Требования к чувствительности дифференциальной защиты.
Чувствительность защиты проверяется по минимальному току к. з.; в качестве такового принимается ток двухфазного к. з. на выводах генератора (в зоне защиты), когда последний отключен от сети. По ПУЭ необходимо иметь кч ≥ 2.
При замыкании между собой части витков фаз обмоток статора можно ожидать уменьшения тока к. з. Однако расчет токов к. з. в этом случае весьма труден — содержит много условных допущений и поэтому недостаточно точен. Ориентировачная зависимость величины тока короткого замыкания Iк от процента замкнувшихся витков обмотки статора [Л. 70] приведена на рис. 15-12. На основании этого видно, что теоретически дифференциальная защита может иметь мертвую зону вблизи нулевых выводов обмотки.
Пробой изоляции фаз вблизи нулевых выводов маловероятен вследствие небольшой величины напряжений на этой части обмотки.
Однако повреждения изоляции возможны и вблизи нулевых выводов обмотки в результате механических повреждений, а в генераторах с охлаждением водой — вследствие увлажнения изоляции при утечке воды из-за каких-нибудь неисправностей. Поэтому чув ствительность дифференциальных за щит должна быть достаточной для действия при повреждении в любой части обмоток статора. Но чувствительность защиты не должна выбираться с ущербом для надежности отстройки отI нб.
Оценка дифференциальной защиты. Дифференциальная защита является быстродействующей, чувствительной и простой защитой от междуфазных коротких замыканий.
|
|
|
На мощных генераторах 200 МВт и выше, особенно на генераторах 500—800—1200 МВт, необходимо стремиться к высокой чувствительности и быстроте действия дифференциальной защиты для уменьшения объема повреждения, учитывая высокую стоимость крупных машин.
Основными условиями надежной работы защиты при внешнем к. з. и высокой чувствительности при к. з. в зоне являются: 1) выбор трансформаторов тока и их нагрузки таким образом, чтобы погрешность трансформаторов тока не превышала 10%; 2) применение дифференциальных реле, включаемых через БНТ и реле с торможением; 3) надежная отстройка тока срабатывания защиты от тока небаланса.
Некоторым недостатком дифференциальных защит с БНТ является замедление их действия при к. з. в зоне до 0,06—0,1 с.
ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ МЕЖДУ ВИТКАМИ ОДНОЙ ФАЗЫ
Защита от витковых замыканий имеет ограниченное применение вследствие отсутствия простых способов ее осуществления.
Только для мощных генераторов, каждая из фаз которых выполнена в виде двух и более параллельных ветвей, выведенных наружу, разработаны относительно простые и надежные схемы защиты.
|
|
|
В нормальных условиях и при внешних к. з. в параллельных ветвях 1 и 2 каждой фазы генератора наводятся одинаковые по величине и фазе э. д. с. Е1 и Е2 (рис. 15-13, а). Сопротивления параллельных ветвей равны, поэтому токи ветвей I 1, и I 2, в нормальном режиме и при внешнем к. з. также равны по величине и совпадают по фазе.
В случае замыкания части витков wk ветви одной фазы в закороченных витках под действием их э. д. с. Ек возникает большой ток к. з. Iк, циркулирующий по закороченным виткам.
Электродвижущая сила и сопротивление поврежденной ветви (на рис. 15-13 ветвь 2) уменьшается за счет повредившихся витков w к , замкнутых накоротко.
В результате этого нарушается баланс э. д. с. Е1 и Е2, а также токов 11 и I2 в параллельных ветвях поврежденной фазы. Появляется э. д, с. ∆Е = Е1 — Е2, под действием которой в контуре поврежденной фазы возникает уравнительный ток
где х1 и х2 — индуктивные сопротивления ветвей 1 и 2 (активные сопротивления не учитываются, так как они очень малы); Е1 и Е2 — э. д. с. неповрежденной и поврежденной ветвей.
Чем меньше число замкнувшихся витков wк, тем меньше будет различие между Е1 и Е2. Следовательно, согласно (15-14) с уменьшением w к будет уменьшаться и ток повреждения I у из-за уменьшения Е1 — Е2.
|
|
|
Нарушение равенства токов в параллельных ветвях статора генератора, происходящее при витковых замыканиях, и появление уравнительного тока Iу используются для выполнения защиты от этого вида повреждения.
Для защиты от витковых замыканий в СССР применяется поперечная дифференциальная защита, основанная на сравнении токов двух параллельных ветвей фаз генератора. Такое сравнение можно осуществлять с помощью трехсистемной или односистемной схемы защиты.
Трехсистемная схема предусматривает сравнение токов ветвей отдельно для каждой фазы. Для этой цели устанавливаются три токовых реле. Каждое реле включается на разность токов параллельных ветвей фазы А, В и С соответственно.
Односистемная схема выполняется с помощью одного дифференциального реле, сравнивающего сумму токов параллельных ветвей 1 трех фаз 
а1 + В1 + с1 с такой же суммой токов а2 + В2 + с2 другой группы параллельных ветвей 2.
Односистемная схема получила преимущественное распространение в СССР.
Односистемная схема поперечной дифференциальной защиты. (рис. 15-13, б). Три параллельные ветви 1 фаз статора А, В и С и три параллельные ветви 2 тех же фаз соединяются раздельно в две звезды с двумя выведенными наружу нейтралями Н1 и Н2. Эти нейтрали соединяются друг с другом нулевым проводом Н1 — Н2. В цепи нулевого провода устанавливается трансформатор тока То. К его вторичной обмотке через фильтр Ф подключается , токовое реле Т. Фильтр Ф пропускает ток основной частоты 50 Гц и запирает ток высших гармоник, в том числе третьей гармоники.
|
|
|
Из схемы видно, что ток Iн.п в нулевом проводе Н1 — Н2, питающий реле Т, равен разности токов нулевой последовательности звезды двух групп параллельных ветвей 1 и 2:
Iн.п. = ( А1+ В1+ С1) – ( а2 + В2 + с2 ) = 3 I 01 – 3 I 02 (15-15)
где I01 и I02 — ток нулевой последовательности параллельных ветвей 1 и 2.
В нормальном режиме геометрическая сумма токов фаз каждой звезды равна нулю, т. е. А1+ В1+ С1 = 0 и а2 + В2 + с2 = 0.
При трехфазных и двухфазных внешних к. з. сумма токов к. з. в каждой звезде также равна нулю. Токи нагрузки, проходящие при этих повреждениях в ветвях статора, балансируются, так как нейтраль нагрузки не связана с нейтралью генераторов и токи нулевой последовательности в нагрузке и генераторе отсутствуют.
Таким образом, в обоих случаях ток в нулевом проводе по выражению (15-15) Iн.п = 0 и реле не работает. В действительности ток Iн.п.≠ 0. Вследствие некоторого искажения формы кривой фазных э. д. с. генератора в каждой группе параллельных ветвей возникают гармонические токи, в особенности токи третьей гармоники I 1(3) и I2(3) Эти токи совпадают по фазе и суммируются в нулевом проводе Н1 — Н2, образуя результирующий тою 3I1(3) — 3I2(3) = 3I(3).
Вследствие неточного равенства э. д. с. параллельных ветвей ЕА1 и Еа2, ЕВ1 и ЕВ2, Ес1 и ЕС2 в контуре каждой фазы появляется уравнительный ток основной частоты IуА, Iув и Iуc. Уравнительный ток и ток третьей гармоники замыкаются в контуре параллельных ветвей каждой фазы, протекая по нулевому проводу Н1 — Н2:
Токи третьих гармоник запираются фильтром Ф и не попадают в реле. Уравнительные токи Iу имеют частоту 50 Гц и поэтому беспрепятственно проходят в реле, обусловливая появление в нем тока небаланса:
Для исключения ложного действия защиты необходимо выпол нить условие
При замыкании витков в ветви одной из фаз, как было показано выше, равенство токов в ветвях поврежденной фазы нарушается, возникает уравнительный ток Iу, определяемый выражением (15-14).
Этот ток замыкается по нулевому проводу Н1 — Н2 и вызывает появления тока в реле:
Защита приходит в действие при Iу > Iсз.
Поскольку величина тока Iу уменьшается с уменьшением числа замкнувшихся витков wк, защита имеет мертвую зону. Она не действует при Iу < Iс.з. Защита реагирует не только на витковые замыкания, она может сработать при междуфазных к. з. и при замыканиях между ветвями одной фазы, так как при этом обычно нарушается равенство э. д. с. и токов в параллельных ветвях поврежденных фаз. В этом можно убедиться, рассмотрев токораспределения в обмотках статора для каждого из указанных повреждений. В обоих случаях защита имеет значительные мертвые зоны.
Трансформатор То, питающий защиту, выбирается без учета тока нагрузки, поскольку ток появляется в нем только при повреждениях, но он должен проходить по условиям термической и динамической устойчивости при максимальном значении тока повреждения.
Этим требованиям отвечает трансформатор тока спервичным номинальным током порядка 0,25 Iном.г. Исходя из этого, коэффициент трансформатора тока То выбирается по выражению
при этом вторичный ток То должен соответствовать шкале уставок на дифференциальном реле. В отличие от всех остальных схем дифференциальных защит в данной схеме, погрешность трансформатора тока То не вызывает токов небаланса, поэтому к его точности (характеристикам намагничивания) не предъявляют особых требований.
В связи с образованием двух нейтралей (Н1 и Нг) у нулевых выводов обмоток статора трансформаторы тока для продольной дифференциальной защиты генератора должны иметь по две первичные обмотки, состоящие из двух изолированных друг от друга пакетов шин первой и второй параллельной ветвей фазы статора генератора.
Ток срабатывания защиты должен быть больше тока небаланса, появляющегося в реле при внешних к. з.: Iс.з = kнIнб.макс. На основании опыта эксплуатации принимается Iс.з = (20 ÷30%) Iном.г. Как показывает опыт, такая уставка при наличии фильтра обеспечивает достаточную отстройку от тока небаланса и действие защиты согласно расчетам ВНИИЭ при замыкании одного витка (имеется в виду, что обмотка фазы турбогенератора имеет 7—9 витков).
Для выполнения защиты применяется реле РТ-40/Ф, схема которого показана на рис. 15-13, б. Сопротивления обмоток реле и конденсатора С подобраны так, что токи третьей гармоники, циркулирующие по проводу, соединяющему нейтрали Н1 и Н2, замыкаются главным образом через конденсатор; благодаря этому Iср при частоте 150 Гц получается в 10 раз больше, чем при токе с частотой 50 Гц. Ток срабатывания реле регулируется отпайками на трансформаторе Т и пружиной на реле в пределах 1,75—8,8 А.
В процессе эксплуатации выявилось, что поперечная диффе ренциальная защита может неправильно работать при двойных замыканиях на землю в обмотке ротора. Это объясняется тем, что витки параллельных ветвей фаз статора располагаются в разных пазах; при двойном замыкании в роторе магнитное поле ротора становится неравномерным; ветви одной фазы попадают в поле с разной магнитной индукцией, в результате чего равенство э. д. с. ветвей нарушается и в реле поперечной дифференциальной защиты появляется ток.
Двойные замыкания на землю в роторе иногда бывают неустойчивыми (носят кратковременный характер). Чтобы исключить в этом случае работу поперечной дифференциальной защиты, можно замедлить ее действие. Однако при этом защита теряет свое быстродействие, что приводит к увеличению повреждения при витковых замыканиях. Поэтому от применения замедления отказались, допуская срабатывание защиты при двойных замыканиях на землю в обмотке ротора.
Оценка защиты. Достоинством рассмотренной защиты от витковых замыканий являются ее простота и быстродействие, а недостатком — наличие мертвой зоны и непригодность для защиты генераторов, не имеющих параллельных ветвей.
Защита от витковых замыканий, реагирующая на гармони ческие составляющие токов повреждения. В связи с недостаточным совершенством применяемых защит во ВНИИЭ разработана новая защита от витковых замыканий типа ЗЗВ-1. Защита обладает достаточно хорошей чувствительностью и может применяться на генераторах с любым числом ветвей в обмотке статора.
Защита реагирует на появление в обмотке ротора переменного тока, при витковых замыканиях в обмотке статора.
Исследования и эксперименты показали, что при витковых замыканиях в статорной обмотке в кривой н. с. статора появляются составляющие пятой гармоники, вызывающие соответствующие токи в роторе. В нор мальном режиме и при внешних к. з. пятая гармоника
практически отсутствует [Л. 112]. Структурная схема защиты ЗЗВ-1, использующей эту особенность, приведена на рис 15-14. В цепи ротора устанавливается воздушный трансформатор тока ТТВ. Вторичный ток поступает через фильтр 1 в реагирующий орган реле. Фильтр 1 пропускает токи с частотой 250 Гц (пятая гармоника). Этот ток поступает в реле 2, выпрямляется, сглаживается, усиливается и подается в исполнительный орган защиты - промежуточные реле РП (типа РП-212). Защита находится в опытной эксплуатации.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 859; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!