В) Токовая защита от симметричной перегрузки

На электростанциях, имеющих постоянный дежурный пер­сонал, защита от перегрузки должна действовать на сигнал и выполняться по схемам, приведенным на рис. 15-27 и 15-28.

Перегрузка, как правило, является симметричным режимом. Поэтому защита от перегрузки выполняется при помощи одного токового реле Т₂, включенного в одну из фаз генератора. Сраба­тывая, оно действует на реле времени В₂, которое подает сигнал. Поскольку перегрузка может продолжаться длительно, реле вре­мени В₂ должно быть термически устойчивым. Ток срабатывания токового реле Г₃ выбирается по выражению (15-9). Для повышения чувствительности к перегрузкам k _н применяется равным 1,05.

Выдержка времени на реле времени выбирается несколько большей, чем на защите от внешних к. з., с тем чтобы защита от перегрузки не давала сигналов при внешних к. з., отключаемых защитой.

На электростанциях без постоянного дежурного персонала максимальная токовая защита от перегрузки должна выполняться с двумя выдержками времени и действовать: с меньшей — на сигнал и снижение возбуждения, а с большей — на отключение выключателя и АГП.

Для мощных генераторов ведется разработка защиты с зави­симой характеристикой, соответствующей тепловой характери­стике генератора. Такую защиту следует выполнять с действием на отключение.

Г)       Токовая защита обратной последовательности

Назначение, требование и принцип действия. Как указывалось в § 15-1, б, несимметрия токов в статоре является опасным режи­мом для генераторов, особенно для генераторов с непосредствен­ной системой охлаждения. Подобные несимметрии возникают при внешних двухфазных и однофазных к. з. и в режиме нагрузки, при обрыве одной или двух фаз, например вследствие обрыва провода на линии электропередачи или недовключения фаз вы­ключателя. Повышенный ток при неотключившихся внешних несимметричных к. з. нагревает статор генератора, а токи обрат­ной последовательности, появляющиеся при несимметричных внеш­них к. з. и нагрузках, индуктируют в роторе вихревые токи, вызывающие опасный нагрев металлических частей и обмотки последнего (см. § 15-1, б).

Вследствие недостаточной чувствительности максимальной за­щиты к несимметричным внешним к. з. и не действия ее при несим­метричных нагрузках разработана и применяется токовая защита обратной последовательности, реагирующая на появление тока I₂. Эта защита выполняет функции двух защит: 1) защиты от чрез­мерного нагрева ротора генератора при несимметричных к. з. и нагрузках и 2) резервной защиты статора при несимметричных к. з. и нагрузках, а также при к. з. в самом генераторе в случае отказа его дифференциальной защиты.

В первом случае защита должна удовлетворять двум условиям: во-первых, она должна срабатывать при I₂, превышаю­щем максимальный длительно допустимый ток I_{2доп.макс} по условию нагрева ротора, для чего необходимо иметь:

и, во-вторых, должна иметь выдержку времени

где t_доп — время, в течение которого ротор при данном значении I₂ нагревается до предельной температуры, определяется по тепло­вой характеристике ротора из уравнения (15-1); к_н — коэффи­циент надежности, принимаемый равным 0,9—1.

Во втором случае (в качестве резервной защиты ста­тора) защита обратной последовательности должна иметь чувстви­тельность, достаточную для отключения несимметричных к. з. в конце зоны резервирования, и действовать с наименьшей выдерж­кой времени, обеспечивающей селективность.

Указанные требования можно выразить следующими соотношениями:

где I_2к.мин — минимальный ток обратной последовательности в ге­нераторе при к. з. в конце самой длинной линии, отходящей от шин электростанции; t_л — выдержка времени защиты линий, отходящих от шин электростанции.

Характеристика реле. Наилучшим способом защиты ротора от нагрева токами обратной последовательности является защита с зависимой от тока I₂ характеристикой t ₃ = f (I₂), соот­ветствующей тепловой характеристике ротора по уравнению (15-1). Отвечающая этому

условию характеристика защиты

показана пунктиром на рис. 15-29,

Защита с зависимой характеристикой 1 позволяет полностью использовать перегрузочные возможности генератора, что явля­ется ее главным достоинством. Однако простой и серийно выпу­скаемый конструкции реле с зависимой характеристикой в Со­ветском Союзе пока еще нет, и поэтому на практике применяется защита обратной последовательности со ступенчато-зависимой характеристикой 2 (рис. 15-29). Как видно из рис. 15-29, незави­симая защита не позволяет полностью использовать перегрузоч­ные возможности генератора и отключает его раньше, чем это допустимо по условию нагрева, что является ее существенным недостатком. Ниже рассмотрены общие принципы выполнения обеих защит.   

Токовая защита обратной последовательности с зависимой характеристикой. Все разновид­ности этой защиты (рис. 15-30) состоят из трех токовых реле Т_1, Т₂, Т₃, питающихся током I₂ от фильтра обратной последо­вательности Ф₂.

Реле Т₁  действует на сиг­нал, предупреждая дежурный персонал о появлении опасных токов I₂ > I_{2длит.доп.макс}.

 

Сигнальное реле предназна­ чено для работы при малых кратностях тока I₂, которые могут допускаться по условиям на­грева ротора в течение 2 мин и более. Предполагается, что за это время (2 мин и более) дежурный персонал может принять меры кустранению несимметрии, а при отсутствии такой возможности своевременно отключить генератор. По тепловой характеристике ротора (рис. 15-2) можно установить, что t_доп > 2 мин имеет место в начальной части характеристики в диапазоне токов от I_{2макс.длит} до (0,4 ÷0,6) I_ном._г.

Ток срабатывания реле Т₁ отстраивается от I_{2длит.доп.макс} с учетом k _в03 реле, т. е.

Выдержка времени t ₁  выбирается так, чтобы сигнализация не действовала при к. з. в сети, но была не больше 5—6 с, чтобы дежурный имел возможно больше времени для проведения опера­ций по ликвидации несимметрии.

Реле Т₂ является защитой ротора от несимметричных ре­жимов с такими токами I₂, при которых ручная ликвидация не­симметрии невозможна, так как требуется быстрое отключение генератора с t <. 2 _мин. Это реле должно иметь зависимую характеристику согласно уравнению (15-27) и должно действовать при токах I₂, которым соответствует по тепловой характеристике ротора t_доп ≤ 2 _мин. Отвечающий этому условию ток находится из уравнения (15-1), если принять в нем t_доп = 2 мин (120 с):

Реле Т₃ служит резервной защитой от неотключивш и х с я несимметричных к. з. внешних или в генераторе. Генератор в этих случаях следует отключать, не дожидаясь, когда истечет допустимое время t_доп по условию нагрева статора и ротора. Реле Т₃ действует на отключение генератора и АГП с независимой от тока I₂ выдержкой времени t_III, создаваемой реле времени В₃ (рис. 15-30, а). Ток срабатывания реле Т₃ выби­рается так, чтобы оно надежно действовало при несимметричных к. з. в конце зоны резервирования, т. е. I_с.зIII< I_2к.мин. Выдержка времени t_III  выбирается из двух условий:

1) селективности с защитами присоединений, отходящих от шин электростанции,         t_III = t _прис +∆t;

2) согласования с t_доппо тепловой характеристике ротора при наибольшем значении I_{2 к.макс} в случае двухфазного к. з, на выводах генератора (точка К на рис. 15-30, б): ( t_III ≤ t_доппри I_{2 к.макс}-
Второе условие является обязательным.

Характеристика времени действия рассмотренной защиты при­ведена на рис. 15-30, б.

 

Принципы выполнения зависимых токовых реле Т₂. ВСовет­ском Союзе разработаны конструкции зависимых реле, реаги­рующих на значение , косвенно характеризующее количество тепла, выделенное в роторе при прохождении тока I₂ в статоре за время t .

Поскольку значение тока I₂ во время несимметричного ре­жима может изменяться, то для правильного определения допу­стимого времени t_доц зависимое реле должно суммировать величины  в каждый момент времени или, иначе говоря, осуществлять интегрирование . Реле должно срабатывать, когда =А,т.е.когда количество тепла, обусловленное током I₂, достигает значения Q_пред = k А, при котором температура наиболее нагретого элемента ротора повысится до предельно допустимого значения. Характеристика реле t _э  = f (I₂), учитывающая процесс нагрева ротора при изменяющемся значении тока I₂, называется интегральной.

При исчезновении I₂ вследствие ликвидации несимметричного режима процесс возврата реле в начальное состояние должен соответствовать процессу остывания ротора генератора.

Наиболее удачными являются конструкция на магнитных элементах с прямоугольной характеристикой намагничивания, предложенная ВНИИЭ [Л. 93], и реле, разработанные Энергосетьпроектом и ВНИИР на полупроводниках с использованием для получения интегрально зависимой характеристики процесса заряда и разряда конденсатора [Л. 94]. Опытная партия реле последнего типа РТФ-6М выпущена ЧЭАЗ. Однако поскольку окончательной схемы этого реле еще нет, ниже рассматриваются основные принципы выполнения аналогичного реле, разработан­ного Энергосетьпроектом. Упрощенная структурная схема этого реле показана на рис. 15-31, б. Реле состоит из фильтра тока I₂ (1); выпрямителя 2; преобразователя 3, преобразующего ток I₂ в ток I_п = k  интегратора 4, обеспечивающего работу реле с вы­держкой времени, обратно пропорциональной , с учетом меняю­щегося значения тока I₂; исполнительного органа 5, подающего импульс на отключение.

Интегратор. В качестве интегратора используется конден­сатор С (рис. 15-31, а), процесс заряда которого во времени проис­ходит по такому же закону, как и адиабатический нагрев ротора от тока I₂. Заряд конденсатора характеризуется уравнением

где U_C  и С — напряжение и емкость конденсатора; I_{C ( t )} — мгновенное значение зарядного тока конденсатора; q — заряд конденсатора, равный .

Из (15-29) получим:

 

Сравнив (15-29а) с (15-2) и (5-13), можно сделать вывод, что при U _С С = А и I_{C ( t )} =  (t) оба выражения идентичны и поэтому конденсатор может служить электрической моделью нагрева ротора.

Возможны две схемы интегратора с конденсатором С: одна — основанная на его заряде и вторая — на разряде. Схема интегратора с использованием заряда конденсатора приведена на рис. 15-31. При появлении тока I₂ на зажимах тп возникает напряжение и конденсатор С начинает заряжаться током I_п ≡ .

В процессе заряда конденсатора напряжение U_C на его зажимах тп будет расти. Реле срабатывает, когда U_C достигает значения U ' _C = А. Время, в течение которого U _с достигнет U ' _C , зависит от величины тока .  Чем больше будет зарядный ток, определяемый величиной , тем меньше будет время на­растания U _С до U ' _C , а следовательно, и время действия реле t ₃ .

В обоих вариантах интегрального органа принимаются меры для исклю­чения влияния на величину тока I_п напряжения U _с , меняющегося в процессе заряда. Ток I_п должен зависеть только от величины I₂. На время действия схемы оказывают влияние токи утечек, имеющие место в конденсаторе и зави­сящие от температуры. Схема с перезарядом конденсатора в меньшей мере подвержена искажающему влиянию токов утечек и поэтому считается лучшей.

 

 

Преобразователь. В обоих вариантах ток I_п =   получается от преобра­зователя 3. Преобразование тока I₂ в ток  может осуществляться различ­ными способами. Простейшая схема диодного преобразова­теля показана на рис. 15-31, а. Как видно из схемы, к диодам преобразова­теля 3 подводятся два напряжения: напряжение U_П, с потенциометра запира­ющее диоды, и напряжение U_ф = kI₂ от фильтра Ф₂, открывающее их. Когда U_ф = 0, диоды заперты и ток преобразователя I_п отсутствует. При появлении I₂ возникает U_ф. Когда оно станет больше напряжения потенциометра между точками А и а, диод Д₁ открывается и возникает ток . При U_ф > U_{A- b} открываются два диода Д₁ и Д₂ и т. д. Величина тока I_п зависит от числа открывающихся диодов, а последнее зависит от величины U_ф ≡ I₂. Параметры сопротивлений подобраны так, что при подводе к преобразова­телю тока I₂ выходной ток его I_п = . Этим током и осуществляется заряд конденсатора С.

Реле обратной последовательности типа РТФ-6М имеет такую же структурную схему, как и рассмотренное реле (рис. 15-32). Оно отличается от предыдущей конструкции устройством зави­симого элемента. Реле РТФ-6М состоит из сигнального элемента 1, двух токовых элементов 2 и 3, именуемых отсечкой I и отсечкой II, они предназначены для работы при несимметричных к. з. и имеют разные зоны действия и независимую выдержку времени; зависи­мый (интегральный) элемент 5 с характеристикой по уравнению (15-2); пусковой элемент 4, осуществляющий пуск зависимого элемента при определенном значении I₂. Все элементы схемы реагируют на ток, получаемый от трансформаторного фильтра Ф₂. Ток I₂ преобразуется в напряжение соответствующей величины трансформатором Т и выпрямляется двумя выпрямителями В1 и В2. Первый питает зависимый элемент 5, второй — остальные элементы схемы.

Сигнальный элемент, отсечки I и II и пусковой элемент вы­полнены однотипно на принципе сравнения напряжения U _Р ≡ I₂ с опорным напряжением U_оп. Реле срабатывает, если U _р ≥ U _0П . В качестве нуль-индикатора используется магнитоэлектрическое реле. Зависимый элемент основан на использовании процесса заряда конденсатора током I_зар ≡ , Для преобразова­ния тока I₂ в ток I_зар служит частотно-импульсный модулятор.

 

В качестве выходного реагирующего элемента служит триггер, воздействующий на исполнительное реле.

Характеристика реле аналогична показанной на рис. 15-30, б.

Ступенчатая защита обратной последовательности с незави­ симой характеристикой. Ступенчатая защита рекомендуется к при­менению [Л. 103] на генераторах с непосредственным охлаждением обмоток, пока не появятся достаточно совершенные реле с зависи­мой характеристикой.

Схема и характеристика четырехступенчатой защиты показаны на рис. 15-33. Три ступени защиты действуют на отключение, чет­вертая ступень — на сигнал. Каждая ступень имеет пусковое токовое реле (Т_1, Т₂, Т₃, Т₄) и свое реле времени (В₁, В₂, В₃, 5₄). Пусковые реле питаются от двух фильтров обратной последова­тельности типа РТФ-2 и реагируют на ток I₂.

Первая ступень (Т_1, В₁) предназначена для отключения к. з. на выводах генератора. Вторая ступень (Т₂, В₂) служит для резер­вирования отключения несимметричных к. з. в сети. Третья ступень (Т₃, В₃) является защитой ротора от несимметричных режимов с токами I₂, при которых ликвидация несимметрии вручную невозможна, так как допустимое время относительно мало (t_доп < 2 ÷3 мин).

Четвертая ступень (Т₄, В₄) работает на сигнал, предупреждая дежурного о появлении несимметрии при I₂ > I_{2длит.доп.макс.} Характеристика защиты приведена на рис. 15-33, б, Завод ЧЭАЗ выпускает защиту со ступенчатой характеристикой типа РТФ-7. Она состоит из двух комплектов, в каждый входят фильтр РТФ-2 и два токовых реле, как показано на рис. 15-33, а

Такая защита применяется на генераторах с непосредственным охлаждением 50 — 100 — 150 МВт, на 300 МВт и выше-РТФ-6.

Для блокировки защиты от замыканий на землю генератора (§ 15-4, в) устанавливается пятое реле РТ-40/0,6; оно подключается дополнительно к одному из фильтров (на рис. 15-33 не показано).

Выбор уставок (рис. 15-33, б). Исходной для выбора уставок является тепловая характеристика ротора по выражению (15-2), в котором величина А принимается по данным завода соответ­ственно типу генератора (см. рис. 15-2).

Первая ступень. Ток срабатывания первой ступени должен обеспечивать ее надежное действие при двухфазных к. з. на выводах гене­ратора; точка К на рис. 15-33, б. В этом случае наибольший ток обратной последовательности в генераторе будет при работе генератора изолированно от сети. Величина этого тока в относительных единицах

где х" _d — сверхпереходное реактивное сопротивление генератора; х₂ — сопро­тивление обратной последовательности. С учетом этого

где к_ч — коэффициент чувствительности.

Выдержка времени t₁ не должна превышать допустимого времени по усло­вию нагрева ротора при к. з. на выводах генератора. Подставляя в (15-2) I_2* = , получаем:

Если это время не удается согласовать с защитами присоединений отхо­дящих от шин электростанций, то необходимо ограничить зону действия первой ступени так, чтобы она не работала при к. з. за трансформаторами и реакторами отходящих линий. Исходя из этого, в выражении (15-30) допус­кается принимать к_ч = 1,2 при минимальном значении I_2К.

Вторая ступень. Выдержка времени t_II должна равняться t_доп при I_2* = I_с.з1 (точка 1 на рис. 15-33, б), т. е.

Ток срабатывания выбирается из условия достаточной чувствительности для резервирования защит присоединений, отходящих от генераторных шин:

где I_{2 К} — ток обратной последовательности при к. з. в конце зоны (в точке К₁).

Если t_IIпо условию (15-30а) мало и не обеспечивает селективности с защи­тами линий, отходящих от шин, то зону действия второй ступени приходится ограничивать для обеспечения необходимой селективности, уменьшая к_ч.

Если t_II> I защит присоединений, отходящих от генераторных шин, то I_с.зII выбирается из условия чувствительности при к. з. в конце резерви­руемой зоны по (15-30 б), в котором I_2К соответствует наименьшему значению тока I₂, проходящего по генератору, при двухфазном к. з. в конце присоеди­нения с наибольшим сопротивлением.

Третья зона. Выдержка времени t_III выбирается по t_доппри I_2*= = I_с.зII (точка 2):

Ток срабатывания третьей ступени выбирают, исходя из ее назначения — отключать генератор при токах I₂, при которых t_доп ≤ 2÷3 мин. С учетом этого I_с.зIII=

Четвертая ступень действует на сигнал. Защита должна действовать притоке                   I₂ > I_{2 длит}._макс._доп. С учетом этого I_с.з1V = I_{2длит.макс. доп}= (0,05 ÷0,1) I_ном..г. Выдержка времени четвертой ступени t_IV  выбирается минимальной,но больше времени отключения к. з. в сети. Обычно принимается t_1У = 5 ÷ 9с. По выбору уставок см. [Л. 103].

Рассмотренная ступенчатая защита позволяет обеспечить требования к защите от перегрузки и требования по чувствительности и селективности при внешних к. з. Недостатком защиты является многорелейность, недоста­точное использование перегрузочной возможности генератора и неинтегральность характеристики, но несмотря на это многоступенчатая защита является лучшей из практически осуществимых вариантов этой защиты.

На генераторах 60 МВт и меньшей мощности по соображениям упрощения применяется двухступенчатая защита. Первая ступень действует на отключе­ние c t_I= t_доп при к. з. в точке К на генераторных шинах и срабатывает при токах I₂, при которых t_доп < 2 мин, отсюда I_с.з1 = А /120. Вторая ступень работает на сигнал с уставками сигнального комплекта четырехступенчатой защиты.

Защита от внешних трехфазных к. з. и симметричных пере­ грузок. Защита обратной последовательности не действует при трехфазных к. з. и симметричных перегрузках, поскольку при этом виде повреждения и ненормальном режиме I₂ = 0. В связи с этим для отключения трехфазных к. з. необ­ходимо предусматривать дополнительный комплект защит. Он выполняется в виде однофазной максимальной защиты с блоки­ровкой минимального напряжения (рис. 15-33, а). В дополни­тельный комплект входят токовое реле Т_ф, включенное на ток одной из фаз, и реле минимального напряжения Н, включенное на одно из междуфазных напряжений. Оба реле надежно реаги­руют на трехфазные к. з., поскольку изменение тока и напряже­ния во всех фазах имеет в этом случае одинаковый характер. Защита действует с выдержкой времени, для чего предусмотрено реле времени В. Поведение и чувствительность комплекта и защиты от трехфазных к. з. во всем аналогичны поведению и чувствитель­ности максимальной защиты, рассмотренной в § 15-5, б.

Для защиты от симметричных перегру­зок устанавливается токовое реле Т_пв одной фазе согласно § 15-5, в.

Уставки реле комплекта от трехфазных к. з. выбираются так же, как и для максимальной защиты с пу­ском от реле минимального напряжения (§ 15-5, б).

 

---

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 979; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!