Определение срока окупаемости реализации проекта;

. Подготовка выводов по проведенному исследованию.

Расчет

.Определение ожидаемой выручки.

Станция вырабатывает определенное количество электроэнергии, кВт×ч/год:

Эвыраб = SNуст × Туст = (200 × 3) × 4000 = 2,4 × 109,

где SNуст - суммарная мощность станции, МВт;

Туст - время работы в максимальном режиме (Туст = 4000 ).

Стоимость выработанной электроэнергии, млрд. руб./год:

Пвыраб = Эвыраб × Цпр = 2,4 × 109 × 1,4 = 3,36,

где  руб./кВт×ч - цена реализации продукции;

. Определение инвестиционных затрат, необходимых для осуществления проекта:

,

где - инвестиционные затраты, руб.;

 - стоимость оборудования;

 - сметная стоимость проектных работ;

 - прочие инвестиционные затраты;

, тыс.руб.

.Определения себестоимости продукции:

В состав материальных затрат включаются расходы на производство 1кВт электроэнергии (затраты на покупку, транспортировку, подготовку топлива, расходы по оплате работ и услуг производственного характера и т.д.), млрд. руб./год:

,

где - затраты на выработку 1кВт электроэнергии, руб./кВт×ч.