Совершенствование защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора, работающего в блоке с реактированной отпайкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат наук Доронин, Александр Викторович

• Доронин, Александр Викторович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Доронин, Александр Викторович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ОБМОТКЕ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРОВ

1.1 Постановка задачи

1.2 Защита генераторов, работающих в блоке с трансформатором без гальванической связи с другими генераторами и внешней сетью

1.3 Защита генераторов в схемах с гальванической связью с другими генераторами или внешней сетью

Выводы

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЕМОГО ИСТОЧНИКА

КОНТРОЛЬНОГО ТОКА ДЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ТИПОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1 Постановка задачи

2.2 Исходные условия для разработки генератора контрольного тока

2.3 Обоснование возможной формы мгновенных значений выходного напряжения ГКТ

2.4 Экспериментальные испытания источника контрольного тока, включаемого через трансформатор напряжения

2.4.1 Краткое описание ИКТ с электронным ГКТ

ч

2.4.2 Испытание образца источника контрольного тока с электронным ГКТ

Выводы

ГЛАВА 3. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ПРИ ДУГОВЫХ

ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ЗАМЫКАНИЯХ

3.1 Постановка задачи

3.2 Характер электрических величин нулевой последовательности при перемежающихся замыканиях в электроустановках с изолированной нейтралью

3.3. Исследование закономерностей формирования составляющих тока и напряжения нулевой последовательности с частотой 25 Гц при перемежающихся замыканиях

3.4. Исследование электрических величин в схеме блока генератор-трансформатор на физической модели

Выводы

ГЛАВА 4. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ЗАЩИТЫ

4.1 Состав релейных измерительных органов защиты, их логическое взаимодействие и определение параметров срабатывания

4.2 Исследование функционирования защиты на математической модели

4.3 Анализ надёжности выделения малых наложенных токов на объектах внедрения защиты

4.4 Оценка возможности применения защиты при высокоомном резистивном заземлении нейтрали

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Требования к параметрам и конструкции дросселя

фильтра присоединения

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Описание схемы управления физической модели

перемежающегося замыкания

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. О возможности усовершенствования защиты обмотки статора от замыкания на землю на основе формирования приращения тока

на выходе фильтра нулевой последовательности

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акт о внедрении результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора, работающего в блоке с реактированной отпайкой»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Устройства релейной защиты элементов электроэнергетических систем в настоящее время постоянно совершенствуются. Побудительными мотивами к проведению исследований в этой области являются такие факторы как, например, новые возможности современных технических средств, в частности микропроцессорной техники, появление у специалистов некоторых принципиально новых идей, а также появление в энергосистемах объектов, для которых выполнение защиты, удовлетворяющей современным требованиям, на основе известных методов и устройств невозможно.

Постановка и выполнение данной работы обусловлено последним из перечисленных факторов и, в частности, она посвящена исследованиям и разработке защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов, работающих в блоке с трансформатором и питающих потребителей собственных нужд блока или некоторую местную сеть через реактированную отпайку. Энергетические блоки с такой электрической схемой часто применяются при расширении существующих ТЭЦ. В последнее время в энергосистемах Российской Федерации вводится по 2-3 таких блока в год.

Особенность задачи выполнения защиты от замыканий на землю в блоках с отпайкой состоит в том, что кроме требований отсутствия зоны нечувствительности при замыкании вблизи нейтрали обмотки статора генератора и обеспечения функционирования как при устойчивых, так и при дуговых перемежающихся замыканиях, требуется обеспечить избирательное действие защиты по отношению к повреждённому генератору.

Известные устройства защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов отечественной и зарубежной разработки, ориентированы на схему блоков без гальванической связи с внешней сетью. Поэтому функция избирательности в них отсутствует по принципу действия.

В одной из ранее выполненных работ предложено решение, основанное на наложении на первичные цепи генератора тока с частотой, отличающейся от промышленной, через разомкнутый треугольник трансформатора напряжения. Однако, в этой работе не исследована и не решена важная для защиты от замыканий на землю задача обеспечения функционирования защиты при дуговых перемежающихся замыканиях. Также требуется усовершенствование технического исполнения основных элементов защиты, особенно с точки зрения совместимости с микропроцессорной элементной базой.

При выполнении работы автор использовал результаты исследований в области защиты от замыканий на землю, выполненных И.М. Сиротой, В.М. Кискачи, А.И. Левиушем, В.Г. Алексеевым, В.А. Шуиным, А.И. Шалиным, Ю.В. Целебровским, A.M. Наумовым, P.A. Вайнштейном, а также работы зарубежных фирм «ABB», «Siemens».

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является совершенствование защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов в блоках с реактированной отпайкой на основе исследования процессов при дуговых перемежающихся замыканиях и разработка основных технических элементов защиты.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Обзор существующих методов и средств выполнения защиты в обмотке статора генераторов и выявление тех частных решений в составе известных устройств, которые могут быть использованы в данном случае.

2. Разработка источника для наложения на первичные цепи генератора тока с частотой, отличающейся от промышленной (контрольного тока), через типовые трансформаторы напряжения функционально совместимого с технологией цифровой обработки сигналов, в частности, с возможностью программного управления источником.

3. Исследование электрических процессов при дуговых перемежающихся замыканиях при наличии источника контрольного тока в цепи разомкнутого треугольника трансформаторов напряжения и выявление при таком виде повреждения закономерностей формирования составляющих с частотой контрольного тока в токе замыкания.

4. Определение состава релейных измерительных органов защиты и логической связи их дискретных выходов.

5. Разработка и обоснование методов выбора параметров настройки измерительных органов защиты.

6. Исследование функционирования защиты на компьютерной и физической моделях.

7. Разработка технического исполнения элементов защиты в составе комплексной цифровой защиты генераторов ШЭ11IX.

Идея работы.

Основная идея работы заключается в решении задачи обеспечения правильного функционирования защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора при устойчивых и перемежающихся дуговых замыканиях на землю на основе использования комплекса методов исследования: аналитических методов, методов компьютерного моделирования и физического моделирования.

Методы исследования. При проведении исследований использовались методы расчёта электрических цепей, методы спектрального анализа электрических величин, математическое моделирование с реализацией в компьютерных программах, физическое моделирование, анализ данных, полученных на объектах внедрения защиты.

Достоверность результатов диссертационной работы, подтверждается удовлетворительным совпадением результатов исследований и расчётов,

выполненных аналитическими методами, методами компьютерного и физического моделирования, а также анализом некоторых данных, полученных на объектах, где применена защита с наложением контрольного тока низкой частоты.

Научная новизна работы.

1. Вскрыт механизм формирования составляющей с частотой контрольного тока в токе нулевой последовательности при перемежающихся замыканиях в случае включения источника контрольного тока через трансформатор напряжения. Этот механизм обусловлен тем, что ёмкость фаз сети в цикле зажигания и погасания дуги является средством накопления и передачи энергии от источника контрольного тока в цепь замыкания.

2. Установлено, что основными факторами, влияющими на значение составляющей контрольного тока в токе нулевой последовательности при перемежающихся замыканиях являются значение суммарной ёмкости фаз сети, связанной с цепями статора генератора, и число пробоев изоляции за полупериод напряжения источника контрольного тока.

3. Показано, что при используемой схеме включения источника контрольного тока форма напряжения генератора этого тока может быть принята в виде разнополярных прямоугольных импульсов, изменение длительности которых с целью автоматического изменения контрольного тока практически не приводит к изменению условий работы измерительных органов защиты как при устойчивых, так и при перемежающихся дуговых замыканиях.

Практическое значение и реализация результатов работы.

Результаты исследований, выполненных в работе, использованы для реализации функций защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора в блоке с реактированной отпайкой в комплексной цифровой защите ШЭ111Х, а также при разработке шкафа источника контрольного тока

ШНЭ1150. В настоящее время защита применена на Ново-Рязанской, НовоИркутской ТЭЦ, Новокуйбышевской ТЭЦ-1 и др.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. При включении источника контрольного тока через разомкнутый треугольник трансформатора напряжения работоспособность защиты сохраняется при дуговых перемежающихся замыканиях, так как в токе замыкания формируется достаточно большая составляющая с частотой контрольного тока благодаря тому, что ёмкость фаз сети в цикле зажигания и погасания дуги является средством накопления и передачи энергии от источника контрольного тока в цепь замыкания.

2. Результаты исследования зависимости составляющей с частотой контрольного тока в токе замыкания, которые позволили установить, что эта составляющая тем больше, чем больше суммарная ёмкость фаз сети, связанной с генератором, и чем больше число пробоев за полупериод напряжения источника контрольного тока. Число пробоев в свою очередь увеличивается при снижении пробивного напряжения, то есть при приближении характера замыкания к устойчивому.

3. Возможность выполнения источника контрольного тока с формой напряжения в виде разнополярных прямоугольных импульсов с регулируемой длительностью, поскольку при этом сохраняется полноценное функционирование защиты как при устойчивых так и при дуговых перемежающихся замыканиях.

4. Состав, логические связи и методика выбора параметров срабатывания релейных измерительных органов защиты.

Личный вклад. Вскрыт механизм формирования составляющей с частотой 2 5 Гц в токе замыкания при перемежающихся замыканиях. Разработаны математические модели и выполнены исследования электрических процессов при устойчивых и перемежающихся замыканиях. Выполнены

теоретические и экспериментальные исследования электронного генератора контрольного тока. Разработан состав релейных измерительных органов защиты и их логическое взаимодействие. Выполнены исследования функционирования защиты на полной математической модели блока, совмещённой с моделью защиты.

Апробация результатов исследований. Результаты исследований докладывались и обсуждались на 18-20 Всероссийских научно-технических конференциях «Релейная защита и автоматика энергосистем (Москва, ВВЦ, 2006-2010 гг.), на 7 Всероссийской научно-технической конференции ДНДС в ЧГУ (Чебоксары, 2007 г.), на научно-практической конференции РНК СИГРЭ (Чебоксары, 2007 г.), на Международной научно-практической конференции «РЕЛАВЭКСПО-2012» (Чебоксары, 2012 г.), на 8 Всероссийской научно-технической конференции «ИТЭЭ-2012» в ЧГУ (Чебоксары, 2012).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 работ, в том числе: 8 статей в рецензируемых периодических изданиях по перечню ВАК РФ; 6 статей - материалы докладов конференций.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 61 наименования, 4 приложений и содержит 125 рисунков. Общий объём диссертации 217 стр.: текст диссертации 197 стр., список литературы 7 стр., приложения 16 стр.

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ОБМОТКЕ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРОВ

1.1 Постановка задачи

Защита от замыканий на землю в отличие от других видов защит имеет особенность, заключающуюся в том, что способ её выполнения и состав технических средств для реализации не поддаётся типизации, а зависит от схемы подключения генератора и параметров сети (в частности режима заземления нейтрали сети), в которой работает генератор. Важной особенностью является и то, что токи нулевой последовательности, по изменению которых можно выявить появления замыкания в защищаемом генераторе значительно меньше рабочих токов и тем более токов при междуфазных коротких замыканиях. И наконец, обстоятельством, усложняющим выполнение защиты от замыканий на землю, является требование отсутствия зоны нечувствительности при замыканиях вблизи нейтрали обмотки статора и обеспечение правильной работы защиты как при устойчивых, так и при дуговых перемежающихся замыканиях.

Степень проработки вариантов выполнения защиты для различных схем подключения генераторов и опыт эксплуатации соответствующих устройств различны и, безусловно, некоторые из них на данном этапе не лишены недостатков.

Как будет показано на основе анализа, выполненного в данной главе, наименее проработанной является защита для генераторов, работающих в блоке с трансформатором с питанием потребителей собственных нужд или некоторой местной нагрузки через реактированную отпайку. Такие схемы рекомендуются к применению при номинальном напряжении генератора 6,3 кВ [1].

Примеры схем блоков с реактированной отпайкой приведены на рисунке 1.1

ТЭЦ Оха, Г5, Т5

110кВ

ТДТМ-40000/110 ,|| 40 МВ-А, 115/ 38,5/ 6,6кВ,

ТС-32-2УХЛЭ

32 МВт, 6 3 «В 1н=3670А совф =0 8

Василеостровская ТЭЦ, ГТЗ

110кВ

ТРДН-80000/110/ 6.3-6.3У1 'I 80МВА 115/6,3-6,3 кВ

ТФ-60-2УЗ 60/75 МВТ/МВА

6 3 кВ Св£ф =0,в

а)

б)

Новорязанская ТЭЦ, ГТ5

110кВ

тдцтн

80000/110-У 1 ,| 115/38/6,ЗкВ 80МВА (Л*

ТВФ-60-2, 82,4 МВД, 70 МВт, 6 3 кВ

6кВ бкВ

Карагандинская ГРЭС, ГТ1

110кВ

ТДТН-80000/110 80 МВ-А, 'I 115±9*1,78%/ 38/ 6,ЗкВ

ТЗФП-6Э-2МУЗ

63 МВт, 6,3 кВ, 1н=7217А СОЭф =0,8

Благовещенская ТЭЦ, ГТ1

110кВ

г) Д)

Рисунок 1.1- Примеры главных схем блоков с реактированной отпайкой на

различных электростанциях

В таких схемах сильно затрудняется выполнение защиты от замыканий на землю в обмотке статора генератора при условии сохранения требований

селективности и отсутствия зоны нечувствительности при замыкании вблизи нейтрали.

Выполненный в данной главе анализ известных устройств защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов показал, что ни одно из них в целом в данном случае не может обеспечить выполнение защиты, удовлетворяющей предъявляемым требованиям. Решение, описанное в работе [2] и основанное на наложении контрольного тока с частотой 25 Гц через типовые трансформаторы напряжения принципиально позволяет выполнить селективную защиту генераторов с реактированной отпайкой. Такая защита (8е(Р25)) с участием автора технически реализована и использована в составе шкафа ШЭ11IX на ряде электростанций [3,4].

Однако по этой защите остаётся ещё ряд нерешённых вопросов, связанных как с возможностью улучшения её функциональных свойств, так и усовершенствования технических элементов, входящих в её состав.

В частности, требуется решение следующих основных задач:

1. Исследование электрических величин нулевой последовательности, используемых в защите, при дуговых перемежающихся замыканиях и разработка средств для обеспечения функционирования защиты при таком виде замыкания.

2. Разработка источника контрольного тока, функционально совместимого с технологией цифровой обработки сигналов, в частности с возможностью программного управления источником.

3. Разработка методики расчёта параметров настройки защиты.

Решение обозначенных главных задач требует в свою очередь решения

ряда также частных задач, которые сформулированы в постановочной части соответствующих разделов работы.

Хотя для выполнения защиты в блоке с реактированной отпайкой, как уже упоминалось, нет возможности применить в целом какое-либо из известных устройств, некоторые частные решения в составе этих устройств и опыт их эксплуатации, безусловно, могут быть использованы в данном случае.

В связи с этим выполненный ниже обзор и анализ существующих методов и устройств направлен на выявление частных функциональных и технических решений, которые могут быть использованы для разработки защиты в блоке с реактированной отпайкой. Основные положения материала, приведённого в первой главе, изложены в статье [5].

1.2 Защита генераторов, работающих в блоке с трансформатором без гальванической связи с другими генераторами и внешней сетью

Основной и очень эффективной защитой в такой схеме блока является защита, основанная на использовании напряжения нулевой последовательности промышленной частоты (рисунок 1.2). Напряжение срабатывания защиты отстраивается от напряжения небаланса фильтра напряжения нулевой последовательности. При выполнении реле с фильтром промышленной частоты может быть установлено напряжение срабатывания в пределах 5-10В. Поэтому защита охватывает 90-95% витков обмотки статора [6]. Большим достоинством данной защиты является её работоспособность при дуговых перемежающихся замыканиях.

последовательности промышленной частоты

Для устранения нечувствительности в зоне 5-10% витков от нейтрали известен ряд методов и устройств, построенных на базе этих методов.

Довольно широко используется защита, основанная на сравнении амплитуд третьей гармонической составляющей в напряжении нулевой последовательности на выводах и в нейтрали генератора (рисунок 1.3). Насколько нам известно, впервые такая защита предложена в Венгрии и описана в [7]. В дальнейшем существенные усовершенствования защиты на третьих гармониках и разработка устройства БРЭ1301, выпускаемого отечественной промышленностью, выполнены во ВНИИЭ. Результаты этих работ изложены в [8, 9].

Рисунок 1.3 - Подключение защиты, основанной на сравнении амплитуд третьей гармонической составляющей напряжений на выводах и в нейтрали

генератора

Существенным недостатком защиты, использующей третьи гармоники напряжения нулевой последовательности является то, что уровень этого напряжения не остаётся постоянным, а довольно сильно зависит от нагрузки генератора и от коэффициента мощности нагрузки. Причём характер этой зависимости как в количественном, так и в качественном отношении неодинаков у генераторов различных типов.

В укрупнённых блоках с гидрогенераторами, работающими параллельно на одну обмотку низкого напряжения трансформатора, уровень третьей гармоники зависит также и от соотношения нагрузок генераторов. Это приводит к трудностям выбора параметров настройки и, как показал опыт эксплуатации, в некоторых случаях может быть причиной излишнего срабатывания защиты.

Защиты, в которых используется только напряжение нулевой последовательности и не учитывается распределение токов по ветвям первичной схемы, не обладают свойством избирательности по отношению к повреждённому генератору.

Недостатки, связанные с нестабильностью составляющих третьей гармоники в напряжении нулевой последовательности устраняются путём наложения переменного контрольного тока, с частотой, отличающейся от промышленной [10]. В ряде разработок переменный контрольный ток накладывается через типовые трансформаторы напряжения или специальные трансформаторы [10, 14].

При этом источник переменного контрольного тока может включаться во вторичную обмотку двухобмоточного трансформатора, подключаемого к нейтрали генератора или в обмотки, соединённые в разомкнутый треугольник трансформаторов, подключённых первичными обмотками между фазой и землёй на выводах генератора (рисунок 1.4).

напряжения 20 Гц

Поскольку фиксация изменения электрических величин осуществляется только в цепях собственно трансформаторов, через которые включается источник контрольного тока, по принципу действия эти два способа подключения источника идентичны. Конкретные устройства с наложением переменного тока, реализованы фирмами ABB [11], SIEMENS [12], BeckwithElectric [13]. В этих устройствах частота контрольного тока принята ниже промышленной 16-20Гц.

Известно также предложение, сделанное Сиротой И.М., с наложением через трансформатор напряжения тока с частотой 100Гц (рисунок 1.5) [14].

а) Схема ФННП с активным генерирующим полупериодным выпрямителем. ШТ -шунтирующий дроссель-трансформатор

б) Кривые токов в цепях резисторов г\ и т~2 генерирующего устройства при двухполупериодном выпрямлении

Рисунок 1.5 - Наложение напряжения с частотой 100 Гц через фильтр нулевой последовательности (ФННП)

Устройства для наложения переменного контрольного тока на рисунках 1.4 и 1.5 создают в ветвях первичной схемы токи с частотой контрольного тока, по распределению которого, в принципе, можно было бы выявить повреждённый генератор при наличии гальванически связанных с ним элементов. Однако, для реализации такой возможности необходимо, чтобы источник контрольного тока сохранял работоспособность при замыкании не только вблизи нейтрали, но и при замыкании на выводах генератора. При этом значение контрольного тока должно быть достаточным для его надёжного измерения в первичных ветвях схемы с помощью типовых трансформаторов тока. Эти задачи в упомянутых устройствах не решены.

Довольно широко применяется защита с наложением постоянного тока на первичные цепи генератора [15, 16, 17, 18].

Обязательным условием применения такой защиты является необходимость включения в цепь заземления всех трансформаторов напряжения разделительных конденсаторов или объединение нейтралей всех трансформаторов напряжения и заземление их через один конденсатор (рисунок 1.6).

Устройство защиты

Ф

— Измерение

_г - ^сигн

_г - ^откл

тсн

'разд

XXI 1

Рисунок 1.6- Схема подключения защиты на принципе наложения постоянного

тока

Опыт эксплуатации защиты с наложением постоянного тока показал, что кроме основного назначения она обладает свойством выявления некоторых дефектов в цепях статора генератора на ранней стадии [19, 20].

При наложении постоянного тока реализовать функцию избирательности защиты в разветвлённых схемах практически невозможно из-за нерешённости задачи бесконтактного измерения малых постоянных токов в высоковольтных электроустановках.

В целом, по рассмотренным устройствам защиты можно отметить, что при наиболее вероятных повреждениях - замыканиях, удалённых от нейтрали, работает простейшая и надёжная защита напряжения нулевой последовательности промышленной частоты, а защита на естественных высших гармониках или наложенных токах решает дополнительную задачу -устранение зоны нечувствительности. Это даёт возможность осуществить логическую координацию действия дополнительной защиты в зависимости от значения напряжения нулевой последовательности промышленный частоты. Например, вводить в работу источник контрольного тока только при малых значениях напряжения нулевой последовательности, что реализовано в устройстве [11, 12]. Такая координация действия основной и дополнительной защит имеет существенное аппаратное значение, так как позволяет не

рассчитывать элементы источника на действие полных значений токов и напряжения нулевой последовательности, но в тоже время, очевидно, исключает возможность выполнения избирательной защиты на основе измерения наложенных токов в первичных цепях.

1.3 Защита генераторов в схемах с гальванической связью с другими генераторами или внешней сетью

Рассмотрим выполнение защиты в группе схем, в которых генератор имеет гальваническую связь с другими генераторами или с какой-либо внешней сетью. Общей особенностью таких схем является то, что защита, реагирующая на напряжение нулевой последовательности основной частоты, не может быть использована с действием на отключение генератора, т.к. она срабатывает при замыкании на землю в любой точке гальванически связанной сети. Генератор в блоке с реактированной отпайкой относится к этой группе схем. В таких схемах избирательное действие защиты по отношению к защищаемому генератору принципиально может быть обеспечено только за счёт учёта особенностей распределения токов нулевой последовательности в ветвях первичной схемы.

Для генераторов, работающих на сборные шины в распределительных сетях, длительное время использовалась и сейчас в ряде случаев находящаяся в эксплуатации защита, выполненная на базе специального трансформатора тока нулевой последовательности с подмагничиванием ТНПШ [14, 21, 22]. Конструктивная схема трансформатора ТНПШ приведена на рисунке 1.7, а на рисунке 1.8 схема вторичных цепей защиты. Необходимость разработки ТНПШ была вызвана тем, что выполнение защиты, реагирующей на ток промышленной частоты, с использованием фильтра токов нулевой последовательности, составленного из трёх типовых фазных трансформаторов тока, невозможно из-за большого тока небаланса.

подключаемая к ТНПШ

Ток небаланса трансформатора ТНПШ при максимальном рабочем токе таков, что было возможно выполнить защиту с током срабатывания не более 5А. При увеличении тока в цепи генератора сверх максимального рабочего, например при внешнем коротком замыкании, защита блокируется. Защита имеет зону нечувствительности, величина которой зависит от ёмкостного тока замыкания внешней сети и от настройки дугогасящих реакторов, если в сети применена компенсация ёмкостных токов. При соответствующем выборе

частотной характеристики фильтра защиты, требуемый вид которой определяется режимом заземления нейтрали сети, защита работает как при устойчивых, так и при перемежающихся замыканиях.

Существенным положительным свойством защиты с трансформатором ТНПШ является то, что ток, на которой включён её измерительный орган, пропорционален току в месте замыкания. Поэтому параметры настройки защиты выбираются такими, чтобы отключение генератора происходило, если ток в месте замыкания превышает значение, при котором возможно выгорание стали статора. Как известно, таким значением считается ток в месте замыкания больший 5 А. Однако, это свойство защиты в полной мере может проявляться только при выполнении её измерительного органа, реагирующего на действующее значение тока при любой его форме, в том числе и при значительном содержании высших гармоник. Также очень важно, что на трансформаторе ТНПШ выполняется не только чувствительная защита от однофазных замыканий, но и защита от двойных замыканий без выдержки времени с первичным током срабатывания около 100 А [22, 23].

Очевидным недостатком защиты с трансформатором ТНПШ является необходимость нарушения целостности шинопровода выводов генератора для его врезки. Особенно сильно этот недостаток проявился при применении такой защиты на генераторах мощностью 100 МВт (ТВФ-120-2), которые присоединяются к сборным шинам экранированным токопроводом. Несмотря на то, что для таких генераторов был разработан специальный усиленный трансформатор ТНПШ-ЗУ, его медные шинные вставки недопустимо перегревались при номинальном токе генератора. Это требовало принудительно ограничивать ток генератора за счёт снижения реактивной нагрузки, либо применять систему принудительного воздушного охлаждения трансформатора с водяным воздухоохладителем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Доронин, Александр Викторович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Балаков Ю.Н., Мисриханов М.Ш., Шунтов A.B. Проектирование схем электроустановок: Учебное пособие для вузов. -2-е изд., стереотип.- М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 288 е., ил.

2. Тентиев Р.Б., Юдин С.М. Устройство для наложения тока с частотой 25 Гц через типовой трансформатор напряжения для защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов. ТПУ, - Томск, 2008. - 20 с. Деп. в ВИНИТИ (Всероссийский институт научной и технической информации) 25.03.2008, №246 - В2008.

3. Доронин A.B. Особенности применения защит от замыканий на землю обмотки статора генератора / Доронин A.B., Наумов A.M. // Энергетик. -2007. -№3,- С. 32-34.

4. Вайнштейн P.A., Доронин A.B., Наумов A.M., Юдин С.М. Защита от замыканий на землю в обмотке статора генераторов в схеме блоков с реактированной отпайкой // Изв. вузов. Электромеханика. - 2011 - №6. с.96-101

5. Защита от замыканий на землю в обмотке статора генераторов при различных первичных схемах / Вайнштейн Р. А., Юдин С. М., Доронин А. В., Наумов А. М. // Релейная защита и автоматизация - 2012 № 1- С. 32-37.

6. Федосеев A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. -М.: Энергоатомиздат. - 1992. - 528 с.

7. Пазманди Ласло. Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора, работающего в блоке с трансформатором. // Электричество. - 1971. - №9. - С. 29-33.

8. Кискачи В.М. Способ защиты блока генератор - трансформатор от однофазных замыканий на землю // Бюллетень Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР. - 1969. - №15.

9. Кискачи В.М. Использование гармоник ЭДС генераторов энергоблоков при выполнении защиты от замыканий на землю // Электричество. - 1974. - №2. - С. 24-29.

10. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Издательство Энергоатомиздат. - 2007. - 549 с.

11. ABB. Auxiliary unit for REG216/316*4 for 100% stator and rotor earth fault protection. REX010/011. 1MRB520123-Ben // [Электронный ресурс]. March 2003. - Режим доступа: http://www05.abb.com/global/scot/scot296.nsf/ veritydisplay/ 505001 dc3dblaclbcl25745700428f69/$file/lMRB520123-BEN_A_en_REX010_011_ Auxiliary_unit_for_REG216_316_4_

forlOO_stator_and_rotor_earth-fault_protection.pdf

12. Siemens. Руководство по эксплуатации. Генератор напряжения 20 Гц. 7XT3300-0*A00/DD // [Электронный ресурс]. 2009. - Режим доступа: http://siemens-russia.com/titan_img/ecatalog/7XT33xx_Manual_Al_V040003 _en_ru.pdf

13. Beckwith Electric. Generator Protection M-3425A Integrated Protection System for Generators of All Sizes // [Электронный ресурс]. 2001. - Режим доступа: http://www.beckwithelectric.com/docs/specs/m-3425a-sp.pdf

14. Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности. - Киев: Наук, думка, 1983. - 268 с.

15. Анохин П.Т., Финкель A.A. Защита от замыканий на землю и контроль изоляции обмотки статора блочного генератора // Электрические станции -1973. - № 7.

16. Вайнштейн P.A., Лапин В.И., Наумов A.M., Доронин A.B., Юдин С.М. Защита от замыканий на землю в обмотке статоров генераторов на электростанциях ОЭС Сибири // Электрические станции. - 2009. - №12.-с.26-30.

17. Вайнштейн P.A., Доронин A.B., Наумов A.M., Юдин С.М. Опыт разработки и применения защиты от замыканий на землю обмотки статора на основе наложения постоянного тока в составе комплексной цифровой защиты генераторов // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. - 2010. - №3-4/1 - С. 135139

18. Пат. 2239269 (РФ). Устройство для защиты от замыканий на землю и контроля сопротивления изоляции электроустановки переменного тока / Вайнштейн P.A., Шестакова В.В., Юдин С.М. Опубл. в Б.И., 2004, № 30.

19. Коберник Е.Д. Стопроцентная земляная защита статора генератора на принципе наложения постоянного тока // Электрические станции. - 1995. -№4.

20. Устюжанинов E.H. Эксплуатация гидрогенераторов с изношенной изоляцией. // Электрические станции. - 1976. - № 10.

21. Сирота И.М. Защита генераторов от замыканий на землю с шинными трансформаторами тока нулевой последовательности // Электрические станции. - 1950. -№ 12.

22. Сирота И.М. Защита от замыканий на землю в электрических системах. Изд. АН УССР. - 1955.

23. Сирота И.М. Защита генераторов от двойных замыканий на землю // Электрические станции. - 1959. - №3.

24. Кискачи В.М. Селективная защита от замыканий на землю в обмотке статора генераторов, работающих на сборные шины / В. М. Кискачи, В.В. Кискачи, Т.А. Иванова. // Релейная защита и автоматика BJ1 сверхвысоких напряжений и мощных генераторов. Сборник научных трудов.: ВНИИЭ - 1988. - с. 63-71.

25. Кискачи В.М. Устройства сигнализации замыканий на землю / Кискачи В.М., Сурцева С.Е., Горшенина Н.М., Панфилов Б.И. // Электрические станции. - 1972. - № 4. - С.69-72.

26. Кискачи В.В. Защита без зоны нечувствительности от однофазных замыканий на землю в обмотке статора генераторов, работающих на сборные шины / Учебно-методическое пособие. - М.: ИПКгосслужбы. - 2002. - 68 с.

27. Алексеев В. Г. Токовая защита ЗГНП-4.2 от замыканий на землю в обмотке статора генератора, работающего на сборные шины // Электрические станции - 2006, № 2. - С. 51 - 56.

28. Алексеев В.Г., Евдокимов С. А., Левиуш А.И Повышение надёжности заземления вала турбоагрегата и защита от замыканий на землю обмотки статора турбогенератора, работающего на сборные шины // [Электронный ресурс]. - 2008. - Режим доступа: // http://www.ees.su/node/233 -Загл. с экрана.

29. Шуин В.А., Сарбеева O.A., Чугрова Е.С. Токовые защиты от замыканий на землю. Исследование динамических режимов функционирования// Новости Электротехники. Информационно-справочное издание. - №2(62). - 2010. - С. 36-40.

30. Вайнштейн P.A., Воронова Л.И., Кутявин И.Д. О возможности выполнения защиты от замыканий на землю генераторов, работающих в компенсированной сети на наложенном токе 25 Гц с использованием фазных трансформаторов тока. // Известия ТПИ. - 1969. - т. 179.

31. Вайнштейн P.A., Головко С.И., Коберник Е.Д., Юдин С.М. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ // Электрические станции. - 1998. - №27. С. 26-30.

32. Вайнштейн P.A., Шестакова В.В., Юдин С.М. Защиты от замыканий на землю. Источник контрольного тока. // Новости электротехники.- 2007,- № 6.

33. Пат. 2268524 (РФ). Устройство для защиты от замыканий в сетях с компенсацией ёмкостного тока / Вайнштейн P.A., Шестакова В.В., Юдин С.М. Опубл. в Б.И., 2006, № 2.

34. Вайнштейн P.A., Пашковский С.Н., Понамарев Е.А., Шестакова В.В. Условие функционирования защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией ёмкостного тока при дуговых перемежающихся замыканиях // Электричество. - 2009. - № 12. С. 26-32.

35. Вайнштейн P.A. Пашковский С.Н., Понамарев Е.А., Юдин С.М. Качественные признаки для выявления повреждённого элемента в электроустановках с компенсацией ёмкостного тока при дуговых перемежающихся замыканиях // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. -2008.-№7-8/1 С. 136-143.

36. Защита от замыканий на землю обмоток статоров генераторов, работающих на общие шины / Вайнштейн P.A., Понамарёв Е.А., Доронин A.B. и др. // Энергетик,- 2009.- № 1.

37. Защита от замыканий на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ / Вайнштейн P.A., Головко С.И., Григорьев B.C. и др. // Электрические станции.-1998.-№7.

38. Пат. 2286637 (РФ). Устройство для селективной защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов, работающих в укрупнённом блоке / Вайнштейн P.A., Наумов A.M., Шестакова В.В., Юдин С.М. Опубл. в Б.И., 2006, № 30.

39. Понамарёв Е.А. Совершенствование защиты от замыканий на землю в обмотке статора гидрогенераторов укрупнённого блока: Дис. канд. тех. наук. - Томск. - 2010. - 149 с.

40. Пат. 2286636 (РФ). Устройство для защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов, работающих в укрупнённом блоке / Вайнштейн P.A., Наумов A.M., Шестакова В.В., Юдин С.М. Опубл. в Б.И., 2006, № 30.

41. Вайнштейн P.A. Опыт эксплуатации и модернизации защиты от замыканий на землю в обмотке статора гидрогенераторов Красноярской ГЭС / Вайнштейн P.A., Бобрин В.Д., Волков Г.А. // Электрические станции. - 1992. -№9. С. 12-15.

42. Вайнштейн P.A., Гетманов В.Т., Шмойлов A.B., Пушков А.П. Стопроцентная защита от замыканий на землю обмотки статора гидрогенераторов Красноярской ГЭС // Электрические станции. - 1972. - №2. С. 41-44.

43. Бамдас A.M., Шапиро C.B., Давыдова JT.H. Ферромагнитные делители частоты. - М.: Энергия, 1967. -112 с.

44. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1986. - 544 с. 13-е издание.

45. Белопольский И.И., Каретникова Е.И., Пикалова Л.Г. Расчёт трансформаторов и дросселей малой мощности. - Энергия. - 1973.

46. Вавин В.Н. Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи. -М.: «Энергия»,- 1977. 104 с.

47. Лихачев Ф.А. Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. - М.: Энергия. - 1971. - 152 с.

48. Евдокунин Г.А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ / Евдокунин Г.А., Гладилин С.В. // Электричество. - 1998. - № 12. - С. 8-22.

49. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Рейхердт A.A. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них. - Новосибирск: Изд-во НГТУ. - 2004. - 368 с.

50. Пашковский С.Н Исследование и разработка защиты от замыканий на землю в электрических сетях с комбинированным заземлением нейтрали: Дис. канд. тех. наук. - Новосибирск. - 2010. - 208 с.

51. Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. - М.: Госэнергоиздат. - 1959. - 414 с.

52. Вайнштейн P.A. Режимы заземления нейтрали в электрических системах: учебное пособие / P.A. Вайнштейн, Н.В. Коломиец, В.В. Шестакова; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010.- 109 с.

53. Пашковский С.Н., Понамарев Е.А. Моделирование процессов в электрических сетях при перемежающихся дуговых замыканиях / Томск, политехи, ун-т. - Томск, 2007. - 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.09.2007 № 927-В2007.

54. Вайнштейн P.A. Физическое моделирование электрических процессов, вызываемых перемежающимися дуговыми замыканиями / Вайнштейн P.A., Головко С.И. // Известия ВУЗов. Энергетика. - 1978. - №10. С. 116-120.

55. Хазан С.И. Турбогенераторы. Повреждения и ремонт. Под ред. И.И. Устинова. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М., «Энергия», 1971

56. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -608 с.

57. Бруй С.Р. Резисторы для заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ / Бруй С.Р., Ильиных М.В., Сарин Л.И. [и др.] // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2008. - № 1. - С. 51-58.

58. О возможности выполнения защиты от замыканий на землю на основе формирования приращения тока на выходе фильтра нулевой последовательности / Вайнштейн P.A., Доронин А. В., Понамарёв Е. А., Шестакова В. В. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока.- 2008,- С. 98-102.

59. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. - М.: Энергия, 1976, 560 с.

60. Вайнштейн P.A., Шестакова В.В., Юдин С.М., Турин Т.С. Защита от замыканий на землю в кабельных сетях 6-35 кВ с резистивным заземлением нейтрали // Труды Всероссийской научно-технической конференции «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ»: Новосибирск, 2006. - С. 121-126.

61. Вайнштейн P.A. Учёт дуговых перемежающихся замыканий при выборе тока срабатывания защиты от замыканий на землю в сети с резистивным заземлением нейтрали / Вайнштейн P.A., Шестакова В.В., Юдин С.М., Турин Т.С. // Известия ВУЗов, Электромеханика. - 2006. - №3 С. 115-118.