Файл: Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник.pdf

от их места расположения в обмотке. В ряде случаев уравнительный ток может оказаться малым и защита не подействует, т. е. защита имеет мертвую зону. Защи­ та селективна и не требует выдержки времени. Однако в случае замыкания на землю в обмотке ротора и появ­ ления кратковременно второго замыкания в ней созда­ ется несимметрия э. д. с. и защита может отключить генератор. Для того чтобы этого не случилось, при по­

явлении замыкания на землю в одной точке цепи ротора токовые реле переключают на действие через реле вре­ мени.

Защита от однофазных замыканий на землю в об­ мотке статора. В сети генераторного напряжения ней­ трали изолированы или заземлены через трансформато­ ры напряжения или дугогасящую катушку. Допускается действие защиты от замыканий на землю на сигнал, если величина тока замыкания на землю не превышает установленную ПУЭ величину. Для кабелей 10—б кВ она составляет соответственно 20—30 А, при которой не нарушается целость межфазной изоляции; для гене­ раторов— 5 А, при которой не происходит выжигания железа.

Определяющей при выборе компенсирующих устройств является кабельная сеть, поэтому на генера­ торах, работающих на сборные шины генераторного на­ пряжения, предусматривается защита от замыканий на землю с действием на отключение при замыкании на

231

землю в генераторе. Защита выполняется с помощью токового реле, включенного на трансформатор тока нуле­ вой последовательности с подмагничиванием шинного или кабельного типа в зависимости от конструктивного выполнения выводов генератора. Подмагничивание сер­ дечника трансформатора тока нулевой последовательно­ сти делается для повышения чувствительности защиты и осуществляется от трансформатора напряжения цепи генератора. Защита, показанная на рис. 9-11, выполнена с трансформатором тока нулевой последовательности шинного типа (ТНПШ) и имеет два комплекта: грубый (реле 1) и чувствительный (реле 2, 3, 4).

Грубый комплект защиты срабатывает без выдержки времени при двойных замыканиях на землю, когда одно из них находится в цепи генератора. Отстраивается то­ ком срабатывания от токов небаланса при внешних к. з., независимо от мощности генератора принимается

/ 0,з~ 100 А.

Чувствительный комплект предназначен для защиты генератора от однофазных замыканий. Током срабаты­ вания защита отстраивается от тока внешнего однофаз­ ного замыкания, когда через защиту проходит емкостный ток генератора / с.г, и от тока небаланса /нб.расч, прохо­ дящего в защите при одновременном внешнем двухфаз­ ном к. з. между двумя другими фазами:

где k"Bi= 2 + 3; £"„2= 1,3-1,5.

Чувствительный комплект защиты имеет выдержку времени 0,5—1,0 с, поэтому он отстраивается от устано­ вившегося тока внешнего замыкания на землю. Кроме того, предусматривается блокировка от пусковых орга­ нов защиты генератора от токов внешнего к. з., которая не разрешает действие защиты от замыкания на землю на время, пока защита от внешних к. з. не вернется в ис­ ходное положение. Это позволяет отстраивать защиту от замыканий на землю генератора не от максимального тока небаланса, а от тока небаланса в момент возврата защиты от внешних к. з. /нб.расч. Выбранный из этих ус­ ловий ток срабатывания чувствительного комплекта не должен превышать 5 А, длительно допускаемый для ге­ нераторов при замыкании на землю. Защита имеет

232

Мертвую зону при замыкании на землю вблизи нулевой точки генератора.

Защита от замыканий на землю в обмотке возбуж­ дения. Замыкание на землю в одной точке обмотки воз­ буждения не представляет опасности, поэтому состояние изоляции обмотки возбуждения можно контролировать вольтметром или защитой с действием на сигнал. Появ­ ление второго замыкания на землю в другой точке об­ мотки возбуждения вызывает перегрев ротора, горение изоляции, а также вибрацию генератора из-за несимметрии магнитного потока ротора. Поэтому, как только обнаруживается нарушение изоляции в обмотке возбуж­ дения, включается защита обмотки возбуждения от за­ мыканий на землю в двух точках. Эта защита действует на отключение генератора с выдержкой времени 1—1,5 с. Защита монтируется на переносной панели и предусма­ тривается единственным комплектом на всю станцию.

Защита обмотки статора от перегрузки и токов внеш­ них к. з. Перегрузка генератора может возникнуть вслед­ ствие аварийного отключения части генераторов, линий связи между станциями или частями электрической системы, при форсировке возбуждения и т. п. Перегрузки могут быть симметричными и несимметричными. При симметричных перегрузках допускается длительная пе­ регрузка по току не более 5% при снижении напряжения не более чем на 5%. При больших перегрузках прихо­ дит в действие максимальная токовая защита (реле 1, 3,

ka

где &н=1,05.

Несимметричные перегрузки, сопровождающиеся про­ теканием токов обратной последовательности /г, опасны для генератора возникновением магнитного поля обрат­ ной последовательности, вращающего относительно ро­ тора с двойной частотой. При этом в роторе появляются токи двойной частоты, разогревающие ротор и его об­ мотки. Для генераторов разной мощности длительно допустимы токи 1%~ (0,05н-0,1 )/г.НОм— меньшая величина относится к более мощным генераторам. На большие перегрузки должна реагировать защита, выполненная с помощью токовых реле 2 и 8, включенных на фильтр

233

токов обратной последовательности ФТОП, и реле вре­ мени 3. Ток срабатывания реле 2 защиты принимают

/с .з « ( 0 , 0 8 - 5 - 0 , 1 2 ) / г.ном.

Реле 2 действует через реле времени 3 на сигнал. Время срабатывания защиты больше, чем у защиты от токов внешних к. з. (9-22), на величину At.

Защита генератора от токов внешних к. з. резерви­ рует защиты смежных элементов и основные защиты генератора. Она имеет, как правило, два комплекта.

Рис. 9-12. П ринципиальная схем а защ иты генератора от токов внеш ­ них к. з. и токов перегрузки .

Один комплект действует при симметричных трехфазных к. з., второй — при несимметричных к. з.

Защиту от симметричных к. з. (реле 4) для того, чтобы она не действовала при перегрузках, дополняют реле минимального напряжения 5, так как напряжение генератора при к. з. значительно снижается, а при пере­ грузках практически остается неизменным. Таким обра­ зом, защита действует при одновременном увеличении то­ ка и снижении напряжения в цепи статора генератора. Ток

234

срабатывания зашиты (реле 4) определяется по выра­ жению (9-17) при &н= 1,11,2.

Напряжение срабатывания защиты (реле 5) прини­ мается равным (0,5-т-0,6) С/ГЛюм. Для того чтобы преду­ предить ложные действия защиты при обрывах в цепях напряжения, через реле 6 подается сигнал об отсутст­ вии напряжения (например, при перегорании предохра­ нителей во вторичных цепях трансформатора напряже­ ния) .

Защита от токов внешних несимметричных к. з. вы-

с помощью реле 7, имеет независимую выдержку време­ ни, действует на то же реле времени 9, что и защита от симметричных токов внешних к. з. Ток срабатывания этой защиты выбирается из условия, чтобы он не превы­ шал тока обратной последовательности, допускаемое время протекания которого в генераторе составляет ^устр — время, в течение которого персонал может устра­

струкции генератора. Для турбогенераторов колеблется от 5 до 24.

Время действия защиты выбирается по наибольшему времени смежных присоединений по (9-9).

Защита, выполненная с помощью реле 8, имеет за­ висимую выдержку времени tv= f(Iv) и ток срабатыва­ ния / с.з~ (0,1 -ь0,15)/г.ном- Защита действует на отключе­ ние генератора. Коэффициент чувствительности токовой защиты и защиты минимального напряжения не должен быть меньше 1,2.

ры с. н. первой ступени, трансформаторы и автотранс­ форматоры связи с системой превосходят их по мощно-

235

с.ти и имеют масляное охлаждение. Все они, как прави­ ло, имеют соединение обмоток по схеме звезда — тре­ угольник. Различия в выполнении защиты этих транс­ форматоров определяют: величина мощности, режим нейтрали, число обмоток.

На рассматриваемых трансформаторах устанавлива­ ются следующие защиты: от междуфазных и однофаз­ ных к. з. в обмотках трансформатора и на его выводах; от витковых замыканий; от перегрузки; от внешних к. з.

Защита от междуфазных и однофазных к. з. Между обмотками однофазных трансформаторов к. з. исключе­ ны, но и в трехфазных трансформаторах они весьма редки. Поэтому наиболее частыми являются однофазные и междуфазные к. з. в ошиновке или на выводах трех­ фазных трансформаторов. Защита должна быть доста­ точно чувствительной и быстродействующей. Последнее особое значение имеет для трансформаторов связи с си­ стемой, где быстродействие защиты способствует сохра­ нению устойчивости параллельной работы станций с си­ стемой. На трансформаторах собственных нужд мощ­ ностью до 6 300 кВ-А возможно выполнение защиты от междуфазных к. з. с помощью токовой отсечки и мак­ симальной токовой защиты, так же как у трансформа­ торов с. н. второй ступени. На трансформаторах мощ­ ностью 6 300 кВ-А и выше указанная защита выполняет­ ся в виде продольной дифференциальной токовой за­ щиты. Дифференциальная токовая отсечка устанавли­ вается на сравнительно небольших трансформаторах и на трансформаторах собственных нужд. Дифференциаль­ ная токовая защита с быстронасыщающимися транс­ форматорами, а в ряде случаев еще и с магнитным

имеет ряд особенностей, обусловленных необходимостью снижения влияния токов небаланса, которые у мощных трансформаторов велики при включении трансформато­ ра под напряжение (броски намагничивающего тока) и при отключении внешних к. з. Необходимо также учиты­ вать сдвиг по фазе между токами высшего и низшего напряжений, вызываемый группой соединения транс­ форматора. Бросок намагничивающего тока при включе­

нии трансформатора возникает вследствие насыщения сердечника трансформатора свободной апериодической

236

составляющей магнитного потока. Ток намагничивания содержит медленно затухающую апериодическую состав­

только в одной обмотке трансформатора, то весь он попадает в токовое реле. При этом защита не должна срабатывать.

Повышенный ток небаланса во вторичных цепях трансформаторов тока вызван различием вторичных то­ ков трансформаторов тока из-за ограниченности шкалы номинальных первичных токов; разнотипностью транс­ форматоров тока различного напряжения; разной на­ грузкой трансформаторов тока вследствие разных схем соединения (рис. 9-13); разной протяженностью соеди­ нительных проводов от трансформаторов тока до места установки реле; регулированием коэффициента транс­ формации силовых трансформаторов под нагрузкой,

г

Рис. 9-13. Принципиальная схема продольной дифференциальной за­ щиты трансформатора с БНТ.

237

Сдвиг по фазе между токами обмоток разного напряже­ ния силового трансформатора имеет место при всех группах соединений обмоток кроме Л / Л —0. Для того чтобы вторичные токи трансформаторов тока совпали по фазе, трансформаторы тока надо соединить по схеме, компенсирующий этот сдвиг.

На рис. 9-13 показана схема продольной дифферен­ циальной защиты двухобмоточного трансформатора со схемой соединений обмоток Л/Д—11. Для компенсации сдвига по фазе трансформаторы тока со стороны тре­ угольника соединены в звезду, со стороны звезды — в треугольник.

Если нейтраль трансформатора заземлена, то защита может сработать при внешнем однофазном к. з. или двухфазном на землю, так как токи нулевой последова­ тельности будут циркулировать только в выводах об­ мотки этого напряжения, а со стороны обмотки, соеди­ ненной в треугольник, они проходить не будут. Соедине­ ние трансформаторов тока в треугольник, на стороне обмотки с заземленной нейтралью не только компенси­ рует сдвиг по фазе, но и отстраивает защиту от внешних к. з. с землей, так как токи нулевой последовательности не могут выйти во внешнюю сеть из треугольника.

Компенсация токов небаланса из-за несоответствия номинальных первичных токов трансформаторов тока осуществляется с помощью выравнивающих обмоток в БИТ. Выравнивающие обмотки / и //, а также диф­ ференциальная обмотка имеют выводы с разным числом витков. Выравнивающие обмотки включают в плечи за­ щиты так, чтобы результирующая н. с. в нормальном режиме и режиме внешнего к. з. оказалась равной нулю:

намагничивания, содержащих медленно затухающую апериодическую составляющую, а также от токов неба­ ланса при внешних к. з. Поэтому ток срабатывания защиты выбирают большим из двух условий:

238