Розрахунок релейного захисту блока генератор-трансформатор

Замикання на землю найбільш вірогідні на ділянках обмотки статора поблизу лінійних виводів. Але як показав досвід експлуатації, можливі замикання на землю і поблизу нейтралі (зокрема при знижені рівня ізоляції під дією охолоджуючий води).

2.1.3 Багатофазні К.З.

Багатофазні К.З. в обмотці статора найбільш вірогідні при розвитку пошкодження, яке викликане однофазним замиканням на землю. Але можливі і міжфазні К.З. без землі,  що виникають в лобових частинах обмотки. Так як великі струми пошкодження при багатофазних К.З. викликають значні руйнування генератора, ці К.З. повинні вимикатися швидкодіючим захистом.

2.1.4 Пошкодження обмотки статора

Поширеними видами пошкодження обмотки ротора і кола збудження є замикання на землю в одній та в двох точках.

Замикання на землю в одній точці не супроводжується великими струмами і не оказує впливу на роботу генератора. Але при цьому виникає небезпека пошкодження ізоляції кола збудження у другій точці. При його появі частина обмотки ротора шунтується, внаслідок чого магнітне поле машини. Це може призвести до значної вібрації і руйнуванню підшипників. Виникнення дуги при замиканні на землю в другій точці може викликати місцеві обгорання ізоляції і оплавлення міді обмотки.

2. Аналіз анормальних режимів роботи турбогенератора
1. Несиметричний режим

Велику небезпеку для генераторів являють несиметричні режими. В несиметричному режимі виникає перевантаження генератора струмами зворотної послідовності, завдяки яким виникає обертальне магнітне поле,  яке спрямоване назустріч руху ротора. При цьому в бочці ротора виникають струми подвійної частоти, які викликають нагрів зубців та пазових клин’єв в торцевих зонах ротора.

Несиметрія струмів виникає за неповнофазних режимів у енергосистемі, а також за великих несиметричних навантажень близьких споживачів. Окрім несиметричних режимів причиною небезпечних нагрівів ротора турбогенератора струмами зворотної послідовності можуть послужити несиметричні зовнішні К.З.

2. Перевантаження обмоток статора і ротора

До анормальних режимів також відноситься також перевантаження по струму статора і струму ротора.

Симетричні перевантаження можливі за обумовлених нестатком реактивної потужності на даній ділянці енергосистеми зниженнях напруги у мережі, на яку працюють енергоблоки. Але частіш перевантаження генератора за струмом статора виникає внаслідок перевантаження по струму ротора, наприклад із-за несправності в системі збудження, яка викликає значне підвищення струму в обмотці ротора.

Перевантаження генератора по струму статора завжди супроводжується перевантаженням по струму ротора. Задля усунення перевантаження виконується автоматичне зниження струму збудження (АРЗ) і захисту ротора від перевантаження. Остання окрім дії на навантаження, у випадку якщо при цьому перевантаження не усувається, вимикає генератор.

Оскільки автоматична ліквідація перевантаження ротора усуває і перевантаження статора, за виникненням останньої достатньо лише забезпечити дію сигналізації.

3. Підвищення напруги

Небезпечним для турбогенераторів анормальним режимом є значне підвищення напруги в обмотці статора, яке можливо в умовах холостого ходу генератора, при несправностях в системі збудження чи при обриві кіл напруги АРЗ. Задля запобігання таких підвищень напруги виконується гасіння поля за допомогою спеціального захисту.

4. Втрата збудження

При втраті збудження генератор переходить до асинхронного режиму і, продовжуючи видавати активну потужність, отримує збудження від мережі. При цьому знижується до нуля тормозний синхронний момент, частота обертання генератора збільшується і виникає сковзання 0,3-0,7 %.

Сковзання ротора відносно магнітного поля що обертається, створює вихрові струми в бочці ротора, які викликають місцеві нагріви бандажних кілець, пазових клиньів та зубців ротора. Окрім цього внаслідок перерозподілу магнітних потоків у лобових частинах статора при роботі генератора без збудження виникає підвищений нагрів крайніх пакетів статора.

В умовах асинхронного режиму внаслідок споживання із мережі великої реактивної потужності значно зростає струм статора і зменшується напруга на виводах генератора. Тому активна потужність, що видається генератором в асинхронному режимі, повинна обмежуватися.

Ліквідація асинхронного ходу здійснюється протиаварійною автоматикою і в функції релейного захисту не входить.

 

 

2.3 Аналіз пошкоджень трансформаторів  і автотрансформаторів

2.3.1 Виткові замикання

            За виткових замикань в будь-якій обмотці трансформатора (автотрансформатора) струм у замкнених витках може в декілька разів перевищувати номінальний струм при незначній зміні струму в останній частині обмотки і в інших обмотках.

           До виткових замикань відносяться  також замикання між відгалуженнями регулювальної обмотки однофазних автотрансформаторів. У зв’язку із відносно великою імовірністю таких пошкоджень повинна забезпечуватися певна чутливість захисту для їх відмикання.

2.3.2 Багатофазні і однофазні  замикання

Багатофазні К.З. можуть виникати в кожній із обмоток трифазного трансформатора. В групах однофазних трансформаторів чи автотрансформаторів міжфазні К.З. неможливі. Струм пошкодження залежить від місця К.З. При з’єднанні обмоток у зірку чим ближче К.З. до нейтралі, тим більше струм в закороченій частині обмоток і менше зі сторони живлення, а при з’єднанні у трикутник найменший струм буде у середині обмоток.

Однофазні К.З. можливі в обмотках, приєднаних до мережі із заземленою нейтраллю (з великим значенням струму К.З. на землю). До внутрішніх однофазних К.З. відносять також пошкодження маслонаповнених вводів на напругу 110 кВ і вище.

Найбільш вірогідні К.З. поблизу виводів (на початку обмотки). При цьому найбільший струм в місці К.З. буде у випадку пошкодження обмотки, що з’єднана із джерелом живлення. При великих значеннях струму К.З. пошкодження призводить до великих руйнувань трансформатора. У зв’язку з цим важливо забезпечити високу швидкодію захисту.

4. Анормальні режими роботи трансформаторів і автотрансформаторів

2.4.1 Перевантаження

Перевантаження трансформаторів енергоблоків може виникнути тільки за умови перевантаження генераторів, і їх поява виявляється за допомогою захисту генераторів.

Перевантаження обмотки ВН автотрансформатора виникає унаслідок збільшення перетікання потужності зі сторони ВН на сторону СН і назад. Окрім того, можливі перевантаження загальної частини обмотки автотрансформатора за умов передачі номінальної потужності зі сторони ВН та НН на сторону СН.

Таблиця 2.1 - Припустима тривалість перевантаження трансформаторів (автотрансформаторів) 

Перевантаження за струмом, %	30	45	60	75	100
Тривалість перевантаження, хв.	180	80	45	20	10

 

У зв’язку із тим, що навіть за значних перевантажень не вимагають швидкого вимкнення трансформаторів, достатньо забезпечити дію сигналізації.

2.4.2 Підвищення напруги

Небезпечні підвищення напруги на трансформаторах, автотрансформаторах енергоблоків можуть виникати в тих же умовах роботи енергоблоку в режимі холостого ходу і за тих же причин, що і на генераторі. На енергоблоках із генераторами потужністю 160 МВт і більше таким підвищенням напруги запобігають за допомогою захисту генератора від підвищення напруги.

Перезбудження трансформаторів енергоблоків можливе також за зниженою частотою за умов пуску чи зупинки енергоблоку, наприклад за передчасним збудженням генератора за час розвороту турбіни, за умов частотного пуску генератора у випадку його використання у якості синхронного компенсатора, за умов відмови пристроїв гасіння поля після зачинення стопорного клапану турбіни та ін.

2.4.3 Замикання на землю  в колі обмотки НН

Замикання на землю на стороні НН енергоблоків виявляються захистом від замикань на землю в обмотці статора генераторів.

 

2.4.4 Пожежа трансформаторів (автотрансформаторів)

Трансформатори і автотрансформатори потужністю 200 МВА і більше та усі трансформатори напругою 500 кВ і вище обладнують пристроями пожежогасіння. Якщо трансформатор власних потреб встановлюється під струмопроводами генератора, то він також обладнується пристроями пожежогасіння.

За відсутністю спеціальних датчиків, що реагують на виникнення пожежі, пристрої пожежогасіння автоматично запускаються за умов дії захисту від внутрішніх пошкоджень.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 рекомендаціЇ ПУЕ З ВИБОРУ ТИПІВ ЗАХИСТІВ

 

3.2 Захист генератора ТГВ-300-2УЗ

 

 Захист від замикань на землю в обмотці генератора. Згідно з ПУЕ[п.3.2.38, 4] для генераторів потужністю 300 МВт застосовується реле типу ЗЗГ-1, що складається з максимального органа напруги нульової послідовності першої гармоніки й органа третьої гармоніки. Цей захист діє при замиканнях на землю в колі генераторної напруги. Захист повинен охоплювати всю обмотку статора.

         Поперечний диференційний захист генератора. Включається на трансформатор струму, встановлений у перемичці, що з'єднує дві нейтралі гілки обмотки статора. Захист реагує на замикання між витками однієї гілки, між гілками однієї фази і між гілками різних фаз. Захист виконується на реле струму типу РТ-40/Ф з фільтром вищих гармонік. [п.3.2.40, 4]

Подовжній диференційний захист. Захист має трифазне виконання, що забезпечує швидке відключення подвійних замикань на землю, одне з яких знаходиться в генераторі. Захист виконується на реле типу ДЗТ-21/5[п.3.2.26, 4].

Резервний дистанційний захист. Встановлюється одноступінчатим з використанням одного з трьох реле опору в реле типу КРС-2. Застосовується для захисту від зовнішніх симетричних коротких замикань.

Струмовий захист зворотної послідовності. Встановлюється захист типу РТФ-6М. Застосовується для захисту генератора від перевантаження струмом зворотної послідовності, а також як резервний захист від несиметричних к.з. [п.3.2.41, 4]

Захист від втрати збудження. Виконується за допомогою спрямованого реле опору з еліптичною характеристикою. Використовується друге реле опору комплекту КРС-2. [п.3.2.45, 4]

Захист від перевантаження обмотки ротора. Виконується на реле типу РЗР-1М з двома ступінями дії – перша, діє на зменшення збудження генератора, і друга, діюча на відключення його від мережі і на гасіння поля. [п.3.2.47, 4]

Захист від підвищення напруги. Виконується на максимальному реле напруги РН-58/200. Застосовується при переході генератора в режим холостого ходу. [п.3.2.46, 4]

Захист від замикань на землю в колі збудження. Застосовується захист типу КЗР-3. [п.3.2.48, 4]

 

               3.3 Згідно ПУЕ для трансформатора ТДЦ-400000/330 використо-вуються такі захисти:

 

Диференційний захист трансформатору блоку. Передбачається як основний захист від усіх видів к.з. Застосовується реле типу ДЗТ-21[п.3.2.54, 4].

Газовий захист. Реагує на газоутворення всередині баку трансформатору, викликане міжвитковими й іншими короткими замиканнями. Реагує також і на інші ненормальні режими роботи трансформатора [п.3.2.53, 4].

Захист від однофазних к.з. на землю на стороні ВН. Спрацьовує при зовнішньому однофазному к.з. блоку, що працює з розземленною нейтраллю. Цей захист виконується на реле напруги нульової послідовності типу РНН-57. [п.3.2.51, 4]

Захист ошиновки ВН. Захист ошиновки виконується без гальмування на реле РНТ-565. Застосовується від різних видів к.з. на стороні ВН. [п.3.2.70, 4]

Резервний диференційний захист. Застосовується для резервування основних захистів блоку генератор-трансформатор від усіх видів к.з. Схема грунтується на застосуванні реле типу ДЗТ-11/3. [п.3.2.75, 4]

 

Загальні рекомендації до захисту блока генератор-трансформатор.

 

При наявності вимикача в колі генератора повинна бути додаткова передбачена сигналізація замикань на землю на стороні генераторної напруги трансформатору блока. На блоці з генератором, який має безпосереднє охолодження обмоток, слід передбачити окремий повздовніжній диференційний захист генератора. При цьому якщо в колі генератора є вимикач, то повинна бути встановлена окремий диференційний захист трансформатора блоку. Зі сторони високої напруги та трансформатора (блока) може бути підключена до трансформатору струму, вбудовані в трансформатор блока. При цьому для захисту ошиновки між вимикачем на стороні високої напруги та трансформатором  блоку повинно бути встановлений окремий захист.

Рекомендується установка резервного диференційного захисту, охоплю-чого генератор і трансформатор блоку разом з ошиновкой на стороні високої напруги. При наявності вимикача в колі генератора резервний диференційний захист повинен виконуватися з витримкою часу 0,35-0,5 с. Також рекомендується установка  двохступенчатого дистанційного захисту та при наявності резервного диференційного захисту з метою збільшення ефективності дальнего резервування. Якщо резервний диференційний захист блоку відсутній повинно бути передбачено максимальний струмовий захист зі сторони високої напруги блока, призначений для резервування основних захистів трансформатора блоку при роботі з відключеним генератором.