Дифференциальные защиты генератора, в составе РЗА генератора турбины ТЭЦ.

Дифференциальная защита генератора — ключевой элемент релейной защиты и автоматики (РЗА) турбогенератора ТЭЦ, предназначенный для селективного выявления и отключения внутренних повреждений. Принцип её действия основан на сравнении токов, входящих и выходящих из защищаемой зоны (обмоток статора): при отсутствии повреждений геометрическая сумма токов близка к нулю, а при возникновении короткого замыкания внутри зоны защиты появляется дифференциальный ток, превышающий заданную уставку.

Продольная дифференциальная защита генератора (ДЗГ):

ДЗГ разработана для обеспечения безопасности генератора в случае возникновения многофазных коротких замыканий в обмотке статора и на его выводах, а также при замыканиях на землю в цепях генераторного напряжения.

Для корректной работы ДЗГ необходимо подключение к не менее чем трём трёхфазным группам различных типов трансформаторов тока. При этом важно, чтобы система не реагировала на внешние короткие замыкания.

Конструкция ДЗГ должна включать чувствительную дифференциальную защиту и орган дифференциальной отсечки. Для предотвращения ложных срабатываний из-за тока небаланса при внешних коротких замыканиях предусмотрено использование торможения.

Система автоматически выравнивает токи по модулю, приводя их к базисному току, в качестве которого используется номинальный ток генератора.

Ток срабатывания дифференциальной отсечки устанавливается в диапазоне от 2 до 12 базовых токов. Минимальный первичный ток срабатывания чувствительной дифференциальной защиты регулируется в пределах от 0,1 до 1,2 базовых токов. Уставка тока начала торможения настраивается в диапазоне от 0,1 до 6,0 базовых токов.

Время срабатывания при резком увеличении тока от нуля до двукратного значения тока срабатывания не должно превышать 0,03 секунды.

При срабатывании ДЗГ должно происходить:

— немедленное отключение выключателя (на оба электромагнита отключения);

— останов турбины;

— запуск устройства резервирования отключения (УРОВ) выключателя с контролем тока от трансформаторов тока на генераторном напряжении и от ТТ стороны ВН выпрямительного трансформатора;

— гашение поля генератора при работе с рабочей или резервной системой возбуждения;

— активация блока релейной форсировки турбины для ускорения разгрузки до холостого хода.

Поперечная дифференциальная защита генератора:

Поперечная дифференциальная защита предназначена для предотвращения витковых замыканий в обмотке статора. При срабатывании она должна мгновенно инициировать:

— отключение выключателя (на оба электромагнита отключения);

— останов турбины;

— запуск УРОВ выключателя с контролем тока от трансформаторов тока на генераторном напряжении и от ТТ стороны ВН выпрямительного трансформатора;

— гашение поля генератора при работе с рабочей или резервной системой возбуждения;

— активацию блока релейной форсировки турбины для ускорения разгрузки до холостого хода.

Схема РЗА генератора турбины ТЭЦ представлены выше >>>

Перечень принятых сокращений к тексту и схеме:

• 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.

Релейная защита генератора ТЭЦ.

Комплекс релейных защит генератора предназначен для его защиты от всех видов КЗ, а также ненормальных режимов работы, например, таких как асинхронный режим работы. Защитные функции привязываются к любым аналоговым входам терминалов и используются необходимое количество раз для выполнения защит различного назначения. Защитные функции, предназначенные для работы на промышленной частоте без специальных требований по подавлению высших гармонических составляющих,  должны иметь цифровой фильтр, выделяющий основную гармоническую составляющую и подавляющий апериодические и высшие гармонические составляющие.

В терминале должна обеспечиваться возможность индикации значений однофазного тока, напряжения, частоты, активной и реактивной мощности с отображением их значений на экране АРМ — релейщика или на дисплее терминала.

В каждом комплекте защит генератора устанавливаются:

— продольная дифференциальная защита;

— поперечная дифференциальная защита;

— защита от замыканий на землю обмотки статора генератора;

— защита от повышения напряжения на статоре генератора;

— защита от асинхронного режима без потери возбуждения;

— защита от асинхронного режима с потерей возбуждения;

— защита от замыканий на землю обмотки ротора (с действием на сигнал);

— токовая защита обратной последовательности от несимметричных внешних КЗ и перегрузок токами обратной последовательности статора генератора;

— защита от симметричных перегрузок обмоток статора;

— защита обмотки ротора от перегрузки;

— защита от обратной мощности генератора;

— защита от изменения (повышения или понижения) частоты;

— двухзонная дистанционная защита от внешних симметричных КЗ (для ближнего и дальнего резервирования);

— защита от перевозбуждения генератора;

— пуск УРОВ.

В каждом комплекте защит генератора также реализуются следующие защиты выпрямительного трансформатора возбуждения:

— токовая отсечка;

— максимальная токовая защита.

В каждом комплекте защит генератора также реализуются следующие вспомогательные функции:

— устройство контроля исправности цепей переменного напряжения генератора;

— прием сигналов от внешних защит, действующих на отключение генератора, в том числе от защит системы возбуждения;

— прием сигналов от внутренних защит генератора (технологических защит генератора).

Функция управления выключателем должна сохраняться при неисправности или выводе в проверку терминалов РЗА.

Комплекты защит генератора должны питаться от отдельных автоматических  выключателей в цепях оперативного постоянного тока, включаться на отдельные группы трансформаторов тока, и иметь отдельные группы выходных реле. Цепи отключения должны выполняться с учетом возможности воздействия на два электромагнита отключения (ЭМО) выключателя ВВ-110 кВ.

Асинхронный режим в работе генератора турбины ТЭЦ.

Асинхронный режим в энергосистеме может приводить к повреждению оборудования электростанций, массовому нарушению электроснабжения потребителей в связи с:

— возможностью расширения аварийной зоны, возникновением более двух несинхронно работающих частей ЭС (энергосистема) с дополнительным нарушением устойчивости и полной потерей контроля режима ЭС;

— перемещением электрического центра качания (ЭКЦ) по системе, сопровождающимся самоотключением групп энергопринимающих установок потребителей, оказавшихся вблизи ЭЦК, отключением ответственных  механизмов собственных нужд электростанций.

Согласно п. 5.1.27. ПТЭ ЭС (Приказ Минэнерго РФ от 19.06.2003 № 229) «Несинхронная работа отдельного возбужденного генератора любого типа относительно других генераторов электростанции не допускается». Поэтому  возникает необходимость установки защит от их повреждений в асинхронном режиме работы.

Для обеспечения устойчивости параллельной работы генераторов энергосистемы при отключении коротких замыканий и требованиям обеспечения устойчивости  нагрузки потребителей необходимо модернизировать существующие защиты  генераторов путем замены их на современные микропроцессорные защиты.  Также одним из возможных вариантов защиты, направленной на ликвидацию работы генератора в асинхронном режиме относительно остальных генераторов  энергосистемы, является автоматика ликвидации асинхронного режима работы (АЛАР). С целью повышения надёжности работы генераторов и снижения возможных  убытков, из-за их повреждения, необходимо установить на генераторах ТЭЦ противоаварийную автоматику, которая исключала бы работу генераторов в асинхронном режиме.

Таким образом, требуется произвести замену устаревших панелей электромеханических реле на микропроцессорные защиты и установить новые устройства АЛАР на турбинные генераторы.