Релейная защита электроэнергетических систем Лекция 7 Релейная

Релейная защита электроэнергетических систем Лекция 7

Релейная защита электроэнергетических систем

Тепловая электрическая станция

Защищаемые объекты Турбогенератор

Турбогенератор

Защищаемые объекты Турбогенератор мощностью 125 МВТ

Конструкции обмоток статора турбогенератора

Атомная электрическая станция Турбогенератор запорожской АЭС

Разрез турбогенератора

Гидроэлектростанция

Гидроэлектростанции

Зал гидрогенераторов ГЭС

Разрезы гидрогенераторов Гидрогенератор зонтичного типа

Защищаемые объекты

Защиты синхронных генераторов

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Замыкание на землю в одном месте обмотки возбуждения (на заземленный вал ротора генератора) непосредственной опасности не представляет. Однако возникновение пробоя во втором месте (одновременное возникновение пробоев в двух местах обычно не учитывается) может приводить к тяжелым последствиям. Необходим также учет возможных повреждений в устройствах, питающих обмотку возбуждения. Несвоевременное отключение поврежденного генератора может также нарушить работу остальной части электрической системы. Защиты, реагирующие на те повреждения в генераторе, которые представляют непосредственную опасность для генератора и системы в целом, должны действовать без выдержки времени на отключение выключателей генератора, гашение его магнитного поля, остановку турбины, а на гидростанциях - также на тушение пожара. Гашение поля должно осуществляться по возможности быстро и полно, так как им определяется прекращение прохождения токов повреждения.

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Основными ненормальными режимами работы генераторов являются сверхтоки внешних КЗ и перегрузок, потеря возбуждения и т. д. Особенно опасными являются несимметричные сверхтоки. Защиты от внешних КЗ, своевременно не ликвидированных защитами поврежденных элементов, действуют на отключение выключателей генератора и гашение магнитного поля; последнее предотвращает недопустимое повышение напряжения на отключаемом генераторе. При возникновении симметричной или несимметричной перегрузки на генераторах с косвенным охлаждением обмоток защиты действуют на сигнал, а на генераторах с непосредственным охлаждением обмоток и гидрогенераторах автоматизированных гидростанций - дополнительно на отключение, если недопустимую перегрузку не удается своевременно устранить. Недопустимые для генераторов несимметричные сверхтоки могут также возникать при недоотключении или недовключении фаз выключателями (например, выключателями высшего напряжения блоков).

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Потеря возбуждения определяется нарушениями в системе возбуждения. Генератор в этом случае переходит в асинхронный режим работы со скольжением, достигающим нескольких процентов рабочей частоты. Генератор может продолжать выдавать активную мощность, получая возбуждение за счет реактивной мощности из системы. Однако такой асинхронный режим даже со сниженной нагрузкой длительно недопустим, так как вызывает перегревы в частях генератора, а иногда и более тяжелые последствия. Поэтому на современных мощных генераторах предусматриваются защиты, реагирующие на потерю возбуждения и при необходимости отключающие генератор.

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Возможен и другой асинхронный режим работы генератора с исправной системой возбуждения. Он возникает при выходе генератора или групп генераторов из синхронизма по отношению к остальной части системы. Такой режим часто называют асинхронным ходом. Он недопустим как для генераторов, так и для системы в целом. Обычно считается, что асинхронный ход должен ликвидироваться не защитами элементов, а специальными устройствами противоаварийной автоматики системы. Последствия асинхронного хода для генератора могут быть очень тяжелыми. Так, например, были случаи возникновения у современных мощных машин при резонансных явлениях крутящих моментов на валу, значительно превышающих моменты при трехфазных КЗ на их зажимах. При выполнении защит генераторов учитываются также недопустимые перегрузки цепей ротора и повышения напряжения. На гидрогенераторах значительные повышения напряжения могут возникать, например, при сбросах нагрузки вследствие относительно медленного действия их регуляторов скорости и инерционности направляющего аппарата турбин.

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ На турбо и гидрогенераторах предусматривается чувствительная защита от повышения напряжения в режиме холостого хода. Она автоматически выводится из работы при наличии тока в фазах статора. В настоящее время широко используются машины с непосредственным охлаждением проводников обмоток водородом и водой. Экономически они весьма эффективны. Однако допускаемые в них повышенные плотности токов в проводниках обмоток и увеличенные расчетные индукции в стали магнитных систем предъявляют повышенные требования к защитам, усложняют их выполнение. Необходимо также отметить, что достаточно сложные технологические защиты агрегатов (ниже не рассматриваемые) требуют иногда использования датчиков, включаемых на ИП тока и напряжения генераторов. С другой стороны, эти защиты могут, как и другие защиты генераторов, действовать на отключение выключателей, гашение поля).

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Основные виды повреждений и ненормальных режимов Рис. 12. 2. Симметричное замыкание между тремя фазами обмотки статора: а —схема поврежденной обмотки и зависимость ЭДС от доли а замкнувшихся витков; б — зависимость тока КЗ от доли а замкнувшихся витков двухполюсного генератора

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Рис. Витковые замыкания в обмотке статора

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Рис. 12. 4. Однофазное замыкание на землю до ли а витков фазы об мотки статора

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ 4) трудности согласования по времени или чувствительности ступеней защиты, действующих при значительных токах, с резервными защитами смежных элементов. На блочных генераторах применяется защита, имею щая орган с интегрально зависимой характеристикой, со ответствующейвыражению. В этом случае более полно используется перегрузочная способность генераторов в несимметричных режимах. Части защиты с независимой (ступенчатой) и зависимой характеристиками действуют, как правило, на отключение и гашение поля. Симметричные сверхтоки. Под симметричными сверхтоками понимаются токи, превышающие номинальные значения токов генераторов, работающих в симметричном режиме. Они определяются внешними К(3) и перегрузками. Их опасность для генераторов в отличие от несимметричных сверхтоков определяется прежде всего возможностью недопустимых перегревов изоляции обмоток статора и ротора, которые могут приводить не только к преждевременному износу изоляции, но и к ее разрушению, возникновению КЗ или замыканий на землю. К(3) у линейных выводов машин определяют также большие электромагнитные моменты на валу генераторов, возможность которых хотя и учитывается при выполнении машин, но иногда приводит у некоторых типов мощных машин к тяжелым последствиям.

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Рис. 12. 5. Варианты совмещенных трехфазных схем продольных дифференциальных токовых защит (также разработанное НПИ), иногда последовательно с резистором R, имеющим относительно небольшое сопротивление (5— 10 Ом).

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Рис. Защитоспособность продольной дифференциальной токовой защи ты

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ 12. 5. СПОСОБЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВИТКОВЫХ КЗ Существует несколько способов выполнения защиты. Так, например, в немецкой практике с 30 х годов применя лась защита со специальным дросселем, включаемым на Рис. 12. 7. Варианты защиты от витковых замыканий обмотки статора без параллельных ветвей с использованием трехфазного дросселя

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Рис. 12. 8. Трехсистемная поперечная дифференциальная токовая защита

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Поперечная дифференциальная защита первоначально выполнялась трехсистемной. Во второй полови не 30 х годов в ТЭП (А. А. Фильштинским) был предло жен ее односистемный, более эффективный вариант, быст ро получивший общее признание. Рис. Трехсистемная по перечная дифференциальная токовая защита

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ОДНОСИСТЕМНАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА Выполнение. Совмещенная структурная схема защиты представлена на рис. Измерительный орган тока через фильтр тока основной частоты присоединяется к ТA, включенному в цепь между нейтралями, образованными соединением в две звезды отдельно взятых параллельных вет вей статорной обмотки. Фильтр используется для отстройки защиты от высших гармоник нулевой последовательно сти, кратных трем. Они определяются несинусоидальностью индукции в воздушном зазоре машины. Рис. 12. 9. Односистемная поперечная дифференциальная токовая защита

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Рис. Действие поперечной дифференциальной токовой защиты при различных видах витковых (а и б) и междуфазных (в, г) КЗ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Рис. Расчетная схема (а) и соотношения третьих гармоник на пряжений нулевой последовательности (б и в)

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Контрольные вопросы n n n n 1. Основные виды повреждений синхронных генераторов. 2. Основные ненормальные режимы генераторов. 3. Зависимость токов междуфазного КЗ от доли замкнувшихся витков. 4. Зависимость тока замыкания на землю от доли замкнувшихся витков. 5. Принцип действия поперечной дифференциальной защиты генератора. 6. Принцип действия 100% защиты от замыканий на землю обмотки статора. 7. Почему одновременно с отключением гнератора от сети необходимо производить гашение поля? 8. Что такое асинхронный режим и асинхронный ход?

n Благодарю за внимание!