РЗА 2008. АББ АВТОМАТИЗАЦИЯ РЗА - ВЫСТУПЛЕНИЯ использование микропроцессорных устройств серии REG 670 для релейной защиты генератора, работающего в блоке с трансформатором

Повреждение изоляции и последующее замыкание обмотки статора на сердечник статора является наиболее частым повреждением электрической цепи генератора. Опыт эксплуатации генераторов в США показывает, что от 70 до 80 % всех коротких замыканий в электрической цепи генераторов начинаются с повреждений обмотки статора [1].


В  новых  микропроцессорных  устройствах  релейной защиты генераторов серии REG 670 реализована защита 100 % обмотки статора от замыкания на землю, которая включает в себя две защиты, дополняющих друг друга:


1) дифференциальную защиту на основе контроля напряжений нулевых последовательностей третьих гармоник в нейтрали   и на выводах генератора   (имеет обозначение 59 THD в соответствии со стандартом ANSI);


2) защиту от повышения напряжения на основе контроля напряжения нулевой последовательности первой гармоники в нейтрали   (имеет обозначение 59N в соответствии со стандартом ANSI).


Напряжения  ,   и  представляют собой векторы на комплексной плоскости.


Приведено описание работы только дифференциальной защиты на основе контроля напряжений нулевых последовательностей третьих гармоник в нейтрали и на выводах  генератора.


Дифференциальная защита на основе контроля напряжений нулевых последовательностей третьих гармоник обнаруживает замыкания на землю в нейтрали и в (10-15) % витков со стороны нулевой точки обмотки. Защита от повышения напряжения измеряет напряжение первой гармоники в нейтрали генератора (напряжение нулевой последовательности) и обнаруживает замыкания на землю в (15-100) % витков обмотки со стороны нулевой точки.


Напряжения третьих гармоник   и   выделяются цифровым фильтром из соответствующих выборок напряжений нулевой последовательности. Напряжение нулевой последовательности в нейтрали UN0 измеряется трансформатором напряжения, включенным между нейтралью генератора и землей. Напряжение нулевой последовательности на выводах генератора UT0 может измеряться различными способами:


1) при помощи трех измерительных трансформаторов напряжения TV1-TV3, включенных между соответствующими фазами и землей со стороны выводов генератора. На вторичных обмотках, соединенных по схеме разомкнутого треугольника измеряется напряжение 3UT0 в соответствии с рисунком 1;


2) при помощи трех измерительных трансформаторов напряжения, включенных между соответствующими фазами и землей со стороны выводов генератора. Напряжение нулевой последовательности рассчитывается по формуле U0=( + + )/3;


3) при помощи измерительного однофазного трансформатора напряжения, включенного между одной из фаз и землей со стороны выводов генератора. Напряжение нулевой последовательности равно фазному напряжению U0= .


Для надежного срабатывания защиты необходимо, чтобы амплитуда третьей гармоники напряжения нулевой последовательности составляла не менее 1 % номинального напряжения фазы. Ограничение, накладываемое на защиту от повышения напряжения нулевой последовательности, связано, обычно, с проникновением напряжения нулевой последовательности 3U0 через емкостные связи между обмотками высокого и низкого напряжений силового трансформатора T при внешнем коротком замыкании.




Рисунок 1 -  Измерение напряжения нулевой последовательности 3UT0  на вторичных обмотках TV1-TV3, соединенных по схеме разомкнутого треугольника




Падение напряжения нулевой последовательности, которое возникает на резисторе в нейтрали и емкостном сопротивлении обмотки статора относительно земли, обычно составляет от 1 до 3 % номинального напряжения фазы генератора.


Если допустить, что проводимость относительно земли определяются только емкостью фазы  обмотки  статора,  можно  получить  схему  замещения  фазы  в  соответствии с рисунком 2,а. При равномерном распределении емкости фазы CG значение ЭДС третьей гармоники   в обмотке статора увеличивается пропорционально количеству витков обмотки статора [3]. При нормальной работе генератора ЭДС   определяет уровень напряжений нулевых последовательностей третьих гармоник в нейтрали   и на выводах генератора  . Значение угла между векторами напряжений в нейтрали   и на выводах генератора   равно 180 эл. град. Если повреждение происходит вблизи нулевой точки, напряжение нулевой последовательности третьей гармоники в нейтрали   уменьшается, в то время как напряжение нулевой последовательности третьей гармоники на выводах генератора   увеличивается настолько же.


Векторы   и   направлены в противоположные стороны. Фактически при отсутствии повреждения угол между этими двумя векторами меньше 180 эл. град. и зависит в основном от типа заземления обмотки статора защищаемого генератора. Например, для генераторов, заземленных через высокоомное сопротивление, угол a между векторами  напряжений    и    обычно  изменяется  между  значениями  от 140 до 150 эл. градусов.  На  рисунке 2  показаны изменения векторов напряжений  ,   и угла a между ними в зависимости от сопротивления между нейтральной точкой и землей RS.  


Дифференциальная защита на основе контроля напряжений нулевых последовательностей третьих гармоник сравнивает векторы напряжений третьих гармоник в нейтрали   и на выводах генератора   [3].




Рисунок 2 – Схема замещения фазы (а) и изменение векторов напряжений  ,   и угла a между ними в зависимости от сопротивления между нулевой точкой обмотки и землей RS (б):


1 – RN=¥, Rf =¥, генератор с изолированной нейтралью, угол между   и   равен 180 эл. град.


2 - RS=RN, Rf=¥, отсутствие повреждения, нормальный режим работы генератора.  


3 - RS<RN, Rf=Rfcr, сопротивление повреждения Rf имеет критическое значение, между точками 2-3 существует мертвая зона.


4 - RS=0, RN=0, Rf =0, повреждение в нейтрали генератора.



Дифференциальная защита на основе контроля напряжений нулевых последовательностей третьих гармоник срабатывает и отключает (чаще всего после выдержки времени, определенной пользователем) поврежденный генератор, когда выполняется условие



 


 .    (1)    


 


 ,    (2)    


где   - абсолютное значение напряжения нулевой последовательности третьей гармоники в нейтрали;


 - абсолютное значение напряжения нулевой последовательности третьей гармоники на  выводах генератора;


kB - коэффициент торможения (используется для увеличения надежности несрабатывания защиты);


  - величина срабатывания защиты;


kB ×  - напряжение торможения.


Коэффициент торможения kB используется для увеличения надежности несрабатывания защиты и косвенно определяет также размер зоны защиты.


Чувствительность (длина зоны защиты вдоль обмотки) является функцией не только статора, параметров обмоток силового трансформатора, их емкостей относительно земли, но также функцией одной из уставок защиты, а именно коэффициента торможения kB, который косвенно влияет на размер зоны защиты обмотки статора. Чувствительность дифференциальной защиты увеличивается по мере приближения к нулевой точке обмотки.


Коэффициент торможения kB гарантирует требуемую степень отстройки от нежелательных отключений защищаемого генератора, в котором отсутствуют повреждения, но который может работать с переменной нагрузкой.


При любом коэффициенте торможения существует всегда мертвая зона в обмотке статора, где дифференциальная защита с контролем напряжений нулевых последовательностей третьих гармоник не может обнаружить замыкание на землю, даже через нулевое сопротивление.


Однако, использование двух защит с различными алгоритмами работы позволяет обеспечить защиту 100 % обмотки статора от замыкания на землю.


Представленная защита 100 % обмотки статора генератора от замыкания на землю была успешно испытана в научно-исследовательской лаборатории ABB (Швеция).


чувствительность дифференциальной защиты на основе контроля напряжений  нулевых последовательностей третьих гармоник возрастает по мере приближения к нулевой точке обмотки статора.


Преимущество дифференциальной защиты с контролем напряжений нулевых последовательностей третьих гармоник в нейтрали и на выводах генератора в сравнении с другими защитами от замыкания на землю обмотки статора, основанными на измерении третьих гармоник напряжения, заключается в применении дифференциального принципа, который позволяет отстроить  защиту от изменений нагрузки защищаемого генератора.


Лабораторные испытания доказали, что защита эффективна в обнаружении замыканий на землю вблизи нулевой точки обмотки статора.



Литература



1. I. Brncic, Z. Gajic, S. Roxenborg, T. Bengtsson. Adaptive 100 % stator earth fault protection based on third harmonic voltage measurement. CIGRE, Moscow-Cheboksary, Russia. September 9-13, 2007, S. 8-5. P. 1-7.


2. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем. М: Энергоатомиздат, 1992.


3. Кискачи В.М. Защита генераторов энергоблоков от замыканий на землю в обмотке статора. Электричество, 1975, № 11. С. 25-31.

подписка на новости
 
информационные спонсоры и партнёры ГК ЭВР
 
сотрудничество
 
ВСЕ ПРАВА ЗАЩИЩЕНЫ © 2003—2011 ГК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ВЫСТАВКИ РОССИИ