Описание защит и расчет их уставок
Введение: Все силовое электрооборудование подстанций, электростанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов устройствами релейной защиты, автоматическими выключателями или предохранителями и оснащено устройствами электроавтоматики, в том числе устройствами противоаварийной автоматики и устройствами регулирования. Рассмотрим защиты основных элементов ГЭС: генераторов, трансформаторов и ЛЭП.
Релейная защита и автоматика
Расчет номинальных токов.
На генераторном напряжении:
Номинальный ток генераторного напряжения приведенный к низшей стороны трансформатора тока:
Номинальный ток на высшем напряжении распределительного устройства:
Номинальный ток высшего напряжения приведенный к низшей стороне трансформатора тока:
Номинальный ток высшего напряжения на трансформаторе возбуждения:
Перечень защит основного оборудования
Генератор СВ – 855/235-32
Силовой трансформатор ТДЦ 200000/220/13,8
Линии электропередачи 220 кВ
В соответствии с ПУЭ согласно мощности генератора принимаем к установке следующие виды защит на основном оборудовании.
На главном генераторегидрогенератореСВ – 855/235-32 :
· Продольная дифференциальная зашита генератора от многофазных коротких замыканий в обмотках статора генератора и на его выводах;
|
|
|
· Защита от замыканий на землю (100%) обмотки статора генератора;
· Защита от замыканий на землю обмотки ротора генератора;
· Защита от повышения напряжения;
· Защита обратной последовательности от токов внешних несимметричных коротких замыканий и несимметричных перегрузок генератора;
· Защита от симметричных перегрузок статора;
· Дистанционная защита от внешних коротких замыканий;
· Защита от асинхронного режима без потери возбуждения генератора;
· Защита от асинхронного режима при потере возбуждения генератора;
· Защита от перегрузки обмотки ротора, контроль длительности форсировки;
· Устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ) генератора;
На силовом трансформаторе блокаТДЦ 200000/220/13,8 :
· Дифференциальная защита от всех видов коротких замыканий;
· Устройство выбора поврежденной фазы трансформатора, охватывающее обмотку ВН (Дифференциальная защита нулевой последовательности);
· Токовая защита нулевой последовательности от коротких замыканий на землю в сети 220кВ;
· Резервная максимальная токовая защита;
· Защита от замыканий на землю на стороне 13,8кВ трансформатора блока;
· Контроль тока и напряжения для пуска пожаротушения трансформатора блока;
|
|
|
· Реле тока охлаждения трансформатора блока;
· Защита от повышения температуры масла в баке трансформатора;
· Защита от потери охлаждения
На трансформаторе СН ГЭС:
· Дифференциальная защита от всех видов коротких замыканий
· Максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению
· Защита от перегрузки
· Реле тока охлаждения
На линиях электропередачи 220 кВ:
- Основные защиты:
· дифференциально-фазная высокочастотная защита от всех видов КЗ.
- Резервные защиты:
· 5-ти ступенчатая дистанционная защита от многофазных замыканий;
· токовая отсечка для резервирования дистанционной защиты при близких междуфазных КЗ;
· 4-х ступенчатая токовая направленная защита от замыканий на землю (ТНЗНП);
· для обеспечения отключения КЗ при отказах выключателей 220кВ предусматривается УРОВ 220кВ.
Описание защит и расчет их уставок
1.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (I∆G)
Таблица 1.2.1-Параметрыгидрогенератора
| Тип | СВ – 855/235-32 | |||
| Мощность номинальная | полная | 176,5 МВА | ||
| активная | 150 МВт | |||
| Номинальное напряжение | 13,8 кВ | |||
| Коэффициент мощности cosφ | 0,85 | |||
| Частота вращения | 187,5 об/мин | |||
| Номинальный ток статора
| 7392 А | |||
| Ток ротора при номинальной нагрузке | 1565 А | |||
| Индуктивное сопротивление по продольной оси (о.е) | синхронное Xd | 1 | ||
| переходное X’d | 0,28 | |||
| сверхпереходное X”d | 0,17 | |||
| Емкость обмотки статора | 1,12мкФ/фазу | |||
Таблица 1.2.2-Параметрысилового трансформатора
| Тип | ТДЦ – 200000/220/13,8 |
| Мощность номинальная | 200 МВА |
| Номинальное напряжение | 242 кВ |
| Напряжение короткого замыкания | Uк = 10,85 |
Продольная дифференциальная защита генератора является основной быстродействующей чувствительной 
защитой от междуфазных коротких замыканий в обмотке генератора и на его выводах.
Защита выполняется трехфазной и подключается к трансформаторам тока в линейных выводах статора генератора и к трансформаторам тока в нейтральных выводах.
Номинальный ток генератора: 
Коэффициент трансформации трансформаторов тока: 
1) Начальный ток срабатывания определяет чувствительность защиты при малых тормозных токах. Величина 
выбирается с учетом возможности отстройки защиты от тока небаланса номинального режима:
где 
- коэффициент однотипности трансформаторов тока;
- относительная погрешность трансформаторов тока.
|
|
|
Уставка выбирается из условия:
где 
- коэффициент надежности.
Принимаем уставку: 
2) Коэффициент торможения 
определяет чувствительность защиты к повреждениям при протекании тока нагрузки. Величина выбирается с учетом отстройки защиты от токов небаланса, вызванных погрешностями трансформаторов тока при сквозных коротких замыканиях.
Максимальный ток небаланса при внешнем трехфазном коротком замыкании равен:
где 
– коэффициент апериодической составляющей;
- относительная погрешность трансформаторов тока;
- коэффициент однотипности трансформаторов тока (0,5-для однотипныхТТ, 1,0 для разных ТТ);
- максимальный ток через трансформаторы тока в линейных выводах при внешнем трехфазном коротком замыкании в цепи генераторного напряжения;
Таким образом, максимальный ток небаланса равен по (5.3):
Коэффициент торможения выбирается из условия:
где – коэффициент надежности;
- ток трехфазного короткого замыкания на выводах генератора.
Принимаем уставку 
3) Уставка начального торможения (увеличивает зону работы защиты без торможения):
4) Тормозной ток В определяет точку излома характеристики срабатывания. При выборе В должно выполняться условие:
Принимаем типовое значение уставки В = 1,5 (при этом условие выполняется).
На рисунке 1.2.1 приведена характеристика срабатывания дифференциальной защиты генератора.
Рисунок 1.2.1 – Характеристика срабатывания дифференциальной
защиты генератора
Защита действует на отключение генератора, гашение полей, останов турбины со сбросом аварийно-ремонтных затворов и на пуск пожаротушения генератора.
1.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un (Uo ))
Защита обеспечивает 100% охват обмотки статора генератора, работающего в режиме изолированного блока и не имеющего гальванической связи с системой собственных нужд.
Защита выполнена с помощью двух органов напряжения:
1) Первый орган (U0) реагирует на основную составляющую напряжения нулевой последовательности U0 и защищает 85% витков обмотки статора со стороны фазных выводов; U0 включается на напряжение нулевой последовательности 3U0 ТН линейных выводов генератора, измеряемое обмоткой «разомкнутый треугольник».
Напряжение срабатывания органа основной гармоники выбирается из условия отстройки от действующего значения напряжения нулевой последовательности основной частоты обусловленного электростатической индукцией силового трансформатора блока 
при КЗ на землю на стороне ВН.
Расчет 
выполнен в соответствии с методикой, рекомендованной Руководящими Указаниями.
– емкость одной фазы обмотки статора генератора на землю;
– емкость одной фазы обмотки НН трансформатора на землю;
– емкость шинопровода по отношению к земле;
– емкость генераторного выключателя со стороны траснформатора;
Суммарная емкость фазы сети генераторного напряжения:
Суммарный емкостной ток сети 13,8 кВ:
Напряжение нулевой последовательности на выводах генератора при однофазных замыканиях на стороне 220кВ:
,где 
– коэффициент, учитывающий распределение напряжения 
по обмотке ВН трансформатора. В соответствии с Руководящими Указаниями для трансформаторов, работающих с глухозаземленной нейтралью, 
– емкость между обмотками высшего и низшего напряжения одной фазы траснформатора, 
– напряжение нулевой последовательности при замыкании на землю на стороне высшего напряжения трансформатора. Принимается равным:
Тогда напряжение нулевой последовательности на выводах генератора при однофазных замыканий на стороне 220кВ:
Напряжение срабатывания защиты определится из выражения:
,
где 
– коэффициент надежности;
– коэффициент трансформации ТН;
– коэффициент возврата.
имеет уставку срабатывания по напряжению нулевой последовательности, регулируемую в диапазоне от 5 до 20 В.
Принимаем следующие уставки: 
с уставкой 5 В с выдержкой времени 9,0с действует на сигнал; 
с уставкой 10 В и выдержкой времени 0,5с, которая действует на разгрузку агрегата; 
с уставкой 15 В и выдержкой времени 0,5с с действием на отключение выключателя генератора, гашение полей гидрогенератора и выключателя, останов турбины и сброс аварийно-ремонтных затворов.
2) Второй орган 
реагирует на соотношение напряжение третей гармоники и в нейтрали на выводах генератора и защищает порядка 30% витков обмотки статора со стороны нейтрали.
Для органа уставка по коэффициенту торможения регулируется от 1 до 3.
Расстояние от нейтрали генератора до места замыкания в обмотке статора зависит от :
При 
орган работает селективно и защищает 31,3 % обмотки статора со стороны нейтрали.
Защита с выдержкой времени 500 мс действует на отключение выключателя генератора, гашение полей и останов турбины со сбросом аварийно-ремонтных затворов.
1.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>)
Защита от повышения напряжения имеет две ступени
1) Уставка защиты U2> выбирается:
2) В дополнение к вышеуказанной защите на генераторе предусмотрен второй орган U1> с уставкой 
предназначенный для работы в режиме холостого хода или при сбросе нагрузки.
U1> вводится в работу в режиме холостого хода генератора.
Уставка U1> рассчитывается:
Уставка органа тока, контролирующего отсутствие тока в цепи генератора и на стороне 220 кВ принимается минимальной и равной 
.
Защита с выдержкой времени 0,5 с действует на отключение выключателя генератора, гашение полей.
1.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2)
Защита предназначена для ликвидации недопустимых перегрузок генератора токами обратной последовательности при внешних несимметричных междуфазных коротких замыканиях и других несимметричных режимах энергосистемы, а также при несимметричных коротких замыканиях в самом генераторе.
Защита реагирует на относительный ток обратной последовательности 
:
где 
– ток обратной последовательности в первичной цепи генератора,
– номинальный ток генератора в первичной цепи.
Допустимая длительность несимметричного режима при неизменном значении тока характеризуется выражением:
где 
– параметр, заданный заводом-изготовителем.
Защита следующие органы органов:
1) Сигнальный орган 
срабатывающий при увеличении тока выше значения уставки срабатывания с независимой выдержкой времени (действует на сигнал).
Принимаем уставку сигнального органа: 
2) Пусковой орган 
срабатывает без выдержки времени при увеличении значения выше уставки срабатывания и осуществляет пуск интегрального органа. Ток срабатывания пускового органа выбирается по условию обеспечения надежного пуска интегрального органа при 
Тогда:
Уставка равна:
где 
– коэффициент надежности.
При этом допустимая длительность перегрузки может быть определена по тепловому действию тока, равного 
3) Интегральный орган срабатывает при удаленных несимметричных режимах, сопровождающихся токами перегрузки с зависимой от тока выдержкой времени, определяемой уравнением:
Допустимая длительность протекания токов обратной последовательности в генераторе представлена в таблице 1.
Таблица 1.2.3 - Допустимая длительность протекания токов обратной последовательности в генераторе
| Кратность перегрузки по току обратной последовательности I2/Iн | 1,0 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,2 |
| Длительность (с) | 20 | 55 | 80 | 125 | 220 | 500 |
Харктеристика интегрального органа защиты обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) представлена на рисунке 1.2.2.
Рисунок 1.2.2 - Характеристика интегрального органа защиты обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2)
Исходя из характеристики срабатывания интегрального органа время срабатывания принимаем: t мин. = 20 с, t макс. = 600 с.
Интегральный орган имитирует процесс охлаждения статора генератора после устранения перегрузки по экспоненциальному закону. При этом промежуток времени, за который перегрев генератора снижается от максимально допустимой величины до 0,135 от этой величины, условно называется временем «полного охлаждения» (Iохл) и регулируется в диапазоне от 10 до 999 с. Этот параметр выставляется согласно указаниям завода-изготовителя (tохл= 100с).
4) Орган токовой отсечки 
срабатывает с независимой выдержкой времени при увеличении тока выше уставки срабатывания органа и является защитой от внешних несимметричных коротких замыканий.
Ток срабатывания органа отсечки определяется из следующих условий:
1. Из условия предотвращения перегрева ротора при протекании тока обратной последовательности;
2. Из условия обеспечения чувствительности при двухфазном коротком замыкании на шинах ВН блока и на отходящих BЛ.
3. Из условия согласования по чувствительности и времени действия с защитами BJI.
По первому условию: выбор тока срабатывания производится по кривой предельной длительности протекания через генератор токов обратной последовательности
По второму условию:
а) по условию обеспечения чувствительности при двухфазных коротких замыканиях на шинах ВН блока:
0,17 
,
где 
- сверхпереходное сопротивление генератора, приведенное к высшей стороне напряжения;
0,165 
,
где 
–сопротивление обратной последовательности генератора, приведенная к высшей стороне.
Ток срабатывания защиты на стороне генераторного напряжения
- сопротивление трансформатора в относительных единицах.
б) по условию обеспечения чувствительности к повреждениям в конце линий 220кВ при отключении выключателей на противоположном конце ВЛ и работе всех генераторов:
(1.24)
Ток срабатывания защиты на стороне генераторного напряжения
ток срабатывания выбирается исходя из согласования по чувствительности с резервными защитами линии. В связи с отсутствием необходимых данных принимаем уставку срабатывания по второму условию.
Отсечка действует с выдержкой времени 8,5 с на отключение блочных выключателей 220 кВ и выключателей ТСН, с выдержкой времени 9,0 с на отключение выключателя генератора и гашение полей.
1.2.5 Защита от симметричных перегрузок 
Защита предназначена для ликвидации недопустимых перегрузок обмоток статора. Защита выполнена с зависимой от тока выдержкой времени и содержит следующие функцональные органы:
1) Сигнальный орган, срабатывающий с независимой выдержкой времени при увелечении тока выше значения уставки срабатывания и действующий в предупредительную сигнализацию.
Уставка сигнального органа:
где 
– коэффициент надежности;
– коэффициент возврата.
Выдержка времени 
2) Пусковой орган, срабатывающий без выдержки времени при увеличении тока выше уставки срабатывания и осуществляющий пуск интегрального органа.
Уставка пускового органа:
3) Интегральный орган срабатывает с зависимой выдержкой времени.
Уставка интегрального органа определяется по интегральной перегрузочной характеристике обмотки статора, приведенной в таблице 5.2.4:
Таблица 1.2.4 - Уставка интегрального органа, определяемая по интегральной перегрузочной характеристике обмотки статора
Кратсность перегрузки 
| 1,1 | 1,15 | 1,2 | 1,25 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 2,0 |
| Длительность перегрузки (с) | 3600 | 900 | 360 | 300 | 240 | 120 | 60 | 1 |
Характеристика интегрального органа защиты от симметричных перегрузок 
представлена на рисунке 1.2.3.
Рисунок 1.2.3 - Характеристика интегрального органа
защиты от симметричных перегрузок
Интегральный орган защиты через отключающий орган действует на отключение выключателя генератора, гашение полей.
Уставка выдержки времени отключающего органа принимается минимальной и равной 0,01 с.
4) Орган токовой отсечки, срабатывающий с независимой выдержкой времени при увеличении тока выше значения уставки срабатывания.
Уставка органа отсечки:
Токовая отсечка выполнена с пуском по минимальному напряжению 
Напряжение срабатывания принято равным:
Отсечка действует с выдержкой времени 8,0 с на отключение секционных В, 8,5 с на отключение блочных выключателей 220 кВ и выключателей ТСН, с выдержкой времени 9,0 с на отключение выключателя генератора и гашение полей.
1.2.6 Дистанционная защита генератора 
Защита выполняется на основе дистанционных органов и подключается к измерительным трансформаторам тока в нейтрали генератора и трансформаторам напряжения на выводах генератора.
Характеристика срабатывания задается в виде круга, расположенного в I и II квадранте со смещением в III и IV квадрант комплексной плоскости сопротивлений.
1) Сопротивление срабатывания первой ступени выбирается по условию обеспечения действия с выдержкой времени не более 1с. Указанная выдержка времени принимается по условию согласования с первыми ступенями защит линий, отходящих от шин ГЭС.
Согласование производится для условий работы на шинах 220 кВ ГЭС одного блока. 
приведенное к напряжению 220 кВ, может быть принято:
А) по согласованию с первой ступенью защит ВЛ220 кВ:
где – коэффициент, учитывающий, что линии параллельны;
– сопротивление трасформатора, приведенное к нпаряжению стороны 220 кВ;
В относительных единицах, приведенных к номинальным параметрам генератора:
в первичных Омах составит:
где 
Уставка на реле будет равна:
Принимаем уставку 
Первая ступень действует с выдержкой времени 0,5с на отключение на отключение блочных выключателей 220 кВ и выключателей ТСН, с выдержкой времени 1,0 с на отключение выключателя генератора, гашение полей, останов турбины со сброосом АРЗ.
2) Функция 
отличает повреждение от качаний в энергосистеме по скорости относительного изменения полного сопротивления. Уставка функции , в связи с отсутствием исходных данных, принимается исходя из данных, рассчитанных ранее, 
3) Сопротивление срабатывания второй ступени выбирается из условия отстройки от режима нагрузки и режима форсировки возбуждения.
Сопротивление нагрузки в нормальном режиме:
где 
– номинальный ток статора, А.
Для определения сопротивления нагрузки в режиме форсировки возбуждения генератора выполняется расчет тока статора при двойном токе возбуждения 
и напряжения на зажимах статора 
(без учета насыщения):
где 
– ток ротора холостого хода, А;
– синхронное индуктивное сопротивление генератора по продольной оси.
С учетом насыщения машины величина тока статора генератора в режиме форсировки составит 
Соответственно сопротивление нагрузки в этом режиме:
Угол нагрузки в режиме форсировки равен 
Сопротивление срабатывания защиты может быть принято:
Значение уставки реле составит:
Принимаем уставку 
Величина смещения характеристики срабатыванияпо оси максимальной чувствительности составляет 12%. Уставки по сопротивлению смещения 
Выдержка времени второй ступени должна быть отстроена от наибольшей выдержки времени резервных защит линий.
Вторая ступень действует с выдержкой времени 8,5 с – на отключение блочных выключателей 220 кВ и выключателей ТСН, с выдержкой времени 9,0 с на отключение генератора и гашение полей.
Характеристика срабатывания дистанционной защиты представлена на рисунке 1.2.4.
Рисунок 1.2.4 - Характеристика срабатывания дистанционной защиты
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 1199; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!