Электронные защиты. Защиты генератора. Защита генератораЗащита генераторов и блоков | ЭнергетикаВ соответствии с ПУЭ на современных турбогенераторах устанавливаются следующие защиты: Продольная дифференциальная защита. Защита является основной быстродействующей защитой, действует, без выдержки времени при междуфазных повреждениях в генераторе и на выводах в зоне между трансформаторами тока дифзащиты. При условии достаточной чувствительности защита может реагировать также на двойные замыкания на землю, когда одна точка замыкания на землю находится в зоне действия дифзащиты генератора. Поперечная дифференциальная защита. Устанавливаются на турбогенераторах, имеющих выведенные параллельные ветви обмотки статора каждой фазы. Защита действует без выдержки времени при витковых замыканиях в обмотке статора. Защита от замыканий на землю в обмотке статора. Для защиты генераторов, работающих на сборные шины напряжением выше 1 кВ, от однофазных замыканий в обмотке статора предусматривается токовая защита, реагирующая на полный ток замыкания на землю или на его составляющие высших гармоник. Защита отстроена от переходных процессов и действует: – при емкостном токе замыкания на землю 5 А и более – на отключение всех выключателей генератора и гашение его поля; – при емкостном токе замыкания на землю менее 5 А – на сигнал. На генераторах, работающих в блоке с трансформатором (автотрансформатором),мощностью более 30 МВт предусматривается защита от замыканий на землю в цепи генераторного напряжения, охватывающая, как правило, всю обмотку статора.В зону действия защиты входит также обмотка низкого напряжения блочного трансформатора и ошиновка генераторного напряжения. При мощности генератора блоков 30 МВт и менее применяется защита, охватывающая не менее 85% обмотки статора со стороны линейных выводов генератора. Защита действует с выдержкой времени не более 0,5 сек на отключение блока. Токовая защита обратной последовательности. Она является обязательной для современных турбогенераторов для защиты от протекания токов обратной последовательности.Время действия защиты определяется тепловой характеристикой генератора. Защита, как правило, выполняется с выдержкой времени,зависимой от величины тока обратной последовательности (чем больше ток обратной последовательности, тем быстрее должен быть отключен генератор). В отдельных случаях защита выполняется ступенчатого действия по току и по времени. Защита от внешних симметричных к.з..Эта защита выполняется на реле сопротивления. В старых схемах защита выполняется в виде одного токового реле с пуском напряжения. Защита действует на отключение с выдержкой времени. Защита от несимметричных токов перегрузки генератора. Используется чувствительная ступень защиты обратной последовательности и действует с выдержкой времени на сигнал. Защита от симметричных токов перегрузки генератора выполняется отдельным токовым реле и действует с выдержкой времени на сигнал. Защита от повышения напряжения предназначена для недопущения повышения напряжения более 1,2 Uном. на выводах статора генератора, работающего на холостом ходу. Повышение напряжения может происходить из-за неисправности системы возбуждения. Защита вводится в действие автоматически после перевода генератора на холостой ход и выводится после включения генератора под нагрузку. Защита действует на гашение поля генератора. Защита от асинхронного режима (потери возбуждения). Асинхронный режим возникает, когда генератор остается без возбуждения. Защита выполняется на реле сопротивления и реагирует на изменение направления реактивной мощности, когда при потере возбуждения генератор начинает потреблять реактивную мощность и продолжает нести активную нагрузку. Защита обмотки ротора от замыкания на землю. Замыкание в одной точке ротора генератора не является опасным режимом. Однако при появлении второго замыкания обмотки ротора на землю повышается ток обмотки ротора, что приводит к ее перегреву. Кроме того, появление двойного замыкания на землю приводит к нарушению симметрии магнитного потока и к сильной вибрации. Поэтому на турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмотки ротора, как правило, установлена защита от замыкания обмотки ротора в одной точке типа КЗР-3 с действием на сигнал. По поступлению сигнала такие турбогенераторы должны быть разгружены и отключены. Для турбогенераторов с косвенным охлаждением обмотки ротора допускается длительная работа с замыканием в одной точке, но с вводом защиты от замыканий на землю в двух точках на сигнал. Защита ротора от перегрузки током. Перегрузка ротора током возбуждения возникает при работе регулятора или устройства форсировки возбуждения. Длительное протекание увеличенных токов возбуждения может привести к перегреву обмотки ротора. Наиболее современной является защита с интегральной характеристикой типа РЗР-1 (выдержка времени зависит от величины тока ротора). Защита состоит из сигнального органа и органа, действующего на развозбуждение и отключение генератора. На большинстве ранее введенных в эксплуатацию генераторов защита ротора от перегрузки выполнена по принципу косвенного контроля перегрузки, фиксируя повышение напряжения на потенциометре, включенном на обмотку ротора. Защита также действует на развозбуждение (расфорсировку) и откл.блока. На блоках генератор – трансформатор (автотрансформатор) дополнительно к перечисленным защитам на генераторе устанавливаются: Дифзащита блока,действующая без выдержки времени на отключение блока; Газовая защита трансформатора и вольтодобавочного трансформатора с РПН от внутренних повреждений. Защита действует на сигнал и отключение блока. Токовая защита нулевой последовательности от коротких замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью. Защита дейс- твует с первой выдержкой времени на отключение выключателя с высокой стороны блока и со второй выдержкой времени – на отключение блока. На блоках генератор-трансформатор (автотрансформатор) при наличии выключателя между генератором и трансформатором вместо дифзащиты блока выполнена дифзащита трансформатора (автотрансформатора), действующая без выдержки времени на отключение блока. В этом случае действие защит генератора переводится на отключение генератора с целью сохранения ответвления на собственные нужды. На некоторых блоках генератор-трансформатор установлена резервная дифзащита блока. Защита резервирует дифзащиту генератора, дифзащиту трансформатора и дифзащиту ошиновки высшего напряжения. Защита действует с выдержкой времени 0,5 сек на отключение блока. foraenergy.ru 10. Защита генераторов - Стр 2При замыкании на землю в обмотке статора генератора направление потока Фз изменится на обратное, в то время как направление Фк останется прежним. В результате эти потоки будут суммироваться, повышая чувствительность защиты к повреждениям в генераторе. Степень компенсации можно изменять, изменяя число витков компенсирующей обмотки. Первичный ток срабатывания грубого реле защиты от замыканий на землю, действующего на отключение генератора без выдержки времени, принимается 100—200 А. 5.Защита от перегрузок, защита от внешних междуфазных к.з. Схема, расчет уставок. МТЗ с комбинированной блокировкой по напряжению. Максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению. Максимальная токовая защита устанавливается для защиты генераторов от сверхтоков, вызванных внешними КЗ. Три максимальных реле тока К.А1 включены на фазные токи генератора (рис. 3.6). При таком включении токовых реле обеспечивается срабатывание защиты при любом виде КЗ как в сети генераторного напряжения, так и на стороне высшего напряжения силовых трансформаторов, соединенных по схеме У/Д. Токовые реле максимальной токовой защиты обычно подключаются к ТТ, установленным со стороны выводов обмотки статора. При этом токовая защита обеспечивает резервирование основной продольной дифференциальной защиты генератора при многофазных КЗ в обмотках статора.
Рис. 3.6. Схема максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению: а — токовые цепи; б — цепи напряжения; в — цепи оперативного тока. Так как токовые реле будут срабатывать не только при КЗ, но и при перегрузках, когда нет необходимости отключать генератор, в схему защиты вводится блокировка по напряжению. Эту блокировку можно выполнить с помощью трех реле минимального напряжения. Однако для повышения чувствительности защиты к КЗ за трансформаторами и реакторами на генераторах используется обычно блокировка с двумя реле напряжения: реле напряжения обратной последовательности и минимальным реле напряжения, включенным на междуфазное напряжение (см. рис. 3.6). Реле напряжения в этой схеме включены так, чтобы обеспечить высокую чувствительность ко всем видам КЗ. При перегрузках, не сопровождающихся значительным снижением напряжения, минимальное реле напряжения KV1 будет держать контакты KV1.1 разомкнутыми, предотвращая ложное срабатывание защиты. При несимметричных КЗ сработает реле напряжения обратной последовательности KV2 и разомкнет контакт KV2.1, снимая напряжение с обмотки реле KV1. Реле минимального напряжения KV1 замыкает свой контакт и с помощью промежуточного реле KL подготавливает цепь обмотки реле времени К.Т1. При трехфазном КЗ минимальное реле напряжения KV1 замкнет свой контакт, разрешая действовать защите. Благодаря тому, что в цепь обмотки минимального реле напряжения включен размыкающий контакт KV2.1 (рис. 3.6), чувствительность блокировки к трехфазным КЗ повышается. Действительно, поскольку в первый момент трехфазного КЗ хотя бы кратковременно существует несимметрия, реле KV2 разомкнет, а реле KV1 замкнет контакт независимо от удаленности места КЗ. После того как несимметрия исчезнет и КЗ станет симметричным, реле KV2 замкнет контакт KV2.1 и на обмотку реле KV1 будет подано напряжение. Если напряжение возврата минимального реле напряжения будет больше, чем остаточное напряжение на его обмотке, контакт реле останется замкнутым и защита может подействовать на отключение. Поскольку при этом реле KV1 в рассматриваемой схеме работает на возврат, а напряжение возврата минимального реле напряжения превышает напряжение срабатывания, то обеспечивается более высокая чувствительность к трехфазным КЗ. Реле напряжения KV1 может замкнуть свой контакт в нормальном режиме при неисправности цепей напряжения, вследствие чего будет снята блокировка токовых реле. Для того чтобы персонал мог своевременно принять меры к восстановлению цепей напряжения, в схеме предусмотрена сигнализация, срабатывающая при их повреждении. Плюс на сигнал подается через вспомогательный контакт SQ выключателя генератора, что необходимо для предотвращения действия сигнализации, когда генератор отключен. При выполнении защиты следует иметь в виду, что недопустимо включать реле напряжения блокировки и устройства форсировки и регулирования возбуждения генератора на общий ТН, так как в случае отключения автоматического выключателя в общих цепях напряжения может ложно подействовать защита и отключить генератор. Ток срабатывания токовых реле отстраивается от номинального тока генератора
Напряжение срабатывания минимального реле напряжения отстраивается от минимального значения эксплуатационного напряжения
где kн = 1,1-1,2. Для предотвращения неправильного действия защиты при самозапуске электродвигателей собственных нужд, когда напряжение на шинах генератора значительно снижается, допускается в случае необходимости уменьшать напряжение срабатывания реле напряжения до 0,5UHOM. Снижение уставки минимального реле напряжения целесообразно также на генераторах, которые могут работать в асинхронном режиме. Напряжение срабатывания реле напряжения обратной последовательности принимается минимально возможным, отстроенным от напряжения небаланса на выходе фильтра. Обычно принимается вторичное напряжение срабатывания порядка 6 В обратной последовательности, фазное на входе фильтра. Выдержка времени защиты устанавливается на одну-две ступени больше выдержки времени защит трансформаторов и линий, отходящих от шин генераторного напряжения. В ряде случаев защита выполняется с двумя выдержками времени: с первой через проскальзывающий контакт реле времени КТ1.1 подается сигнал па отключение секционных и шиносоединительных выключателей трансформатора, связывающих данную секцию или систему шин с соседними, а со второй выдержкой времени КТ1.2 — на отключение генератора. На генераторах мощностью менее 1000 кВт допускается установка максимальной токовой защиты без блокировки по напряжению. Максимальная тоновая защита от перегрузки. Защита от перегрузки, действующая на сигнал, выполняется с помощью одного токового реле КА2 (см. рис. 3.10), так как перегрузка имеет место одновременно во всех фазах. Для того чтобы защита не срабатывала при кратковременных перегрузках, в схему введено реле времени КТ2, термически стойкое при длительном прохождении тока по его катушке. Ток срабатывания токового реле КА2 отстраивается от номинального тока генератора:
где kн = 1,05. Выдержка времени устанавливается больше выдержки времени максимальной токовой защиты генератора. На гидроэлектростанциях без постоянного дежурного персонала защита от перегрузки выполняется с двумя выдержками времени: с меньшей на снижение тока возбуждения для уменьшения тока статора и с большей — на отключение генератора. 3-6.Токовая защита обратной последовательности. Как уже отмечалось, токи обратной последовательности представляют большую опасность для генераторов. Поэтому на генераторах мощностью более 30 МВт применяется токовая защита обратной последовательности от внешних несимметричных КЗ. Схема такой защиты для генератора с косвенным охлаждением приведена на рис. 3.7.
Рис. 3.7. Токовая защита обратной последовательности с реле РТ-2 и приставкой для действия при трехфазных КЗ: а — тоновые цепи; б — цепи напряжения; в - цепи оперативного тока. При возникновении несимметричного КЗ сработает токовое реле КА2, через замыкающий контакт которого будет подан плюс на обмотку реле времени КТ. По истечении выдержек времени проскальзывающего КТ.1 и упорного КТ.2 контактов будут замкнуты цепи промежуточных реле, которые подействуют на отключение соответствующих выключателей. Ток срабатывания ступени защиты с токовым реле КА2 принимается равным;
Выбранный в соответствии с (9.13) ток срабатывания реле КА2 не должен превышать значения тока обратной последовательности, прохождение которого допустимо для генератора данного типа в течение 2 мин (120 с). Для этого должно быть соблюдено условие:
где А — постоянная величина для генератора данного типа. Так, например, для турбогенератора с косвенным охлаждением типа ТВ (А = 20) Iс,з ? 0,45I ном для гидрогенераторов (А == 40) I с,з ? 0,6I ном. Для того чтобы токовая защита обратной последовательности генератора не срабатывала при удаленных КЗ, когда защиты соседних элементов трансформаторов и линий не действуют, она должна быть согласована с этими защитами по чувствительности. При этом не должно нарушаться условие (9.14). Выдержка времени защиты выбирается точно так же, как и для максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению. Токовое реле КАЗ, уставка срабатывания которого принимается равным (0,08—0,1) I ном, предназначено для сигнализации в случае возникновения несимметрии в первичной сети, сопровождающейся прохождением сравнительно небольшого тока обратной последовательности. В схеме защиты на рис. 3.7 для действия при трехфазных КЗ предусмотрено одно токовое реле КА1, включенное на фазный ток, и одно реле минимального напряжения KV, подключенное на междуфазное напряжение. Уставки срабатывания этих реле выбираются так же, как и уставки реле максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению. На турбогенераторах мощностью 60—100 МВт с непосредственным охлаждением обмоток применяется четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности, схема которой показана на рис. 3.8. Защита выполняется с двумя фильтрами-реле тока обратной последовательности типа РТФ-7/1 (РТФ-7/2). Ранее реле этого типа выпускались заводом под маркой РТФ-2.
Рис. 3.8. Токовая защита обратной последовательности с реле типа РТФ 7 для турбогенераторов мощностью 60—100 МВт Одно из устройств РТФ-7 применяется в заводском исполнении. Чувствительное реле этого устройства КА2 используется для сигнализации, а грубое KAl—для второй ступени защиты. Второе устройство РТФ-7 модифицируется. Для получения необходимых уставок срабатывания оно несколько загрубляется. С помощью чувствительного элемента второго устройства РТФ-7 выполняется третья ступень защиты КА5, а грубый элемент КА4 используется для вывода из действия токовой защиты нулевой последовательности, чтобы предотвратить ее излишнее срабатывание при внешнем КЗ. Для выполнения первой ступени защиты используется дополнительное токовое реле КАЗ (рис. 3.8) типа РТ-40/0,6, подключение которого к фильтру второго устройства РТФ-7 осуществляется через специальные выводы. Каждая ступень токовой защиты обратной последовательности действует на свое реле времени, а для последней третьей ступени, чтобы обеспечить необходимую выдержку времени, предусмотрена установка двух последовательно действующих реле времени КТ4 и КТ5. Первая, наиболее грубая ступень защиты с одной и той же выдержкой времени действует на отключение АГП, выключателя генератора и на промежуточное реле, отключающее шиносоединительные и секционные выключатели. Вторая же и третья ступени действуют с двумя разными выдержками времени: с первой через проскальзывающие контакты КТ1.1 и КТ5.1 на отключение шиносоединительных и секционных выключателей, а со второй (контакты К.Т1.2, КТ5.2)—на отключение АГП и выключателя генератора. Таблица 3.3
Как уже отмечалось выше, в схеме используется специальное токовое реле обратной последовательности КА4 для вывода из действия токовой защиты нулевой последовательности при внешних несимметричных КЗ. Это обусловлено следующими обстоятельствами. В зависимости от значения тока, проходящего при двойном замыкании на землю, повреждение будет отключаться либо продольной дифференциальной защитой генератора, либо грубым реле токовой защиты нулевой последовательности. Для того чтобы весь возможный диапазон токов повреждения был перекрыт и двойное замыкание на землю всегда отключалось быстродействующей защитой, ток срабатывания реле, выводящих из действия токовую защиту нулевой последовательности при внешних КЗ, необходимо выбирать грубее тока срабатывания продольной дифференциальной защиты. Для того чтобы точно и с необходимым запасом выполнить это условие, предусмотрено специальное токовое реле обратной последовательности КА 4 Для реле токовой защиты обратной последовательности генераторов типа ТВФ, работающих на шины генераторного напряжения, рекомендуются уставки и, указанные в табл. 3.3. Эти уставки выбраны на основании следующих соображений: Ток срабатывания первой ступени принят по условию обеспечения необходимой чувствительности (kч,т == 1,2) при двухфазном КЗ на выводах защищаемого генератора, когда выключатель его отключен Выдержка времени первой ступени защиты определялась в соответствии с характеристикой, определяющей допустимую длительность прохождения тока обратной последовательности при двух фазном КЗ на выводах генератора.
Рис 3 9. Структурная схема фильтра-реле типа РТФ Уставки срабатывания второй ступени защиты по току выбирались таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая чувствительность защиты при несимметричном КЗ за резервируемым элементом, например за повышающим трансформатором, сохранялась селективность с защитами соседних элементов и удовлетворялись требования защиты генератора от тока обратной последовательности. Этим требованиям, как правило, удовлетворяют уставки, yказанные в табл. 3.3. Ток срабатывания третьей ступени принимается равным 0,25Iном. В соответствии с тепловой характеристикой прохождение такого тока обратной последовательности через генераторы типов ТВФ-60 и ТВФ-100 допускается в течение 3 мин. Таким образом, в случае возникновения несимметричного режима с током обратной последовательности меньше уставки срабатывания третьей ступени защиты персонал будет иметь достаточно времени (3—5 мин) для того чтобы принять меры к устранению причины, вызвавшей несимметричный режим, или разгрузить и отключить генератор. Выдержка времени второй ступени определяется по тепловой характеристике и определяет допустимое время прохождения тока обратной последовательности, равного току срабатывания первой ступени. Аналогично выдержка времени третьей ступени определяется допустимой продолжительностью прохождения через генератор тока обратной последовательности, равного уставке срабатывания второй ступени. Определенная таким образом выдержка времени равна 40 с. Для уменьшения количества реле в схеме защиты эту выдержку времени можно понизить до 20 с, что можно осуществить с одним реле времени типа ЭВ-140. Ток срабатывания токового реле КА2, действующего на сигнал, принимается равным (0,05—0,06) Iном. Ток срабатывания токового реле КА4, блокирующего токовую защиту нулевой последовательности при внешних КЗ, выбирается по условию согласования по чувствительности с уставкой реле продольной дифференциальной защиты генератора при двойном замыкании на землю согласно следующему выражению:
Рис. 3.10. Элементы фильтра-реле РТФ-6: а — входное преобразующее устройство, Ш — упрощенная схема сигнального органа; в — схема цепей оперативного тока / — на сигнал о перегрузке, // — на отключение от первой отсечки; /// “. то же от второй отсечки, IV —то же от интегрального органа; г — схема цепей блока питания. где I2С,З — ток срабатывания блокирующего токового реле обратной последовательности; Iс,з,диф — ток срабатывания продольной дифференциальной защиты, равный (0,5—0,6)Iном> I2Н,Н — ток обратной последовательности несимметричной нагрузки, принимается равным току срабатывания третьей ступени токовой защиты обратной последовательности 0,25 Iном; kн — коэффициент надежности, равный 1,2;
7.Особенности выполнения защиты на мощных генераторах. На турбогенераторах мощностью 160 МВт и более токовая защита обратной последовательности выполняется с зависимой интегральной характеристикой выдержки времени, соответствующей тепловой характеристике генератора согласно (1.1). Наряду с этим на многих генераторах мощностью 160—300 МВт эксплуатируется ступенчатая, внедрявшаяся до начала выпуска защита с интегральной характеристикой Структурная схема фильтра-реле типа РТФ-6М, с помощью которого осуществляется зависимая защита генераторов большой мощности, приведена на рис. 3.9. В состав комплекта РТФ-6М входят следующие элементы: фильтр тока обратной последовательности ФТОП, входное преобразующее устройство ВПУ, сигнальный орган СО, пусковой орган ПО, два органа токовой отсечки Отсечка 1 и Отсечка II, орган интегральной зависимой выдержки времени В, блок питания БП. К ВПУ, схема которого показана на рис. 3 10, а, относятся: согласующий разделительный трансформатор TL4, выпрямительные мосты VS1 и VS2, сглаживающие фильтры второй гармоники L1—С6, конденсатор С7, балластные резисторы R17 и R18, нелинейная цепочка VD4—R19. Нелинейная цепочка необходима для коррекции характеристики органа с зависимой выдержкой времени в области больших токов обратной последовательности. Входное преобразующее устройство имеет два выхода, на каждом из которых имеется выпрямленное и сглаженное напряжение, пропорциональное току обратной последовательности защищаемого объекта. С обмотки w 3 трансформатора TL4 напряжение поступает на сигнальный и пусковой органы и органы отсечки, с обмотки w 2 — на орган с зависимой характеристикой выдержки времени. Органы защиты, срабатывающие без выдержки времени (СО, ПО, отсечки), имеют одинаковые схемы, отличающиеся лишь значениями некоторых сопротивлений. На рис. 9.10, б приведена упрощенная схема сигнального органа, представляющая собой четырехплечий мост ACDE, к точкам А и D которого подводится напряжение от блока питания (БП), а к точкам В и F — от делителя напряжения, с выхода ВПУ (от точек а—а). В диагональ моста ЕС включено магнитоэлектрическое реле KL1 типа М237/054, обмотка которого шунтирована успокоительным резистором R24. Реле M237/054, характеризуется следующими параметрами: I с,р=6—10 мкА; Rобм = 1400—2000 Ом; ток термической стойкости обмотки — 2 мА; допустимое напряжение на контактах — 75—125 В. Сопротивления плеч моста подобраны таким образом, чтобы при отсутствии напряжения на выходе ВПУ по обмотке реле проходил ток в тормозном направлении. Значение тормозного тока регулируется с помощью резистора R26 в пределах 50—100 мкА, что обеспечивает надежный размыкающий момент на подвижной системе магнитоэлектрического реле. Потенциалы точек В и F подобраны таким образом, что при отсутствии напряжения от ВПУ или достаточно малом его значении диод VD5 заперт, и ток, проходящий через него, пренебрежимо мал. При увеличении напряжения, подводимого от ВПУ, диод VD5 начинает отпираться, a VD6 запираться. Ток в диагонали ЕС изменит направление, обусловливая срабатывание магнитоэлектрического реле KL1. Магнитоэлектрическое реле каждого из органов действует на свое промежуточное реле типа РМУГ, подключенное к стабилизированному напряжению постоянного оперативного тока (рис. 3.10, в). Кремниевые стабилитроны VD1—VD3 поддерживают напряжение на уровне 100 В, обеспечивающем нормальную работу контактов магнитоэлектрических реле. Параллельно каждому контакту включен искрогасительный контур из последовательно соединенных конденсатора и резистора.
Рис. 3.11. Схема защиты гидрогенератора от повышения напряжения На рис. 3.10, г приведена схема цепей блока питания. С помощью резистора R50 обеспечивается регулирование напряжения, подаваемого на органы, срабатывающие без выдержки времени. Сопротивление срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от максимальной нагрузки при минимальном эксплуатационном напряжении:
При использовании реле сопротивления с эллиптической характеристикой сопротивление срабатывания можно увеличить, что в ряде случаев целесообразно для улучшения дальнего резервирования. Следует отметить, что рассматриваемая защита с реле сопротивления надежно срабатывает при внутренних КЗ в обмотках генератора. 8.Защита ротора от замыкания на корпус. Защита от замыкания на землю в одной точке. Для периодического контроля за состоянием изоляции цепей возбуждения используется вольтметр, один зажим которого связан с землей, а второй поочередно подключается к полюсам ротора. Если изоляция ротора достаточно высока, замеры вольтметра в обоих случаях будут близки к нулю. При замыкании на землю в обмотке ротора вольтметр замерит значение напряжения каждого полюса относительно земли. При снижении уровня изоляции в какой-либо точке обмотки значения замеров напряжения будут различными в зависимости от места ухудшения изоляции и ее сопротивления. Для повышения точности определения сопротивления изоляции обмотки ротора относительно земли при измерениях используют вольтметр с высоким сопротивлением обмотки.
Рис. 3.12. Схема защиты гидрогенератора от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения: а — цепи переменного напряжения; б -— цепи оперативного тока На гидрогенераторах, турбогенераторах с водяным охлаждением обмотки ротора, а также на всех турбогенераторах мощностью 300 МВт и выше должна предусматриваться защита от замыканий на землю в одной точке цепи возбуждения. На гидрогенераторах эта защита должна действовать на отключение, а на турбогенераторах — на сигнал. Схема защиты, которая может применяться на гидрогенераторах при емкости цепи возбуждения относительно земли не больше 0,5 мкФ, приведена на рис. 3.12. К цепи возбуждения через конденсатор С подключается вторичная обмотка промежуточного трансформатора TL, в цепь которого включено токовое реле К.А, имеющее специальные обмоточные данные. Второй конец обмотки токового реле заземляется через специальную щетку, имеющую электрический контакт с валом ротора. Питание схемы защиты осуществляется от шин собственных нужд через трансформатор TL, вторичное напряжение на зажимах которого составляет 60—100 В. В нормальном режиме ток в реле КА не проходит, и оно держит разомкнутым свой контакт. В случае замыкания на землю в цепи возбуждения генератора создается контур для прохождения переменного тока через токовое реле, которое при этом срабатывает. Через замкнувшийся контакт реле КА плюс подается на обмотку реле времени КТ, которое сработав, заставляет подействовать промежуточное реле KL. После срабатывания реле KL самоблокируется и предотвращает длительное прохождение переменного тока через место замыкания на землю. Для деблокировки защиты и ввода ее в работу установлен ключ SAC.
Рис. 3.13. Схема защиты турбогенераторов с тиристорной и высокочастотной системами возбуждения от замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения с реле КЗР-3: а — принципиальная схема защиты; б — вспомогательное устройство ВУ-2 Конденсатор С емкостью 0,3 мкФ, включенный последовательно с реле КА, не допускает прохождения постоянного тока через место замыкания на землю. В случае, если при замыкании на землю в цепи возбуждения генератора конденсатор окажется пробитым, возникнет короткое замыкание. При этом защита отключится плавкими предохранителями Г1 и F2. На турбогенераторах с тиристорной и высокочастотной системами возбуждения применяется серийно выпускаемая промышленностью защита типа КЗР-3, выполняемая с наложением на цепь возбуждения переменного тока частотой 25 Гц. Основные элементы и цепи защиты показаны на принципиальной схеме (рис. 3.13). Источником наложенного тока является магнитный делитель частоты (МДЧ), питающийся переменным током 50 Гц, 220 В от сети собственных нужд. В МДЧ имеются две независимые вторичные обмотки для питания защиты переменным током 25 Гц: одна из них используется для наложения тока на цепь возбуждения генератора, а вторая — в схеме защиты. studfiles.net Основная защита - генератор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Основная защита - генераторCтраница 1 Основные защиты генератора ( реагирующие на внутренние повреждения) при срабатывании действуют через выходные промежуточные реле РП31 и ФП32 на отключение выключателя В1 генератора и АГП, а также на остановку турбины. Предусматривается возможность отключения В1 при самопроизвольном отключении АГП. Резервные защиты с меньшими выдержками времени через выходное промежуточное реле РПЗЗ действуют на отключение выключателей, связывающих секцию шин защищаемого генератора с другими секциями и резервной системой шин, а: большими - через реле РП35 и РП36 - на отключение В1 и АГП. Действие выходных промежуточных реле резервируется как путем их дублирования ( РП31 и РП32, РП35 и РП36), так и использованием разных групп выходных реле для основных и резервных защит. Реле РПЗЗ имеет удерживающие обмотки для подхвата сигналов от импульсных контактов реле времени. На выходные реле РП31, РП32 действуют также технологические защиты генератора. [1] Основной защитой генераторов от многофазных КЗ в обмотке статора является продольная дифференциальная защита. [2] Основной защитой генераторов от многофазных коротких замыканий в-обмотке статора является продольная дифференциальная защита. Эта защита подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны выводов и со стороны нулевой точки генератора; в зону ее действия входят обмотки, выводы статора и кабели или шины до распределительного устройства генераторного напряжения. [3] Основной защитой генераторов от многофазных коротких замыканий в обмотке статора является продольная дифференциальная защита. [4] Выходные цепи основных защит генераторов на блоках с выключателем у генератора, при действии которых также производится полная остановка блока. [5] Защита предназначается для резервирования при многофазных замыканиях основной защиты генератора и защит соседних элементов в пределах своей чувствительности, а также для защиты шин при отсутствии специальной защиты. [6] От внешних, в том числе особо тяжелых несимметричных КЗ, не отключенных защитами смежных поврежденных элементов вследствие отказа их защит или выключателей, на генераторах устанавливаются специальные защиты с относительной селективностью, поскольку основные защиты генераторов от внутренних КЗ выполняются с абсолютной селективностью. Для обеспечения большей чувствительности к несимметричным КЗ они обычно имеют отдельные части ( ступени) в виде токовых защит с независимой характеристикой f ( 72), включаемых на составляющие / 2, причем число ступеней бывает различным. [7] От внешних, в том числе особо тяжелых несимметричных КЗ, не отключенных защитами смежных поврежденных элементов вследствие отказа их защит или выключателей, на генераторах устанавливаются специальные защиты с относительной селективностью, поскольку основные защиты генераторов от внутренних КЗ выполняются с абсолютной селективностью. Для обеспечения большей чувствительности к несимметричным КЗ они обычно имеют отдельные части ( ступени) в виде токовых защит с независимой характеристикой tf ( h), включаемых на составляющие / 2, причем число ступеней бывает различным. [8] Основной защитой генераторов, силовых трансформаторов ( автотрансформаторов) и сборных шин является дифференциальная токовая защита, выполненная по схеме с циркулирующими токами. При этом вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных по концам защищаемого объекта, соединяются так, чтобы в нормальном режиме и при внешних к. [9] Необходимо отметить, что выбор выпрямительного трансформатора без больших запасов по напряжению приводит в случае отсутствия последовательных трансформаторов к сравнительно быстрому затуханию токов при близких трехфазных КЗ. В этих условиях резервирование основных защит генератора не может осуществляться максимальной токовой защитой. В работе [3] предложена дополнительная резервная защита минимальных тока и напряжения, которая отключает генератор при снижении тока и напряжения генератора до определенного значения. Такая защита обеспечивает резервирование при внешних трехфазных КЗ и открывает более широкие возможности для применения наиболее простой схемы самовозбуждения без последовательных трансформаторов. [10] Продольная и поперечная дифференциальные защиты генератора. Продольная дифференциальная защита является основной защитой генератора от многофазных коротких замыканий в обмотке статора. [11] Продольная и поперечная дифференциал ь ные защиты генератора. Продольная дифференциальная защита является основной защитой генератора от многофазных коротких замыканий в обмотке статора. [12] Продольная и поперечная дифференциальные защиты генератора. Продольная дифференциальная защита является основной защитой генератора от многофазных коротких замыканий в обмотке статора. [13] Реле 15 ( рис. 20 - 6) предназначено для блокировки защиты от замыканий на землю, пускается от реле 9 при несимметричных к. Конденсатор С создает задержку возврата блокировки после отключения к. Промежуточные реле 18, 19 установлены для повышения надежности релейной защиты, на 18 действуют основные защиты генератора, на 19 -резервные. Резистор R необходим для увеличения тока в указательных реле до значения, достаточного для их действия. [14] Страницы: 1 www.ngpedia.ru 5. Защита синхронных генераторов
Синхронные генераторы являются наиболее ответственным оборудованием в энергосистеме. Поэтому к релейной защите генераторов предъявляются повышенные требования. Генераторы, как и трансформаторы, снабжаются защитами от ненормальных режимов работы и от внутренних повреждений. 5.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы
Наиболее опасными являются повреждения в обмотках генератора (особенно статора): 1. Междуфазные КЗ. Сопровождаются горением дуги и выгоранием активной стали статора. 2. Однофазные замыкания на землю. Могут приводить к возникновению дуги между проводниками обмотки и корпусом. 3. Замыкания между витками одной фазы. Сопровождаются значительным увеличением токов в замкнутых витках, их нагреву и порче изоляции. Кроме того, витковые замыкания часто переходят в двухфазные. Последствия перечисленных повреждений столь серьезны, что любое из них требует немедленного отключения. В обмотке ротора возможны следующие повреждения: 1. Замыкание на землю в одной точке обмотки ротора. Этот вид повреждения никакого влияния на работу генератора не оказывает. 2. Замыкание в двух точках обмотки ротора. Сопровождается протеканием больших токов, которые сильно искажают магнитное поле ротора. Часто приводит к возникновению дуги. Поэтому генератор необходимо немедленно отключить. Серьезную опасность для генератора представляют ненормальные режимы работы, сопровождаются протеканием сверхтоков и возникновением перенапряжений: 1. Перегрузки систематические и аварийные, связанные с отключением части работающих генераторов, нарушением синхронизма, потерей возбуждения. Во всех этих случаях возможен перегрев различных частей генератора. Поэтому длительность работы агрегатов в таких режимах строго регламентируется. Если генератор работает больше установленного срока, то его разгружают или при необходимости отключают. 2. Несимметрия токов в фазах. Приводит к перегреву ротора и к механической вибрации агрегата. 3. Повышение напряжения. Часто возникает на генераторах при внезапном сбросе нагрузки. Может привести к пробою изоляции. На турбогенераторах устанавливают быстродействующие регуляторы скорости и поэтому значительного увеличения напряжения не возникает. 5.2 . Виды защит, применяемых для генераторов
1. Продольная дифференциальная защита – для защиты от междуфазных повреждений внутри генератора. 2. Поперечная дифференциальная защита – для защиты от межвитковых КЗ при наличии выведенных параллельных ветвей обмоток и их соединении в звезду. 3. Защита нулевой последовательности – для защиты от однофазных замыканий на землю. 4. Токовая отсечка и максимальная токовая защита – для защиты от внешних КЗ (и от внутренних у генераторов малой мощности). 5. Токовая защита с четырехплечным мостом – для защиты от замыканий в двух точках обмотки возбуждения. 6. Защита от максимального напряжения – применяется на гидрогенераторах. 7. Защита от перегрузки – применяется на генераторах всех мощностей. 8. Токовая защита обратной последовательности. studfiles.net 2.2 Поперечная дифференциальная защита генератораПоперечная дифференциальная защита защищает от коротких замыканий между витками одной фазы в обмотке статора генератора и устанавливается только на генераторах, имеющих параллельные ветви обмотки статора. Защита выполняется односистемной на реле РТ-40/Ф с фильтром высших гармоник ZF (рисунок 3), позволяющим отстроиться от токов третьих и высших гаpмоник и повысить чувствительность. Это реле присоединяется к трансформатору тока ТА, установленному в перемычку между нейтpалями паpаллельных обмоток статора. Принцип действия защиты основан на сравнении суммы токов в параллельных ветвях. Ток срабатывания защиты выбирается больше тока небаланса при внешних коротких замыканиях по формуле: , (14) где - номинальный ток генератора. Ток срабатывания реле , (15) где - коэффициент трансформации трансформатора тока ТА. Значение его можно определить из таблицы 5.
Рисунок 3 - Схема исполнения односистемной поперечной дифференциальной защиты.
СТАТОРА ГЕHЕРАТОРА Hа генеpатоpах энеpгоблоков, не имеющих гальванической связи с сетью собственных нужд, для защиты от замыканий на землю в обмотке статоpа устанавливается защита типа БРЭ 1301, котоpая охватывает всю обмотку статоpа и не имеет зоны нечувствительности. Защита состоит из двух оpганов (оpганов напpяжения 1-й и 3-й гаpмоник) и выпускается в двух исполнениях. Hа блоках с генеpатоpами ТВВ и ТГВ устанавливается БРЭ 1301.01 (33Г-11), а на блоках с генеpатоpами типов ТВФ-БРЭ 1301.02 (33Г-12). Оpган пеpвой гаpмоники в обоих исполнениях одинаков. Он представляет собой pеле максимального напpяжения К1 (рисунок 4), которое включено на пеpвую гаpмонику напpяжения нулевой последовательности со стоpоны линейных выводов генеpатоpа. Для этого он подключается к обмотке трансформатора напряжения TV1, соединенной в pазомкнутый тpеугольник. Орган срабатывает при замыкании на землю в обмотке статора и имеет зону нечувствительности пpи замыканиях на землю вблизи нейтpали генеpатоpа.
Рисунок 4 - Схема защиты от замыканий на землю в обмотке статоpа генеpатоpа Оpганом тpетьей гаpмоники в защите 33Г-11 является pеле напpяжения с торможением К2, которое реагирует на относительное результирующее сопротивление третьей гармоники обмотки статора со стороны нейтрали на землю. К рабочему контуpу этого pеле подается сумма напряжений третьих гаpмоник от тpансфоpматоpов напpяжения со стоpоны линейных выводов генеpатоpа ТV1 и от тpансфоpматоpа напpяжения ТV3 (UВ3+ UН3), установленного в нейтpали генеpатоpа, а к тоpмозному контуpу - только напpяжение тpетьей гаpмоники со стоpоны нейтpали генеpатоpа (UН3). Оpган тpетьей гаpмоники пpедназначен для действия пpи замыканиях на землю вблизи нейтpали генеpатоpа. В защите 33Г-12 оpган тpетьей гаpмоники реагирует на производную по вpемени от напpяжения тpетьей гаpмоники с выводов генеpатоpа. Выполнение защиты основано на том, что скоpость изменения напpяжения пpи возникновении замыкания на землю намного больше, чем пpи любых изменениях pежима pаботы генеpатоpа. Это объясняется тем, что пpи замыкании на землю напpяжение на защите повышается скачкообpазно, только за счет увеличения составляющей э.д.с. тpетьей гаpмоники со стоpоны линейных выводов пpи неизменности самой э.д.с., а пpи изменениях pежима pаботы генеpатоpа меняется магнитное поле машины с большой постоянной вpемени (не менее 0,8 с.) и напpяжение нарастает медленно. Защита ЗЗГ-12 не требует установки тpансфоpматоpа в нейтpали генератора. Hапpяжение сpабатывания оpгана 1-й гаpмоники обеих защит выбирается в пpеделах 10-15 В и обычно пpинимается U = 15 В. Уставкой оpгана 3-й гаpмоники pеле с тоpможением защиты 33Г-11 является его коэффициент тоpможения, который рекомендуется выбирать равным = 0,67. Оpган 3-й гаpмоники защиты 33Г-12 не имеет регулируемых уставок. Для отстройки от пеpеходных пpоцессов защита действует с выдеpжкой вpемени порядка 0,5 с. На генераторах серии ТВФ при наличии гальванической связи генератора с сетью собственных нужд или с сетью потребителей, если емкостной ток замыкания на землю этой сети больше 5 А, используется защита, реагирующая на емкостной ток. Датчиком емкостного тока для этой защиты является трансформатор тока нулевой последовательности типа ТНПШ (рисунок 5) с подмагничиванием от трансформатора напряжения TV1 для улучшения трансформации емкостных токов нулевой последовательности. В цепи рабочей обмотки ТНПШ включены токовые реле KA1 (типа РТЗ-50) для защиты генератора от однофазных замыканий на землю и реле KA2 (типа РНТ-565) для защиты от двойных замыканий на землю. Применении реле типа РНТ-565 обусловлено тем, что оно работает без вибрации контактов при несинусоидальных токах. Для предотвращения ложного срабатывания защиты от токов небаланса, ее действие при внешних коротких замыканиях блокируется защитами от симметричных (KA3) и несимметричных коротких замыканий (KA4). Защита от однофазных замыканий на землю имеет выдержку времени 1.5 - 2 с, предусмотренную для отстройки от переходных процессов при внешних замыканиях на землю, сопровождающихся бросками емкостного тока. Для генераторов, имеющих больший емкостной ток, чем генераторы ТВФ-63, ток срабатывания защиты получается больше 5 А. В связи с этим применяется схема с компенсацией в защите установившегося емкостного тока. Для указанной компенсации на обмотку ТНПШ, предназначенную для включения блокирующего реле, подается напряжение 3от трансформатора напряжения через конденсаторы. В остальной части схема не отличается от рассмотренной выше.
Рисунок 5 - Схема защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора, реагирующая на емкостной ток studfiles.net Защита - синхронный генератор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Защита - синхронный генераторCтраница 1 Защита синхронных генераторов может быть проверена при пониженной скорости вращения в процессе прогрева паровой турбины для ускорения испытательных работ. [2] Защиту синхронных генераторов проверяют при пониженной скорости вращения в процессе прогрева паровой турбины для ускорения испытательных работ. [3] К защите синхронных генераторов предъявляются наиболее высокие требования. Защита генераторов от внутренних повреждений обеспечивается прежде всего применением продольной дифференциальной защиты. Для повышения чувствительности этого вида защиты применяют реле РКТ, состоящее из токового реле и быстронасы-щающегося трансформатора БНТ. Кроме того, предусматривается защита от замыканий на землю обмотки статора, которая в зависимости от величины токов на землю может работать на сигнал или отключение. Защита от замыканий на землю осуществляется с применением трансформаторов тока нулевой последовательности кабельного типа ТНП или шинного типа ТНПШ. Такая защита может быть установлена в виде двух комплектов: 1) грубого, срабатывающего без выдержки времени при двойных замыканиях на землю, из которых одно возникло в цепи генератора; 2) чувствительного, для защиты генератора от однофазных замыканий. [4] Предназначена для управления и защиты синхронного генератора передвижных дизельных электростанций мощностью 100 кет, частотой 50 гц. На панели смонтирована аппаратура управления, измерительные приборы, устройство синхронизации, угольный регулятор Напряжения и коммутационная аппаратура для распредр ления электрической энергии. [5] К электрическим повреждениям, учитываемым при выполнении4 защиты синхронных генераторов, относятся многофазные и однофазные замжания в обмотке статора и замыкания на землю в одном и во второ-л ( при наличии первого) месте цепей возбуждения. [6] По характеру повреждений и ненормальных режимов работы синхронные компенсаторы не отличаются от синхронных генераторов, поэтому защиты синхронного компенсатора выполняются в основном аналогично защитам синхронного генератора соответствующей мощности. Контроль исправности цепей тока дифференциальной защиты не предусматривается. Защиту от замыкания на землю в цепи возбуждения выполняют так же, как для гидрогенераторов, только от замыканий на землю в одной точке. [8] По характеру повреждений и ненормальных режимов работы синхронные компенсаторы не отличаются от синхронных генераторов. Поэтому защиты синхронного компенсатора выполняются в основном аналогично защитам синхронного генератора соответствующей мощности. Контроль исправности цепей тока дифференциальной защиты не предусматривается. [9] Реле перегрузки типа ИМ-145 относится к индукционным вторичным реле косвенного действия с зависимой характеристикой и предназначено для защиты судовых синхронных генераторов, работающих параллельно на общую сеть, от перегрузки. [10] Некоторые из указанных защит устанавливаются не на всех генераторах. Это определяется напряжением, мощностью и характером заземления нейтрали генератора. Так, например, для генераторов напряжением до 1000В и мощностью до 1 5 МВт в связи с высоким запасом изоляции защита выполняется упрощенно. Обычно это токовая защита от всех видов повреждений и ненормальных режимов. Применяются также плавкие предохранители. В связи с этим ниже защиты высоковольтные и защиты низковольтных синхронных генераторов рассматриваются раздельно. [11] Некоторые из указанных защит устанавливаются не на всех генераторах. Это определяется напряжением, мощностью и характером заземления нейтрали генератора. Так, например, для генераторов напряжением до 1 кВ и мощностью до 1 МВт в связи с высоким запасом изоляции защита выполняется упрощенно. Обычно это токовая защита от всех видов повреждений и ненормальных режимов. Применяются также плавкие предохранители. В связи с этим ниже защиты высоковольтных и защиты низковольтных синхронных генераторов рассматриваются раздельно. [12] Страницы: 1 www.ngpedia.ru Электронные защиты. Защиты генератора.1. Реле максимального напряжения PMH. Служит для выключения из работы генератор в случае перенапряжения в сети. РМН срабатываете выдержкой и без выдержки времени. С выдержкой времени при повышении напряжения выше номинального на 15-20%. Без выдержки времени при повышении напряжения выше номинального на 30-40%. В 50v вагонах - срабатывает 60±2v с выдержкой (0,7±0,2 секунды), - 75v срабатывает мгновенно; в 110v вагонах - свыше 156-158v мгновенно. РМН бывают электромеханические, электронные. При срабатывании РМН на щите загорается лампа «РМН» или «генератор» в зависимости от типа вагона. Для проверки исправности РМН перед отправлением в рейс необходимо нажать кнопку «проверка РМН» или «проверка защиты». При этом необходимо удерживать её 5-20 секунд, в результате чего должна загореться вышеуказанная лампа. Для восстановления после проверки необходимо нажать на кнопку «возврат защиты», при этом сигнальная лампа должна погаснуть. В случае, если РМН не тестируется (при удерживании кнопки лампа не загорается), сообщить ПЭМ о неисправности, т.к. отправлять вагон с неисправным РМН запрещено. 2. Тирристорная защита. Выключает из работы генератор в случае всплеска индукционного напряжения (£7сети-125 V). При этом на электрощите загорается лампа «тирристорная защита» или «генератор» в зависимости от типа вагона. При срабатывании защиты необходимо сообщить ПЭМ. 3. Защита от обрыва фаз. Выключает из работы генератор в случае сгорания одного из предохранителей основной обмотки генератора или обрыва обмотки генератора, при этом загорается сигнальная лампа «обрыв фаз. РПН» или «генератор» в зависимости от типа вагона. При срабатывании защиты необходимо сообщить ПЭМ. 4. Кнопка «возврат защиты» КН-1. Служит для восстановления защит. В случае, если защиты не восстанавливаются, вызвать ПЭМ. Данный вагон в рейс отправлять запрещено(т.к. не работает генератор). При срабатывании РМН, тирристорной защиты и защиты обрыва фаз проводнику необходимо снизить нагрузку на АБ. Аккумуляторные защиты5. Реле пониженного напряжения (РПН). Служит для зашиты АБ от глубоких разрядов. Срабатывает при напряжении АБ в: 50-вольтовом вагоне: щелочная АБ - 40-41 v; кислотная АБ -46-47 v; в 110-вольтовом вагоне постройки ГДР: - первая ступень 101 V, при этом отключается кондиционер; - вторая ступень 98 V, в работе остается аварийное освещение и сигнализации; в 110-вольтовом вагоне постройки ТВЗ: - при 98 v загорается светодиод «защита батареи 2 ступень», при этом отключается кондиционер; - при 93 v загорается светодиод «защита батареи I ступень», отключаются все потребители, кроме аварийного света и сигнализации. При срабатывании РПН проводник должен вызвать ПЭМ. Данная защита восстанавливается в работу автоматически после достижения номинального значения на АБ (например, заряд АБ от внешнего источника питания). С 1983 года все генераторные защиты соединены в одну лампу «защита генератора». Это применимо для плацкартных 50 v вагонов. ПОДГОТОВКА ЭЛЕКТРОЩИТА В РАБОТУ studfiles.net |