Токовая защита обратной последовательности статора генератора: устройство, принцип действия и схема РЗА турбины ТЭЦ

Назначение токовой защиты обратной последовательности

Токовая защита обратной последовательности — ключевой элемент релейной защиты генератора (РЗА) в составе турбины ТЭЦ. Её основная задача — предотвратить развитие повреждений генератора при:

• несимметричных коротких замыканиях (КЗ);
• перегрузках токами обратной последовательности.

Такая защита позволяет своевременно реагировать на аварийные режимы, минимизируя риск выхода оборудования из строя.

Основные органы токовой защиты и их функции

Система токовой защиты включает несколько ключевых органов, каждый из которых выполняет свою функцию:

Сигнальный орган

• действует с независимой выдержкой времени;
• подаёт предупреждающий сигнал о возникновении несимметричного режима.

Орган‑отсечка

• также имеет независимую выдержку времени;
• обеспечивает отключение оборудования при критических режимах.

Действия органа‑отсечки:

1. Первая выдержка времени:
   • отключение выключателя стороны 110 кВ трансформатора;
   • пуск устройства резервирования при отказе выключателя (УРОВ).
2. Вторая выдержка времени:
   • повторное отключение выключателя;
   • пуск УРОВ выключателя;
   • отключение вводов рабочего питания с.н. 6 кВ;
   • гашение поля генератора (при работе с основным или резервным возбудителем);
   • останов турбины;
   • включение блока релейной форсировки турбины.

Интегральный орган

Действует с тремя выдержками времени:

1. Первая выдержка: отключение шиносоединительного выключателя 110 кВ.
2. Вторая выдержка: аналогично первой ступени органа‑отсечки.
3. Третья выдержка: аналогично второй ступени органа‑отсечки.

Дополнительные возможности системы защиты

Важная особенность системы — возможность ускорения действия органа‑отсечки в случае вывода из работы дифференциальной защиты генератора. Это повышает надёжность защиты в нестандартных режимах эксплуатации.

Схема РЗА генератора турбины ТЭЦ

Схема релейной защиты автоматики (РЗА) генератора турбины ТЭЦ — это комплекс устройств, обеспечивающий:

• своевременное выявление несимметричных режимов;
• селективное отключение повреждённых участков;
• минимизацию последствий аварий.

В состав схемы входят:

• трансформаторы тока и напряжения;
• реле защиты;
• коммутационные аппараты (выключатели, разъединители);
• устройства сигнализации и автоматики.

Грамотно спроектированная схема РЗА позволяет:

• предотвратить ложные срабатывания;
• обеспечить резервирование защитных функций;
• сократить время восстановления после аварий.

Схема РЗА генератора турбины ТЭЦ представлены выше >>>

Перечень принятых сокращений:

• • АВР – автоматический ввод резерва;
  • АПВ – автоматическое повторное включение;
  • АРМ – автоматизированное рабочее место
  • АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим
  • процессом;
  • АУВ – автоматика управления выключателем;
  • АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
  • ВН – сторона высшего напряжения;
  • ГЗ – газовая защита;
  • ДЗ – дистанционная защита;
  • ДЗГ – дифференциальная защита генератора;
  • ДЗО – дифференциальная защита ошиновки;
  • ДЗТ – дифференциальная токовая защита трансформатора;
  • ДЗШ – дифференциальная защита шин;
  • ЗИП – запасные части, инструменты и принадлежности;
  • ИТС – информационно-технологические системы;
  • КЗ – короткое замыкание;
  • КИН – контроль исправности цепей напряжения;
  • МТЗ – максимальная токовая защита;
  • МПТ – микропроцессорный терминал;
  • МПУ – микропроцессорное устройство;
  • НН – сторона низшего напряжения;
  • ПА – противоаварийная автоматика;
  • РАС – регистрация аварийных событий;
  • РЗА – релейная защита и автоматика;
  • РПН — регулирование напряжения трансформатора;
  • СВ – секционный выключатель;
  • СТС – статическая тиристорная система самовозбуждения;
  • СТСР – статическая тиристорная система возбуждения;
  • ТН – измерительный трансформатор напряжения;
  • ТСН – трансформатор собственных нужд;
  • ТТ – измерительный трансформатор тока;
  • УРОВ – устройство резервирования отказа выключателя;
  • ЭМС – электромагнитная совместимость.

Требования к питанию устройств РЗА и противоаварийной автоматики (ПА)

Размещение и базовые требования к питанию

Устройства релейной защиты и автоматики (РЗА) и противоаварийной автоматики (ПА) обычно размещают в специализированных шкафах. При этом специальные технические условия на их установку официально не регламентированы.

Основные параметры питания:

• источник питания — существующие цепи постоянного оперативного тока;
• номинальное напряжение — 220 В.

Требования к кабельной продукции и заземлению

При организации питания устройств РЗА и ПА критически важны характеристики кабельной продукции:

• экранированные кабели;
• медные жилы;
• исполнение «не распространяющие горение» (-нг);
• низкое дымовыделение (LS).

Заземление всех шкафов и устройств выполняется на существующий контур заземления — это обязательное требование безопасности.

Организация питания и резервирование

Индивидуальное питание устройств

Каждое устройство РЗА и ПА подключается к отдельному автоматическому выключателю. Это обеспечивает:

• селективность защиты;
• удобство обслуживания;
• локализацию неисправностей.

Резервирование питания

Надёжность питания гарантируется за счёт:

• схемы электрических соединений щита постоянного тока;
• грамотной организации системы постоянного тока.

Разделение цепей и повышение надёжности

Разделение цепей отключения

При наличии у выключателя двух электромагнитов отключения применяется схема разделения цепей:

• каждый комплект автоматики защищаемого присоединения воздействует на отдельный электромагнит;
• по возможности — каждый комплект подключается к обоим электромагнитам (снижает вероятность отказов выключателя).

Питание схем управления

Ключевые требования:

• при наличии двух аккумуляторных батарей — питание схем управления электромагнитами осуществляется от разных источников;
• цепи отключения от каждого комплекта прокладываются отдельными кабелями;
• рекомендуется прокладка кабелей по разным трассам (повышает отказоустойчивость).

Энергоэффективность решений

Для снижения энергопотребления и повышения КПД применяются:

• светодиодные светильники в шкафах РЗА и ПА;
• оборудование РЗА и ПА с низким энергопотреблением;
• ИБП, инверторы и блоки питания с высоким коэффициентом полезного действия (КПД).

Защита от асинхронного режима генератора в составе РЗА турбины ТЭЦ

Асинхронный режим работы генератора ТЭЦ — опасная ситуация, способная привести к серьёзным авариям. Система релейной защиты и автоматики (РЗА) включает механизмы защиты от асинхронного режима, которые оперативно выявляют и устраняют нарушения. В этой статье разберём принципы работы, схемы и алгоритмы срабатывания защиты.

Виды защиты от асинхронного режима

Существует два основных типа защиты, различающихся по сценарию срабатывания:

• защита от асинхронного режима без потери возбуждения;
• защита от асинхронного режима с потерей возбуждения.

Рассмотрим особенности каждой из них.

Защита без потери возбуждения: принцип работы

Эта система направлена на раннее обнаружение асинхронного режима, не сопровождающегося потерей возбуждения.

Основной принцип функционирования

Мониторинг комплексного сопротивления в точке подключения измерительных трансформаторов:

• трансформаторов тока (ТТ);
• трансформаторов напряжения (ТН).

В асинхронном режиме параметры напряжения и тока изменяются в каждой точке энергосистемы. Это приводит к изменению их отношения (сопротивления). Отслеживание этого параметра позволяет:

• заблаговременно выявить асинхронный режим;
• предотвратить развитие серьёзных аварий.

Требования к подключению

Система должна быть соединена с ТТ и ТН, установленными со стороны линейных выводов генератора.

Действия при срабатывании

• отключение генераторного выключателя;
• запуск устройства резервирования отключения выключателя (УРОВ);
• гашение поля генератора (при работе с основным или резервным возбудителем).

Защита с потерей возбуждения: особенности реализации

Этот тип защиты требует подключения:

• к трансформаторам тока (со стороны нулевых выводов генератора);
• к трансформаторам напряжения (со стороны линейных выводов).

Принцип работы

Основан на контроле полного сопротивления в месте подключения измерительных ТТ и ТН.

Характеристика срабатывания

Представлена кругом в III–IV квадрантах комплексной плоскости сопротивлений. При срабатывании измерительного органа генерируется сигнал, инициирующий процесс отключения.

Алгоритмы срабатывания и блокировки защиты

Для надёжной работы системы предусмотрены специальные механизмы предотвращения ложных срабатываний.

Основные механизмы блокировки

• при включении генератора методом самосинхронизации (пуск после срабатывания РТ_G с выдержкой времени РТ_G_t);
• при внешних несимметричных замыканиях через переходное сопротивление (блокировка от пускового органа защиты от несимметричных КЗ и перегрузок током обратной последовательности);
• при срабатывании органа контроля скорости изменения сопротивления;
• при активации функции контроля исправности цепей напряжения (КИН).

Алгоритмы действий при срабатывании

Различаются в зависимости от допустимости асинхронного режима.

При допустимости асинхронного режима

Первая выдержка времени:

• отключение вводов рабочего питания секций с. н. 6 кВ;
• гашение поля генератора (при работе с основным/резервным возбуждением);
• включение контактора, шунтирующего обмотку ротора, в блок релейной форсировки турбины.

Вторая выдержка времени:

• отключение блочного выключателя;
• пуск УРОВ выключателя;
• останов турбины.

При недопустимости асинхронного режима

Система действует незамедлительно:

• отключает выключатель;
• запускает УРОВ выключателя;
• гасит поле генератора (при работе с основным/резервным возбуждением);
• активирует блок релейной форсировки турбины;
• останавливает турбину.

Значение защиты для эксплуатации ТЭЦ

Грамотная настройка и функционирование защиты от асинхронного режима критически важны для:

• предотвращения выхода из строя дорогостоящего оборудования;
• снижения рисков аварийных остановок генерации;
• обеспечения стабильности энергосистемы;
• соблюдения требований промышленной безопасности.

Для инженеров и студентов, изучающих релейную защиту, понимание принципов работы этой системы — основа для эффективного обслуживания генераторов ТЭЦ.

Схема РЗА генератора турбины ТЭЦ представлены выше >>>

Перечень принятых сокращений:

• АВР – автоматический ввод резерва;
• АПВ – автоматическое повторное включение;
• АРМ – автоматизированное рабочее место
• АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим
• процессом;
• АУВ – автоматика управления выключателем;
• АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
• ВН – сторона высшего напряжения;
• ГЗ – газовая защита;
• ДЗ – дистанционная защита;
• ДЗГ – дифференциальная защита генератора;
• ДЗО – дифференциальная защита ошиновки;
• ДЗТ – дифференциальная токовая защита трансформатора;
• ДЗШ – дифференциальная защита шин;
• ЗИП – запасные части, инструменты и принадлежности;
• ИТС – информационно-технологические системы;
• КЗ – короткое замыкание;
• КИН – контроль исправности цепей напряжения;
• МТЗ – максимальная токовая защита;
• МПТ – микропроцессорный терминал;
• МПУ – микропроцессорное устройство;
• НН – сторона низшего напряжения;
• ПА – противоаварийная автоматика;
• РАС – регистрация аварийных событий;
• РЗА – релейная защита и автоматика;
• РПН — регулирование напряжения трансформатора;
• СВ – секционный выключатель;
• СТС – статическая тиристорная система самовозбуждения;
• СТСР – статическая тиристорная система возбуждения;
• ТН – измерительный трансформатор напряжения;
• ТСН – трансформатор собственных нужд;
• ТТ – измерительный трансформатор тока;
• УРОВ – устройство резервирования отказа выключателя;
• ЭМС – электромагнитная совместимость.