Розрахунок релейного захисту блока генератор-трансформатор

Захист від замикань на землю повинно бути передбачено на турбогенераторах потужністю 300 МВт та вище, захист повинен діяти на сигнал. Також при наявності генераторного вимикача в колі генератора з безпосереднім охолодженням провідників обмоток слід передбачати резервування при відмові цього вимикача (наприклад, застосуванням ПРВВ).

 

 

 

4. ВИБІР УСТАВОК ДО  ЗАХИСТІВ ГЕНЕРАТОРА ТГВ-300-2УЗ

 

 

4.1 Розрахунок захисту від міжфазних та виткових пошкоджень.

Захист із гальмовою дією і БНТ встановлюється на турбогенераторах  потужністю 300 МВт. Вона має трифазне виконання, що забезпечує швидке відключення подвійних замикань на землю, одне з яких знаходиться в генераторі.

Гальмова обмотка включається у вторинний ланцюг трансформаторів струму з боку лінійних виводів генератора.

Трансформатор, що насичується, (НТТ) на вході реле забезпечує ефективне відбудування захисту від струмів небалансу при перехідних процесах. Його сердечник насичується аперіодичною складовою струму небалансу, унаслідок чого велика частина цього струму йде на намагнічування НТТ і не потрапляє в реле.

Схема захисту показана на рис.4.1. В ній використовується реле типу ДЗТ-11/5, що має робочу обмотку (144 витка) з одним відгалуженням по середині. Гальмова обмотка має дискретне регулювання числа витків, загальне число витків 36.

 

Рисунок 4.1 – Схема подовжнього диференціального захисту генератора потужністю 300 МВт

 

Для розрахунку дифзахисту приймемо, що генератор підключений до шин нескінченної потужності. Вибір уставок захисту полягає у визначенні числа витків гальмової обмотки.

 

4.1.1Розрахунок  повздовжнього диференційного захисту генератора (реле ДЗТ-11/5)

Вибір уставок даного захисту зводиться к визначенню числа витків гальмівної обмотки. Необхідне гальмування визначається за умовою відбудови захисту від найбільшого значення струму небалансу при зовнішньому короткому замиканні або в умовах асинхронного ходу при куті розходження ЕРС системи і захищаємого генератора рівним 180˚. Струм небалансу розраховується за наступною формулою:

   

,                              (4.1) 

де - коефіцієнт однотипності трансформаторів струму,      (для однотипних ТС);

- відносна найбільша похибка  ТС, що відповідна струму намагнічування  у сталому режимі к.з.,

- струм генератора при  зовнішньому трифазному к.з.

Рисунок 4.2 – Схема подовжнього диференціального захисту генератора потужністю 300 МВт

Рисунок 4.3 – Схема для розрахунку струму к.з. на шинах 330 кВ

 

       При трифазному к.з. у точці К1:

 

При розрахунку МРС робочої обмотки вводиться коефіцієнт надійності ,  так як гальмування повинно надійно перевищувати дію МРС, створену струмом небалансу в робочій обмотці. МРС робочої обмотки визнається за формулою:

                                          (4.2)

де - коефіцієнт трансформації трансформаторів струму зі сторони лінійних виводів генератора;

 - число витків робочої обмотки, витка.

За рис. [МУ, с.1] визначаємо за - МРС гальмівної обмотки :

Розрахункове число витків гальмівної обмотки розраховується за наступною формулою:

 

4.2. Розрахунок захисту  від виткових замикань на землю  в обмотці статора генератора

Для захисту від виткових замикань в обмотці з двома паралельними гілками застосовують односистемний  поперечний диференційний захист, реагуючий на різність сумарних струмів трьох фаз в вказаних паралельних гілках.

 Поперечний диференційний  захист може спрацьовувати при виткових замикань в обмотці ротора внаслідок нерівності струмів паралельних гілках обмотки статора рис. 4.4. Цей захист реагує на замикання між витками однієї гілки, між гілками однієї фази та між гілками різних фаз. Захист виконується на струмовому реле РТ-40/Ф з фільтром вищих гармонік.

Рисунок 4.4 – Схема поперечного диференційного захисту

4.2.1 Розрахунок поперечного диференційного захисту (реле РТ-40/Ф)

Первинний струм спрацьовування поперечного диференційного захисту вибирається за умовою відбудови від струмів небалансу при зовнішніх коротких замиканнях.

Як правило, струм спрацьовування захисту задовольняє умові:

                                              (4.3)

При проектуванні струм спрацьовування розраховується за формулою:

При наладці за результатами випробувань струм спрацьовування може бути суттєво зменшений.

4.3 Розрахунок захисту від замикання на землю в обмотці статора

         Відповідно до ПУЕ на блоках з генераторами потужністю 300 МВт повинен передбачатися захист від замикань на землю в ланцюзі генераторної напруги, що охоплює всю обмотку статора. Захист повинний діяти на відключення з витримкою часу не більш 0.5с.

          Для генераторів потужністю 300 МВт застосовується захист типу ЗЗГ-1, що складається з максимального органа напруги нульової послідовності першої гармоніки й органа третьої гармоніки. Орган першої гармоніки представляє собою максимальне реле напруги з фільтром вищих гармонік, пропускаючих лише напругу першої гармоніки. Орган першої гармоніки підключається до обмоток трансформаторів напруги, з’єднаних в розімкнутий трикутник, встановлених зі сторони лінійних виводів. Органом третьої гармоніки являється реле напруги з гальмуванням. Орган третьої гармоніки підключається до трансформаторів напруги, встановлених в нейтралі і на виводах генератора.

4.3 Розрахунок захисту ЗЗГ-1.

Уставка органу першої гармоніки (реле напруги) повинна відстроюватися від напруги нульової послідовності на виводах генератора при однофазному короткому замиканні за трансформатором блоку. Уставка реле напруги розраховується по формулі:

                                              (4.4)

де – коефіцієнт надійності, =1.3;

    – напруга нульової послідовності на виводах генератора.                   

                                        (4.5)

де - коефіцієнт, враховуючий розподіл напруги по обмотці ВН трансформатора блоку,

 – відповідно ємності  між обмотками ВН і НН однієї  фази трансформатора, обмотки НН  однієї фази трансформатора на  землю й однієї фази генератора.

- коефіцієнт трансформації  напруги,

                                                      (4.6)

де - напруги вищої обмотки трансформатора блоку.

Встановлюємо уставку реле 10В, щоб уникнути к надлишковим спрацьовуванням захисту.

Уставка органа третьої гармоніки повинна відстроюватися від максимального значення відношення напруги робочого ланцюга до напруги гальмівного ланцюга при відсутності замикання на землю. Розрахунок уставки виконується по формулі:

                                             (4.7)

де – коефіцієнт надійності, =2;

Зона дії органа третьої гармоніки при металічних замикань знаходиться наступним чином:

зі сторони нейтралі:

зі сторони лінійних виводів:

 

4.4 Захист від зростання  напруги

Даний захист призначений для запобігання недопустимого зростання напруги в обмотці статора і встановлюється на всіх енергоблоках з турбогенераторами потужністю 300МВт. Захист реагує на зростання напруги обмотки статора більш ніж 1,2UНОМ. Виконується за допомогою реле максимальної напруги типу РСН 14-30 або РН-58/200.

4.4.1 Розрахунок захисту  від зростання напруги

Напруга спрацьовування реле розраховується по формулі:

,

де - коефіцієнт надійності, приймається рівним 1,2.

4.5 Захист від зовнішніх симетричних коротких замикань

На блоках з генераторами потужністю 300 МВт для захисту від зовнішних симетричних коротких замикань встановлюється односистемної дистанційного захисту AKZ1. Захист вмикається на різність струмів трансформаторів струму, встановлених в нейтралі генератора, і на міжфазної напруги, встановленого на виводах генератора.

Реле опору виконується на основі схеми порівняння по фазі двох електричних величин і мають характеристики спрацьовування у вигляді  еліпса, зміщену  в III квадрант.

4.5.1 Розрахунок дистанційного захисту генератора

Опір спрацьовування захисту знаходиться за умови відбудови від режиму найбільш реально можливого навантаження. Опір навантаження розраховується по формулі:

                           

 

          Опір спрацьовування захисту  з реле опору, що має кругову характеристику, визначається по виразу:

 

               ,

 

де – кут максимальної чутливості, приймаємо 80°;

 – кут навантаження, 53°;

  – коефіцієнт надійності, рівний 1.2;

  – коефіцієнт повернення реле опору, для КРС-2 рівний 1.05.

          

Кут навантаження розраховується наступним чином:

,

де - максимальне значення первинного робочого струму навантаження генератора в після аварійному режиму, приймається рівним 1,5 в.о.

- мінімальне значення первинного лінійної напруги, приймається рівним 0,95 в.о.

Уставка, відповідна велекої осі еліпса, розраховується по формулі:

      

 Значення опору по  малій осі еліпса повинне забезпечувати  відбудування від режиму найбільшого реально можливого навантаження. З припустимим наближенням можна вважати, що ця умова виконується, якщо опір малої осі еліпса не більш опору спрацьовування . Це досягається вибором коефіцієнта еліптичності :

 

Приймаємо =0.5.

Уставка на реле розраховується по формулі:

 

де - коефіцієнт проміжного трансформатора струм, рівний 10/5А.

4.6. Захист від симетричного перевантаження обмотки статора

Захист від симетричного перевантаження виконується за допомогою реле струму та діє на сигнал з витримкою часу 6-9 секунд. Струм спрацьовування захисту розраховується по формулі:

 

де - коефіцієнт надійності, приймається рівним 1,05;

- коефіцієнт повернення, приймається 0,99.

4.7. Захист від перевантаження обмотки ротора

4.7.1 Захист від перевантаження обмотки ротора на турбогенераторах потужністю 300 МВт.

На турбогенераторах потужністю 300 МВт використовується струмовий захист з інтегральною витримкою часу, відповідної тепловій характеристиці генератора.

Діапазон уставок сигнального органа за струмом ротора в відносних одиницях рівний (1÷1,2) . Рекомендується приймати:

Діапазон уставок пускового органа за струмом ротора в відносних одиницях рівний (1,05÷1,25) . Рекомендується приймати:

4.8. Захист від втрати збудження

Захист від втрати збудження, реагуючий на зворотну активну потужність, може бути виконана з використанням давача втрати збудження (ДВЗ). ДВЗ являє собою напрямлене ємнісне струмове реле, яке вмикається на струм фази А і на напругу ВС. Струм спрацьовування ДВЗ рекомендується вибирати за наступним виразом:

,                                                        (4.8)

де - коефіцієнт надійності, приймається рівним 1,1;

- опір генератора;

- опір трансформатора:

Струм спрацьовування реле розраховується по формулі:

ДВЗ може короткочасно спрацьовувати при порушенні динамічної стійкості, тому захист з ДВЗ слід виконувати з витримкою часу 1-2 секунди.

 

4.9. Захист від зовнішніх несиметричних коротких замикань і несиметричних перевантаження

На турбогенераторах потужністю 300 МВт захист від несиметричних режимів і зовнішніх несиметричних коротких замикань приймається струмовий захист зворотної послідовності з інтегральної витримки  часу. Пуск інтегрального органа слід виконувати при струмі, перевищуючим мінімальний струм зворотної послідовності для забезпечення залежної витримки часу на всьому діапазоні струмів перевантаження і коротких замикань. Уставка пускового органа вибирається за умовою:

 

   ,                                           (4.9)

де - коефіцієнт надійності, приймається рівним 1,1;

Струм спрацьовування відсічки II вибирається за умовою:

,                                           (4.10)

де - надперехідний струм зворотної послідовності;

- коефіцієнт чуттєвості, приймається рівним 1,2.

,

де - синхронний опір генератора;

- опір зворотної послідовності генератора.

Струм спрацьовування відсічки І вибирається за умовою:

,                                      (4.11)

Струм спрацьовування сигнального органа розраховується по формулі:

                               (4.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ВИБІР УСТАВОК ДО ЗАХИСТІВ ТРАНСФОРМАТОРА ТДЦ-400000/330

 

5.1 Повздовжній диференційний захист двообмоткового трансформатора

 

Диференційний струмовий захист є основним захистом трансформаторів від коротких замикань, а також від внутрішніх пошкоджень.

Розрахунок диференційного захисту трансформатора зводиться до знаходження кількості витків гальмівної обмотки. Гальмівна обмотка повинна бути ввімкнута в плече диференційного захисту не з сторони живлення, а в плече протилежне.