ФИЛИАЛ ОАО «ИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР ЕЭС» - «ФИРМА ОРГРЭС»

 

 

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО МЕТОДУ ОПТИМАЛЬНОЙ НАСТРОЙКИ ЗАЩИТЫ ОБМОТКИ СТАТОРА МОЩНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

 

 

Разработано Филиалом ОАО "Инженерный центр ЕЭС" - "Фирма ОРГРЭС"

 

2004г.

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

В отечественной практике широко применяется 100%-ная защита от замыкания на землю обмотки статора генератора для блоков генератор-трансформатор с использованием блок-реле БРЭ 1301.01 (аналог ранее выпускавшегося реле ЗЗГ-1). Принцип действия и исполнение защиты разработаны ВНИИЭ [1], изготавливает устройство защиты АО "Чебоксарский электроаппаратный завод" (ЧЭАЗ).

Регулировочные параметры канала (БТГ) блока третьей гармоники защиты БРЭ 1301.01 (и аналогичных по принципу действия) имеют большие возможности и позволяют настроить характеристики срабатывания защиты в широком диапазоне. Недостаточно четкое понимание принципа действия и особенностей данного типа устройств являлось причиной неправильной настройки защиты. Настройка защиты с чрезмерной чувствительностью вызывает ее излишние срабатывания в режимах работы генератора, не связанных с замыканием на землю обмотки статора, что и отмечалось в эксплуатации. При настройке характеристик защиты с недостаточной чувствительностью не обеспечивается 100%-ная защита обмотки статора.

Выбор параметров настройки канала БТГ защиты БРЭ 1301.01 осуществляется в соответствии с рекомендациями [1]—[3], в которых канал БТГ рассматривается в качестве органа сопротивления.

В настоящих Рекомендациях приведен метод расчета характеристик и оптимальной настройки параметров реле БРЭ 1301.01, в котором канал БТГ рассмотрен в качестве органа реле напряжения с торможением. Метод проверен при экспериментально-наладочных работах, испытаниях и эксплуатации защиты БРЭ 1301.01 на турбогенераторах и гидрогенераторах. Оптимальная настройка параметров реле согласно приведенному методу обеспечивает эффективную защиту генератора и селективное действие защиты.

Метод может быть использован также для настройки 100%-ных защит от замыкания на землю обмотки статора генератора, выполненных аналогично защите БРЭ 1301.01.

 

2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЗАЩИТЫ

 

2.1. Состав защиты

Структурная схема защиты от замыкания на землю обмотки статора генератора при использовании блок-реле БРЭ 1301.01 изображена на рисунке 1.

2.1.1. Защиту большей части обмотки статора (примерно 85—90%, считая от линейных выводов) обеспечивает блок основной составляющей (БОС), реагирующий на напряжение нулевой последовательности частоты 50 Гц.

2.1.2. Защиту нейтрали и примыкающей к ней части обмотки статора обеспечивает БТГ, основанный на использовании комбинаций напряжений третьих гармоник 150 Гц, измеренных на линейных выводах U_зD (на выходе разомкнутого треугольника трансформатора напряжения линейных выводов генератора) и в нейтрали U_N обмотки статора генератора. Согласно [1]—[3] защита реагирует на отношение модулей  характеризующее сопротивление в месте замыкания на землю.

Защита (БОС и БТГ) действует с выдержкой времени 0,5 с на отключение генератора и гашение его поля (см. пункт 3.2.74 ПУЭ [4]).

2.1.3. Орган блокировки напряжения обратной последовательности (ОБН) предназначен для блокирования действия защиты при внешних однофазных КЗ в сети высшего напряжения трансформатора блока генератор-трансформатор. Блокирование защиты производится в течение времени, пока U₂ превышает уставку ОБН (6-9,5 — 17,5%). Кроме того, ОБН срабатывает также при обрыве фазы цепей напряжения (3x100 В) питания реле и с выдержкой времени 1 с действует на сигнал "Неисправность защиты".

 

 

Рисунок 1 - Структурная схема защиты БРЭ 1301.01

 

2.2. Настройка параметров реле защиты

Ниже изложены рекомендации по настройке параметров защиты согласно указаниям [1]—[3].

2.2.1. Блок основной составляющей и ОБН являются реле максимального напряжения. Принцип действия и выбор уставок этих органов ясен и не вызывает трудностей.

Уставка срабатывания БОС выбирается, как правило, равной 10 В (0,1 U_ном). Отстройка действия БОС при однофазных коротких замыканиях (КЗ) в сети высшего напряжения трансформатора блока производится, как правило, с использованием не только внутренней блокировки — ОБН, но и дополнительно внешней — от токовой защиты, установленной в нейтрали блочного трансформатора и действующей при однофазных замыканиях во внешней сети.

2.2.2. Уставка срабатывания ОБН выбирается равной 6% для надежного блокирования действия защиты при внешних однофазных КЗ в сети высшего напряжения трансформатора блока. В этом случае блокирование защиты производится в течение времени, пока U₂ > 6%.

2.2.3. Проверка и настройка параметров БТГ вызывает недостаточно четкое понимание, что являлось причиной ошибочных решений в схеме включения и настройке защиты.

Отмечались случаи неправильной схемы включения реле по полярности цепей трансформаторов напряжения линейных выводов и нейтрали обмотки статора генератора, что искажает принцип действия БТГ защиты.

Согласно версии [1]—[3] БТГ представляет собой реле сопротивления, реагирующее при замыкании на землю на относительное результирующее сопротивление обмотки статора со стороны нейтрали по отношению к земле, измеренное с помощью составляющих третьей гармоники напряжения нулевой последовательности генератора.

Соответственно расчет исходных данных, уставок настройки и характеристик БТГ выполняется исходя из параметра сопротивления:

Z_¥ — сопротивление нейтрали обмотки статора на землю в нормальном режиме (R ® ¥);

Z_cp — сопротивление срабатывания БТГ;

K_н — коэффициент надежности отстройки срабатывания БТГ от нормального режима;

K_ч — коэффициент чувствительности БТГ (как реле сопротивления) при замыкании на землю в различных точках обмотки статора генератора.

 

3. ПРОВЕРКА ЗАЩИТЫ НА РАБОТАЮЩЕМ ГЕНЕРАТОРЕ

 

В данном разделе изложены рекомендации по проверке, расчету и настройке параметров БТГ защиты, рассматриваемой как реле напряжения с торможением. При проверке и настройке параметров реле следует перевести действие защиты на сигнал.

 

3.1. Проверка схемы включения защиты

3.1.1. Применение метода проверки схемы включения БТГ в режиме холостого хода генератора с заземлением одной фазы линейных выводов генератора, рекомендованный [2], позволяет однозначно оценить (даже и на остаточном напряжении генератора) правильность подключения входных цепей напряжения защиты. Однако практически данный метод редко используется при вводе защиты как небезопасный (для персонала и оборудования) в исполнении.

3.1.2. Проверка схемы включения защиты (правильности подключения входных цепей напряжения защиты), не требующая заземления фазы генератора, может быть выполнена в любом режиме на работающем генераторе (в режимах холостого хода или при нагрузке) следующим методом.

На клеммы 17-18 и 19-20 реле (см. рисунок 1) следует подать одно напряжение U_N, т.е. должна быть отключена внешняя цепь с клеммы 19 реле и установлена перемычка между клеммами 17 и 19, установить с помощью потенциометров R1 и R27 равные напряжения в контрольных точках рабочей и тормозной цепей реле (например, U₁₄ = U₁₈ = 5 В). После восстановления нормальной схемы (снята перемычка 17-19 и подключен штатный провод на клемму 19 реле) следует измерить напряжения на клеммах 17-18, 17-19, 19-20 и в контрольных точках 14 и 18 реле, оценить результаты измерений.

При правильном подключении входных цепей напряжения защиты соотношения измеренных напряжений должны быть следующими:

U_19-20 << U_17-18 » U_17-19; U₁₄ << U₁₈ (на порядок).

При несогласованной по полярности схеме подключения входных цепей напряжения защиты соотношения измеренных напряжений составляют:

U_19-20 » 2 (U_17-18 » U_17-19); U₁₄ » 2 U₁₈.

 

Пример (опытные данные)

1) Измерены напряжения на входных клеммах реле: U_17-18 = 2,32 В; U_17-19 = 2,17 В; U_19-20 = 4,49 В. По этим измерениям уже можно сделать оценку о несогласованной по полярности схеме подключения входных цепей напряжения защиты. Для подтверждения данной оценки проверка продолжена.

На клеммы 17-18 и 19-20 реле подано одно напряжение U_N = 2,32 В (т.е. отключена внешняя цепь с клеммы 19 реле и установлена перемычка между клеммами 17 и 19). Установлены U₁₄ = U₁₈ = 5,25 В. После восстановления входных цепей напряжения (БТГ при этом сработал) измерены напряжения в контрольных точках реле: U₁₄ = 10,13 В; U₁₈ = 5,25 В. Подтверждена сделанная оценка о неправильной схеме включения защиты.

2) Изменена полярность подключения напряжения U_N на клеммы 17-18 реле.

Измерены напряжения на входных клеммах реле: U_17-18 = 2,32 В; U_17-19 = 2,17 В; U_19-20 = 0,25 В, т.е. схема подключения входных цепей напряжения защиты правильная. Для подтверждения данной оценки проверка продолжена.

На клеммы 17-18 и 19-20 реле подано одно напряжение U_N = 2,32 В и установлены U₁₄ = U₁₈ = 5 В. После восстановления входных цепей напряжения (БТГ не сработал) измерены напряжения в контрольных точках реле: U₁₄ = 0,49 В; U₁₈ = 5 В. Подтверждена сделанная оценка о правильной схеме включения защиты.

 

3.2. Определение исходных данных

Проведенные в процессе разработки метода экспериментальные исследования показали некорректность некоторых исходных данных, требуемых для расчета параметров настройки БТГ. Необходимо определение дополнительных данных для выполнения оптимальной настройки защиты.

3.2.1. Выбор настройки БТГ определяется характером изменения напряжения третьей гармоники генератора в зависимости от напряжения, активной и реактивной нагрузки генератора.

В общем случае характер изменения напряжения третьей гармоники для разных генераторов может быть различным, достижение максимального напряжения может не обязательно соответствовать номинальной нагрузке.

В режимах нормального уровня изоляции обмотки статора (и всех цепей генераторного напряжения) изменение напряжений в нейтрали генератора (U_N — напряжение U_17-18 на клеммах реле 17-18) и в цепи разомкнутого треугольника трансформатора напряжения на выводах генератора (U_зD — напряжение U_17-19 на клеммах реле 17-19) зависит от уровня напряжения, активной и реактивной нагрузок генератора и различно для разных генераторов:

— для турбогенератора 500 МВт — напряжения U_N и U_зD повышаются нелинейно с увеличением активной нагрузки генератора (от 1-1,5 В на холостом ходу до 3,3-3,7 В при номинальной нагрузке генератора);

— для гидрогенератора 80 МВт — практически не зависит от уровня активной нагрузки генератора (2 В при номинальном напряжении генератора и изменении нагрузки от холостого хода до номинальной, 1,6 — 2,8 В при изменении напряжения и реактивной мощности генератора).

Зависимость изменения напряжения третьей гармоники, измеренного в нейтрали генератора (U_N), определяет выбор уставки тормозной цепи БТГ (напряжение U₁₈, устанавливаемое в контрольной точке 18 с помощью потенциометра R27).

В связи с изложенным выбор и установка (или корректировка) окончательных, оптимальных параметров настройки БТГ должны быть выполнены после определения характера изменения напряжения третьей гармоники генератора (в зависимости от напряжения, активной и реактивной нагрузки).

3.2.2. Напряжение на клеммах реле 19-20 (U_19-20) является суммой векторов напряжений, измеряемых в нейтрали генератора (U_N) и в цепи разомкнутого треугольника трансформатора напряжения на выводах генератора (U_зD). При нормальном уровне изоляции обмотки статора и изменении режима генератора в широком диапазоне (от холостого хода до номинальной нагрузки) напряжение на клеммах реле 19-20 практически неизменно.

Напряжение третьей гармоники U_19-20 определяет выбор уставки рабочей цепи БТГ (напряжение U₁₄, устанавливаемое в контрольной точке 14 с помощью потенциометра R1).

Проведенные измерения показали, что в напряжении U_19-20 кроме напряжения третьей гармоники имеется и напряжение основной гармоники 50 Гц. В режимах замыкания на землю обмотки статора в нейтрали или на выводах генератора доля напряжения 50 Гц незначительна в напряжении U_19-20 (не более 5%). Однако при малых значениях напряжений U_l9-20 < 0,6 В (при нормальной изоляции статорной цепи) доля составляющей 50 Гц может быть значительной (20-80%), поэтому при настройке уставки рабочей цепи БТГ в условиях нормальной изоляции статорной цепи нельзя ориентироваться на полное значение напряжения на клеммах 19-20 реле, необходимо сначала выделить в ней долю составляющей напряжения третьей гармоники.

Доля составляющей напряжения третьей гармоники 150 Гц (K₁₅₀) в напряжении U_19-20 может быть определена на работающем генераторе (в режимах холостого хода и при нагрузке) следующим методом (технически опыт аналогичен проверке схемы включения защиты, указанной в пункте 3.1.2 настоящих Рекомендаций). На клеммы 17-18 и 19-20 подано одно напряжение U_N, для чего отключена внешняя цепь с клеммы 19 реле и установлена перемычка между клеммами 17 и 19. Установлены с помощью потенциометров R1 и R27 равные напряжения U₁₄ = U₁₈ = 5 В. После восстановления нормальной схемы (снята перемычка 17-19 и подключен штатный провод на клемму 19 реле) измерены напряжения на клеммах реле 17-18, 19-20 и в контрольных точках реле 14 и 18. По результатам измерений рассчитана доля составляющей напряжения третьей гармоники 150 Гц (коэффициент K₁₅₀) в напряжении U_19-20:

K₁₅₀ = (U₁₄ / U_19-20)_норм · (U_17-18 / U₁₄)_{с перемычкой 17-19}.                               (1)

По результатам измерений на энергоблоках генератор-трансформатор коэффициент K₁₅₀ составил: 0,2-0,4 на турбогенераторах 500 МВт; 0,75-0,95 на гидрогенераторах 80 МВт.

Пример

Необходимость учета коэффициента K₁₅₀ наглядно демонстрирует опыт замыкания на землю нейтрали гидрогенератора.

Параметры в исходном режиме холостого хода генератора:

— напряжение генератора — номинальное;

— напряжение на клеммах реле (~ В): U_17-18 = 2,23; U_17-19 = 2,14; U_19-20 = 0,213;

— напряжение в контрольных точках реле (= В): U₁₄ = 0,326; U₁₈ = 6,10.

Параметры при замыкании на землю нейтрали генератора:

— напряжение генератора — номинальное;

— напряжение на клеммах реле (~ В): U_l7-18 = 0; U_17-19 = 4,42; U_19-20 = 4,42;

— напряжение в контрольных точках реле (= В): U₁₄ = 8,7; U₁₈ = 0.

Без учета коэффициента K₁₅₀ ожидали получить в опыте

U₁₄ = [U₁₄ (U_17-18 + U_17-19) / U_19-20]_исх = 6,7, а с учетом определенного по (1) K₁₅₀ = 0,77 получаем U₁₄ = 6,7 / 0,77 = 8,7, что точно соответствует измеренному в опыте.

Расчет уставок реле без учета коэффициента K₁₅₀ приводит к излишней чувствительности защиты и возможным ее ложным срабатываниям с тем большей вероятностью, чем меньше коэффициент K₁₅₀.

3.2.3. Для настройки уставки рабочей цепи и расчета коэффициента чувствительности защиты необходимо учитывать (для защит, выполненных на микроэлектронной базе) также значение U_пор — напряжения порога срабатывания БТГ. Результаты определения U_пор, проведенные в условиях срабатывания БТГ при различных уровнях напряжений в контрольных точках рабочей (точке 14) и тормозной (точке 18) цепей, показали, что для БРЭ 1301.01 можно принять порог срабатывания БТГ (разность напряжений U₁₄ — U₁₈) равным

U_пор = 0,5 В.                                                              (2)

 

3.3. Расчет параметров настройки защиты

Все цепи генераторного напряжения (токопровод, обмотка высшего напряжения рабочего трансформатора собственных нужд, обмотка низшего напряжения блочного трансформатора) и основная часть обмотки статора со стороны линейных выводов генератора надежно защищены от замыкания на землю одним или двумя (для блоков генератор-трансформатор с генераторным выключателем) простыми реле напряжения:

— зона действия основной защиты (БОС БРЭ 1301.01) — 90% обмотки статора;

— зона действия дублирующей защиты — 80 — 85% обмотки статора (для блоков генератор-трансформатор с генераторным выключателем защита включена на трансформатор напряжения, установленный со стороны обмотки низшего напряжения трансформатора блока).

Поэтому настройку характеристик БТГ целесообразно выполнить исходя из следующих двух условий:

— необходимое условие — коэффициент чувствительности БТГ должен быть не менее 2 при замыкании на землю обмотки статора на удалении 20% (a = 0,2) от нейтрали (при уставке срабатывания БОС равной 0,1 U_ном, а в общем случае в точке коэффициента чувствительности БОС, равного 2) для обеспечения 100%-ной защиты с коэффициентом чувствительности не менее 2 при замыкании в любой точке обмотки статора генератора;

— желательное условие — выполнить "селективную" настройку БТГ, защищающую только примыкающую к нейтрали часть обмотки статора (20 — 30%). В этом случае обеспечивается более надежная отстройка от излишнего действия защиты в других режимах, не связанных с замыканием на землю обмотки статора.

Ниже приведены рекомендации по проверке БТГ реле БРЭ 1301.01 на работающем генераторе, обеспечивающие выбор и настройку оптимальных уставок защиты.

3.3.1. Настройка уставки тормозной цепи БТГ

Зависимость изменения напряжения третьей гармоники генератора определяет выбор уставки в контрольной точке 18 (напряжение U₁₈ устанавливаемое с помощью потенциометра R27) тормозной цепи БТГ. Чем выше напряжение U₁₈, тем лучше торможение и отстройка защиты от излишних срабатываний. Вместе с тем напряжение в контрольной точке 18 не должно превышать 7,5 В во всех нормальных режимах генератора, не связанных с замыканием на землю обмотки статора.

Напряжение U₁₈ пропорционально напряжению на входных клеммах реле 17-18 (U_17-18), т.е. напряжению третьей гармоники, измеряемому в нейтрали генератора (U_N), поэтому, определив характер изменения напряжений U_17-18 в зависимости от напряжения, активной и реактивной нагрузки генератора (см. пункт 3.2.1), следует установить напряжение в контрольной точке 18 (что можно выполнить в любом режиме генератора) на таком уровне, чтобы оно не превышало 7,5 В во всех нормальных режимах генератора, не связанных с замыканием на землю обмотки статора.

3.3.2. Характеристика срабатывания БТГ

Основное отличие предлагаемого метода заключается в выполнении расчета характеристик БТГ как реле напряжения, а не реле сопротивления согласно [1]—[3].

По принципу действия БТГ, использующего составляющие третьей гармоники напряжения нулевой последовательности генератора, замыкание на землю в средней части обмотки статора генератора (a = 0,5) является "мертвой" зоной защиты, т.е. замыкание на землю в этой зоне мало влияет на изменение напряжений нулевой последовательности третьей гармоники на входных клеммах реле и в контрольных точках 14 и 18 БТГ (допуская, что фильтры 150 Гц достаточно добротные).

На рисунке 2 изображены расчетные характеристики срабатывания БТГ. Характеристики построены в координатах U—a, где U — напряжение в вольтах, a — относительное количество витков обмотки статора от нейтрали до места замыкания (в нейтрали a = 0, на линейных выводах a = 1). В положительной области U расположены зависимости напряжения в контрольной точке рабочей цепи БТГ — U₁₄, в отрицательной области U — зависимости напряжения в контрольной точке тормозной цепи — U₁₈. Суммарная "характеристика" БТГ определяется разностью напряжений U₁₄ и U₁₈, а зона срабатывания БТГ находится в положительной области напряжений U₁₄ — U₁₈ > 0), Коэффициент чувствительности 2 определяется точкой пересечения суммарной характеристики БТГ с линией 2U_пор = 1 В.

Расчет характеристик, изображенных на рисунке 2, выполнен на основании исходных экспериментальных данных, полученных при испытаниях блока генератор-трансформатор 500 МВт.

3.3.2.1. Напряжение U₁₈ пропорционально напряжению нулевой последовательности третьей гармоники, измеряемому в нейтрали генератора (U_N), поэтому зависимость напряжения U₁₈ от места замыкания на землю обмотки статора может быть с достаточной точностью (для расчета и выбора параметров настройки защиты) определена выражением:

U_18a = 2a U_18исх.                                                            (3)

 

Пример

Для номинального режима выставлено U₁₈ » 7 В, а на холостом ходу генератора U₁₈ » 3,5 В. Эти значения останутся практически неизменными и при замыкании на землю обмотки статора в точке a = 0,5. Поэтому при изменении режима генератора семейство характеристик U₁₈ = f(a) цепи торможения будет расположено в зоне между линиями, соответствующими:

— номинальному режиму генератора (линия 0EF рисунка 2) U₁₈ = 14a;

— режиму холостого хода генератора (линия OE'F' рисунка 2) U₁₈ = 7a.

3.3.2.2. Напряжение U₁₄ пропорционально напряжению только третьей гармоники на клеммах реле 19-20 (U_19-20), т.е. напряжению, определяемому суммой векторов напряжений нулевой последовательности третьей гармоники, измеряемых в нейтрали генератора (U_N) и в цепи разомкнутого треугольника трансформатора напряжения на выводах генератора (UD). При нормальном уровне изоляции обмотки статора, а также при замыкании на землю обмотки статора в точке a = 0,5 значение напряжения, определяемое суммой векторов (U_N + UD), незначительно — практически равно нулю. Напряжение на клеммах реле 19-20 при изменении режима генератора в широком диапазоне (от холостого хода до номинальной нагрузки) практически неизменно, особенно для составляющей напряжения 150 Гц.

Эти значения останутся практически неизменными и при замыкании на землю обмотки статора в точке a = 0,5 — точка В на оси a характеристики U₁₄ = f (a) рисунка 2.

При замыканиях на землю обмотки статора генератора в нейтрали (a = 0) или на выводах (a = 1) напряжения третьей гармоники на клеммах реле 19-20 будут в этих двух режимах одинаковыми и равными арифметической сумме исходных напряжений на клеммах реле 17-18 и 17-19. Поэтому относительно точки В в стороны a = 0 и a = 1 характеристики U₁₄ = f (a) расположены симметрично: ABC — для режима номинальной нагрузки, А'ВС' — для режима холостого хода генератора.

Значение напряжения Г₁₄ при замыканиях на землю обмотки статора генератора в нейтрали (a = 0) или на выводах (a = 1) может быть рассчитано по измеренным в исходном режиме значениям напряжений на входных клеммах и в контрольной точке 14 с учетом (1) согласно выражению

U_14a=0 = U_14a=1 = {U₁₄ (U_17-18 + U_17-19) / K₁₅₀ U_19-20}_исх.                                (4)

Зависимость напряжения U₁₄ от места замыкания на землю обмотки статора на участке a = 0 - 0,5 - 1,0 определяется выражением

.                                                       (5)

 

 

Рисунок 2 - Расчетные характеристики БТГ защиты БРЭ 1301.01

 

Пример

При изменении режима генератора 500 МВт семейство характеристик U₁₄ = f (a) рабочей цепи БТГ на участке a = 0 - 0,5 - 1 будет расположено (при выбранной настройке) в зоне между линиями, соответствующими:

— номинальному режиму генератора (линия ABC рисунка 2) U₁₄ = |10 - 20 a|;

— режиму холостого хода генератора (линия А'ВС' рисунка 2) U₁₄ = |4,5 - 9 a|.

3.3.2.3. Суммарная характеристика БТГ может быть определена графически или аналитически исходя из выражений (3)—(5) как разность напряжений U₁₄ и U₁₈, а зона срабатывания находится в положительной области напряжений (U₁₄ – U₁₈ > 0).

U_14a - U_18a = |(1 - 2a) U_14a=0| - 2 a U_18исх.                                        (6)

 

Пример

При изменении режима генератора 500 МВт на участке a = 0 - 0,5 семейство суммарных характеристик БТГ будет расположено (при выбранной настройке) в зоне между линиями, соответствующими:

— номинальному режиму генератора (линия АЕ рисунка 2) U_14a - U_18a = 10 - 34a;

— режиму холостого хода генератора (линия А'Е' рисунка 2) U_14a - U_18a = 4,5 - 16 a.

На участке a = 0,5 - 1 семейство суммарных характеристик БТГ будет расположено в зоне между линиями, соответствующими:

— номинальному режиму генератора (линия EG рисунка 2) U_14a - U_18a = -10 + 6 a;

— режиму холостого хода генератора (линия Е'G' рисунка 2) U_14a - U_18a = - 4,5 + 2 a.

Анализ рассчитанных суммарных характеристик показывает, что область срабатывания БТГ, когда напряжение контрольной точки 14 рабочей цепи превышает напряжение контрольной точки 18 тормозной цепи (U₁₄ - U₁₈ > 0) при замыкании на землю обмотки статора генератора, расположена только в примыкающей к нейтрали зоне a » 0 - 0,28.

При замыканиях в зоне a ³ 0,28 соотношение U₁₄ – U₁₈ < 0 и БТГ не срабатывает (при учете, что фильтры 150 Гц достаточно добротные).

3.3.2.4. Расчет коэффициента чувствительности срабатывания БТГ (K_ч > 1) определен отношением суммарной характеристики срабатывания к минимальному напряжению, порогу срабатывания (рисунок 3) по выражению

.                                                 (7)

Для "селективной" настройки БТГ расчет коэффициента чувствительности имеет смысл выполнять лишь для примыкающей к нейтрали зоны обмотки статора генератора (для  > 0, т.е. для U₁₄ – U₁₈ > 0).

 

Пример

При изменении режима генератора 500 МВт семейство характеристик :

— для номинального режима (линия AF рисунка 3)  = 20 - 68a;

— для режима холостого хода (линия AT рисунка 3)  = 9 - 32a.

При замыкании нейтрали для номинального режима  = 20 (точка А рисунка 3), для холостого хода  = 9 (точка А' рисунка 3). С коэффициентом  ³ 2 защищена зона обмотки статора, примыкающая к нейтрали генератора: при номинальном режиме — на участке a £ 0,26 (точка Е рисунка 3, отрезок 0 — a_ном), в режиме холостого хода — на участке a £ 0,21 (точка D рисунка 3, отрезок 0 — a_xx), т.е. выполняются требования к настройке БТГ.

3.3.2.5. Зависимость изменения коэффициента чувствительности защиты БРЭ 1301.01 в целом (БОС и БТГ) от места замыкания на землю обмотки статора генератора отображена линией ABC на рисунке 3.

Определение минимального коэффициента чувствительности  определяется в точке пересечения характеристик срабатывания БОС и БТГ.

Характеристика чувствительности БОС  = f (a) определяется выражением:

,                                                             (8)

где U_БОС = 10 — уставка срабатывания БОС (В или % номинального).

В точке пересечения характеристик  = f (a) и  = f (a) по выражениям (3), (5), (7) и (8) определяется минимальный коэффициент чувствительности защиты:

 = U_БОС U_14a=0 / [U_пор U_БОС + 2 (U_14a=0 + U_18исх)].                                (9)

Для U_пор = 0,5 В, U_БОС = 10 получим:

 = 10 U_14a=0 / [5 + 2 (U_14a=0 + U_18исх)].                                       (10)

 

 

Рисунок 3 - Зависимость коэффициента чувствительности защиты БРЭ 1301.01 от места замыкания на землю обмотки статора генератора

 

Пример

При изменении режима генератора 500 МВт на участке a = 0 - 0,5:

— для номинального режима (точка В рисунка 3)  = 2,5;

— для режима холостого хода  = 2,1, т.е. выполняются требования к настройке в целом 100% защиты генератора от замыкания на землю обмотки статора.

Зависимость изменения коэффициента чувствительности защиты от места замыкания на землю обмотки статора показывает, что даже при выполнении "селективной" настройки БТГ чувствительность защиты при замыкании на землю нейтрали обмотки статора соизмерима (в режиме холостого хода генератора) или существенно больше (в номинальном режиме генератора) с чувствительностью защиты при замыкании на землю на линейных выводах обмотки статора.

При "неселективной" настройке БТГ чувствительность защиты при замыкании на землю в нейтрали и на линейных выводах обмотки статора станет существенно больше, что приведет к снижению отстройки защиты от излишнего действия в других режимах (короткие замыкания в сети высшего напряжения блока генератор-трансформатор), не связанных с замыканием на землю обмотки статора.

3.3.2.6. Настройка уставки рабочей цепи БТГ выполняется следующим образом.

Чтобы при замыканиях на землю обмотки статора со стороны линейных выводов не сработал БТГ, необходимо при a = 1 выполнить условие U₁₄ < U₁₈. Для надежной отстройки срабатывания БТГ в этом режиме максимальное напряжение U₁₄ целесообразно настраивать не выше 10 В (в номинальном режиме генератора), чтобы исключить режим насыщения операционных усилителей рабочей цепи. Такая настройка дополнительно позволит скомпенсировать нежелательное влияние на срабатывание БТГ от составляющей напряжения нулевой последовательности 50 Гц (фильтры 150 Гц все же неидеальные, а в режиме замыкания линейного вывода генератора значения напряжений 50 Гц на входных клеммах реле будут значительные, к тому же на входе рабочей цепи в два раза больше, чем на тормозной: U_17-18 = 100 В, U_19-20 = 200 В).

С учетом (4) и (9) настройка уставки рабочей цепи БТГ может быть рассчитана в любом исходном режиме генератора по выражению

U_14уст =  K₁₅₀ U_19-20 (U_пор U_БОС + 2 U_18исх) / [(U_17-18 + U_17-19) (U_БОС - 2)].        (11)

Для  = 2, U_пор = 0,5 В, U_БОС = 10 получим:

U_14уст = 2K₁₅₀ U_19-20 (5 + 2U_18исх) / 6 (U_17-18 + U_17-19)                                (12)

3.3.2.7. Защищаемая зона БТГ (см. рисунок 3) может быть рассчитана из выражения

(U_14a - U_18a) / U_пор = 2, или |(1 - 2a) U_14a=0| - 2aU_18исх = 2U_пор,

или прилегающая к нейтрали обмотка статора защищена БТГ до

a = (U_14a=0 – 2U_пор) / 2 (U_14a=0 + U_18исх).                                         (13)

 

Пример

При изменении режима генератора 500 МВт зона, защищаемая БТГ на участке a = 0 - 0,5:

— для номинального режима (точка Е рисунка 3) a = 0,26;

— для режима холостого хода (точка D рисунка 3) a = 0,21.

 

3.4. Рекомендации по настройке защиты

3.4.1. В режиме холостого хода блока генератор-трансформатор:

3.4.1.1. Проверить схему включения защиты согласно указаниям пункта 3.1.2 настоящих Рекомендаций.

3.4.1.2. Измерить долю составляющей напряжения третьей гармоники 150 Гц (K₁₅₀) в напряжении U_19-20 защиты в диапазоне напряжений генератора 0,9-1,1 номинального (см. пункт 3.2.2).

3.4.1.3. Определить значение порога срабатывания БТГ (см. пункт 3.2.3).

3.4.1.4. При номинальном напряжении генератора установить с помощью потенциометра R27 напряжение в контрольной точке 18 равным 2 В (предварительная настройка уставки тормозной цепи БТГ).

3.4.1.5. Рассчитать согласно пункту 3.3.2.6 уставку рабочей цепи БТГ и установить с помощью потенциометра R1 напряжение в контрольной точке 14 (предварительная настройка уставки рабочей цепи БТГ).

3.4.2. В режиме изменения нагрузки генератора:

3.4.2.1. Определить зависимости изменения напряжений на входных клеммах 17-18, 17-19, 19-20, 1-2-3 и в контрольных точках 14 и 18 реле (а также долю напряжения третьей гармоники 150 Гц (K₁₅₀) в напряжении U_19-20 защиты — см. пункт 3.2.2) при изменении активной мощности генератора вплоть до номинальной на двух-трех ступенях и изменении реактивной мощности в допустимых пределах.

3.4.2.2. Рассчитать по данным пункта 3.4.2.1 (по значению максимального напряжения на клеммах 17-18 реле) уставку тормозной цепи БТГ и установить (скорректировать) с помощью потенциометра R27 напряжение в контрольной точке 18 (окончательная настройка уставки тормозной цепи БТГ) на таком уровне, чтобы оно не превышало 7,5 В во всех нормальных эксплуатационных режимах генератора, не связанных с замыканием на землю обмотки статора. Это можно выполнить в любом режиме генератора.

3.4.2.3. Рассчитать согласно пунктам 3.3.2.6, 3.4.2.1 и 3.4.2.2 настоящих Рекомендаций уставку рабочей цепи БТГ и установить с помощью потенциометра R1 напряжение в контрольной точке 14 (окончательная настройка уставки рабочей цепи БТГ).

3.4.2.4. Рассчитать, построить и оценить характеристики БТГ и БОС защиты для минимального и максимального режимов генератора (защищаемые зоны, чувствительность).

3.4.3. Измерения напряжений при настройке параметров защиты следует производить:

— вольтметром переменного напряжения (например, мультиметром цифровым, комбинированным прибором типа Ц) с входным сопротивлением не ниже 2 кОм/В — для измерения действующего напряжения на входных клеммах реле (1-2-3, 17-18, 17-19, 19-20);

— вольтметром постоянного напряжения (например, мультиметром цифровым, комбинированным прибором типа Ц) с входным сопротивлением не ниже 2 кОм/В — для измерения среднего напряжения в контрольных точках реле (14, 18).

Список использованной литературы

 

1. Кискачи В.М. Защита генераторов энергоблоков от замыканий на землю в обмотке статора. — М.: "Электричество", 1975, № 11.

2. Методические указания по наладке и техническому обслуживанию защиты обмотки статора мощных генераторов от замыканий на землю БРЭ 1301. — М.: СПО ОРГРЭС, 1991.

3. Вавин В.Н. Релейная защита блоков турбогенератор-трансформатор. — М.: Энергоиздат, 1982.

4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). — М.: ЗАО "Энергосервис", 1998.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ВВЕДЕНИЕ

2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЗАЩИТЫ

2.1. Состав защиты

2.2. Настройка параметров реле защиты

3. ПРОВЕРКА ЗАЩИТЫ НА РАБОТАЮЩЕМ ГЕНЕРАТОРЕ

3.1. Проверка схемы включения защиты

3.2. Определение исходных данных

3.3. Расчет параметров настройки защиты

3.4. Рекомендации по настройке защиты

Список использованной литературы