Разработка систем релейной защиты и автоматики основных элементов АЭС

СОДЕРЖАНИЕ: Разработка схем релейной защиты генератора, трансформатора и циркуляционного насоса. Установки дифференциальной и дистанционной защиты. Автоматическое включение синхронных машин на параллельную работу и трехфазное автоматическое повторное включение.

Содержание

Перечень сокращений

Введение

1. Разработка схем релейной защиты элементов

1.1 Релейная защита блока генератор – трансформатор

1.2 Релейная защита трансформатора собственных нужд

1.3 Релейная защита главного циркуляционного насоса

2. Расчет установок релейной защиты

2.1 Дифференциальная защита трансформатора блока на реле ДЗТ-21

2.2 Продольная дифференциальная защита генератора

2.3 Дополнительная дифференциальная защита блока на реле ДЗТ-21

2.4 Поперечная дифференциальная защита

2.5 Дифференциальная защита ошиновки

2.6 Защита от симметричной перегрузки

2.7 Защита от внешних симметричных коротких замыканий

2.8 Дифференциальная защита ТСН

2.9 Защита от перегрузки ТСН

2.10 Дистанционная защита стороны 6,3 кВ

2.11 Дистанционная защита стороны 24 кВ

2.12 Дифференциальная защита ГЦН

3. Разработка систем автоматики

3.1 Автоматическое включение синхронных машин на параллельную работу

3.2 Противоаварийная автоматика

3.3 Однократное ТАПВ

4. Спецвопрос

5. Охрана труда при эксплуатации релейной защиты

6. Инструкция по технике безопасности

6.1 ТБ перед началом работы

6.2 ТБ во время работы

6.3 ТБ по окончании работы

6.4 ТБ в аварийных ситуациях

6.5 При несчастных случаях

6.6 Пожарная профилактика

Литература

Перечень сокращений

АТТ автотрансформатор тока

АРВ автоматическое регулирование возбуждения

АЧР автоматическая частота разгрузки

АВР автоматическое включение резерва

АПВ автоматическое повторное включение

АРН автоматическое регулирование напряжения

АЛАР автоматика ликвидации асинхронного режима

АЧП автоматический частотный пуск

ТАС точная автоматическая синхронизация

АЭС атомная электрическая станция

ЭЭС электроэнергетическая система

РПН регулирование под нагрузкой

АРЧМ автоматическое регулирование частоты и активной мощности

ПОМ минимальный пусковой орган

КЗ короткое замыкание

ПТ приставка торможения

ТТ трансформатор тока

ГЦН главный циркуляционный насос

КИВ контроль изоляции вводов

МТЗ максимальная токовая защита

ДЗТ дифференциальная токовая защита

ЭД электродвигатель

УРОВ устройство резервирования отказа выключателя

ТН трансформатор напряжения

ДЗОШ дифференциальная защита ошиновки

ПУЭ правила устройства электроустановок

СН собственные нужды

ТСН трансформатор собственных нужд

РЗА релейная защита и автоматика

ОРУ открытое распределительное устройство

Введение

Релейная защита является основным видом защит от повреждений и ненормальных режимов работы оборудования. Релейная защита удовлетворяет требованиям, основными из которых являются селективность, чувствительность, быстродействие, надежность.

В связи с развитием электрических систем, характеризующимся в основном ростом единичных мощностей агрегатов и блоков, повышением напряжения и пропускной способности линий электропередачи, а также интенсификацией использования оборудования необходимо решить ряд проблем, обусловленных повышением и усложнением требований к техническому совершенству и надежности функционирования устройств релейной защиты и автоматики.

В настоящее время внедрен комплекс устройств РЗА с широким применением интегральных микросхем, как в измерительных органах, так и в логической части. Применение ИМС сделало возможной реализацию более сложных алгоритмов измерительных и пусковых органов. Более эффективные характеристики срабатывания позволяют повысить отстроенность защит от режимов без требований к срабатыванию при удовлетворительной чувствительности к КЗ с учетом усложнившихся условий резервирования.

Надежность функционирования, удовлетворяющая принятым для релейной защиты требованиям, достигается рядом мер и в том числе применением постоянного функционирования автоматического контроля, охватывающего значительную часть элементов, с сигнализацией возникающих неисправностей.

Для снижения трудозатрат на профилактическое обслуживание сложных устройств предусматривает автоматический тестовый контроль.

1. Разработка схем релейной защиты элементов

1.1 Релейная защита блока генератор – трансформатор

Согласно ПУЭ для защиты электрооборудования энергоблока предусматривается установка защит от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

а) внутреннее повреждение и внешнее КЗ, сопровождающиеся большими токами;

б) замыкание на землю в обмотках статора генератора;

в) замыкание на земле в обмотке ротора генератора;

г) симметричные и несимметричные перегрузки обмоток статора генератора и обмоток трансформатора блока;

д) перегрузка током возбуждения обмотки ротора генератора;

е) асинхронный режим генератора с потерей и без потери возбуждения;

ж) повышение напряжения.

Продольная дифференциальная защита генератора предназначена для защиты от внутренних многофазных КЗ. Защита выполняется трехфазной, трехлинейной с торможением, обеспечивающим отстройку от максимального тока небаланса при тока срабатывания, меньшим номинального тока генератора. Трансформаторы тока (ТТ) защиты со стороны линейных выводов включаются на полный ток генератора, а со стороны нейтрали в каждую из двух параллельных ветвей обмотки статора.

Поперечная дифференциальная защита генератора служит для защиты от витковых замыканий в обмотке статора. Защита выполняется односистемной на реле РТ –40/Ф с фильтром высших гармоник. Это реле присоединяется к ТТ врезанного в перемычку между нейтралями параллельных обмоток статора. Первичный ток срабатывания принимаем равным 0,2I_ном генератора.

Для защиты от замыканий на землю в обмотке статора на генераторе энергоблока устанавливается блок-реле БРЭ1301, состоящее из органов напряжения 1^й и 3^й гармоник и охватывающее всю обмотку статора без зоны нечувствительности. Реле напряжения включается на трансформатор напряжения (ТН) со стороны нейтрали, а к реле сопротивления подается выпрямленная сумма напряжений 3^й гармоники от ТН в нейтрали и на выводах генератора – рабочее напряжение.

Защита от замыканий на землю в обмотке ротора устанавливается для сигнализации замыканий на землю в обмотке ротора и в цепях возбуждения. Выполняется с наложением на цепь возбуждения переменного тока частотой 25 Гц.

Для защиты от всех видов КЗ в обмотках и на выводах трансформатора, включая витковые замыкания в обмотках предусматривается продольная дифференциальная токовая защита, защита выполняется на реле ДЗТ-21. В цепи защиты трансформатора блока включаются ТТ ответвлений на собственные нужды (СН) и на питание потребителей. Защита выполняется двухрелейной с соединением вторичных обмоток ТТ на стороне высшего напряжения (ВН) в треугольник, а на стороне низшего напряжения (НН) в неполную звезду.

Для защиты от замыканий внутри бака трансформатора устанавливается газовая защита. Газовая защита бака трансформатора выполняется с двумя ступенями, действующими на сигнал и на отключение.

Защитой от полного пробоя бумажно-масляной изоляции вводов 750 кВ трансформатора блока служит токовая защита нулевой последовательности, выполняемая с помощью блок-реле КИВ-500Р. Устройство КИВ-500Р подключается через согласующий трансформатор к измерительным выводам вводов 750 кВ и действует на отключение.

Защита от повышения напряжения предусматривается для предотвращения недопустимого повышения напряжения. Защита действует в режиме холостого хода (вводится в действие при исчезновении тока в реле в схеме устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ)) на гашение поля без выдержки времени.

Токовая защита обратной последовательности предусматривается для защиты от внешних несимметричных КЗ (отсечки) и от несимметричной перегрузки (интегральный орган). Для защиты предусмотрено фильтр-реле РТФ-6М с зависимой интегральной характеристикой выдержки времени, соответствующей уравнению тепловой характеристики генератора.

Дистанционная защита предусматривается для защиты от внешних симметричных КЗ. Защита выполняется односистемной, одноступенчатой на одном из трех реле сопротивления в блок-реле БРЭ2801. На реле сопротивления подается разность токов ТТ, установленных на двух фазах линейных выводов генератора и междуфазное напряжение от ТН со стороны линейных выводов генератора. Угол максимальной чувствительности реле сопротивления _чmax =6580°. Для дистанционной защиты используется круговая характеристика срабатывания, расположенная в I квадранте комплексной плоскости и охватывающая начало координат за счет смещения в III квадрант.

Защита от симметричной перегрузки сигнализирует о возникновении симметричной перегрузки, защита выполняется на реле РТВК с высоким коэффициентом возврата (k_в =0,9), включенном в одну из фаз вторичной цепи ТТ.

Защита от перегрузки ротора предусматривается для предотвращения повреждений генератора при перегрузке обмотки ротора. Для осуществления защиты устанавливается устройство РЗР-1М с двумя ступенями действия, каждая из которых имеет свою зависимую интегральную характеристику выдержки времени. Первая ступень используется для двухступенчатого развозбуждения генератора, а вторая действует на отключение.

Защита от потери возбуждения предусматривается для выявления потери возбуждения и перевода генератора в допустимый асинхронный режим (разгрузка генератора, торможение турбины и шунтирование обмотки ротора гасительным сопротивлением) или отключение блока, если асинхронный режим недопустим. Защита выполняется на втором реле сопротивления (первое в дистанционной защите). На защиту подается разность токов двух фаз от ТТ на выводах или в нейтрали генератора и междуфазное напряжение от ТН на выводах генератора.

Пуск устройства резервирование отказа выключателя (УРОВ). УРОВ пускается защитами, действующими на отключение резервируемого выключателя с двойным контролем проходящего через него тока (с помощью двух взаимно резервируемых токовых реле).

1.2 Релейная защита трансформатора собственных нужд

Для защиты от всех видов короткого замыкания в обмотках и на выводах трансформатора, включая витковые замыкания в обмотках, предусматривается установка дифференциальной защиты. Защита выполняется на реле ДЗТ-21 с торможением. Зона действия защиты ограничена местом установки трансформаторов ТА1 и ТА2-I,ТА2-II. Трансформатор ТА1 устанавливается на стороне высшего напряжения, а трансформатор ТА2-I и ТА2-II на низкой стороне трансформатора собственных нужд (ТСН). При коротком замыкании в зоне действия защиты ток в первичной обмотке рабочей цепи модуля защиты ДЗТ-21 будет равен сумме вторичных токов, реле срабатывает и действует на цепи основной защиты блока.

Для защиты от замыканий внутри бака трансформатора и в контакторном объеме регулятора под нагрузкой (РПН), сопровождающихся выделением газа устанавливается газовая защита с одним газовым реле, контролирующая выделение газа из бака трансформатора в расширитель (реле Бухгольца), и с одним газовым реле для контакторного отсека РПН (UKF-25/10). Газовая защита бака трансформатора выполняется с двумя ступенями, действующими на сигнал и на отключение. Газовая защита контакторного отсека РПН выполняется одной ступенью, действующей на отключение.

Максимальная токовая защита с пуском по напряжению стороны 6,3 кВ резервирует основные защиты отходящих от ТСН присоединений. Защита присоединяется к ТТ на низкой стороне и ТН установленному на напряжение 6,3 кВ. Защита выполняется на реле РН-53/60Д, двумя реле тока РТ-40, фильтр-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М. Защита выполняется с двумя выдержками времени и действует последовательно на отключение выключателя НН и на выходные промежуточные реле защиты трансформатора.

Защита от перегрузок выполняется максимальной токовой защитой с независимой выдержкой времени. Защита осуществляется одним реле тока РТ-40 включенным на ток одной фазы. Защита присоединяется к ТТ установленному со стороны НН. Защита действует на сигнал с выдержкой времени. Выдержка времени больше максимальной выдержки времени резервных защит трансформатора.

Дистанционная защита на стороне ВН ТСН предусматривается для резервирования дифференциальной защиты ТСН. Для защиты используется блок-реле КРС-2. На стороне ВН ТСН устанавливается по два комплекта дистанционной защиты. На каждый из них подается ток со стороны ВН и напряжение от ТН на выводах одной из расщепленных обмоток НН.

Дистанционная защита на стороне НН ТСН предусматривается для защиты шин секции и резервирования защиты присоединений этой секции. Защита выполняется на блок-реле КРС-2. На рабочих вводах к секциям НН 6 кВ защита включается на ток и напряжение соответствующей расщепленной обмотки работающего ТСН.

Дуговая защита вводов рабочего питания 6 кВ действует по факту работы дистанционной защиты данного ввода. Действует через группу выходных реле резервных защит.

1.3 Релейная защита главного циркуляционного насоса

Согласно [Л-1] для защиты главного циркуляционного насоса предусматриваются следующие виды защит.

а) Дифференциальная защита – от многофазных замыканий в обмотке статора.

б) Защита от замыканий на землю – от однофазных коротких замыканий.

в) Защита минимального напряжения с действием на отключение неответственных двигателей – для обеспечения самозапуска.

Защита от многофазных коротких замыканий выполняется реагирующей на значения тока, протекающего к месту повреждения со стороны питающей сети, и действует на отключение двигателей от сети. Защита выполняется трехфазной, так как она является более чувствительной к двойным замыканиям на землю, чем двухфазная. Согласно [Л-1] при номинальной мощности двигателя более 500 кВт необходимо применять для защиты от многофазных КЗ дифференциальную защиту. В дифференциальной защите выполняется пофазное сравнение комплексных значений токов со стороны питания двигателя и со стороны его нулевых выводов. Для осуществления работы защиты используются два комплекта ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со стороны питания в шкафу выключателя КРУ и со стороны нулевых выводов обмотки статора. Вторичные обмотки ТТ одноименных фаз соединяются жилами общего для всех фаз контрольного кабеля, образуя тем самым дифференциальную схему, в которую включаются реле. Применяя для улучшения отстройки от периодического тока небаланса торможения вторичным током ТТ одного из плеч позволяет улучшить чувствительность дифференциальной защиты.

В соответствии с [Л-1] защита от однофазных замыканий на землю предусматривается для электродвигателей номинальной мощности более 2000 кВт, при суммарном емкостном токе в сети, к которой подключен двигатель большем или равном 5 А. Устанавливаем защиту реагирующую на действующее значение тока нулевой последовательности выполненную на реле тока повышенной чувствительности РТЗ-51. Трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗЛМ.

Защита минимального напряжения – защита от потери питания устанавливается для предотвращения повреждения электродвигателя, затормозившегося в результате кратковременного или длительного понижения напряжения, при восстановлении питания, а так же для обеспечения условий самозапуска двигателя, обеспечения условий техники безопасности и технологического процесса. На каждой секции 6 кВ устанавливается 2^х ступенчатая защита минимального напряжения. Первая ступень защиты служит для ускорения и повышения эффективности самозапуска ГЦН. Время срабатывания защиты 0,5 сек, а напряжение срабатывания U_с-з »0,7U_ном из условия обеспечения самозапуска ответственных электродвигателей. Вторая ступень предназначена для отключения электродвигателя при перерывах питания по условию технологии или техники безопасности, а так же когда самозапуск двигателя с полной нагрузкой невозможен. Выдержку времени второй ступени защиты минимального напряжения принимаем 9 сек. При снижении напряжения до 0,5U_н и ниже с выдержкой времени 9 сек защита действует на отключение взаимозаменяемых электродвигателей ответственных механизмов для пуска автоматического ввода резерва (АВР) этих электродвигателей.

2. Расчет установок релейной защиты

2.1 Дифференциальная защита трансформатора блока на реле ДЗТ-21

Таблица 1

Наименование величин	Числовые значения для сторон
Наименование величин	787 кВ	24 кВ (вывод ген)	24 кВ (ответвления к ТСН)
Первичные токи для сторон трансформатора блока, соответствующие номинальной мощности
Первичный минимальный ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания
Соединение трансформаторов тока
Коэффициент трансформации трансформаторов тока	2000/1	30000/5	3000/5
Вторичные номинальные токи в плечах защиты
Выбор варианта включения промежуточных автотрансформаторов	АТ-3143 К_реле I-11 К_ТТ -I-4 (0,6 А)	Устанавливаем трансформатор тока ТК-120:
Выбор ответвлений трансреактора рабочей цепи реле
Минимальный ток срабатывания для каждого из плеч защиты
Номинальный ток ответвлений трансформаторов тока тормозной цепи реле I_{отв. торм.} I_В	I_{отв. торм. ВН} =3,75 А	I_{отв. торм. НН} =5 А
Проверка отстройки уставки I_{* нач. торм.} =1 от тормозных токов в режимах нагрузки
	0,5(0,88+1)=0,941
Определение коэффициента торможения к_т при максимальном токе внешнего КЗ на выводах 750 кВ трансформатора (ток от генератора)	I_КЗ = 2340 А

2.2 Продольная дифференциальная защита генератора

Таблица 2

Наименование величины	Условие выбора	Числовое значение
Номинальный ток генератора
Максимальный ток при внешнем КЗ	I _{кз макс}	97170
Максимальный ток небаланса при внешнем трехфазном КЗ	I_{нб макс} =K _апер K _одн. fiI_{кз макс}	11 0.197170 = = 9717 А
Коэффициент трансформации трансформаторов тока	К _ТТ
Вторичный номинальный ток в плечах защиты		8,94 А	4,47 А
Рабочие витки реле	w_раб	72 В	144 В
Ток срабатывания реле i _ср	а_ср =100 АВ (без торможения)
Ток срабатывания защиты в долях от _н	i
Рабочая намагничивающая сила срабатывания реле при внешнем КЗ
По тормозной характеристике ДЗТ–11/5 в условиях минимального торможения	400 АВ
Ток в тормозной обмотке при внешнем трехфазном КЗ
Расчетное число витков тормозной обмотки
Принятое число витков	_торм	29 вит
Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ и опробовании генератора
Коэффициент чувствительности защиты при трехфазном КЗ в зоне в режиме когда есть торможение. Определяется исходя из тормозной характеристики, соответствующей максимальному торможению	а _раб =5932 АВ а _Т =727 АВ а _{раб. ср} =150 АВ К_ч =39	а_раб =32,472+25144= =5932 АВ а _Т =2529=727 АВ

2.3 Дополнительная дифференциальная защита блока на реле ДЗТ-21

Таблица 3

Наименование величин	Числовые значения для сторон
Наименование величин	787 кВ	24 кВ
Первичные токи для сторон блока, соответствующие номинальной мощности
Ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания
Принятый ток срабатывания защиты	276 А = 0,3
Коэффициент трансформации трансформаторов тока	3000/1
Соединение трансформаторов тока
Вторичные номинальные токи в плечах защиты
Выбор варианта включения промежуточных автотрансформаторов	АТ-31-43 К_реле I-11 К_ТТ –I-3 (0,44 А)	АТ-32-43 К_реле I-2 К_ТТ –I-7 (12,24 А)
Выбор ответвлений трансреактора рабочей цепи реле
Минимальный ток срабатывания для каждого из плеч защиты
Номинальный ток ответвлений трансформаторов тока тормозной цепи реле I_{отв. торм.} I’_В	I_{отв. торм. ВН} =3 А N_отв -3	I_{отв. торм. НН} =5 А
Определение коэффициента торможения к_тт при максимальном токе трехфазного КЗ на стороне 787 кВ	Принимаем I_{*нач. торм} = 1

2.4 Поперечная дифференциальная защита

Первичный ток срабатывания защиты из условия отстройки от тока небаланса

Коэффициент трансформации трансформаторов тока

2500/5

Ток срабатывания реле вторичный

2.5 Дифференциальная защита ошиновки

Таблица 5

Наименование величин	Числовые значения для сторон
Наименование величин	Выносные ТТ 787 кВ	Встроенные ТТ 787 кВ
Номинальный первичный ток
Соединение трансформаторов тока
Коэффициент трансформации трансформаторов тока	3000/1	2000/1
Номинальные вторичные токи в плечах защиты
Максимальный ток при внешнем КЗ	17040
Ток срабатывания из условия отстройки от тока небаланса при внешнем КЗ I_{нб макс} =K _апер K _одн. fiI_{кз макс}	1,30,117040 = 2215 А
Число витков рабочих обмоток реле	.	.
Принятое число витков рабочих обмоток реле	_II + _III = 86+46 = 132 вит.; _I = 88 вит.
Коэффициент чувствительности при опробовании блока и КЗ на стороне 787 кВ (ток от генератора)
Коффициент чувствительности при двухфазном КЗ в зоне

2.6 Защита от симметричной перегрузки

Первичный ток срабатывания защиты

;

Вторичный ток срабатывания

Коэффициент трансформации трансформатора тока

15000/5

Принимаем реле РТ-40/20.

2.7 Защита от внешних симметричных коротких замыканий

Уставка защиты определяется из условия отстройки от сопротивления, замеряемого защитой в послеаварийном нагрузочном режиме.

Угол максимальной чувствительности

_{м. ч} =80°

Минимальное напряжение

U_мин = 0,95U_н = 0,95·24=22,8 кВ

I_нагр. = 1,5I_{ном. ген.} =1,5·26,8=40,2 кА

Сопротивление нагрузки

Сопротивление срабатывания защиты

Чувствительность реле по замеряемому сопротивлению при резервировании смежных с блоком участков линии

Чувствительность по току точной работы

где

2.8 Дифференциальная защита ТСН

Исходные данные: трансформатор 63МВА ТТ с коэффициентами трансформации 2000/5 и 3000/5.

Вторичные номинальные токи в плечах защиты

Со стороны обмоток низшего напряжения трансформатора устанавливаем промежуточные автотрансформаторы типа АТ-32 номинальный ток ответвления автотрансформатора

Коэффициент трансформации автотрансформатора

Вторичный номинальный ток подводимый к реле

Определяем номинальные токи рабочих ответвлений трансформатора со стороны высшего напряжения

Принимаем

Со стороны низшего напряжения

Принимаем 4,6.

Минимальный ток срабатывания

где k – коэффициент отстройки защиты от броска намагничивания равный 0,3.

- номинальный ток соответствующий номинальной мощности к номинальному напряжению наиболее мощной обмотки трансформатора.

Относительный минимальный ток срабатывания в каждом плече

Уставку минимального тока срабатывания принимаем по наибольшему из полученных значений

Расчет процентного торможения.

Выбираем ответвление промежуточного трансформатора тока тормозной цепи низшего напряжения

где - уставка начала торможения принимаем равной номинальному току трансформатора =1

Принимаем =2,5 А.

Так как принятый ток больше расчетного, то ток начала торможения не рассчитываем.

Определяем коэффициент торможения по условию отстройки защиты от тока небаланса при внешнем коротком замыкании на стороне 6,3 кВ и от тока самозапуска двигателей, питаемых от обеих расщепленных обмоток трансформатора.

Определяем суммарное эквивалентное сопротивление ответственных двигателей участвующих в самозапуске

где

Ток самозапуска

где

X_внеш »0

22,74 кА35,74 кА

Определяем ток небаланса :

где - ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформаторов тока.

- ток небаланса, обусловленный изменением коэффициента трансформации при регулировании напряжения.

- ток небаланса, вызванный несоответствием выбранного номинального тока ответвления трансреактора расчетному значению.

где

- коэффициент учитывающий переходной режим равен 1

- коэффициент однотипности ТТ равен 1

- относительное значение полной погрешности ТТ по кривым предельных кратностей равно 0,1

- максимальный ток, проходящий через защиту при расчетном внешнем кз на стороне низшего напряжения трансформатора или в режиме самозапуска с учетом наличия РПН , где - относительное значение максимального отклонения регулируемого напряжения от его среднего значения

где - расчетный номинальный ток ответвления трансреактора

При этом относительное значение рабочего тока

Относительное значение тормозного тока

Коэффициент торможения тормозной цепи

где - коэффициент надежности равен 1,5

Значение коэффициента торможения регулируется в пределах от 0,3 до 0,9

Коэффициент чувствительности

где

- первичный расчетный минимальный ток короткого замыкания для режима в виде короткого замыкания, а так же положения переключателя РПН, обуславливающих номинальные токи в месте установки защиты

Согласно ПУЭ минимальный коэффициент чувствительности равен 2,0.

МТЗ с пуском по напряжению.

Уставки токовых органов защиты

где

где - коэффициент надежности равен 1,2.

- коэффициент возврата равен 0,8.

- максимальный ток нагрузки неповрежденной секции, принимаемой равным номинальному току расщепленной обмотки 6 кВ трансформатора

Чувствительность токовых органов защиты при двухфазном КЗ за трансформатором

Из расчета следует, что токовые органы обладают достаточной чувствительностью.

Напряжение срабатывания устройства фильтр-реле напряжение обратной последовательности МТЗ с комбинированным пуском напряжения

2.9 Защита от перегрузки ТСН

Ток срабатывания защиты

где - ток в защите принятый равным номинальному току обмотки той стороны трансформатора на которой установлена защита

- коэффициент надежности равен 1,05.

- коэффициент возврата равен 0,8.

ток срабатывания реле

Принимаем реле РТ-40/10 и реле времени РВ-01 на 10 с действует на сигнал.

2.10 Дистанционная защита стороны 6,3 кВ

Зона резервирования дистанционной защиты определяется уставкой, которая отстраивается от сопротивления самозапуска электродвигателей СН.

Во избежание излишних отключений ТСН сопротивление самозапуска определяется при полностью остановленных двигателях по сумме пусковых токов

где - номинально напряжение электродвигателей равное 6 кВ

Сопротивление срабатывания защиты

- коэффициент надежности равен 0,85.

- коэффициент возврата (не превышает 1,1).

Сопротивление срабатывания реле

Зона резервирования

Ток двухфазного кз в зоне защиты

Ток в реле

Коэффициент чувствительности по току точной работы

где I_т.р. - минимальный ток десятипроцентной точности реле сопротивления.

Для ввода резервного питания с учетом сопротивления шинопровода магистрали резервного питания

Ток в реле

Коэффициент чувствительности

2.11 Дистанционная защита стороны 24 кВ

Сопротивление срабатывания защиты принимаем равным половине минимального сопротивления защиты на стороне 6 кВ трансформатора

Сопротивление срабатывания реле

2.12 Дифференциальная защита ГЦН

Р_ном = 8000 кВт К_Т =1500/5

I_ном = 880 А

К_пуск = 8

Расчет дифзащиты выполненной с использованием реле типа ДЗТ-11 ведется с учетом того, что тормозная обмотка реле подключена к ТТ, установленном со стороны нулевых выводов обмотки статора. Такое включение целесообразно потому что при расчетном кз на выводах электродвигателя торможение практически не оказывает влияние на рабочую магнитодвижущую силу и таким образом обеспечивается наилучшая чувствительность защиты.

Число витков дифференциальной обмотки реле электродвигателя выбирается из условия надежного несрабатывания защиты в режимах пуска, самозапуска, внешнего кз, когда через ТТ обоих тяг проходит ток

где w_Т =24 – число витков тормозной обмотки реле, принимаем равным наибольшему значению.

k_отст =1,5 – коэффициент отстройки, учитывающий ошибку реле и необходимый запас

tga=0.8 – тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной проведенной из начала координат к характеристике срабатывания, соответствующей минимальному торможению

I_T – тормозной ток

I_{нб.расч} – расчетное значение тока небаланса

вносим допущение, что отношение

При соединении ТТ в звезду

определяем тормозной ток

Определяем число витков дифференциальной обмотки

Принимаем число рабочей обмотки реле ДЗТ-11 =44 В

Определяем начальный ток срабатывания защиты:

I_с.з. =F_с.р. К₁ /,

где F_с.р =100 АВ – магнитодвижущая сила срабатывания реле типа ДЗТ-11 при отсутствии торможения

Относительное значение начального тока срабатывания составляет

Определим коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ на выводах двигателя

где F_раб – рабочая магнитодвижущая сила в реле при рассматриваемом металлическом коротком замыкании;

F_раб.ср .- рабочая намагничивающая сила срабатывания реле.

где I_к ⁽²⁾ -первичный ток двухфазного реле на выводах двигателя

К_сх - коэффицент схемы соединения ТТ менее нагруженного плеча равным 1;

К_Т –коэффициент трансформации ТТ.

где F_торм – тормозная намагничивающая сила в реле:

где I_к.п. - первичный ток от двигателя равный пусковому току

2.14 Защита от однофазных замыканий на землю обмотки статора ГЦН

Ток срабатывания ненаправленной токовой защиты выполненной на реле типа РТЗ-51 подключенного к ТТНП без подмагничивания, рассматриваем из условия несрабатывания –защиты при внешнем однофазном замыкании на землю

где - установившееся значение собственного емкостного тока защищаемого присоединения

- коэффициент отстройки равен 1,25

- коэффициент учитывающий бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуги равный 2,2

Значение определяется как сумма емкостных токов двигателя и линии от места установки ТТНП до линейных выводов двигателя

где - номинальная полная мощность электродвигателя МВА

- номинальное напряжение двигателя кВ

где - собственный емкостной ток единицы длины линии А/км

l – длина линии км

m – число проводов кабелей в фазе линии

собственный емкостной ток двигателя

Ток срабатывания защиты минимальный равен 1,33 А, максимальный 5,66 А. Уставка реле с током срабатывания защиты от замыканий на землю 1,51 А входит в эту зону.

3. Разработка систем автоматики

3.1 Автоматическое включение синхронных машин на параллельную работу

Точная автоматическая синхронизация предназначена для выполнения без участия человека операций по включению синхронных машин на параллельную работу при завершении их пуска, а так же при воссоединении на параллельную работу посредством трехфазного автоматического включения (ТАПВ) частей энергосистемы.

Идеальные условия включения синхронных машин на параллельную работу требуют равенства напряжений и частот машины и системы, а так же совпадения фаз напряжений в момент замыкания контактов выключателя. В таких условиях машина не испытывает динамических воздействий со стороны системы. При ТАС соответствующими устройствами условия включения максимально приближаются к идеальным. После этого с учетом времени включения выключателя автоматически выбирается момент подачи команды на включение с расчетом, чтобы сдвиг фаз напряжений (угловая ошибка синхронизации) в момент замыкания выключателя не превосходил расчетного значения. ТАС обладает техническим и экономическим эффектом т.е. исключение последствий возможных ошибок человека-оператора, ограничение испытываемых машинами воздействий расчетными допускаемыми значениями, предотвращающими повреждение или преждевременный износ.

3.2 Противоаварийная автоматика

Современные ЭЭС представляют собой большие автоматизированные системы, функционирование которых невозможно без наличия комплекса автоматических устройств. Среди этого комплекса одно из первых мест занимает УПА, предназначенные для обеспечения надежности и бесперебойности электроснабжения потребителей, локализации аварийных возмущений тем или иным участком ЭЭС и предотвращения развития аварий в системные.

Системные аварии развиваются лавинообразно и сопровождаются нарушением устойчивости, разделение ЭЭС на несинхронные работающие части с возникновением дефицита активной и реактивной мощности в отдельных узлах ЭЭС, последствием чего может быть останов агрегатов электростанции в связи со снижением производительности механизмов собственных нужд АЭС и нарушением электроснабжения потребителей.

Быстрота развития системных аварий требует дополнения автоматики управления нормальными режимами противоаварийным управлением, осуществляемым средствами ПА. Поскольку действием устройств защиты, АПВ, АВР, и АЧР в современных энергосистемах не удается предотвратить повреждение оборудования и нарушение устойчивости, вызывающие отключение потребителей и экономический ущерб, предусматриваются четыре основные группы УПА.

- Устройства автоматики предотвращающей нарушение устойчивости (АПНУ) и специальная автоматика отключения нагрузки (САОН), повышающие эффективность использования оборудования и предназначенные для предотвращения нарушения устойчивости. Эти устройства действуют при опасных перегрузках линий электропередач при нарушениях схем в результате КЗ и без таковых, при кратковременных неполнофазных режимах, в цикле ОАПВ и производит дозирование УВ на разгрузку линий электропередач и электростанций в избыточной части ЭЭС, на быстрое повышение генерирующей мощности и отключение части неответственных потребителей в дефицитной части ЭЭС.

- Устройства АЛАР, ликвидирующие АР или предотвращающие его возникновение, осуществляют ДС по признакам возникающего или возникшего АР или по факту аварийной ситуации, неизбежно вызывающему нарушение синхронизма.

- Устройства, предназначенные для ограничения опасных понижений или повышений частоты и напряжений (АОЧ, АОН, АЧР). При понижении частоты АЧР действует на отключение части нагрузки (ОН).

- При понижении напряжения ПА действует на отключение части шунтирующих реакторов (ОР), на форсировку возбуждения (ФВ).

- При повышении напряжения АОН действует на отключение линий электропередач 750 кВ, являющихся источником реактивной мощности.

- Устройства, восстанавливающие питание потребителей и нормальных схем ЭЭС и режимов (АВР, АПВ линий, трансформаторов, шин).

3.3 Однократное ТАПВ

Основным видом АПВ линий являются однократное ТАПВ. На ответственных линиях однократное ТАПВ комбинируется с однократным ОАПВ, поскольку большинство КЗ на линиях высокого напряжения однофазные, отключение только одной поврежденной фазы повышает устойчивость электропередачи. Устройство ОАПВ отключает поврежденную фазу при КЗ одной фазы на землю и обеспечивает ее повторное включение через промежуток времени, достаточный для погасания дуги в месте повреждения. Важной частью ОАПВ являются органы выбора поврежденной фазы, избирательные органы (ИО), которые устанавливаются по обоим концам линии.

Требования предъявляемые к ИО:

- правильно выбрать поврежденную фазу при КЗ одной фазы на землю;

- отличать КЗ одной фазы на землю от КЗ двух фаз на землю;

- защищать линию от повреждений, могущих возникнуть на оставшихся в работе фазах в цикле ОАПВ;

- не срабатывать в неполнофазном режиме цикла ОАПВ от токов нагрузки;

- иметь высокую чувствительность к КЗ через переходное сопротивление.

4. Спецвопрос

С ростом количества энергетических объектов, широким использованием воздушных выключателей, увеличением длительности эксплуатации объектов и как следствие старением изоляции контрольных кабелей, возросла вероятность самовключения блочных выключателей. В связи с этим улучшения схем управления блочными выключателями, предупреждение возможности их самопроизвольного включения стал актуальным.

С целью повышения надежности работы энергетических объектов, предупреждения возможности самоключения блочных выключателей проводим реконструкцию схемы управления блочных выключателей.

Схема блочного выключателя характеризуется двумя особенностями: не допускает много разового включения на короткое замыкание и отсутствие цепей АПВ. Эти особенности позволяют достаточно просто исполнить основное требование реконструкции – предотвратить самоключение выключателя при всех возможных повреждениях в цепях включения автоматическим выведением из действия цепей включения по факту любого отключения блочного выключателя, используя готовую схему блокирования многоразового включения на кз. Такое исполнение обеспечивает максимальное использование элементов существующей схемы управления при минимальных материальных и трудовых затратах на реконструкцию. Обеспечение основного требования – автоматического использования включения выключателя при любых повреждениях в электрических цепях управления на все время остановки блока – придает решению ряд дополнительных преимуществ:

- Практически не нужна защита выявления асинхронного режима самовключения, она нужна только в случае включения через неисправность воздушной системы управления;

- снимается проблема срочного отключения разъединителей, применения дистанционного управления, выполнение которого в условиях эксплуатации весьма затруднительно.

Дополнительные цепи которые вместе со схемой блокировки многоразового включения выключателя на кз устраняют возможность самовключения выключателя выделены на чертеже утолщенными линиями. В основном схема управления остается без изменений.

В схеме блокировки используется реле KBS с обмотками последовательного (токовая) и параллельного (напряжения) включения. По токовой обмотке, включенной последовательно в цепь с катушкой отключения, при всех отключениях выключателя срабатывает реле KBS, немедленно блокируя цепь катушек включения размыканием своих нормальнозамкнутых контактов. Для устранения возможностей самовключения при всех вариантах повреждений реле KBS переводится на фиксированный самоподхват от оперативного + через свои нормально разомкнутые контакты.

Схема блокировки начинает действовать при каждом отключении выключателя и переходит в режим самоудерживания на время наличия оперативного тока.

При реконструкции выполнен постоянный вывод цепей включения с контролем дежурящего импульса в цепях включения для автоматической блокировки цепей включения при операциях по вводу этих цепей.

В схеме управления выключателей выполнен дополнительный разрыв цепей питания соленоидов включения со стороны - оперативного тока.

5. Охрана труда при эксплуатации релейной защиты

К выполнению работ по техническому обслуживанию и ремонту устройств РЗА электрооборудования АЭС с применением переносной испытательной аппаратуры и приборов допускаются лица, достигшие 18 лет при выполнении следующих условий.

1. Прошедшие медицинское освидетельствование и имеющие положительное заключение.

2. Прошедшие вводный инструктаж по охране труда, первичный инструктаж на рабочем месте.

3. Прошедшие проверку знаний по производственным инструкциям и инструкций по охране труда, технике безопасности, пожарной безопасности, радиационной безопасности, технике эксплуатации с записью в удостоверении.

Характеристика действующих на персонал РЗА опасных и вредных производственных факторов на рабочих местах:

- ОРУ 750 кВ и пристанционные узлы блоков – напряженность электрического поля до и более 5кВ/м; технологические вибрации и шумы (компрессорная); температура окружающей среды от -20°С зимой до +40°С летом; наличие напряжения на токоведущих частях до 750 кВ включительно; грузоподъемные механизмы; масло- и воздухо- наполненное взрывоопасное оборудование;

- машинные залы, ЭЭТ4, РДЭС, БИС, ОВА - электромагнитные поля до 5 кВ/м; постоянные, прерывистые и импульсные шумы; транспортные и технологические операции; наличие грузоподъемных механизмов; аэрозоли минеральных нефтяных масел; повышение температуры окружающей среды; вибрации, наличие рабочего напряжения на токоведущих частях 0,2-24 кВ; совмещенные работы и испытания; технологическое оборудование и трубопроводы;

- реакторные отделения, спецкорпус ХТРО – ионизирующие излучения, радиоактивные загрязнения, газоаэрозоли. Основные источники радиационной опасности: ГЦН, электродвигатели и механизмы систем безопасности, оборудование СВО, оборудование вентсистем, бассейны выдержки и перегрузки топлива, хранилище радиационных отходов, все помещения контролируемой зоны, где проводится проверка цепей вторичной коммутации РЗА.

6. Инструкция по технике безопасности

6.1 ТБ перед началом работы

Задание выдается с записью в журнале производственных заданий бригады под роспись исполнителей с производством текущего инструктажа по безопасному производству предстоящих работ.

В соответствии с производственными нарядами оформляются наряды допуски или выдаются распоряжения. При работе в контролируемой зоне предварительно выдается дозиметрический наряд. Наряды сдаются накануне производственных работ: электрический на соответствующий монтерский пункт, дозиметрический – в специальный ящик спецкорпуса.

Работы в действующих электроустановках выполняются по нарядам и распоряжениям. По дозиметрическим нарядам выполняются:

- инспекционный обход электрооборудования контролируемой зоны;

- проверка цепей РЗА электрооборудования первого и второго контура;

- проверка цепей РЗА электрооборудования спецводоочистки, спецгазоочистки;

- все работы в контролируемой зоне связанные с возможным облучением персонала.

Производственные задания по изготовлению приспособлений, испытательной техники, подготовки оснастки и инструмента в мастерских выдаются с записью в журнал выдачи сменных заданий и нарядом или распоряжением не оформляются.

Выдача нарядов и распоряжений, допуск, надзор во время работ, перевод на другое рабочее место, перерывы в работе и окончание выполняются в соответствии с Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок. Подготовку рабочего места производит оперативный персонал с выполнением необходимых отключений, принятие мер по недопущению самопроизвольных включений, созданию видимых разрывов, установки переносных или стационарных заземлений. Непосредственно перед допуском руководитель работ обязан совместно с допускающим проверить выполнение вышеуказанных мер безопасности, дополнительно проверить отсутствие напряжения и только после этого допускать боигаду к работе. При допуске бригада должна быть проинструктирована допускающим, руководителем работ по безопасной организации и производству предстоящих работ. При работе с испытательной аппаратурой (переносными стендами) перед производством работ необходимо заземлить стенд на контур заземления медными проводами сечением не менее 4 мм² .

На территории АЭС, в РУ 0,4кВ:750кВ, машинных залах, в обстройках и реакторных отделениях блоков обязательно ношение защитных касок, за исключением щитов управления.

6.2 ТБ во время работы

При производстве работ на рабочем месте должны быть предусмотрены (кроме общих требований): удобное расположение измерительных приборов на столах, достаточное освещение рабочего места; сборка схем проверки проводами имеющими надежную изоляцию; рубильники или автоматы надежно закрепленные и обеспечивающие безопасное, быстрое и надежное снятие напряжения с временно собираемых испытательных схем.

При необходимости разрыва токовых цепей они должны быть предварительно замкнуты перемычкой, установленной до предполагаемого места разрыва (считая от трансформатора тока). Устанавливая перемычку, следует применять инструмент с изолирующими ручками.

При работе на трансформаторах тока или в цепях, подключенных к их вторичным обмоткам, должны соблюдаться следующие меры предосторожности:

- зажимы вторичных обмоток до окончания монтажа подключаемых ним цепей к трансформаторам тока закоротка должна переносится на ближайшую сборку зажимов и сниматься только после полного окончания монтажа и проверки правильности присоединения смонтированных цепей;

- при проверке полярности до подачи импульсов тока в первичную обмотку прибора должны быть присоединены к зажимам вторичной обмотки.

Работа в цепях напряжения:

- для обеспечения безопасности работ все вторичные обмотки трансформаторов напряжения должны быть заземлены

- работы по проверке цепей РЗА трансформаторов напряжения необходимо производить только при выкаченной в ремонтное положение тележки ТН и отключенных автоматах с низкой стороны или с применением основных и дополнительных средств защиты

- работа в цепях вторичной коммутации должна проводится по схемам.

При работе на основном оборудовании с подключенным энергопитанием (напряжением) должны быть приняты меры против его случайного включения (отключения), проверена и проанализирована схема, проверено положение переключателей блокировок и т.д.

При выполнении работ в цепях РЗА, вторичной коммутации, сигнализации, схемах управления выключателей 6 и 0,4 кВ с дистанционным управлением должны быть отключены автоматы в цепях управления и силовых цепях привода и вывешены плакаты Не включать! Работают люди.

Испытание изоляции цепей в/к и аппаратуры.

Измерение мегомметром какой либо части электроустановки может проводиться только тогда, когда эта часть отключена со всех сторон, проверено отсутствие напряжения и снят заряд путем предварительного их заземления. Перед началом испытаний мегомметром необходимо убедиться в отсутствии людей, производящих работы на электроустановках или ее части к которой подключен мегомметр.

При измерении сопротивления изоляции цепей в/к необходимо снять заземление вторичных обмоток трансформаторов тока и напряжения. После окончания испытаний необходимо разрядить испытуемый участок присоединением переносного заземления сначала к земле с последующим прикосновением (неоднократно) к испытуемому участку. Операции по наложению и снятию заземления должны производиться в диэлектрических перчатках.

6.3 ТБ по окончании работы

После окончания работ по проверке устройств РЗА разбирается электрическая схема. Разборку начинать со снятия питающего напряжения. Рабочее место тщательно убирается. Руководителем работ либо под его наблюдением снимаются закоротки, перемычки, заземление и т.д. установленные бригадой релейщиков. Снимаются временные ограждения и плакаты наложенные бригадой. С рабочего места убираются испытательные стенды, приборы, соединительные концы, питающие кабели за пределы электроустановки. Рабочее место сдается дежурному персоналу руководителем работ после вывода бригады. После сдачи рабочего места наряд закрывается в установленном порядке. Анализируются результаты проверки.

Запрещается:

1. Работа со средствами измерений не прошедших очередной проверки

2. Разрывать цепи, подключенные к вторичным обмоткам трансформаторов тока

3. Закорачивать вторичные обмотки ТН

4. Работа без схем в цепях вторичной коммутации

5. Производить работы вызывающие сильное сотрясение релейной аппаратуры

6. Прикасаться к токоведущим частям, к которым присоединен мегомметр

7. Применение ламп накаливания для проверки отсутствия напряжения

8. Применять индивидуальные защитные комплекты в случаях когда возможно прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением

6.4 ТБ в аварийных ситуациях

При возникновении аварийной ситуации:

а) немедленно прекратить работу

б) выполнить меры общей и технологической безопасности (снять испытательное напряжение, отключить схему, закрыть отсек)

в) срочно покинуть рабочее место по кратчайшему маршруту, минуя зону аварии

г) закрыть все двери, ведущие к очагу аварии

д) срочно доложить о случившемся своему непосредственному руководителю или начальнику смены цеха

е) выполнить требование Инструкции по радиационной безопасности

6.5 При несчастных случаях

а) немедленно прекратить работу

б) освободить пострадавшего от воздействия электрического тока с соблюдением мер общей и технологической безопасности

в) оказать доврачебную помощь пострадавшему

г) вызвать скорую помощь, сообщить о случившемся своему непосредственному руководителю или начальнику смены цеха

д) при травмах с нарушением целостности кожных покровов в контролируемой зоне необходимо прекратить работу и обратиться к дежурному дозиметристу

6.6 Пожарная профилактика

Противопожарной защите электроустановок необходимо уделять внимание в начальной стадии строительства АЭС. Капитальные затраты связанные с применением новейших эффективных средств и методов противопожарной защиты при условии обеспечения высокой степени безопасности вполне оправданы. Пожарная безопасность должна обеспечиваться путем проведения организационных, технических и других мероприятий, направленных на предотвращение пожаров, обеспечение безопасности людей, снижение возможных потерь и уменьшение возможных негативных экологических последствий в случае их возникновения, создания условий для быстрого вызова пожарного подразделения и успешного тушения. На АЭС должен быть установлен порядок (система) оповещения людей о пожаре, в помещениях вывешиваются таблички с указанием номера телефона вызова пожарной охраны. Все работники при приеме на работу и по месту работы должны проходить инструктажи по вопросам пожарной безопасности. Территория должна постоянно содержаться в чистоте и систематически убираться от мусора, отходов производства, тары.

Противопожарные системы, установки, устройства (противопожарной защиты, пожарная автоматика, противопожарное водоснабжение, противопожарные двери) помещений должны постоянно содержаться в исправном состоянии.

Лестничные клетки, коридоры, проходы и другие пути эвакуации должны быть обеспечены эвакуационным освещением. Помещения релейных щитов АЭС, мастерские по ремонту аппаратуры РЗА относятся к категории Д. Все здания и сооружения имеют предел огнестойкости, то есть время, по истечении которого строительная конструкция под воздействием огня теряет свою несущую способность и устойчивость.

Литература

1. Правила устройства электроустановок/Минэнерго СССР – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1985 - 640 с.

2. Электротехнический справочник. В 3 т. Т. 3. 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии. (Под общ. Ред. Профессоров МЭИ: И. Н. Орлова (Гл. ред.) и др.)7-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1998.-880 с.; ил.

3. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрнсформаторов 110 – 500 кВ; Схемы – М.: Энергоатомиздат; 1985.-96 с.; ил.

4. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13А. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 – 500 кВ; Схемы – М.: Энергоатомиздат; 1985.- 112 с.; ил.

5. Байтер И. Н., Богданова Н. А. Релейная защита и автоматика питающих элементов собственных нужд тепловых электростанций. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат; 1988. – 112 с.; ил.

Скачать архив с текстом документа