Методика выбора уставок защиты обратной
advertisement
Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 1 Методика выбора уставок защиты обратной последовательности мощных блоков. Вводная часть. Жизнь требует, чтобы энергетика всегда несколько опережала по своему развитию другие отрасли. Техника не стоит на месте. Даже, несмотря на трудности нашего переходного периода, появляются мощные блоки, новые электростанции, усложняются электрические сети. По мере усложнения сетей усложняются и вопросы, которые приходится решать с помощью релейной защиты. Требования к устройствам РЗА возрастают, но и возможности у релейщиков увеличиваются. Потому с появлением новых типов устройств релейной защиты и появлением новых возможностей счетной техники возникает необходимость пересмотра методик расчета уставок устройств релейной защиты. К сожалению, пока переиздание и распространение методик расчета не является обязанностью какой-либо организации. А проблем в современных сетях много. К примеру, – городские кольца 110 кВ имеют массу отпаечных трансформаторов, связанных с довольно мощной двигательной нагрузкой, и потому приходится серьезно подумать, нейтраль какого из трансформаторов следует заземлить, и какие мероприятия выполнить для возможности разземления нейтралей других трансформаторов, чтобы снизить уровень токов КЗ и обеспечить чувствительность и селективность релейной защиты. Иной раз приходится разземлять нейтрали даже блочных трансформаторов. При этом довольно трудно выполнить резервную защиту блоков с разземленной нейтралью так, чтобы она селективно работала при несимметричных КЗ в сети и обладала к тому же относительным быстродействием, особенно, если электростанция связана с сетью линиями со сложными коридорами взаимоиндукции. Надо отметить, что, как правило, шины высокого напряжения электростанции представляют собой мощный узел, взаимное резервирование защит ВЛ, отходящих от которого, невозможно без деления шин. Не выполнив предварительного деления шин высокого напряжения электростанции, в случае отказа защит, выключателя, или при потере оперативного тока на присоединении, можно потерять всю электростанцию. Мощные блоки сейчас включаются не только на ГРЭС, но и на ТЭЦ. Причем эти ТЭЦ могут оказаться включенными в самый центр городских «колец», состоящих из коротких, часто идущих параллельно и имеющих Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 2 поперечные связи линий. Практикуются схемы ТЭЦ и с такими распредустройствами высокого напряжения, которые имеют по два включенных ШСВ и два СВ высокого напряжения. Т.е. на высокой стороне блоков получается «кольцо» из нулевых сопротивлений, объединяющее блоки, и имеющее дублирующее «кольцо» из малых сопротивлений (городское «кольцо» 110 кв). При этом деление шин даже двумя из четырех выключателей, как в случае близкого, так и в случае дальнего несимметричного, неотключенного селективно, КЗ не прекращает протекание тока КЗ по всем генераторам, и не предотвращает полного погашения станции. А поскольку это городское кольцо, есть опасность прекращения питания, если не всего города, то значительной его части. Таким образом, практически все крупные энергетические узлы требуют решения комплекса задач: Локализация повреждения в узле с обеспечением быстродействия. Селективное погашение повреждения. Селективное деление сети для обеспечения дальнего резервирования повреждения защитами смежных присоединений без чрезмерного увеличения времени ликвидации повреждения. Вряд ли стоит для этих целей изобретать новую защиту. Намного проще дополнить существующие виды защит новым функциональным действием. Если проанализировать существующий набор устройств релейной защиты такого узла, оказывается, что самой чувствительной и независящей от нагрузки, взаимоиндукции и подпитки токами нулевой последовательности отпаечных трансформаторов является защита обратной последовательности генератора (блока), которой оснащается каждый мощный генератор. Конечно, эта защита не работает при чисто трехфазных повреждениях, но на все прочие она реагирует. Имея хорошую защиту с интегрально - зависимой характеристикой выдержки времени, работающую во всем диапазоне возможных токов КЗ, протекающих по обмотке генератора, логично было бы иметь полноценное деление шин от такой защиты. И, только выполнив необходимую локализацию повреждения, отключать генератор, не превышая при этом допустимого для него времени отключения, и в комплексе решать поставленные задачи, сохранив, конечно, и функции защиты генератора от перегрева токами обратной последовательности. Немного истории методики расчета ТЗОП. Впервые методика расчета уставок токовой защиты обратной последовательности появилась в 1963 году - в руководящих указаниях «Защита блоков генератор - трансформатор и генератор – автотрансформатор» [ 1 ]. В те годы на блоках турбогенератор - трансформатор (авто-трансформатор) от 30 до 100 мвт выполнялась защита с двумя токовыми элементами с независимой выдержкой времени на реле типа РТ-2, осуществляющая функции защиты генератора от перегрузок токами обратной последовательности и защиты от внешних несимметричных КЗ. ротора Для мощных турбогенераторов с форсированным охлаждением статора и рекомендовалась комбинированная защита, выполняемая с помощью Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 3 устройств типа РТФ-2 (независимая выдержка времени) и РТФ -3 (зависимая выдержка времени). Следует отметить, что характеристика выпускаемого в то время устройства РТФ-3 с шаговым искателем соответствовала тепловой характеристике генератора только при прохождении по нему тока обратной последовательности постоянного значения. Изменение тока во времени могло привести к серьезному ускорению или запаздыванию устройства [ 1 ] (См. стр. 27). Уже в 1965 году вышел эксплуатационный циркуляр, полностью изменяющий подход к выполнению токовой защиты обратной последовательности [ 2 ]. В циркуляре говорится, что ведется разработка более совершенной ТЗОП с зависимой характеристикой выдержки времени... Предлагается временно, впредь до выпуска новой ТЗОП и экспериментального уточнения перегрузочных характеристик машин руководствоваться этим эксплуатационным циркуляром. В 1969 году в Киевском институте автоматики по договору с ГУЭиЭ при СМ БССР (№ 262/44 от 12/11-1966 г. шифр 4428) под руководством к.т.н. Ю. Гаевенко была разработана токовая защита обратной последовательности с реле, имеющим зависимую характеристику, повторяющую тепловую характеристику генератора. В дальнейшем это реле получило наименование - РТФ - 6. [ 3 ] В 1982 году вышла книга В.Н. Вавина «Релейная защита блоков турбогенератор - трансформатор» [ 5 ], в которой приводится и методика выбора уставок токовой защиты обратной последовательности, в том числе и защиты с интегрально - зависимой характеристикой выдержки времени. В отличие от прежней методики в книге рекомендуется выполнять токовую защиту обратной последовательности с двумя ступенями времени. При этом уставку «А» интегрального органа защиты рекомендуется уменьшить (правда, отсутствует критерий – насколько) по сравнению с величиной «А» генератора, характеризующей его тепловую характеристику, чтобы иметь возможность принять первую выдержку времени устройства меньше, чем допустимо для данного генератора, и, таким образом, выполнить ступенчатую характеристику по времени. Интервал селективности между ступенями интегрального органа рекомендуется принять равным 0.25 - 0.3 сек. Однако, о делении шин высокого напряжения от рассматриваемой защиты говорится без пояснения: “при необходимости…”. Причем, отсутствуют рекомендации как такое деление выполнить. Для защит со ступенчатой характеристикой [ 5 ] (см. стр.126) говорится о действии 2, 3 и 4-ой ступеней с двумя выдержками времени – с первой на отключение выключателя на стороне ВН, со 2-ой – на полный останов блока (т.о., опять вопрос локализации неотключенного повреждения сети не рассматривается). При этом на любом участке ступенчатой характеристики выдержки времени не должны превышать допустимых, определяемых для генераторов по формуле: tдоп=A/(I2)2. Выпущенная «Атомтеплоэлектропроектом» в 1984г. «Методика расчета РЗ мощных блоков» почему-то вменила интегральному органу лишь «функцию защиты от перегрузки» [ 4 ]. Анализ уставок токовой защиты обратной последовательности генераторов и блоков, рекомендованных проектными организациями, а также выставленных Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 4 релейщиками ПЭО РБ, подтверждает необходимость дать более четкую методику подхода к расчету, согласованию уставок и выполнению действия токовой защиты обратной последовательности. Учитывая рекомендации «Сборника руководящих материалов Главтехуправления Минэнерго СССР» 1992 г (См. п. 4.3 – О мерах по предотвращению развития аварий, связанных с недостаточно эффективным дальним резервированием РЗ и А [ 9 ]), это тем более необходимо. Недостатки существующих методик расчета при современном развитии техники и нынешнем состоянии сетей. Вопросу обеспечения селективности защиты обратной последовательности блоков с защитами окружающей сети во всех приведенных методических документах уделяется очень мало внимания: В РУ-5 согласование с защитами сети сводится к согласованию с защитами нулевой последовательности, установленными на блоке (См.стр. 85 [ 1 ]). В циркуляре приводится рекомендуемая таблица уставок, подходящая далеко не для всех случаев, но полюбившаяся проектировщикам и тем эксплуатационникам, которые, стремясь к упрощениям расчетов, не очень задумываются о селективности защит узла. В книге Вавина при рассмотрении защиты с интегрально - зависимой характеристикой даются рекомендации использовать отсечку 2 – для защиты выводов генератора, а отсечку 1 с двумя выдержками времени - для дальнего резервирования. Причем, подчеркивается, что «на энергоблоках без выключателя в цепи генератора использование отсечки 2 не диктуется необходимостью, т.к. резервирование продольной дифференциальной защиты генератора обеспечивается интегральным органом». (См. стр. 122 [ 5 ]) Если заботиться только о резервировании продольной дифференциальной защиты генератора и не думать о резервировании других элементов, тогда не нужна и вторая выдержка времени на интегральном органе. Если же ее выполнять, то для генераторов мощностью выше 160 мВа характеристика при А min = 5 c добавлением t = 0,3 сек пересечет тепловую характеристику генератора. Ниже приведены дословные выражения из книги [ 5 ], подчеркивающие противоречия, незавершенность методики и несоответствие ее современному состоянию техники и высоковольтных сетей: «Выдержка времени отсечки 2 принимается по условию согласования с быстродействующей защитой трансформатора блока, равной 0,3 сек (см. стр.125 [ 5 ])». «По условию деления (шин) ток срабатывания может быть принят I2ср = 0.4 – 0.8 . (см. стр.125 [ 5 ])». «Выдержка времени первой ступени отсечки 1, действующей на деление шин, согласовывается с максимальной выдержкой времени резервных защит присоединений распредустройства... Если отсечка 1 используется только для Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 5 дальнего резервирования, то ее выдержка времени принимается такой же, как для первой ступени при наличии деления шин (см. стр.126 [ 5 ])». В то же время, когда речь заходит о защите со ступенчатой характеристикой (см. стр.126 [ 5 ]), рекомендуется принимать выдержку времени равной допустимой длительности этого двухфазного КЗ (не 0.3 сек, как рекомендовано для защиты с зависимой характеристикой в первом пункте). И неясно как поступить, если: 1. Обеспечивая деление шин, желательно иметь довольно быстро-действующую ступень, селективную с первой и второй ступенями защит сети. 2. Выбирая уставку отсечки 1, мы должны были бы в соответствии с приведенными рекомендациями выбрать время действия больше допустимого, определяемого приведенной на той же странице формулой (см. стр.126 [ 5 ]). Обоснование необходимости комплексного подхода к защите энергетического узла. Для локализации повреждения и уменьшения погашаемого района, двух ступеней по времени явно мало. Надо отметить, что, не выполнив предварительного деления шин высокого напряжения электростанции, в случае отказа защит, выключателя, или при потере оперативного тока на присоединении, можно потерять всю электростанцию. К тому же, до погашения генераторов будет отсутствовать дальнее резервирование в узле, а его надо иметь не только от генераторов, но и от других источников, подпитывающих место повреждения. Другими словами, живучесть энергетического узла без обеспечения быстрой локализации повреждения, мягко говоря, сомнительна. Только выполнив необходимые деления в узле, стоит отключать генератор, не превышая при этом допустимого для него времени отключения. Таким образом, можно действительно помочь осуществить дальнее резервирование от защит смежных ВЛ и сохранить в работе блоки, связанные с неповрежденной частью сети. В эксплуатации продолжают сохраняться защиты, выполненные на реле прежних типов. Очень часто на одной электростанции защита одинаковых блоков выполнена по-разному, что порой затрудняет выполнение селективной защиты всего узла. Особенно это относится к блокам, которые через автотрансформаторы объединяют сети разных напряжений. При увеличении единичной мощности генератора существенно уменьшается его сопротивление и уменьшается его перегрузочная способность по току обратной последовательности, т.е. величина «А» генератора. С уменьшением сопротивления генераторов становится невозможно отстроить отсечку (или ступень), призванную только обеспечить чувствительность к двухфазному КЗ на выводах генератора, от КЗ на шинах высокого напряжения. Предлагаемая в методике блокировка отсечки 2 (см. стр.121 [ 5 ]), селективность с сетью не улучшит. Решить проблему для мощных блоков поможет выполнение деления шин и от отсечки 2 до отключения генератора, причем, с довольно Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 6 малым временем для локализации повреждения, и сохранения в работе части станции. Нельзя обойти и то обстоятельство, что на всей аппаратуре с интегрально-зависимой характеристикой величина «А» регулируется лишь в определенных пределах, т.е. «А»min = 5. Действуя по методике, изложенной в [ 5 ], для мощных блоков (более 160 мВа) следовало бы иметь величину «А» min меньше. Следовательно, целесообразно изменить методику. Конечно, живучесть энергетического узла можно обеспечить и путем выполнения надежного «ближнего» резервирования всех элементов, но это значит, что нужны не полумеры, а, действительно дублирование всех быстродействующих защит, оперативного тока, и значительно надежнее должно быть первичное оборудование, особенно выключатели высокого напряжения, короткозамыкатели, отделители... Решение задачи выбора уставок токовой защиты обратной последовательности генераторов и блоков очень неоднозначно, зависит от мощности генератора, схемы станции, схемы сети, в которой работает станция, и многих других факторов. Здесь нужен индивидуальный подход. Поэтому полностью автоматизировать процесс расчета нельзя. Всегда последнее слово должно оставаться за человеком, анализирующим оснащение релейной защитой всего узла и обеспечивающим селективность его защит. Расчет защиты со ступенчатой характеристикой. Недостатки защиты со ступенчатой характеристикой перечислены еще в эксплуатационном циркуляре № 11-65. 1965 г. [ 2 ]. В настоящее время проектные организации такое исполнение защит не предусматривают, но в эксплуатации продолжает находиться довольно много таких защит, правда, для генераторов мощностью не более 120 мвт. Порой исторически сложилось, что на одной электростанции защита одинаковых блоков имеет разные принципы исполнения, что существенно затрудняет выполнение селективной защиты всего узла. Особенно недопустимо так выполнять защиту блоков, которые через автотрансформаторы объединяют сети разных напряжений. Уставка 1-ой ступени защиты должна удовлетворять четырем условиям: 1. Должна иметь чувствительность к двухфазным КЗ на выводах генератора с Кч => 1.2. 2. Должна быть отстроена от двухфазного КЗ на шинах высокого напряжения с К отс.=> 1.2. 3. Время срабатывания ее не должно превышать допустимую длительность этого КЗ, т.е. должно быть меньше допустимого при протекании максимально – возможного тока через генератор. 4. Ток срабатывания не должен превышать I cз = A / t2-ст , где - t2-ст - время срабатывания второй ступени, которое будет селективно с защитами смежной сети. При соблюдении всех четырех условий 1-я ступень должна действовать: Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 7 а) на блоках при отсутствии выключателя между генератором и трансформатором - с одной выдержкой времени - на погашение блока. (См. Приложение 1). б) на блоках при наличии выключателя между генератором и трансформатором и на генераторах, работающих на сборные шины генераторного напряжения - с двумя выдержками времени - на отключение внешних связей и на погашение генератора. Если при этом не удается отстроить уставку по току от двухфазного КЗ на шинах высокого напряжения, рассматривается возможность согласования 1-ой ступени с уставками защит сети, как по току срабатывания, так и по времени действия (как при двухфазном, так и при однофазном повреждениях). Но тогда эта отсечка должна выполняться подобно прочим ступеням с несколькими выдержками времени. (См. приложение 2.). Т.о. имеем время отключения: t 1 - на деление ШСВ; t 1 + 0.3 сек - на отключение выключателя высокого напряжения; t 1 + 0.6 сек - на погашение блока. В случае, когда шины высокого напряжения имеют четыре секции с включенными двумя ШСВ и двумя СВ, т.е. на высокой стороне блоков получается кольцо из нулевых сопротивлений: t 1 - на деление СВ N 1 и N 2; t 1 + 0.3 сек - на выделение секции; t 1 + 0.6 сек - на отключение выключателя высокого напряжения; t 1 + 0.9 сек - на погашение блока. Т.к. защита со ступенчатой характеристикой выполняется только для генераторов небольшой мощности, минимальное время отключения такого генератора, как правило, достаточно для выполнения ступеней по времени. (В противном случае следует и на таких генераторах отказываться от ступенчатого принципа и устанавливать защиту с зависимой характеристикой). Если выполняются 1-е и 2-е условия, но из-за сложности сети не выполняется условие 4, следует понижать ток срабатывания ступени до такого, при котором, судя по характеристике, допустимое для генератора время отключения будет селективно с защитами сети. (См. приложение 3) Уставка 2-ой ступени защиты должна удовлетворять трем условиям: 1. Должна обеспечивать чувствительность к двухфазному КЗ на шинах высокого напряжения; 2. Ток срабатывания ее не должен превышать I cз = A / t- 3-ст , где - t 3-ст - время срабатывания третьей ступени, которое будет селективно с защитами смежной сети. 3. Ток и время срабатывания ее должны быть согласованы с защитами отходящих ВЛ (имеется в виду 1 и 2 ступени защиты от междуфазовых повреждений, и защиты нулевой последовательности). Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 8 Третья и четвертая ступени предназначены для дальнего резервирования защит сети и должны выбираться из условия селективности с защитами сети (как с междуфазовой защитой, так и с защитой нулевой последовательности), при этом не следует забывать проверку селективности и при последующем пересмотре уставок защит сети. Четвертая ступень чаще всего - I с.з. = (0.2 - 0.35) Iн t с.з. = 40(20) сек. Уставки всех ступеней защиты обязательно уточняются по тепловой характеристике генератора (См. Приложение 1): I cз = A / tдоп , где в качестве tдоп принимается уставка большей по номеру ступени, а для последней ступени принимается время, в течение которого дежурный персонал может и должен после получения сигнала устранить перегрузку током обратной последовательности - 3 – 5 мин. Примечание: Первые защиты обратной последовательности выполнялись с тремя ступенями и сигнальным элементом. Там, где не актуальна еще одна ступень, так защита и эксплуатируется, т.е. иногда совмещены функции 1-ой и 2-ой ступеней, а иногда - 2-ой и 3-ей. Но меняется сеть, мощности и режимы. Встает вопрос – что делать в дальнейшем – монтировать еще одну ступень, менять защиту на более совершенную или отступать от методики еще дальше?.. Расчет защиты с зависимой от тока выдержкой времени. В последнее время в качестве защиты с интегрально - зависимой характеристикой выдержки времени кроме защиты с реле РТФ-6 промышленностью освоен выпуск защиты генераторов и блоков турбогенератор трансформатор в виде комплексов защит, включающих блок типа БЭ-1101, БЭ1112 или шкаф типа ШЭ-1112. [ 7 ] Для пускового органа защиты с интегрально - зависимой характеристикой выдержки времени ток срабатывания принимается, довольно малым Iсз = (0.08-0.53) Iн. Допустимое минимальное время отключения генератора зависит от типа генератора, его сопротивления и схемы включения. Поскольку элемент токовой защиты обратной последовательности, имеющий зависимую от тока характеристику, запустится при протекании через генератор столь малого тока, для генераторов, оснащенных защитами с зависимой характеристикой (а сейчас такими оснащаются все новые мощные генераторы), основную функцию защиты по току обратной последовательности должен осуществлять именно этот элемент. Но при этом именно он и должен выполнять кроме функции защиты самого генератора - функцию селективной локализации повреждения. И, значит, он должен иметь вовсе не одну или две выдержки времени, а столько, сколько нужно, чтобы можно было в случае необходимости разделить станцию пополам, и уже затем, выделив блоки или генераторы, связанные с поврежденной частью сети, погасить необходимое количество источников питания точки КЗ. Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 9 Поэтому элемент с зависимой характеристикой должен иметь возможность до подачи импульса на погашение блока разделить шины (в случае объединения секций шин в кольцо для такой цели требуется 2 ступени времени). При отсутствии эффекта этот элемент должен подействовать на отключение блока от сети и, если ток обратной последовательности продолжает протекать через защиту, - на погашение блока. Т.к. интегральный орган защиты вырабатывает лишь одну выдержку, ступени селективности можно получить, дополнив защиту реле времени. При этом следует задать характеристику «А» реле меньше, чем «А» генератора (выбор величины . «А» реле - см. ниже). Приняв ступень селективности равную 0.3 сек, импульс на отключение генератора получим спустя 0.6 или 0.9 сек после срабатывания интегрального органа. Поскольку тепловая характеристика имеет нелинейный характер, характеристика, полученная с добавлением ступеней по времени будет вовсе не параллельной первоначальной характеристике, т.к. повышая ее во всех точках на одну и ту же величину (ступень по времени), получаем кривую совсем другого вида. Следовало бы принять в качестве уставки такое «А» реле, при котором характеристика при протекании через генератор максимально возможного тока проходит ниже характеристики генератора на выбранный диапазон - 0.6 или 0.9 сек. Однако, практика показывает, что за счет ограничения «А» min реле такое согласование возможно лишь для генераторов малой мощности, т.е. не более 120 мВт. (См. Приложение 4). Выход из положения – в ином, чем в прежних методиках, использовании отсечки. По прежним методикам отсечка (отсечки 2 – для РТФ-6) фактически дублирует функции интегрального органа, т.к. уставка ее по току выбирается, так же как для 1-ой ступени защиты со ступенчатой характеристикой без интегрального органа. Разумно принять в качестве уставки такое «А» реле, при котором характеристика проходит ниже характеристики генератора на выбранный диапазон времени (0.6 или 0.9 сек.) при протекании через генератор тока равного току срабатывания отсечки (отсечки 2 – для РТФ-6). (См. Приложение 5.) Естественно (см. выше), что в таком случае характеристики реле не будут параллельными характеристикам генератора, и все, кроме первой ступени по времени будут пересекать тепловую характеристику генератора. Поэтому необходимо весь участок характеристики «А» реле, находящийся выше тепловой характеристики генератора (от точки пересечения вправо), отсечь элементом с независимой уставкой по времени, т.е. отсечкой. В результате время отключения генератора защитой при любом возможном токе обратной последовательности не будет превышать допустимое. Защита с реле РТФ-6 имеет 2 отсечки, защита типа ШЭ -1112 – одну. Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 10 Уставка отсечки (отсечки 2) в общем виде должна удовлетворять трем условиям: 1. Должна иметь чувствительность к двухфазному КЗ на выводах генератора с Кч => 1.2. 2. Должна быть отстроена от двухфазного КЗ на шинах высокого напряжения с К отс.=> 1.2. 3. Время срабатывания ее не должно превышать допустимую длительность этого КЗ, т.е. должно быть меньше допустимого при протекании максимально – возможного тока через генератор. В результате уставка должна быть не более чем выбранная по условию 1. Если не удается отстроить уставку от двухфазного КЗ на шинах высокого напряжения, рассматривается возможность согласования ее с уставками защит сети, как по току срабатывания, так и по времени действия (как при двухфазном, так и при однофазном повреждениях). (См. Приложение 5.) В таком случае действие ее должно быть выполнено подобно действию элемента с зависимой характеристикой, т.е. с несколькими ступенями по времени. Если при этом не удается действовать следующим образом: обеспечить селективное действие, можно 1. При выполнении ошиновки между генератором и трансформатором блока комплектным токопроводом, на котором невозможно двухфазное КЗ без земли, дополнительно устанавливать контроль по напряжению нулевой последовательности с уставкой 40 в (вт) для действия в сочетании с защитой по I 2 со временем действия t = 0.5 сек. 2. Выполнить ограниченно – селективное деление. 3. По возможности перенести место неселективности дальше от шин станции. Во всяком случае, следует проанализировать, как уменьшить последствия неселективного отключения и оговорить все это в оперативной документации. Если удается отсечку отстроить от двухфазного КЗ на шинах высокого напряжения, действие ее выполняется подобно действию первой ступени защиты со ступенчатой характеристикой: а) на блоках при отсутствии выключателя между генератором и трансформатором - с одной выдержкой времени - на погашение блока. б) на блоках при наличии выключателя между генератором и трансформатором и на генераторах, работающих на сборные шины генераторного напряжения с двумя выдержками времени - на отключение внешних связей и на погашение генератора. Назначение отсечки 1 - обеспечить более быстрое, чем от элемента с зависимой характеристикой, деление шин высокого напряжения. Выполняется оно селективным как с междуфазовой защитой сети, так и с защитой нулевой последовательности. (См. Приложение 4.) О селективности не следует забывать и при последующем пересмотре уставок защит сети. Как правило, при делении шин с одной ступенью по времени это не вызывает затруднения. Уставка по току второй отсечки (отсечка 1) выбирается по чувствительности к двухфазному КЗ на шинах высокого напряжения блока (Кч => 1.2). Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 11 В случае выполнения распредустройств высокого напряжения с четырьмя секциями 110 кв, с включенными двумя ШСВ и двумя СВ (т.е. когда шины замкнуты в кольцо) должно быть предусмотрено 2 ступени по времени: 1. 2. Первое время (селективное с защитами сети) - на деление СВ N1 и N2. Второе время, (большее на 0.3 сек) - на выделение секции. Дальнейшее решение задачи сводится к определению величины «А» реле. При описанном исполнении защиты последняя ступень по времени (для действия на отключение генератора) интегральной характеристики «А» реле должна пересекать кривую «А» генератора не выше, чем принятая уставка по току отсечки (отсечки 2). В противном случае следует перейти на другую, более низкую характеристику «А» реле или уменьшить уставку отсечки (отсечки 2) по току до точки пересечения характеристик (генератора и последней ступени по времени действия характеристики «А» реле). Если при этом уставка по току не будет отстроена от двухфазного КЗ на шинах высокого напряжения, выполнять ее только с действием на отключение блока нельзя, она должна действовать подобно интегральному органу с тремя (или четырьмя) ступенями времени. (См. Приложение 5.) Иногда целесообразно в таком случае обеспечить чувствительность отсечки (отсечки 2) к двухфазному КЗ на шинах высокого напряжения, сохранив время действия на погашение генератора не выше максимально допустимого для данного генератора при двухфазном КЗ на его выводах. Желательно при этом обеспечить логичное деление всего узла, рассмотрев выполнение защиты и соседних блоков. Выше говорилось, что для генераторов мощностью выше 160 мВа характеристика при А min = 5 c добавлением t = 0,3 сек пересекает тепловую характеристику генератора. При этом существенное значение имеет вариант выполнения защиты: 1. Защита имеет две отсечки. Или 2. Защита имеет одну отсечку. В 1-м случае, если точка пересечения характеристики «А» min реле (на отключение генератора) и характеристики генератора окажется выше точки пересечения характеристики генератора с уставкой по току (рассчитанной по чувствительности) отсечки 2, необходимо выполнить отсечку 1 с действием не только на деление шин, а подобно интегральному органу с тремя (или четырьмя) ступенями выдержки времени, большая из которых должна быть не выше точки пересечения уставки по току отсечки 2 с характеристикой генератора. Во 2-ом случае - необходимо снизить уставку отсечки до указанной выше точки и выполнить единственную отсечку с действием не только на деление шин, а подобно интегральному органу с тремя (или четырьмя) ступенями Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 12 выдержки времени. Самое неприятное заключается в том, что в таком случае отсечку трудно согласовать с защитами сети - ведь она должна иметь время срабатывания не выше, чем самое малое время на тепловой характеристике генератора. В настоящее время появилось еще одно осложнение, нарушающее четкость решения задачи, - мало того, что защиты новых типов (БЭ и ШЭ) выпускаются с одной отсечкой. Эта единственная отсечка имеет малый верхний предел уставки [ 7 ] 0.4 - 1.6 I н для генераторов с «А» = 5 – 10, 0.4 - 1.9 I н для генераторов с «А» = 10 - 20 - 40. В результате на отсечке такой защиты - невозможно выставить уставку, отстроенную от КЗ на шинах высокого напряжения. И, значит, надо выполнять действие ее по времени аналогично элементу с зависимой характеристикой, т.е. с тремя или даже с четырьмя ступенями по времени. При этом выполнение этой единственной отсечки, чувствительной к двухфазному КЗ на шинах высокого напряжения, чревато дополнительными трудностями при обеспечении селективности защит. (См. Приложение 6.). Расчет защиты с добавлением контроля по 3U0 Для блоков, имеющих защиту с добавлением контроля по 3U0, 1-я ступень или отсечка 2 выполняется с контролем 3U0 = 40 в (вт) и уставкой по времени t = 0.5 сек - на отключение генератора (блока). При таком исполнении защиты нет смысла ограничивать уставку 1-ой ступени или отсечки 2 по току отстройкой от КЗ на шинах высокого напряжения это делает контроль 3U0. (См. Приложение 7.). Для блоков, имеющих защиту с зависимой характеристикой с добавлением контроля по 3U0, можно ограничиться выполнением действия от той же отсечки, но без контроля 3U0, на отключение ШСВ. При наличии отсечки 1 можно, не выполняя дополнительных цепей выставить на ней такую же уставку по току, как на комбинированной отсечке, но с действием на отключение ШСВ. Время действия такой отсечки должно быть селективным с защитами сети. Целесообразно соотнести его со временем деления шин от других блоков этой станции. Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 13 Ход решения задачи. Уставки токовой защиты обратной последовательности генераторов и блоков зависят от параметров и типа генератора, от величины максимального тока, протекающего через генератор при двухфазном КЗ на высокой стороне трансформатора, и от того, сколько ступеней по времени следует предусмотреть в соответствии со схемой подключения данного генератора к сети. Вычисляется максимальный ток обратной последовательности, который может протекать через обмотку данного генератора (двухфазное КЗ на выводах ТГ и на высокой стороне трансформатора, в режиме, когда блок отключен от сети). Подсчитывается кратность тока (отношение его к номинальному току генератора). Строится тепловая характеристика генератора, т.е. график зависимости допустимого времени отключения генератора при изменении кратности тока обратной последовательности, и характеристики предполагаемых «А» реле. Определяется максимальное допустимое время отключения двухфазного КЗ на выводах генератора. Довольно удобно при этом использовать возможность построения диаграмм (графиков) программы EXCEL. На построенные характеристики можно нанести уставки по времени предполагаемых отсечек (как «новые данные» диаграмм). После анализа селективности защит, обеспечения требуемого быстродействия и проверки возможности выставить необходимые уставки (См. Приложение 8.) принимается окончательное решение. Возможно несколько вариантов решения задачи. Выбранный вариант решения зависит не только от принятого к установке реле для данного блока, но и от конфигурации прилегающей сети и от схемы распредустройства высшего и генераторного напряжения станции. Основная защита (т.е., имеющая зависимую от тока характеристику) выполняется с действием на деление шин (при шинах, замкнутых в кольцо, - 2 ступени по времени), затем отключение выключателя высшего напряжения, затем отключение блока. Т.о. на реле времени, дополнительно к интегральной зависимости имеем – 0.0 сек - на деление ШСВ; 0.3 сек - на отключение выключателя высокого напряжения; 0.6 сек - на погашение блока. Или при шинах, замкнутых в кольцо, 0.0 сек - на деление СВ N 1 и N 2; 0.3 сек - на выделение секции; 0.6 сек - на отключение выключателя высокого напряжения; 0.9 сек - на погашение блока. Время отключения защитой складывается из времени, выработанного интегральным органом и времени, выставленного на реле времени. Как правило, селективность защиты, на реле с интегральным органом (при времени отключения большем времени, которое необходимо выставить на отсечке), с защитами сети обеспечивается всегда. Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета Необходимую величину «А» реле в каждом случае экспериментальным путем, построив ряд характеристик и подходящую. 14 можно подобрать выбрав наиболее Можно рекомендовать построение характеристик с помощью программы EXCEL, выбрав построение диаграмм типа графиков (вид – 5 для OFIS - 95 и вид 1 для OFIS - 97), для чего предварительно следует составить таблицы зависимости допустимого времени отключения генератора от кратности тока обратной последовательности, протекающего по обмотке генератора, в соответствии с формулами: T доп.тг = («A» тг) / (I2)2 и построенной по ее образцу t откл.тг = ( К н * «А» реле ) / (I2 отс)2 + t реле-вр. где: t доп. тг. - допустимое время отключения генератора, (I2)2 - квадрат кратности тока обратной последовательности, t реле-вр. - последняя ступень времени, дополняемая к времени, выработанному интегральным органом защиты, Кн - коэффициент запаса, определяемый возможной погрешностью реле (принято - К н = 1,1 - (погрешность - 10%)). Откуда: «А» реле = (t доп. тг. - t реле) * (I 2 отс)2 / 1,1 Где I 2 отс - кратность тока уставки отсечки (отсечки 2), т.е. – I 2 отс / I н генератора Как правило, t реле = 0.6 t реле = 0.9 - в случае двух систем шин. в случае шин, замкнутых в кольцо. Еще проще этот анализ вести в процессе работы с таблицей программы EXCEL. Достаточно, вставив временно строку с предполагаемой уставкой отсечки, и изменяя «А» реле, посмотреть допустимое при этом время отключения ТГ-ра и полученную точку пересечения допустимой и предполагаемой характеристик. Количество исследуемых вариантов не ограничено. Расчет на этом окончен, если «А» реле => 5. Если в результате анализа величина «А» реле окажется меньше 5 (Min уставка на выпускаемой в настоящее время аппаратуре), - принимаем «А» реле =5. Но при этом уставка отсечки по току должна быть уменьшена до величины, при которой пересекаются характеристики генератора и реле и соответственно должны быть добавлены ступени выдержки времени, как для интегрального органа этой защиты. Построив характеристики (генератора и реле) и проанализировав варианты, стоит визуально убедиться в том, что, несмотря на пересечение характеристик, время отключения генератора (блока) не превысит допустимое за счет отсечек, которые ускоряют отключение, когда зависимая характеристика реле превышает допустимое время для данного генератора. Если не удается выполнить селективное с защитами сети деление шин, следует рассмотреть возможность выполнения ограниченно селективного деления, по возможности перенеся место неселективности дальше от электростанции, или оговорив заранее место неселективности. Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 15 В СРЗ и ПА ОДУ Беларуси разработаны с помощью программы EXCEL расчетные файлы формата «xls» для выбора уставок токовой защиты обратной последовательности по предлагаемой методике. С их помощью произведен пересмотр уставок токовой защиты обратной последовательности ряда эксплуатируемых в настоящее время генераторов энергосистемы. Примеры выбора уставок приводятся в приложении. Для самостоятельной работы по предлагаемой методике следует скопировать файл, назвав его по-своему. Вместо исходных данных, отмеченных серым цветом, ввести исходные данные рассматриваемого генератора. При этом произойдет пересчет, после чего следует построить для наглядности характеристику (при копировании диаграмма-график привязывается к предыдущему расчету и автоматически не корректируется). В процессе анализа характеристики можно временно вставлять в таблицы дополнительные строки с предполагаемыми уставками отсечек. Можно изменять величину «А» реле. Сравнивая на графике допустимое при этом время отключения ТГ-ра и полученную точку пересечения допустимой и предполагаемой характеристик, принимать то или иное решение. Проанализировав результаты, следует принять записав принятые уставки на выделенном цветом фоне. Предлагаемые шрифтом. изменения уставок выделены окончательное в приложении решение, красным Октябрь 2000г. Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 16 Оглавление Методика выбора уставок защиты обратнойпоследовательности мощных блоков. ___________________________________________________________________ 1 Немного истории методики расчета ТЗОП. ________________________________ 2 Недостатки существующих методик расчета при современном развитии техники и нынешнем состоянии сетей. ___________________________________ 4 Обоснование необходимости комплексного подхода к защите энергетического узла. _____________________________________________________________________ 5 Расчет защиты со ступенчатой характеристикой._________________________ 6 Расчет защиты с зависимой от тока выдержкой времени. _________________ 8 Расчет защиты с добавлением контроля по 3U0 __________________________ 12 Ход решения задачи. _____________________________________________________ 13 Оглавление ______________________________________________________________ 16 Приложение: - Примеры выбора уставок. __________________________________ 16 Литература. _____________________________________________________________ 17 Приложение: - Примеры выбора уставок. 1. Распечатки результатов расчета по программе EXCEL. 1.1. Приложение 1 – Новополоцкая ТЭЦ, блок № 7, (Ступенчатая характеристика – классический случай). 1.2. Приложение 2 – Березовская ГРЭС, блок № 2 , (Ступенчатая характеристика). 1.3. Приложение 3 – МТЭЦ - 4, блок № 2 (Ступенчатая характеристика). 1.4. Приложение 4 – Светлогорская ТЭЦ, блок № 3 (Реле РТФ-6 - классический случай). 1.5. Приложение 5 - Березовская ГРЭС, блок № 1 , (Реле РТФ-6). 1.6. Приложение 6 – Светлогорская ТЭЦ, блок № 6, (БЭ – 1101). 1.7. Приложение 7 – Новополоцкая ТЭЦ, блок № 8, (РТФ-6 + 3U0 и деление шин от одной отсечки). 2. Приложение 8 – Параметры реле обратной последовательности. Октябрь 2000 г. Токовая защита обратной последовательности Методика расчета 17 Литература. 1. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 5. «Защита блоков генератор – трансформатор и генератор – автотрансформатор.». Издательство «Энергия». 1965год. [ 1 ]. 2. Эксплуатационный циркуляр № Э - 11/65 [ 2 ]. 3. Отчет о разработке защиты генератора от токов обратной последовательности. (Выполнено по договору № 262/44 от 12/11-1966г. с ГУЭЭ при СМ БССР шифр 4428). Киевский институт автоматики. (Лаборатория под руководством к.т.н. Ю. Гаевенко). 1969 год. [ 3 ]. 4. Методика расчета релейной защиты мощных энергоблоков. «Атомтеплоэлектропроект» 192201.0000004.02977.000 ЭА.01 Москва, 1984г. [ 4 ]. 5. В.Н. Вавин «Релейная защита блоков турбогенератор - трансформатор». Москва, Энергоиздат, 1982 год. [ 5 ]. 6. И.Р. Таубес «Релейная защита мощных турбогенераторов». Библиотека электромонтера, Москва, Энергоиздат, 1981 год. [ 6 ]. 7. Блоки типов БЭ1110, БЭ1111, БЭ1112. Панель типа ПЭ1110 и шкафы типов ШЭ1110, ШЭ1111, ШЭ1112, ШЭ1113 комплекса унифицированных защит генераторов и блоков генератор-трансформатор на базе электронной и микропроцессорной техники. Технические условия ТУ 3433-006-2057235-98. [ 7 ]. 8. Г.Э.Линт «Серийные реле защиты, выполненные на интегральных микросхемах». Библиотека электромонтера, Москва, Энергоатомиздат, 1990 год. [ 8 ]. 9. «Сборник руководящих материалов Главтехуправления Минэнерго СССР» 1992 г. [ 9 ]. Исполнитель Ведущий инженер СРЗ и ПА ПЭП «ОДУ» Республики Беларусь: Телефон 2 – 298 – 334 Email srza@odu.energo.net.by Э.Г. Прохорович
