ЗАЩИТА БЛОКОВ ГЕНЕРАТОР - ТРАНСФОРМАТОР И ГЕНЕРАТОР—ТРАНСФОРМАТОР—ЛИНИЯ

ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ БЛОКОВ

Блочные схемы соединений находят широкое применениена современных мощных электростанциях. Наиболее часто соеди­няются в один блок генератор — повысительный трансформатор-(или автотрансформатор) и трансформатор собственных нужд(рис. 17-1). Находят применение также блоки генератор—повысительный трансформатор (или автотрансформатор) — линия. Блоки большой мощности (150, 200, 300, 500, 800 МВт) объединяют в единый агрегат не только генератор и трансформатор, но также котел и турбину. Такие блоки не имеют поперечных связей, позво­ляющих заменять один элемент блока (например, трансформаторили котел) аналогичным элементом другого блока. В результате этого повреждение или нарушение нормальной работы одного элемента блока выводит из работы весь блок.

На генераторах, трансформаторах (или автотрансформаторах) и линиях, соединенных в один блок, устанавливаются те же защиты, что и в случае их раздельной работы. Однако объединение в один рабочий агрегат нескольких элементов большой мощ­ности вызывает некоторые, отмеченные ниже особенности в требованиях к защитам и в отдельных случаях в исполнении защиты.

1. Соединение в один блок нескольких элементов позволяет объединить однотипные защиты этих элементов в одну общую защиту. Общими обычно выполняются дифференциальные защиты генератора и трансформатора, а также защиты от сверхтоков при внешних к. з. и перегрузках.

2. Отсутствие электрической связи между генератором и сетью, имеющее место в блочных схемах, облегчает решение вопросов селективности защиты генератора от замыканий на землю, но требует в то же время новых способов выполнения этой за­щиты.

3. Вследствие высокой стоимости мощных генераторов и трансформаторов блока к их защитам от внутренних повреждений предъявляются повышенные требования в части чувствительности, быстроты действия и надежности.

4. Малые запасы по нагреву мощных генераторов обусловливают необходимость выполнения защиты от недопустимого нагрева ротора генератора при несимметричном режиме и от перегрузки обмотки ротора.

5. На блоках без поперечных связей, все элементы которых объединены в единый агрегат, возникает необходимость действия электрических защит не только на выключатель и АГП, но и на останов блока в целом, т. е. котла и турбины.

Ниже рассмотрены особенности выполнения защит блоков.

 

17-2. ЗАЩИТА БЛОКА ГЕНЕРАТОР - ТРАНСФОРМАТОР

а) Защита от сверхтоков при внешних к.з. и перегрузках и защита от несимметричных режимов

Виды защит от сверхтоков и несимметричных режимов, при­меняемые на блоках, зависят от мощности блоков.

На блоках малой мощности до 30 МВт включительно генера­торы выполняются заводами с косвенной системой охлаждения. Эти генераторы допускают по условиям нагрева значительные перегрузки, в том числе и в несимметричном режиме. В связи с этим на генераторах с косвенным охлаждением перегрузки (сим­метричные и несимметричные) могут ликвидироваться персоналом. Специальных защит с действием на отключение при симметричных и несимметричных перегрузках на этих генераторах руководящими указаниями по релейной защите [Л. 6] не предусматривается. Поэтому на маломощных блоках защита от перегрузки выполняется с действием на сигнал. В качестве защиты от внешних к. з. приме­няется токовая максимальная защита с комбинированным пуском по напряжению (§ 15-5, б и 16-2, е). Эта защита отличается про­стотой исполнения и малой стоимостью.

На блоках средней и большой мощности с генераторами, имею­щими непосредственное охлаждение, устанавливаются три вида защит от перегрузок и внешних к. з.:

1. Защита от несимметричных перегрузок и внешних к. з. выполняется с помощью реле типа РТФ-6М с интегрально зави­симой характеристикой выдержки времени (см. § 15-5, г). Принципы выполнения этого реле и его блок-схемы были рассмотрены в § 15-5, г; на рис. 17-2, а приведена упрощенная принципиальная схема защиты обратной последовательности, выполненной с помощью реле РТФ-6. Реле РТФ-6, как уже было указано, состоит из четы­рех элементов: сигнального элемента Т1, элемента с интегрально зависимой характеристикой t₁ = А/I²_2* (реле Т2) и двух отсечек I и II с независимой характеристикой (реле ТЗ и Т4). Все элементы реагируют на ток I₂, получаемый от фильтра обратной последова­тельности Ф_г. Интегрально зависимый элемент работает при несим­метричных перегрузках и внешних к. з. и действует с временем t₁ на отключение выключателей блока, а затем, если несимметрия не исчезнет, с временем t₂ на отключение и останов блока в целом. Выдержка времени t₂ = t₁ +∆ t, ступень времени ∆ t обеспечива­ется с помощью реле времени В2. Отсечка I предназначается для работы при несимметричных к. з. в сети высшего напряжения и действует на отключение выключателя блока. Отсечка II служит для быстрого и селективного отключения несимметричных к. з. в генераторе и токопроводе, соединяющем его с трансформатором, в случае отказа дифференциальной защиты генератора. Отсеч­ка // используется только на блоках, имеющих выключатель в цепи генератора; она действует на отключение генератора и его АГП.

Зона действия отсечки ограничивается с помощью блокирую­щего реле напряжения Н_о, включенного на 3 U₀. При двухфазных к. з. на стороне генератора работают реле Т4 и Н_о и защита дейст­вует на отключение. При к. з. за трансформатором блока (на стороне генераторного напряжения U₀ = 0) реле Н_о не действует, не позволяя, таким образом, работать отсечке.

Такое ограничение зоны действия отсечки (Т4) позволяет не согласовывать ее выдержку времени с защитами остальной сети. Выдержка времени отсечки II принимается равной 0, 4—0, 5 с — на ступень больше дифференциальной защиты генератора. Ток срабатывания отсечки выбирается из условий надежности дейст­вия при минимальном значении тока I_2мин при двухфазном к. з. на выводах генератора:

где к_ч — коэффициент чувствительности, равный 2.

 

 

Напряжение срабатывания блокирующего реле Н_о принимается равным 35—40 В из условияотстройки от напряжения небаланса

Характеристика срабатывания интегрально-зависимого эле­мента задается заводом для мощных генераторов 150—200—300 МВт, исходя из уравнения

Характеристика регулируется изменением постоянной А. Завод выпускает реле в трех исполнениях с пределами регулирования А: от 5 до 10, от 10 до 20 и от 20 до 45. Время действия зависимого элемента t₂ должно удовлетворять двум условиям:

1) Характеристика времени действия элемента t_защиты = f (I_2*) должна идти параллельно характеристике t_доп по уравнению (17-1), но немного ниже с учетом погрешности реле, так чтобы t_защиты не превысило t_доп.

2) Время t_защиты должно обеспечивать селективность с защитами отходящих линий.

Интегрально-зависимый элемент имеет токовое пусковое реле. Его ток срабатывания выбирается из условия надежного действия интегрально-зависимого элемента при токе I₂, соответствую­щем t_доп = 600 с. Этот ток согласно выражению (17-1) I_2(600)* = =0, 115.

Отсюда

где k_н= 1, 1.

Уставки отсечки I (реле ТВ) выбираются из условия ее надеж­ной работы при однофазных и двухфазных к. з. в сети высшего напряжения и согласования по чувствительности с защитами отходящих линий. Привыполнении этих условий I_с.р*≈ 0, 4 ÷ 1; время действия отсечки t не должно быть больше t_доп = . Характеристика реле РТФ-6 приведена на рис. 17-2, б.

2. Д л я отключения симметричных в н е ш н и х к. з. предусматривается максимальная защита с пуском по напряжению в однофазном исполнении (§ 15-5 и 16-2, е). От
симметричных перегрузок устанавливается сигнальное токовое реле (см. § 15-5, в).

3. Для повышения чувствительности к наиболее частым внешним к. з. — однофазным — устанавливается защита нулевой последовательности, реагирующая на I₀ или U₀, рассмотренная в § 16-2, г.

На всех блоках генератор и трансформатор (рис. 17-1, а) образуют единый агрегат, поэтому защита от внешних к. з. на стороне низшего напряжения повысительного трансформатора не устанавливается, ее функции выполняет аналогичная защита генератора, которая является в этом случае резервной защитой всего блока. Необходимость защит от внешних к. з. на стороне высшего и среднего напряжения повысительного трансформатора, а также на трансформаторе собственных нужд зависит от схемы блока и расположения выключателей.

На блоках с двухобмоточным повысительным трансформатором (рис. 17-1, а, б) устанавливается только один комплект защиты от внешних к. з. Он включается на трансформаторы тока, распо­ложенные на нулевых выводах генератора. При таком размещении защиты все элементы блока попадают в ее зону, что позволяет защите от внешних к. з. блока резервировать защиты от внутрен­них повреждений генератора и трансформатора блока. Защита действует на выключатель блока В1 и АГП генератора. На рис. 17-3, а приведена схема размещения и действия защиты от внешних к. з. Последняя условно изображена в виде реле 2 и реле времени 3 и 4. Схема и тип защиты, как было указано выше, зависят от мощ­ности генератора блока. Защита имеет две выдержки времени t₁ и t₂, согласованные по условию селективности с защитами присоедине­ний, питающихся от шин электростанции. При неотключившемся к. з. на шинах станции или в сети высшего напряжения защита от внешних к. з. отключает с меньшей выдержкой t₁ (установлен­ной на реле времени 3) выключатель блока В₁, после чего защита прекращает свое действие, блок остается в работе, питая собствен­ные нужды. Если же к. з. возникло на элементах блока, то при отказе дифференциальной защиты поврежденного элемента резерв­ная защита блока отключает его от сети с выдержкой времени t₁, а затем с большей выдержкой t₂ = t₁ + ∆ t (реле времени 4) подейст­вует на прекращение питания места к. з. от генератора и остановку блока (отключение В₁, АГП, останов котла и турбины).

Реле напряжения максимальной защиты с пуском по напряже­нию обычно питается от трансформатора напряжения ТН1, под­ключенного к выводам генератора. Для повышения чувствительности к к. з. на стороне высшего напряжения реле напряжения необходимо подключить и к ТН2 на шинах блока.

От внешних к. з. на землю в сети высшего напряжения уста­навливается специальная чувствительная защита, реагирующая на ток или напряжение нулевой последовательности. Эта защита служит дополнением к защите от несимметричных к. з., которая обычно имеет недостаточную чувствительность при однофазных к. з. Защита нулевой последовательности резервирует отключение к. з. на землю на шинах блока и в подключенной к ним сети.

Если обмотка высшего напряжения трансформатора блока заземлена, как показано на рис. 17-3, а, то устанавливается токо­вая защита нулевой последовательности (реле 5, 6 и 7), действую­щая с выдержкой времени на отключение выключателя блока В1.

Если нейтраль трансформатора не заземлена или трансформа­тор может работать в режиме заземленной и разземленной нейтрали предусматривается защита, отключающая трансформатор при замыканиях на землю в сети высшего напряжения в случае отказа соответствующих защит поврежденного элемента (шин или линий) с выдержкой времени меньшей, чем на защите других блоков станции, работающих с заземленной нейтралью. Указанная защита выполняется так же, как и на повысительных трансформа­торах (§ 16-2, д).

Защита I₀ от внешних к. з. (5) имеет также как и защита 2 две выдержки времени: t₁ и t₂ (рис. 17-3, а). При к. з. на шинах или неотключившемся к. з. в сети высшего напряжения защита блока отключает с меньшей выдержкой времени t₁ выключатель блока В1, сохраняя при этом питание собственных нужд блока. Короткие замыкания на элементах блока в случае отказа дифференциальной защиты ликвидируются защитой с выдержкой времени t₂, при этом отключается весь блок, т. е. АГП, выключатель В1, трансфор­матор с. н., котел и турбина. Если защита блока 2 имеет недоста­точную чувствительность к к. з. за трансформатором с. н., то со стороны генераторного напряжения трансформатора с. н. уста­навливается максимальная защита 8, надежно действующая при указанных повреждениях.

На блоках с трехобмоточным повысительным трансформатором (рис. 17-1, г и 17-3, б) кроме защиты 1 от внешних к. з. на генера­торе устанавливаются дополнительно защиты 2 и 3 на обмотках среднего и высшего напряжения трансформатора для селектив­ного отключения к. з. на шинах и линиях, питающихся от этих обмоток. При наличии питания со всех сторон трансформатора для селективного отключения внешних к. з. защиту одной из обмоток следует выполнять направленной.

В целях упрощения на блоках с трехобмоточными трансфор­маторами можно не ставить защиту 2 на стороне высшего напряже­ния, как показано на рис. 17-3, б, используя вместо нее защиту генератора 1, которая в этом случае выполняется с двумя выдержка­ми времени (t₁ и t₂), Чтобы обеспечить селективное действие защит 1 и 3 при внешних к. з. (в сети среднего или высшего напряжения), их выдержки времени должны удовлетворять условию t₃ < t₁ < t₂.

На мощных трехобмоточных блоках для повышения чувстви­тельности к внешним двухфазным к. з. на обмотке высшего напря­жения иногда устанавливается токовая защита обратной последо­вательности. При необходи­мости она выполняется на­правленной.

На сдвоенных блоках (рис. 17-1, д) с выключателями на каждом генераторе защита от внешних симметричных и не­симметричных к. з. и пере­грузок устанавливается на обоих генераторах. На каж­дом трансформаторе блока предусматривается защита нулевой последовательности от к. з. на землю в сети выс­шего напряжения. Эти защи­ты имеют две выдержки вре­мени и действуют с меньшей выдержкой на отключение выключателя блока, а с боль­шей — на отключение своего генератора. Кроме того, на сдвоенных блоках рекомен­дуется ставить дополнительную максимальную защиту для резервирования дифференциальной защиты трансформатора в режиме, когда генератор этого трансформатора отключен. В этом режиме резервная защита своего генератора не будет работать, а защита спаренного блока нечувствительна к к. з. на стороне низ­шего напряжения трансформатора первого блока.

Защита выполняется в виде двухфазной токовой максимальной защиты (реле 1 и 3 на рис. 17-4). Нормально эта защита отключена, так как она может неправильно работать при перегрузках и кача­ниях. Защита вводится в работу автоматически в режиме, когда один из генераторов блока отключен. Эта операция выполняется с помощью токового реле 2, реагирующего на исчезновение тока в трех фазах генератора.

б) Защита от повышения напряжения

На блоках с гидрогенераторами защита от повышения напря­жения выполняется по § 15-6. На блоках с мощными турбогенера­торами и трансформаторами появилась необходимость в установке защиты от повышения напряжения. В связи с интенсивным исполь­зованием стали магнитных систем на крупных машинах и трансфор­маторах заводы-изготовители допускают значения магнитной индукции, близкие к началу насыщения стали магнитопроводов. На таких генераторах и трансформаторах повышение напряжения сверх номинального вызывает увеличение магнитной индукции и магнитного потока и как следствие этого повышенный нагрев магнитопроводов трансформаторов и генераторов.

Опасное повышение напряжения возможно в режиме холостого хода блока или при внезапном отключении блока от сети. В первом случае повышение напряжения воз­можно из-за увеличения возбуждения вследствие ошибочных действий персо­нала или работы регулятора возбужде­ния, во-втором из-за увеличения обо­ротов машины, исчезновения тока на­грузки и отказа в работе регулятора возбуждения. Защита выпол­няется с помощью реле напряже­ния 1 (рис. 17-5). Опасным повышением напряжения для современных трансфор­маторов считается его увеличение на 20—30% сверх номинального. Поэтому на защите устанавливается U_с.з = 1, 2 U_ном и t₃ = 3 с. Но при таких уставках защита может ложно работать от кратковременных повышений напря­жения во время качаний и форсировке возбуждения. Учитывая это, защита от повышения напряжения' на блоках с турбогенераторами вводится в работу только в режиме холостого хода и при внезапном отключении блока от сети автоматически с помощью токового реле 2, замыкающего опера­тивную цепь реле напряжения 1 при исчезновении тока в трех фазах блока одновременно.

В качестве реле напряжения используется реле типа РН-58/200 с k_воз = 0, 95. В качестве блокирующего реле 2 применяется трех­фазное токовое реле типа РТ-40/Р. Повышение магнитной индук­ции В_т возможно не только при увеличении напряжения, но и при резком снижении частоты f, что следует из известного выражения .

В связи с этим в зарубежной практике применяется защита, реагирующая на отношение .

в) Дифференциальная защита на блоках генератор—трансформатор

Дифференциальная защита блока. Для защиты от к. з. в генераторе и трансформаторе блока устанавливается общий комплект дифференциальной защиты, охватывающий генератор и трансформатор, как это показано на рис. 17-6.

На блоках с ответвлением к трансформатору собственных нужд без выключателя (рис. 17-6, а) дифференциаль­ная защита блока выполняется по упрощенной схеме без трансфор­маторов тока на ответвлении. В этом случае при к. з. в трансфор­маторе собственных нужд или в питающейся от него сети в реле защиты появляется ток, равный сумме токов, проходящих к месту к. з. от генератора и от системы:

где I_{к отв} — полный ток к. з., проходящий по ответвлению, при к. з. в точках К₂ и К₁.

Под действием этого тока защита может сработать. Чтобы избе­жать неселективной работы защиты, ее ток срабатывания выби­рается больше, чем максимальный ток I_к.отв = I_к2макс при к. з. за трансформатором собственных нужд (в точке К₂), по выражению

При этом условии дифференциальная защита блока не работает при к. з. за трансформатором собственных нужд. При к. з. в транс­форматоре с. н. дифференциальная защита блока приходит в дей­ствие, если I_{к отв} > I_с.з. Таким образом, трансформатор собствен­ных нужд частично входит в зону дифференциальной защиты блока.

Дополнительно к ней на трансформаторе собственных нужд уста­навливаются максимальная и газовая защиты.

Условие (17-2) является дополнительным, кроме того дифференциальная защита блока, как и любая дифференциальная защита трансформатора, должна отстраиваться от I_{нб.макс} и от броска намагничивающего тока согласно § 16-8, в.

Дифференциальная защита блоков выполняется с помощью реле типа РНТ-565 или РНТ-566 (с БНТ, но без торможения). Для повышения чувствительности защиты на крупных блоках следует применять дифференциальные реле с торможением типа ДЗТ-11.

Дифференциальная защита генератора. На мощных блоках 150 МВт и больше для повышения чувствительности и надежности защиты генератора помимо дифференциальной защиты блока 1 пре­дусматривается самостоятельная дифференциальная защита гене­ратора 2 (рис. 17-6, б).

Дифференциальная защита блока отстраивается от броска тока намагничивания трансформатора блока и повышенных значений тока небаланса, обусловленных разнотипностью трансформаторов тока и различием сопротивлений плеч. Поэтому ток срабатывания защиты получается больше, чем у дифференциальной защиты генератора, которая отстраивается только от I_нб, имеющего мень­шее значение, чем у защиты блока. Для обеспечения высокой чувст­вительности дифференциальная защита мощных генераторов выпол­няется с реле, имеющими торможение (реле типа ДЗТ-5), по схеме приведенной на рис. 15-11.

При наличии дифференциальной защиты генератора дифферен­циальная защита блока является резервной быстродействующей защитой для генератора. Такое усложнение и дублирование защит генераторов считают оправданными, учитывая большую мощность генератора и обусловленную этим его высокую стои­мость.

Как видно из рис. 17-6, б, при установке дифференциальной защиты генератора и блока на нулевых выводах генератора необхо­димо устанавливать два трансформатора тока. Это вызывается тем, что трансформаторы тока выполняются не больше чем с двумя сердечниками, а с учетом защиты от внешних к. з. 3 для раздель­ного питания цепей указанных защит нужно иметь три самостоя­тельных сердечника.

На мощных генераторах 300 МВт и больше раз­мещение двух трансформаторов тока в нуле генератора оказывается довольно трудным по конструктивным причинам. В таких случаях (рис. 17-6, в) в нуле генератора устанавливается один трансфор­матор тока, от обмоток которого питаются дифференциальная защита генератора 2 и защита от внешних к. з. 3. Вместо з а щиты блока устанавливается защита трансформатора 1.

На блоках, выполненных по схеме на рис. 17-1, г и д, каждый генератор должен иметь самостоятельную дифференциальную защиту по условию селективности. Для трансформатора устанав­ливается отдельная дифференциальная защита.

Дифференциальная защита повысительного трансформатора. В схемах блоков, имеющих на генераторе выключатель (рис. 17-1, б, в) на повысительном трансформаторе устанавливается самостоятельная дифференциальная защита. Дифференциальная защита блока в этом случае не ставится. Для улучшения отстройки от токов небаланса на трехобмоточных трансформаторах или на трансформаторах с двумя выключателями на стороне высшего напряжения применяются (если это нужно) дифференциальные реле с торможением.

в) Защита от повреждения вводов 500 и 750 кВ трансформаторов

Повреждение вводов 500 кВ является тяжелой аварией транс­форматора. Очень часто повреждение изоляции ввода сопровож­дается его взрывом, в результате которого возникает пожар транс­форматора, причиняющий большие разрушения. Ремонт или заме­на трансформаторов 500 кВ и особенно 750 кВ, отличающихся большой мощностью (240—800 мВ·А), обходится очень дорого и требует значительного времени. Поэтому для трансформаторов 500—750 кВ целесообразно применять защиту, реагирующую на повреждение изоляции вводов, позволяющую обнаружить повреж­дение изоляции в начальной стадии и предотвратить таким обра­зом тяжелую аварию.

Защита основана на использовании конструктивных особенностей бумажно-масляных вводов. Бумажно-масляный ввод (рис. 17-7, а) состоит из концентрических слоев пропитанной маслом бумажной изоляции 1, охватывающей токоведущий стержень 2. Для равномерного распределения напряженности электрического поля внутри ввода через определенное количество слоев изолирующей бумаги закладываются листы алюминиевой фольги 3. При такой конструкции каждые два соседних листа фольги с изоляцией между ними образуют конденсатор с емкостью С, а ввод в целом представ­ляет систему последовательно включенных емкостей С между токоведущим стержнем 2 и фланцем 4. Такой ввод обладает результи­рующей емкостью С_в. Емкостный ток ввода, возникающий под действием приложенного к вводу фазного напряжения U_ф, равен:

При повреждении изоляции ввода часть емкостей С шунтирует­ся и емкостный ток 1_с возрастает. Таким образом, увеличение тока 1_с является признаком повреждения изоляции ввода.

Схема защиты ввода показана на рис. 17-7, б. Принцип действия защиты основан на измерении абсолютного значения гео­метрической суммы емкостных токов вводов трех фаз трансформатора: 1с_(А) + 1с_(В) + 1с_(С). Для этого наружные обкладки К вводов трех фаз соединяются в звезду и общая точка звезды с по­мощью нулевого провода 00' соединяется с землей. В нулевой провод включается трансформатор тока Т1. Во вторичную цепь Т1 включаются последовательно три реагирующих органа защиты: чувствительное реле Р1, действующее на сигнал; более грубое реле Р1, действующее на отключение, и м и л-лиамперметр тА для измерения тока I_р. Реле Р1 и Р2 действуют с выдержкой времени, создаваемой реле времени В1 и В2. Для обеспечения термической устойчивости реле Р2 и миллиам­перметр тА включаются на ток I_р через вспомогательный насы­щающийся трансформатор Т2.

В нормальном режиме емкостные токи всех фаз равны по величине и сдвинуты по фазе на 120°, если емкости вводов одинаковы, а приложенные к ним напряжения U_а, U_в и U_с равны по величине и сдвинуты по фазе на 120°. При этих условиях ток в реле Р1 и Р2 I_р = 0. Однако в действительности фазные напря­жения имеют небольшую асимметрию, емкости вводов не точно одинаковы, а кривая фазных напряжений содержит гармоники, поэтому сумма емкостных токов вводов трех фаз отличается от нуля. В нулевом проводе в нормальном режиме про­ходит ток небаланса I_нб(н.р), состоящий из двух слагающих: I'_нб, обусловленного неравенством напряжений и емкостей вводов, и I˝ _нб, вызванного третьими и кратными им гармониками:

Для уменьшения I'_нб в первичной обмотке Т1 предусмотрены ответвления. Подсоединяя провода фаз к разным ответвлениям, можно уравнять н. с, создаваемые током I_С каждой фазы, и свести к нулю или уменьшить I'_нб.

Для уменьшения I˝ _нбреле включает через фильтры Ф, пропус­кающие первую гармонику с частотой 50 Гц и ограничивающие прохождение в реле токов высших гармоник.

При несимметричном к. з. во внешней сети фазные напряжения искажаются по величине и фазе, соответственно нарушаются симметрия и равенство емкостных токов вводов трансформаторов. В результате этого во время к. з. в сети в реле появляется ток небаланса:

При металлическом двухфазном к. з. на землю (например, фаз В и С) вблизи трансформатора небаланс достигает максимума:

так как при этом напряжения поврежденных фаз U_В и U_C ⁼ 0.

Для исключения ложной работы защиты под действием токов небаланса необходимо выполнить условия

При повреждении изоляции одного в в о д а баланс токов нарушается: с_(А) + _С(В) + с_(С)≠ 0, в реле появляется остаточный ток — ток повреждения: I_р = Σ I_C = I_пов. Реле приходит в действие, если I_пов > I_с.р.С помощью миллиам­перметра тА осуществляется периодический контроль за током в нулевом проводе (в реле). Увеличение тока I_р указывает на появление повреждения во вводе или на нарушение токовых цепей защиты, последнее может привести к ложной работе защиты.

Выбор уставок. Ток срабатывания сигнального реле Р1 должен быть отстроен от небаланса в нормальном режиме:

где k_н— коэффициент надежности, равный 2.

По опыту эксплуатации I_н.б(н.р) ≈ 3÷ 5 мА. Для исключения ложной работы Р1 при к. з. в сети под действием I_н.б(к) вводится выдержка времени t_Р1 > t_К, здесь t_К — максимальное время отклю­чения к. з. в сети.

Ток срабатывания отключающего реле Р2 должен быть больше тока небаланса при к. з. в сети. С учетом (17-3)

где п_т1— коэффициент трансформации Т1, n_т1 = . Для вводов, современной конструкции I_с(ф) ≈ 1А. Выдержка времени выби­рается минимальной t_р2 = 0, 5 с для отстройки от бросков заряд­ного тока во вводах. Защита на рассмотренном принципе типа

КИВ-500Р выпускается Чебоксарским электроаппаратным заво­дом. В качестве реле Р1 и Р2 в вышеуказанной защите применяются реле типа РТ-40/Ф. Ведется разработка более чувствительной защиты на полупроводниках элементах.

г) Защита генераторов блоков от замыканий на землю

Токи и напряжения нулевой последовательности, появляю­щиеся на генераторной стороне блоков при замыканиях на землю.

Для выяснения возможных принципов выполнения защиты необ­ходимо представлять величину токов и напряжений нулевой последовательности, появлякщихся в цепях генераторного напря­жения блоков во время замыканий на землю в сети высшего напря­жения и в самом генераторе. При этом нужно учитывать две осо­бенности блочных схем.

1) Блочные генераторы по принятым в Советском Союзе пра­вилам работают с изолированной или с заземленной через дугогасящую катушку нейтралью.

2) Генераторы блоков связаны с сетью высшего напряжения через повысительный трансформатор. При такой схеме генератор не имеет электрической связи с сетью высшего напряжения, он связан с ней посредством электромагнитной индукции между обмотками трансформатора и электростатической индукции через емкость С_т1 между этими же обмотками (рис. 17-8, а).

 

Емкость С_т1очень мала, она зависит от мощности и напряжения трансформаторов и составляет величину порядка 0, 008-0, 004 мкФ. Поэтому сопротивление связи х_св= х_т1= 1/wС_т1получается значительным, а протекающий через него ток очень малым.

При замыкании на землю в сети высшего напряжения (например, в точке К₂ рис. 17-8, а) в месте поврежде­ния, как известно (§ 9-1), возникает напряжение нулевой последо­вательности U_oк2. При металлическом замыкании на землю U_oк2 = U_ф, здесь U_ф— фазное напряжение сети.

Под действием U_oк2в цепи каждой фазы генератора возникает ток I_ог, замыкающийся через землю по контуру, образованному емкостью С_т1 между обмотками трансформатора и емкостями на землю элементов сети генераторного напряжения: С_Т2 (обмоток трансформатора). С_с (токоведущей цепи между трансформатором и генератором), С_г(обмоток генератора) одной фазы.

Эквивалентная схема этого контура показана на рис. 17-8, б. Из схемы видно, что ток I_ог= , а напряжение нулевой последовательности на стороне генератора блока U_oг ==I_огх_сΣ , здесь х_т1 = 1/ω С_т1, а х_СΣ = 1/(С_т2 + С_с + С_г)ω.

Величина х_т1» х_СΣ (в 100—50 раз), вследствие этого напря­жение U_ог очень мало и составляет 1—2% U_oк2. Поскольку абсо­лютное значение х_Т1 и х_СΣ велико, то ток I_ог в сети генераторного напряжения также очень мал и изменяется долями ампера.

У генераторов, работающих непосредственно на сборные шины, при замыканиях на землю в сети напряжение U_ОГ = U_ф.г, а ток I_ог, проходящий через генератор, достигает обычно нескольких ампер (см. § 9-1). Сопоставив эти данные для обеих схем включения гене­ратора, можно сделать вывод, что в блочных схемах значения U_оги I_ог при замыканиях на землю в сети во много раз меньше, чем в схе­мах генераторов, работающих на сборные шины. Это вызвано нали­чием большого емкостного сопротивления связи х_Т1 между гене­ратором и сборными шинами блоков.

При замыкании на землю в генераторе блока (например К₁ на рис. 17-8, а) в месте замыкания появ­ляется напряжение нулевой последовательности U_oк1= α U_ф._г, где α — количество замкнувшихся на землю витков обмотки гене­ратора.

Если замыкание возникло в сети генераторного напряжения или на выводах обмотки генератора, то α = 1 и U_0К1 = U_ф._г. Под действием U_0К1 возникает ток I₀, который замыкается на землю через параллельно включенные емкости фаз относительно земли (С_Г, С_т2, С_с) обмоток генератора, трансформатора и связываю­щих их токоведущих частей (кабелей или шин) (рис. 17-8, а, в):

 

Поскольку U_oк1 пропорционально α, то I_o ≡ α.

При изменении α от 0 до 1 напряжение U_огменяется от 0 до U_{ог.макс} = U_ф.г и ток в месте замыкания 1₃ = 31₀ меняется от 0 до максимального значения, определяемого величиной U_ф.г:

Характер зависимости U_оги I₃ от α показан на рис. 17-8, г. Величина емкостей элементов сети генераторного напряжения невелика, поэтому в месте замыкания на землю /₃ = 31₀ относи­тельно мал. Максимальное значение 1₃ достигает 5 ÷ 10 А.

Защита и ее принцип действия. С учетом приведенного выше анализа величин токов и напряжений нулевой последовательности, возникающих на генераторной стороне блоков при замыканиях на землю в сети и в генераторе, в Советском Союзе широко приме­няется простая защита, реагирующая на появление U₀ на зажимах генератора. Селективность этой защиты при замыканиях на землю в сети, питающейся от блока, обеспечивается отстройкой от появ­ляющегося при этом напряжения U_0Г на зажимах генератора.

Схемы защиты приведены на рис. 17-9.Защита состоит из реле напряжения 1, реагирующего на U₀ реле времени 2 и вольтметра 3.

Реле напряжения 1 включается на фильтр напряжения нулевой последовательности. В качестве такого фильтра обычно служит трансформатор напряжения ТН с соединением первичной обмотки в звезду, а вторичной — в разомкнутый треугольник. Для пра­вильной работы фильтра нейтраль первичной обмотки должна быть обязательно заземленной (§ 6-3). Напряжение на разомкнутом треугольнике _∆ = _а+ _в + с ⁼ 3 ₀.

⇐ Предыдущая60616263646566676869Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. А.2 Защита от косвенного прикосновения
2. Автоматические защита компрессоров
3. Административная и уголовная защита прав
4. Блок генераторов напряжений с наборным полем
5. Болезнь — это защита от истины
6. Вентильные сварочные генераторы
7. Влияние несимметрии нагрузки на работу генератора
8. Внутригосударственная и международная защита прав человека.
9. Водное хозяйство теплогенерирующих установок. Системы питания теплогенератора водой.- 2 часа
10. ВОЕННАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ, РАДИОБИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНСКАЯ ЗАЩИТА
11. Вопрос 31 Защита населения от ионизирующих, электромагнитных и лазерных излучений
12. ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ