Испытание защит синхронных генераторов: Методические указания к лабораторным работам

ИСПЫТАНИЕ  ЗАЩИТ  СИНХРОННЫХ  ГЕНЕРАТОРОВ

Методические указания к лабораторным работам

По курсу «Релейная защита электроэнергетических

систем», для студентов 4-5 курсов ФЭН дневного

и заочного отделений

Новосибирск

2007

Описание стенда

     В данной работе рассмотрены две защиты мощных генераторов, работающих в блоке с повышающими трансформаторами: защита обратной последовательности типа БЭ1101 и защита от замыканий на землю в обмотке статора типа БРЭ 1301. Обе защиты выполняются в полупроводниковом варианте с использованием операционных усилителей на базе интегральных микросхем.

     Конструктивно защиты выполнены в виде однородной кассеты блочно-унифицированной конструкции типа БУК-б. Для защиты от влияния внешней среды кассеты помещены в защитную металлическую оболочку. С передней стороны кассета закрыта прозрачной крышкой, что обеспечивает возможность визуального контроля за работой. Блоки смонтированы на лабораторном стенде, на клеммы которого выведены необходимые для проведения испытания выводы. Внешний вид стенда приведен на рис.1.

     Подведение напряжения питания к реле осуществляется с помощью ключа управления, позволяющего проводить поочередное испытание защит.

     Описываемые в данном пособии защиты в настоящее время нашли широкое распространение на электрических станциях. Следует также отметить, что в современных шкафах защит станционного оборудования, построенных на базе микропроцессорных терминалов реализован тот же принцип действия и условия настройки, что и в описанных здесь устройствах.

Рис. 1. Стенд защит генератора.

Защита от замыканий на землю в обмотке статора

генератора типа БРЭ-1301

1. Принцип действия защиты

     Защита БРЭ-1301 является вариантом защиты типа ЗЗГ-1 с использованием ИМС. Она используется для защиты от замыканий на землю в любой точке обмотки статора мощных турбо  и гидрогенераторов, работающих в блоке с повышающими трансформаторами и не имеющих гальванической связи с системой собственных нужд или с сетью потребителей. Защита использует напряжение нулевой последовательности первой и третьей гармоник. /1 / Орган напряжения нулевой последовательности первой гармоники может обеспечить защиту 85÷95 % витков обмотки со стороны фазных выводов, а остальная часть обмотки защищается с помощью органа напряжения третьей гармоники, охватывающего примерно 30% витков обмотки со стороны нейтрали. Принцип действия органа третьей гармоники можно понять из рассмотренного распределения напряжений третьей гармоники в обмотке статора (рис.2).

     В нормальном режиме напряжение третьей гармоники со стороны нейтрали (U_Н) и выводов (U_В) составляет около 0,5 Е_З и U_е ≈ 0. При замыкании на землю нейтрали генератора U_Н = 0 U_В = Е_З. Это изменение напряжений и используется в органе третьей гармоники.

     Однако использовать для надежного функционирования защиты только факт увеличения напряжения U_В при замыкании на землю в близи нейтрали не представляется возможным, т.к. уровни ЭДС третьей гармоники существенно меняются (в 2÷3 раза) в зависимости от режима работы генератора. Так отстроенное от максимального значения U_В в нормальном режиме реле не сработает при минимальном значении U_В (например, в режиме холостого хода). Чтобы повысить чувствительность органа третьей гармоники в защите БРЭ-1301, данный орган выполнен в виде органа с двумя электрическими величинами.

     Рабочая цепь этого реле включена на сумму напряжений , а тормозное на  . В этом случае поведение реле определяется его уставкой коэффициента торможения

                                                                  

   

 

      При замыкании на землю на нейтрали  генератора напряжение U_Н снижается до нуля, торможение исчезает, а напряжение U_В повышается до

U_В = Е_З. При этом реле надежно сработает.

     При удалении места повреждения от нейтрали напряжение U_Н снижается не до нуля и торможение не исчезает, а напряжение на рабочей цепи будет меньше, чем при замыкании на землю на нейтрали. В этом случае орган третьей гармоники может подействовать, если отношение рабочего напряжения тормозному будет больше установленного коэффициента торможения:

                                                     

Замыкание на землю в середине обмотки всегда будет попадать в мертвую зону защиты, т.к. рабочий сигнал равен нулю. При замыкании со стороны линейных выводов защита может сработать, если К_Т < 1, т.к. при этом U_раб = U_тор = Е_З и U_раб/ U_там = 1.

2. описание схемы защиты [2]

     Схема подключения защиты к трансформаторам напряжения блока генератор-трансформатор приведена на рис.3. Клеммы 19-20 подключены на сумму напряжений нулевой последовательности в нейтрали (U_Н) и на выводах (U_В) генератора. Первое снимается со вторичной обмотки трансформатора напряжения в нейтрали ТV1, второе – со вторичной обмотки ТV2, включенной по схеме разомкнутого треугольника. Клеммы 17-18 подключаются ко вторичной обмотке ТV1. Встроенный в реле стабилизированный блок питания (клеммы 5-4-3-1) подключен ко вторичной обмотке ТV2, включенной по схеме звезда.

     Для обеспечения равенства напряжений третьей гармоники, подающихся от разомкнутого треугольника вторичной обмотки ТV2 (утроенное напряжение U_ОЗ одной фазы) и от вторичной обмотки ТV1 в нейтрали, коэффициенты трансформации напряжений должны находиться в соотношении . (  )

Рис. 3. Схема подключения защиты БРЭ 1301 для блока генератор-трансформатор.

     На рис.4 приведена упрощенная принципиальная схема защиты. Все основные органы защиты выполнены на базе операционных усилителей.

   Схема включает в себя:

- орган напряжения основной составляющей (ООС), реагирующий на напряжение нулевой последовательности частотой 50 гц;

- орган напряжения третьей гармоники с торможением (ОТГ);

- орган блокировки защиты по обратной последовательности (ОU₂);

- автономный блок питания;

- выходной орган.

     Орган напряжения основной гармоники (реле максимального напряжения) подключен ко вторичной обмотке промежуточного трансформатора Т1, питающегося от ТV1 в нейтрале генератора (см. рис. 3).

   Это все включает в себя:

- устройство регулирования уставок на резисторах RG3 ÷ RG7 и переключателях Х5 ÷Х8;

- полосовой фильтр 50 гц;

- двухполупериодный выпрямитель;

- реагирующий орган с согласующей цепочкой со схемой логики выходного органа (ВО).

     Орган напряжения третьей гармоники подключен к разделительным трансформаторам Т2 по рабочей цепи и Т1 – по цепи торможения. Реле включает в себя:

- регулировочные резисторы R1 и R27 для изменения коэффициента торможения;

- полосовые фильтры в каждой из цепей;

- двухполупериодные выпрямители;

- сглаживающий сумматор;

- реагирующие органы, связанные со схемой логики выходного блока (ВО).

     Орган блокировки обратной последовательности (ОU₂) представляет собой максимальное реле напряжения, предназначенное для блокирования защиты от ЗНЗ при КЗ на землю в сети высшего напряжения. Реле включает в себя:

- фильтр напряжения обратной последовательности, подключенный к разделительному трансформатору ТЗ (общему с блоком питания);

Выполнены аналогично БОС и БТГ

- полосовой фильтр

- выпрямитель

- реагирующий орган

     Реагирующий орган подключен к схеме логики ВО.

     Автономный блок питания (БП) представляет собой стабилизированный источник питания напряжением ± 15 В, питающий операционные усилители.

Блок подключен ко вторичным обмоткам разделительных трансформаторов Т3 и Т4.