Защита от сверхтоков при внешних К. 3. И перегрузках

а) Назначение и виды защит от внешних к. з.

Защита генераторов от внешних к. з. служит для отключения генераторов при повреждениях на сборных шинах электростанции или на отходящих от них присоединениях.

Нормально указанные к. з. отключаются защитой поврежден­ных элементов (т. е. шин или линий и трансформаторов), поэтому защита на генераторах от внешних к. з. является резервной и ра­ботает только вслучае отказа защиты или выключателей этих элементов.

В тех случаях, когда сборные шины генераторного напряжения не имеют специальной защиты, защита генератора от внешних к. з. служит основной защитой генератора от повреждений на шинах и резервной при повреждении на присоединениях.

Защита от внешних к.з. дополнительно используется для резервирования дифференциальной защиты генератора при междуфазных к.з. в нем.

Таким образом, в зону действия защиты от внешних к. з. должны входить: генератор, сборные шины и отходящие от них присоединения.

Выполняя функции резервной защиты генератора, защита от внешних к. з. должна действовать на отключение генератора и АГП.

К защите от внешних к. з. предъявляется одно очень важное требование — она не должна работать при перегрузках и ка­чаниях.

При несоблюдении этого условия могут происходить массовые отключения генераторов при неопасных для них перегрузках икачаниях, что приводит к дефициту генераторной мощности и тяже­лым авариям в энергосистемах.

В соответствии с поставленными требованиями в качестве защиты генераторов от внешних к. з. в настоящее время приме­няются максимальные токовые защиты с блокировкой (или пуском) от реле напряжения и защита обратной последовательности (реагирующая на ток /₂) с дополнительной приставкой, действую­щей при трехфазных повреждениях.

Простая максимальная токовая защита (без блокирующих реле напряжения) реагирует на кратковременные и неопасные перегрузки и поэтому не должна применяться на генераторах, отключение которых при перегрузках и качаниях недопустимо.

б) Максимальная защита с блокировкой (пуском) по напряжению

Защита выполняется в двух вариантах: с блокировкой, осу­ществляемой с помощью трех реле минимального напряжения Н (рис. 15-27), и с блокировкой, выполненной по комбинированной схеме, состоящей из реле напряжения обратной последователь­ности Н₂ и одного реле минимального напряжения Н, включенного на линейное напряжение (рис. 15-28).

В обеих схемах токовые реле Т питаются от трансформаторов тока, расположенных на нулевых выводах генератора. При таком подключении максимальная защита не только реагирует на внеш­ние к. з., но и резервирует дифференциальную защиту генератора, действуя от тока генератора при повреждении в нем.

Включение токовых реле на трансформаторы тока со стороны шинных выводов генератора нецелесообразно с точки зрения за­щиты самого генератора. В этом случае при повреждении в об­мотках генератора защита действует только при наличии тока из сети. Если ток со стороны сети отсутствует (из-за отсутствия параллельно работающих генераторов или связи с системой) или прекратился вследствие отключения связи с другими генера­торами раньше, чем сработала максимальная защита поврежден­ного генератора, то она не сможет подействовать и не ликвидирует повреждения вгенераторе.

Максимальная защита может устанавливаться только па двух фазах. Однако по соображениям повышения надежности и чув­ствительности ее устанавливают на трех фазах. Токовые реле применяются мгновенные. Индукционные реле с зависимой харак­теристикой могут срабатывать при качаниях, так как они сум­мируют импульсы тока качаний, не успевая возвращаться в про­межутках между ними. Поэтому зависимые реле в максимальной защите генератора не применяются.

Реле минимального напряжения питаются от генераторного трансформатора напряжения. Питание от трансформаторов напряжения на шинах станции не применяется, так как при этом защита не действует при повреж­дении на отключенном от шин генераторе.

Реле напряжения Н включаются на междуфазные напряжения для большей чувствительности при междуфазных к. з. Для обеспе­чения действия блокировки при двухфазных к. з. необходимо устанавливать три реле напряжения (рис. 15-27).

В обеих схемах блокировка по напряжению служит для исклю­чения действия защиты при перегрузках.

В схеме на рис. 15-27 при к. з. вследствие возрастания тока и снижения напряжения работают как реле Т₁ так и реле Н и защита действует с выдержкой, установленной на реле вре­мени В₁ на отключение генератора и АГП. При перегрузках, не сопровождающихся понижением напряжения, реле Н не действует, чем предотвращается нежелательная вэтих случаях работа за­щиты.

В схеме на рис. 15-28 реле минимального напряжения Н питается междуфазным напряжением через нормально замкнутые контакты реле Н₂. Реле Н₂ включено через фильтр обратной после­довательности на напряжение U ₂. При несимметричных к. з. появляется напряжение U ₂ и реле Н₂ срабатывает, снимая напря­жение с реле Н. Последнее замыкает свои контакты и разрешает токовым реле подействовать на отключение. При симметричном к. з. реле Н₂ размыкает свои контакты кратковременно. Реле Н - успевает сработать, но затем после исчезновения несимметрии и возврата Н₂ поведение реле Н будет зависеть от уровня остаточ­ного напряжения U _к на его зажимах.

Если U_к < U_ВОЗ реле Н, то оно останется в сработанном со­стоянии и разрешит действовать защите. Если же U _к> U _воз, то реле Н возвратится и защита не сможет подействовать. Таким образом, чувствительность блокировки при симметричных к. з. определяется не U_с.р, а U_БОЗ реле Н. Поскольку U _В03 < U_с.р на 10—15%, то, следовательно, при симметричных к. з. схема с ком­бинированным пуском чувствительнее, чем схема с обычной блокировкой на рис. 15-27.

При несимметричных к. з. схема с реле Н₂ также чувствительнее обычной схемы за счет большей чувствительности реле Н₂ по сравнению с реле Н.

При симметричных перегрузках реле Н₂ и Н не действуют, запрещая работать защите.

Уставки защиты. Ток срабатывания токовых реле в схемах максимальных защит с пуском по напряжению выбирается из условия их возврата при номинальном токе генератора:

Коэффициент надежности k _Н обычно принимается равным 1,1—1,2.

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения Н, включенного на междуфазное напряжение, в обеих схемах выбирается из следующих соображений.

Реле минимального напряжения должны удовлетворять двум условиям:

а) возвращаться при минимальном уровне рабочего напряжения U _{раб.мин} после отключения к. з. в сети, для чего необходимо выбрать

где k _Н— коэффициент запаса, принимаемый равным 1,1—1,2;

U _{раб.мин} ⁼ 0,95 U _{раб.норм}

б) не действовать при понижении напряжения на зажимах генератора, вызванном самозапуском двигателей или асинхронным режимом работы генератора, имеющим место при потере воз­буждения. Расчеты и опыты показывают, что в обоих случаях напряжение может понижаться до (0,65 ÷ 0,7) U _{раб.норм} Для исключения действия реле в этих условиях необходимо иметь:

Условие п. «б» является определяющим, поэтому U_СЗ выби­рают по (15-22а). Напряжение срабатывания реле обратной последовательности Н₂ в схеме с комбинированным пуском выбирается из условия отстройки от напряжения небаланса на выходе фильтра. На основе опыта эксплуатации принимается:

Чувствительность защиты проверяется по току и напряжению при к. з. на шинах и в конце второго участка согласно выражениям: по току

по напряжению для реле Н в схеме по рис. 15-27

где U_{k. макс} — наибольшее остаточное напряжение при двухфазном к. з. в конце второго участка.

Для реле Н в схеме с комбинированным пуском чувствитель­ность проверяется по U_ВОЗ при трехфазных к. з., так как при двух­фазных к. з. работает реле Н₂, а при трехфазных — оно в первый момент к. з. снимает напряжение с реле Н и дальнейшее поведе­ние реле Н определяется U _В03 этого реле. С учетом сказанного

для реле Н₂

где U _2к.мин — наименьшее напряжение обратной последователь­ности при двухфазном к. з. в конце второго участка.

Выдержка времени. По условию селективности время действия защиты не должно быть меньше

где t _прис — наибольшая выдержка времени на защите присоедине­ний, питающихся от генераторных шин.

При выборе уставки по времени необходимо учитывать боль­шую ответственность генераторов, являющихся источниками пита­ния, и отсутствие необходимости в быстром отключении генера­торов при внешних к. з. по условиям работы самого генератора. В то же время необходимо считаться с тем, что процесс восстановления напряжения на генераторах и снижение их токов нагрузки во время тяжелых аварий могут проходить относительно медленно. Для предотвращения преждевременного отключения генераторов в подобных режимах, когда пусковые реле защиты могут возвра­щаться не сразу после отключения к. з., выдержка времени на максимальной защите генераторов выбирается порядка 5—8 с. Повышение t₃ улучшает также отстройку защиты от качаний.

в) Токовая защита от симметричной перегрузки

На электростанциях, имеющих постоянный дежурный пер­сонал, защита от перегрузки должна действовать на сигнал и выполняться по схемам, приведенным на рис. 15-27 и 15-28.

Перегрузка, как правило, является симметричным режимом. Поэтому защита от перегрузки выполняется при помощи одного токового реле Т₂, включенного в одну из фаз генератора. Сраба­тывая, оно действует на реле времени В₂, которое подает сигнал. Поскольку перегрузка может продолжаться длительно, реле вре­мени В₂ должно быть термически устойчивым. Ток срабатывания токового реле Г₃ выбирается по выражению (15-9). Для повышения чувствительности к перегрузкам k_н применяется равным 1,05.

Выдержка времени на реле времени выбирается несколько большей, чем на защите от внешних к. з., с тем чтобы защита от перегрузки не давала сигналов при внешних к. з., отключаемых защитой.

На электростанциях без постоянного дежурного персонала максимальная токовая защита от перегрузки должна выполняться с двумя выдержками времени и действовать: с меньшей — на сигнал и снижение возбуждения, а с большей — на отключение выключателя и АГП.

Для мощных генераторов ведется разработка защиты с зави­симой характеристикой, соответствующей тепловой характери­стике генератора. Такую защиту следует выполнять с действием на отключение.

г) Токовая защита обратной последовательности

Назначение, требование и принцип действия. Как указывалось в § 15-1, б, несимметрия токов в статоре является опасным режи­мом для генераторов, особенно для генераторов с непосредствен­ной системой охлаждения. Подобные несимметрии возникают при внешних двухфазных и однофазных к. з. и в режиме нагрузки, при обрыве одной или двух фаз, например вследствие обрыва провода на линии электропередачи или недовключения фаз вы­ключателя. Повышенный ток при неотключившихся внешних несимметричных к. з. нагревает статор генератора, а токи обрат­ной последовательности, появляющиеся при несимметричных внеш­них к. з. и нагрузках, индуктируют в роторе вихревые токи, вызывающие опасный нагрев металлических частей и обмотки последнего (см. § 15-1, б).

Вследствие недостаточной чувствительности максимальной за­щиты к несимметричным внешним к. з. и не действия ее при несим­метричных нагрузках разработана и применяется токовая защита обратной последовательности, реагирующая на появление тока I ₂. Эта защита выполняет функции двух защит: 1) защиты от чрез­мерного нагрева ротора генератора при несимметричных к. з. и нагрузках и 2) резервной защиты статора при несимметричных к. з. и нагрузках, а также при к. з. в самом генераторе в случае отказа его дифференциальной защиты.

В первом случае защита должна удовлетворять двум условиям: во-первых, она должна срабатывать при I ₂, превышаю­щем максимальный длительно допустимый ток I _{2доп.макс} по условию нагрева ротора, для чего необходимо иметь:

и, во-вторых, должна иметь выдержку времени

где t_доп — время, в течение которого ротор при данном значении I ₂ нагревается до предельной температуры, определяется по тепло­вой характеристике ротора из уравнения (15-1); к_н — коэффи­циент надежности, принимаемый равным 0,9—1.

Во втором случае (в качестве резервной защиты ста­тора) защита обратной последовательности должна иметь чувстви­тельность, достаточную для отключения несимметричных к. з. в конце зоны резервирования, и действовать с наименьшей выдерж­кой времени, обеспечивающей селективность.

Указанные требования можно выразить следующими соотношениями:

где I _2к.мин — минимальный ток обратной последовательности в ге­нераторе при к. з. в конце самой длинной линии, отходящей от шин электростанции; t _л — выдержка времени защиты линий, отходящих от шин электростанции.

Характеристика реле. Наилучшим способом защиты ротора от нагрева токами обратной последовательности является защита с зависимой от тока I ₂ характеристикой t₃ = f (I ₂), соот­ветствующей тепловой характеристике ротора по уравнению (15-1). Отвечающая этому

условию характеристика защиты

показана пунктиром на рис. 15-29,

Защита с зависимой характеристикой 1 позволяет полностью использовать перегрузочные возможности генератора, что явля­ется ее главным достоинством. Однако простой и серийно выпу­скаемый конструкции реле с зависимой характеристикой в Со­ветском Союзе пока еще нет, и поэтому на практике применяется защита обратной последовательности со ступенчато-зависимой характеристикой 2 (рис. 15-29). Как видно из рис. 15-29, незави­симая защита не позволяет полностью использовать перегрузоч­ные возможности генератора и отключает его раньше, чем это допустимо по условию нагрева, что является ее существенным недостатком. Ниже рассмотрены общие принципы выполнения обеих защит.

Токовая защита обратной последовательности с зависимой характеристикой. Все разновид­ности этой защиты (рис. 15-30) состоят из трех токовых реле Т_1, Т₂, Т₃, питающихся током I ₂ от фильтра обратной последо­вательности Ф₂.

Реле Т₁ действует на сиг­нал, предупреждая дежурный персонал о появлении опасных токов I ₂ > I _{2длит.доп.макс}.

Сигнальное реле предназна­ чено для работы при малых кратностях тока I ₂, которые могут допускаться по условиям на­грева ротора в течение 2 мин и более. Предполагается, что за это время (2 мин и более) дежурный персонал может принять меры кустранению несимметрии, а при отсутствии такой возможности своевременно отключить генератор. По тепловой характеристике ротора (рис. 15-2) можно установить, что t_доп > 2 мин имеет место в начальной части характеристики в диапазоне токов от I _{2макс.длит} до (0,4 ÷0,6) I_ном._г.

Ток срабатывания реле Т₁ отстраивается от I _{2длит.доп.макс} с учетом k_в03 реле, т. е.

Выдержка времени t₁ выбирается так, чтобы сигнализация не действовала при к. з. в сети, но была не больше 5—6 с, чтобы дежурный имел возможно больше времени для проведения опера­ций по ликвидации несимметрии.

Реле Т₂ является защитой ротора от несимметричных ре­жимов с такими токами I ₂, при которых ручная ликвидация не­симметрии невозможна, так как требуется быстрое отключение генератора с t <. 2 _мин. Это реле должно иметь зависимую характеристику согласно уравнению (15-27) и должно действовать при токах I ₂, которым соответствует по тепловой характеристике ротора t_доп ≤ 2 _мин. Отвечающий этому условию ток находится из уравнения (15-1), если принять в нем t_доп = 2 мин (120 с):

Реле Т₃ служит резервной защитой от неотключивш и х с я несимметричных к. з. внешних или в генераторе. Генератор в этих случаях следует отключать, не дожидаясь, когда истечет допустимое время t_доп по условию нагрева статора и ротора. Реле Т₃ действует на отключение генератора и АГП с независимой от тока I ₂ выдержкой времени t_III, создаваемой реле времени В₃ (рис. 15-30, а). Ток срабатывания реле Т₃ выби­рается так, чтобы оно надежно действовало при несимметричных к. з. в конце зоны резервирования, т. е. I _с.зIII< I _2к.мин. Выдержка времени t_III выбирается из двух условий:

1) селективности с защитами присоединений, отходящих от шин электростанции, t_III = t_прис +∆t;

2) согласования с t _доппо тепловой характеристике ротора при наибольшем значении I _{2 к.макс} в случае двухфазного к. з, на выводах генератора (точка К на рис. 15-30, б): (t_III ≤ t _доппри I _{2 к.макс}-
Второе условие является обязательным.

Характеристика времени действия рассмотренной защиты при­ведена на рис. 15-30, б.

Принципы выполнения зависимых токовых реле Т₂. ВСовет­ском Союзе разработаны конструкции зависимых реле, реаги­рующих на значение , косвенно характеризующее количество тепла, выделенное в роторе при прохождении тока I ₂ в статоре за время t.

Поскольку значение тока I ₂ во время несимметричного ре­жима может изменяться, то для правильного определения допу­стимого времени t_доц зависимое реле должно суммировать величины в каждый момент времени или, иначе говоря, осуществлять интегрирование . Реле должно срабатывать, когда =А, т.е.когда количество тепла, обусловленное током I ₂, достигает значения Q_пред =kА, при котором температура наиболее нагретого элемента ротора повысится до предельно допустимого значения. Характеристика реле t_э = f (I ₂), учитывающая процесс нагрева ротора при изменяющемся значении тока I ₂, называется интегральной.

При исчезновении I ₂ вследствие ликвидации несимметричного режима процесс возврата реле в начальное состояние должен соответствовать процессу остывания ротора генератора.

Наиболее удачными являются конструкция на магнитных элементах с прямоугольной характеристикой намагничивания, предложенная ВНИИЭ [Л. 93], и реле, разработанные Энергосетьпроектом и ВНИИР на полупроводниках с использованием для получения интегрально зависимой характеристики процесса заряда и разряда конденсатора [Л. 94]. Опытная партия реле последнего типа РТФ-6М выпущена ЧЭАЗ. Однако поскольку окончательной схемы этого реле еще нет, ниже рассматриваются основные принципы выполнения аналогичного реле, разработан­ного Энергосетьпроектом. Упрощенная структурная схема этого реле показана на рис. 15-31, б. Реле состоит из фильтра тока I ₂ (1); выпрямителя 2; преобразователя 3, преобразующего ток I ₂ в ток I _п = k интегратора 4, обеспечивающего работу реле с вы­держкой времени, обратно пропорциональной , с учетом меняю­щегося значения тока I ₂; исполнительного органа 5, подающего импульс на отключение.

Интегратор. В качестве интегратора используется конден­сатор С (рис. 15-31, а), процесс заряда которого во времени проис­ходит по такому же закону, как и адиабатический нагрев ротора от тока I ₂. Заряд конденсатора характеризуется уравнением

где U_C и С — напряжение и емкость конденсатора; I_C(t) — мгновенное значение зарядного тока конденсатора; q — заряд конденсатора, равный .

Из (15-29) получим:

Сравнив (15-29а) с (15-2) и (5-13), можно сделать вывод, что при U_СС = А и I_C(t) = (t) оба выражения идентичны и поэтому конденсатор может служить электрической моделью нагрева ротора.

Возможны две схемы интегратора с конденсатором С: одна — основанная на его заряде и вторая — на разряде. Схема интегратора с использованием заряда конденсатора приведена на рис. 15-31. При появлении тока I ₂ на зажимах тп возникает напряжение и конденсатор С начинает заряжаться током I_п ≡ .

В процессе заряда конденсатора напряжение U_C на его зажимах тп будет расти. Реле срабатывает, когда U_C достигает значения U'_C = А. Время, в течение которого U_с достигнет U'_C, зависит от величины тока . Чем больше будет зарядный ток, определяемый величиной , тем меньше будет время на­растания U_С до U'_C, а следовательно, и время действия реле t₃.

В обоих вариантах интегрального органа принимаются меры для исклю­чения влияния на величину тока I _п напряжения U_с, меняющегося в процессе заряда. Ток I _п должен зависеть только от величины I ₂. На время действия схемы оказывают влияние токи утечек, имеющие место в конденсаторе и зави­сящие от температуры. Схема с перезарядом конденсатора в меньшей мере подвержена искажающему влиянию токов утечек и поэтому считается лучшей.

Преобразователь. В обоих вариантах ток I _п = получается от преобра­зователя 3. Преобразование тока I ₂ в ток может осуществляться различ­ными способами. Простейшая схема диодного преобразова­теля показана на рис. 15-31, а. Как видно из схемы, к диодам преобразова­теля 3 подводятся два напряжения: напряжение U _П, с потенциометра запира­ющее диоды, и напряжение U_ф = kI₂ от фильтра Ф₂, открывающее их. Когда U_ф = 0, диоды заперты и ток преобразователя I _п отсутствует. При появлении I ₂ возникает U_ф. Когда оно станет больше напряжения потенциометра между точками А и а, диод Д₁ открывается и возникает ток . При U_ф > U_A-b открываются два диода Д₁ и Д₂ и т. д. Величина тока I _п зависит от числа открывающихся диодов, а последнее зависит от величины U_ф ≡ I ₂. Параметры сопротивлений подобраны так, что при подводе к преобразова­телю тока I ₂ выходной ток его I _п = . Этим током и осуществляется заряд конденсатора С.

Реле обратной последовательности типа РТФ-6М имеет такую же структурную схему, как и рассмотренное реле (рис. 15-32). Оно отличается от предыдущей конструкции устройством зави­симого элемента. Реле РТФ-6М состоит из сигнального элемента 1, двух токовых элементов 2 и 3, именуемых отсечкой I и отсечкой II, они предназначены для работы при несимметричных к. з. и имеют разные зоны действия и независимую выдержку времени; зависи­мый (интегральный) элемент 5 с характеристикой по уравнению (15-2); пусковой элемент 4, осуществляющий пуск зависимого элемента при определенном значении I ₂. Все элементы схемы реагируют на ток, получаемый от трансформаторного фильтра Ф₂. Ток I ₂ преобразуется в напряжение соответствующей величины трансформатором Т и выпрямляется двумя выпрямителями В1 и В2. Первый питает зависимый элемент 5, второй — остальные элементы схемы.

Сигнальный элемент, отсечки I и II и пусковой элемент вы­полнены однотипно на принципе сравнения напряжения U_Р ≡ I ₂ с опорным напряжением U _оп. Реле срабатывает, если U_р ≥ U_0П. В качестве нуль-индикатора используется магнитоэлектрическое реле. Зависимый элемент основан на использовании процесса заряда конденсатора током I _зар ≡ , Для преобразова­ния тока I ₂ в ток I _зар служит частотно-импульсный модулятор.

В качестве выходного реагирующего элемента служит триггер, воздействующий на исполнительное реле.

Характеристика реле аналогична показанной на рис. 15-30, б.

Ступенчатая защита обратной последовательности с незави­симой хара ктеристикой. Ступенчатая защита рекомендуется к при­менению [Л. 103] на генераторах с непосредственным охлаждением обмоток, пока не появятся достаточно совершенные реле с зависи­мой характеристикой.

Схема и характеристика четырехступенчатой защиты показаны на рис. 15-33. Три ступени защиты действуют на отключение, чет­вертая ступень — на сигнал. Каждая ступень имеет пусковое токовое реле (Т_1, Т₂, Т₃, Т₄) и свое реле времени (В₁, В₂, В₃, 5₄). Пусковые реле питаются от двух фильтров обратной последова­тельности типа РТФ-2 и реагируют на ток I ₂.

Первая ступень (Т_1, В₁) предназначена для отключения к. з. на выводах генератора. Вторая ступень (Т₂, В₂) служит для резер­вирования отключения несимметричных к. з. в сети. Третья ступень (Т₃, В₃) является защитой ротора от несимметричных режимов с токами I ₂, при которых ликвидация несимметрии вручную невозможна, так как допустимое время относительно мало (t_доп < 2 ÷3 мин).

Четвертая ступень (Т₄, В₄) работает на сигнал, предупреждая дежурного о появлении несимметрии при I ₂ > I _{2длит.доп.макс.} Характеристика защиты приведена на рис. 15-33, б, Завод ЧЭАЗ выпускает защиту со ступенчатой характеристикой типа РТФ-7. Она состоит из двух комплектов, в каждый входят фильтр РТФ-2 и два токовых реле, как показано на рис. 15-33, а

Такая защита применяется на генераторах с непосредственным охлаждением 50 — 100 — 150 МВт, на 300 МВт и выше-РТФ-6.

Для блокировки защиты от замыканий на землю генератора (§ 15-4, в) устанавливается пятое реле РТ-40/0,6; оно подключается дополнительно к одному из фильтров (на рис. 15-33 не показано).

Выбор уставок (рис. 15-33, б). Исходной для выбора уставок является тепловая характеристика ротора по выражению (15-2), в котором величина А принимается по данным завода соответ­ственно типу генератора (см. рис. 15-2).

Первая ступень. Ток срабатывания первой ступени должен обеспечивать ее надежное действие при двухфазных к. з. на выводах гене­ратора; точка К на рис. 15-33, б. В этом случае наибольший ток обратной последовательности в генераторе будет при работе генератора изолированно от сети. Величина этого тока в относительных единицах

где х"_d — сверхпереходное реактивное сопротивление генератора; х₂ — сопро­тивление обратной последовательности. С учетом этого

где к_ч — коэффициент чувствительности.

Выдержка времени t₁ не должна превышать допустимого времени по усло­вию нагрева ротора при к. з. на выводах генератора. Подставляя в (15-2) I _2* = , получаем:

Если это время не удается согласовать с защитами присоединений отхо­дящих от шин электростанций, то необходимо ограничить зону действия первой ступени так, чтобы она не работала при к. з. за трансформаторами и реакторами отходящих линий. Исходя из этого, в выражении (15-30) допус­кается принимать к_ч = 1,2 при минимальном значении I _2К.

Вторая ступень. Выдержка времени t _II должна равняться t _доп при I _2* = I _с.з1 (точка 1 на рис. 15-33, б), т. е.

Ток срабатывания выбирается из условия достаточной чувствительности для резервирования защит присоединений, отходящих от генераторных шин:

где I _{2 К} — ток обратной последовательности при к. з. в конце зоны (в точке К₁).

Если t _IIпо условию (15-30а) мало и не обеспечивает селективности с защи­тами линий, отходящих от шин, то зону действия второй ступени приходится ограничивать для обеспечения необходимой селективности, уменьшая к_ч.

Если t _II> I защит присоединений, отходящих от генераторных шин, то I _с.зII выбирается из условия чувствительности при к. з. в конце резерви­руемой зоны по (15-30 б), в котором I _2К соответствует наименьшему значению тока I ₂, проходящего по генератору, при двухфазном к. з. в конце присоеди­нения с наибольшим сопротивлением.

Третья зона. Выдержка времени t _III выбирается по t _доппри I _2*= = I _с.зII (точка 2):

Ток срабатывания третьей ступени выбирают, исходя из ее назначения — отключать генератор при токах I ₂, при которых t _доп ≤ 2÷3 мин. С учетом этого I _с.зIII=

Четвертая ступень действует на сигнал. Защита должна действовать притоке I ₂ > I _{2 длит}._макс._доп. С учетом этого I _с.з1V = I _{2длит.макс. доп}= (0,05 ÷0,1) I _ном..г. Выдержка времени четвертой ступени t_IV выбирается минимальной,но больше времени отключения к. з. в сети. Обычно принимается t_1У = 5 ÷ 9с. По выбору уставок см. [Л. 103].

Рассмотренная ступенчатая защита позволяет обеспечить требования к защите от перегрузки и требования по чувствительности и селективности при внешних к. з. Недостатком защиты является многорелейность, недоста­точное использование перегрузочной возможности генератора и неинтегральность характеристики, но несмотря на это многоступенчатая защита является лучшей из практически осуществимых вариантов этой защиты.

На генераторах 60 МВт и меньшей мощности по соображениям упрощения применяется двухступенчатая защита. Первая ступень действует на отключе­ние c t_I= t _доп при к. з. в точке К на генераторных шинах и срабатывает при токах I ₂, при которых t_доп < 2 мин, отсюда I _с.з1 = А /120. Вторая ступень работает на сигнал с уставками сигнального комплекта четырехступенчатой защиты.

Защита от внешних трехфазных к. з. и симметричных пере­грузок. Защита обратной последовательности не действует при трехфазных к. з. и симметричных перегрузках, поскольку при этом виде повреждения и ненормальном режиме I ₂ = 0. В связи с этим для отключения трехфазных к. з. необ­ходимо предусматривать дополнительный комплект защит. Он выполняется в виде однофазной максимальной защиты с блоки­ровкой минимального напряжения (рис. 15-33, а). В дополни­тельный комплект входят токовое реле Т_ф, включенное на ток одной из фаз, и реле минимального напряжения Н, включенное на одно из междуфазных напряжений. Оба реле надежно реаги­руют на трехфазные к. з., поскольку изменение тока и напряже­ния во всех фазах имеет в этом случае одинаковый характер. Защита действует с выдержкой времени, для чего предусмотрено реле времени В. Поведение и чувствительность комплекта и защиты от трехфазных к. з. во всем аналогичны поведению и чувствитель­ности максимальной защиты, рассмотренной в § 15-5, б.

Для защиты от симметричных перегру­зок устанавливается токовое реле Т _пв одной фазе согласно § 15-5, в.

Уставки реле комплекта от трехфазных к. з. выбираются так же, как и для максимальной защиты с пу­ском от реле минимального напряжения (§ 15-5, б).

д) Оценка защит от сверхтоков и несимметричных режимов

Максимальная защита с пуском по напряжению является до­статочно простой защитой от внешнего к. з. Она не действует при перегрузках, не сопровождающихся значительным понижением напряжения, что является ее положительным свойством. Сущест­венным дефектом защиты является недостаточная чувствитель­ность к удаленным и особенно несимметричным к. з. на присое­динениях, отходящих от генераторных шин. По своему прин­ципу действия максимальная защита не может реагировать на несимметричные режимы, если они не сопровождаются увеличе­нием токов до I _с.з и понижением напряжения на зажимах генера­тора до U_с.з В настоящее время максимальная защита с пуском по напряжению применяется на генераторах с косвенным охлаж­дением мощностью до 30 МВт включительно, где не требуется защит от несимметричных режимов. На генераторах большей мощ­ности она используется в качестве защиты от симметричных к. з. в однофазном исполнении (см. § 15-5, т). Наилучшей следует приз­нать схему с комбинированным пуском, которая обладает зна­чительно большей чувствительностью (по напряжению) при несим­метричных к. з. и несколько более чувствительна к симметричным повреждениям.

На генераторах 60 МВт и больше в качестве защиты от несим­метричных режимов должна применяться токовая защита обрат­ной последовательности в сочетании с защитой от внешних трех­фазных к. з., выполняемой в виде однофазной приставки. Защита I ₂обладает высокой чувствительностью к несимметричным к. з., не реагирует на нагрузку и качания. Защита обратной последо­вательности с зависимой характеристикой обеспечивает достаточно совершенную защиту ротора от нагрева в несимметричных ре­жимах и должна применяться на мощных генераторах с непосред­ственной системой охлаждения.

Дата добавления: 2014-12-23