Защита генераторов малой и средней мощности ООО «НТЦ «Механотроника» www.mtrele.ru. - презентация

1 Защита генераторов малой и средней мощности ООО «НТЦ «Механотроника»

2 Исполнение защит генераторов с применением шкафа ШЗГ-МТ Применение: Защита генераторов работающих в составе блока «генератор-трансформатор»

3 Исполнение защит генераторов с применением шкафа ШЗГ-МТ Защита генераторов, работающих на сборные шины

4 Отличительные особенности аппаратной части БМРЗ-ГР 14 аналоговых входов (I НА, I НB, I НC, I BА, I BB, I BC, 3I 0, U А, U B, U C, U НИ, U ИК, 3U 0, U AB-2 ); Термическая стойкость 500 А в течение 1с; Измерение токов с погрешностью не более 2.5% (при величине тока более 5I min ); 32 универсальных дискретных входа (~/=); 32 контактных выхода с диапазоном значений коммутируемого напряжения переменного или постоянного тока от 5 до 264 В; Рабочий диапазон температур от -45 до +55 С °. Время готовности блока к работе после подачи оперативного питания от 0,15 до 0,5 с (в зависимости от количества аналоговых входов). Диапазон напряжения питания блока от 64 В до 264 В. Блок соответствует группе механического исполнения М7 по ГОСТ ; Блок соответствует II категории сейсмостойкости по НП – землетрясения интенсивностью 9 баллов по шкале MSK-64 при уровне установки над нулевой отметкой до 10 м по ГОСТ Полное соответствие электрической изоляции и помехозащищенности ГОСТ и ГОСТР Р

5 Функции защиты Дифференциальная токовая отсечка Предназначена для быстрого отключения тяжелых повреждений защищаемого объекта. Алгоритм расчета дифференциального тока основан на анализе мгновенных значений токов со стороны выводов и нейтрали генератора, пофазно. Достоинством алгоритма является корректное срабатывание защиты как при разгоне электрической машины, так и при номинальной частоте вращения. ДТО имеет быстродействие

6 Функции защиты Дифференциальная защита с торможением (1) Тормозная характеристика Тормозная характеристика представляет собой ломаную линию и задается 5-ю уставками, что позволяет получить любую желаемую характеристику заданного вида (в пределах допустимого диапазона значений каждой из уставок). Тормозная характеристика

7 Функции защиты Дифференциальная защита с торможением (2) Фазовая коррекция токов Дифференциальный ток рассчитывается как геометрическая сумма токов со стороны выводов и нейтрали генератора (пофазно). Тормозной ток рассчитывается как относительное значение полусуммы действующих значений токов со стороны выводов и нейтрали генератора пофазно (арифметическая сумма).

8 Функции защиты Максимальная токовая защита Трехступенчатая трехфазная токовая защита выполнена с учетом особенностей переходных процессов генераторов, для 1-ой и 2-ой ступени предусмотрен подхват на время реакции системы форсировки возбуждения генератора. Это позволяет повысить чувствительность защиты, расширить зону действия и выполнить качественное согласование уставок МТЗ между присоединениями. (Пример данного процесса показан на рисунке). Гибкий алгоритм позволяет использовать пуск как по одному из трех фазных напряжений, так и пуск по напряжению обратной последовательности. Предусмотрена возможность ввода ускорения МТЗ при включении выключателя, а также блокировка второй ступени. Пуск по напряжению блокируется при неисправности цепей напряжения.

9 Функции защиты Защита от несимметричных перегрузок (1) Наличие в фазных токах составляющей обратной последовательности негативно сказывается на работе генератора: происходит дополнительный нагрев ротора вихревыми токами, из-за появления пульсирующего момента начинаются механические вибрации машины. Время работы при наличии существенных токов обратной последовательности должно быть не больше величины:

10 Функции защиты Защита от несимметричных перегрузок (2) При уменьшении тока обратной последовательности процесс нагрева уязвимых деталей генератора сменяется процессом их условного охлаждения. Пользователь по имеющимся данным (тип генератора, место установки генератора, наличие рядом с генератором источников тепла и т.д.) вводит уставку Тохл определяющую время за которое температура генератора уменьшается с максимально допустимой при которой должно происходить отключение генератора до номинально допустимой температуры. Процесс нагрева/охлаждения при различных кратностях тока обратной последовательности к номинальному току.

11 Функции защиты Защита от симметричных перегрузок Назначение: защита от перегрузок, внешних и внутренних коротких замыканий, повторно-кратковременных перегрузок. Чтобы избежать сброса отсчета уставки по времени при пульсирующей или непостоянной перегрузки в блоке реализовано интегральное реле времени, работающее по принципу, представленному на рисунке.

12 Функции защиты Защита от повышения напряжения Предназначена для защиты генератора от недопустимого повышения напряжения вследствие резкого сброса нагрузки или увеличения числа оборотов относительно номинального значения. Алгоритм действует на основании максимального действующего напряжения, определяемого из фазных напряжений U A0, U B0, U C0. Предусмотрено действие защиты, как на сигнализацию, так и на отключение и сигнализацию. Предусмотрена блокировка защиты по относительному току холостого хода. Блокировка введена по умолчанию, защита действует только в случае, если генератор работая на нагрузку и относительный максимальный ток, превышает заданное значение (генератор не в режиме холостого хода). Действие защиты блокируется при появлении сигнала о неисправности цепей напряжения.

13 Функции защиты Резервная дистанционная защита (1) Резервная дистанционная защита генератора предназначена для защиты генератора от междуфазных замыканий. РДЗ действует на основе расчета сопротивлений контуров АВ, ВС, СА с контролем фазных токов и напряжений. Характеристика срабатывания реле сопротивления представляет собой окружность с возможностью смещения в любой квадрант комплексной плоскости. Защита блокируется при недостоверном расчете сопротивлений контуров, качаниях в энергосистеме (аварийные составляющие токов), неисправности цепей напряжения. При включении на КЗ защита отрабатывает ускоренно.

14 Функции защиты Резервная дистанционная защита (2) Контроль исправности цепей напряжения (КЦН) Для правильной работы РДЗ необходимо исправное состояние цепей измерения напряжения. При введении этого алгоритма в работу он функционирует непрерывно и при обнаружении неисправности цепей измерения напряжения дистанционная защиты блокируется. В блоке реализованы три алгоритма функционирования алгоритма КЦН при разных схемах включения ТН, выбор которых осуществляется потребителем: - «особая фаза А» - «особая фаза В» - «особая фаза С» Под особой фазой понимается фаза звезды, вектор которой сонаправлен с вектором напряжения разомкнутого треугольника Uни. Информационным признаком потери цепей напряжения при типовой схеме трансформатора напряжения - "особая фаза А" является напряжение: UКЦН = (UВ + UС – UА) + (UНИ – UИК)/3; где UВ, UС, UА - комплексные значения фазных напряжений UНИ, UИК - комплексные значения напряжений со стороны разомкнутого треугольника Устройство блокировки при качаниях С целью исключения возможного ложного действия реле сопротивления при качаниях в энергосистеме в блоке предусмотрено устройство блокировки от качаний. При рабочих параметрах сети РДЗ находится в заблокированном состоянии. Деблокировка РДЗ при КЗ может осуществляться при превышении соответствующей уставки: - аварийной составляющей фазного тока - приращением тока обратной последовательности Этими двумя деблокировками обеспечивается надежное срабатывание РДЗ при возникновении симметричных и несимметричных КЗ в зоне действия защиты полностью исключая ложное действие защиты в результате качаний в энергосистеме (вне зависимости от места положения электрического центра качаний). Таким образом реле сопротивления РДЗ всегда находятся в заблокированном состоянии и их деблокировка происходит только при КЗ. Время действия деблокировки задается соответствующей уставкой.

15 Функции защиты Защита от потери возбуждения Защита предназначена для выявления режимов потери возбуждения или недовозбуждения генератора, которые сопровождаются опасными условиями по напряжению с возможной потерей устойчивости энергосистемы или выпадением из синхронизма. Принцип действия защиты основан на расчете комплексного сопротивления прямой последовательности Z 1 =U 1 /I 1. При частичной потери возбуждения возможен кратковременный выход годографа сопротивления из области срабатывания. Для обеспечения срабатывания в таком режиме в блоке наряду с обычным таймером реализован интегральный таймер. Работа интегрального таймера показана выше (см. слайд ЗАЩИТА ОТ СИММЕТРИЧНЫХ ПЕРЕГРУЗОК). Защита может действовать, как на сигнализацию, так и на отключение и сигнализацию. При неисправности цепей напряжения происходит блокировка защиты.

16 Функции защиты Защита от асинхронного режима (1) Принцип действия Принцип действия защиты основан на том, что при различных частотах вращения генераторов рассчитанное через токи и напряжения сопротивление определяется формулой (см. формулы под схемой). Данное выражение описывает окружность, которая в частном случае q=1, вырождается в прямую.

17 Функции защиты Защита от асинхронного режима (2) Защита генератора от асинхронного режима без потери возбуждения предназначена для ликвидации асинхронного режима генератора, характеризующегося большими колебаниями активной и реактивной мощности, периодическим потреблением значительного реактивного тока и понижением напряжения на зажимах генератора. Защита имеет в своем составе 2 ступени, каждая из которых срабатывает при определенном количестве циклов скольжения. Защита срабатывает по первой ступени, если электрический центр качаний находится в генераторе или повышающем трансформаторе. Защита срабатывает по второй ступени, если электрический центр качаний находится в линии связи с энергосистемой. На рисунке показаны типовые годографы вектора сопротивления прямой последовательности при различных электрических центрах качания.

18 Функции защиты Защита от однофазных замыканий на землю В блоке реализована двухступенчатая ОЗЗ. Первая ступень работает только по току нулевой последовательности 3I0. Вторая ступень может иметь следующие конфигурации: - работа только по току 3I0 - работа по току 3I0 и напряжению 3U0 (для блоков генератор-трансформатор) - работа по току и напряжению плюс контроль направления мощности нулевой последовательности (для генераторов работающих на сборные шины) При отсутствии на объекте возможности непосредственно измерять 3U0 алгоритм ОЗЗ может рассчитывать напряжение нулевой последовательности из фазных напряжений. Специализированный метод цифровой обработки сигнала значительно повышает чувствительность пусковых органов при замыканиях на землю. Направление мощности определяется согласно следующему рисунку.

19 Функции защиты Защита от реверса активной мощности В нормальном стационарном режиме генератор выдает активную мощность в сеть. При повреждении приводного механизма, генератор, подключенный к другому источнику электроэнергии может перейти в режим двигателя и начать потреблять активную мощность. Последствия работы генератора в двигательном режиме зависят от типа приводного механизма однако в любом случае такой режим работы генератора является опасным, он должен быть своевременно выявлен и приняты меры по его ликвидации. Мощность высчитывается по методу трех ваттметров с последующим переводом в относительные единицы: где I ВА, I ВВ, I ВС – токи фаз А, В, С со стороны выводов генератора, А U A, U B, U C – фазные напряжения, В К ттв – коэффициент трансформации токов со стороны выводов генератора К U – коэффициент трансформации трансформатора напряжения Р н – номинальная мощность генератора, МВт Защита блокируется при появлении сигнала о неисправности цепей напряжения. Выдержка времени основана на интегральном принципе.

20 Функции защиты Защита минимального напряжения Защита частоты ЗМН В БМРЗ-ГР реализована двухступенчатая ЗМН с возможностью выдачи сигнала, как на сигнал, так и на отключение и сигнал. Вторая ступень может быть заблокирована при приходе сигнала о пуске второй или третьей ступени МТЗ для исключения срабатывания ЗМН при КЗ. Защита блокируется при неисправности цепей напряжения. Защита частоты В блоке реализована четырехступенчатая резервная защита от повышения/понижения частоты. Две ступени защиты действуют при превышении частоты, две при уменьшении. По умолчанию все ступени действуют на сигнал, но предусмотрена возможность действия защиты и на отключение. Частота сети определяется по фазным напряжениям. При недостоверных измерениях частоты и неисправности цепей напряжения защита блокируется.

21 Функции автоматики и сигнализации Контроль синхронизма при включении выключателя Функция резервирования при отказе выключателя (УРОВд) Двухступенчатый контроль давления элегаза в полюсах генераторного выключателя Управление выключателем от сигналов защит, от внешних сигналов управления Переназначаемые выходы (вывод внутренних сигналов алгоритмов защит и автоматики) Блокирование от многократных включений Рациональная остановка привода генератора Контроль исправности цепей управления выключателем Осциллографирование 14 аналоговых и 64 дискретных каналов Две программы уставок Отображение всех измеренных и необходимых расчетных величин (токи, напряжения симметричные составляющие, сопротивления, мощности и т.д.)

22 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ! ООО «НТЦ «Механотроника»