ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 "Проект модернизации релейной защиты спаренных блоков 200 МВт для условий Кураховской ТЭС"

Специальность 6.090601 “Электрические станции”

Выполнитель работы: студент Олейников Алексей Леонидович

Руководитель работы: д. т. н., проф. Сивокобыленко Виталий Федорович

 

Автореферат магистерской работы

 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Устойчивая работа электрических станций в большой степени обеспечивается за счет надежной работы релейной защиты (РЗ) их электрооборудования. В нынешних условиях, характеризующихся увеличением числа аварийных ситуаций, а также ростом количества случаев возникновения сопутствующих повреждений, роль РЗ постоянно возрастает. Во многих случаях из-за относительного несовершенства РЗ не может предотвратить развитие аварий, которые все чаще протекают по наиболее тяжелому пути и сопровождаются значительными экономическими потерями.
В настоящее время на блочных тепловых электрических станциях (ТЭС) отсутствуют защиты, которые предотвращают развитие аварий путем воздействия на отключение блоков при повреждениях, сопровождаю­щихся исчезновением оперативного постоянного тока. По указанной причине на Углегорской ТЭС и ряде дру­гих ТЭС Донбасса имели место повреждения блочных трансформаторов и трансформаторов собственных нужд (с.н.) при коротком замыкании (к.з.) в системе с.н. 6 кВ. дуговое воздействие которого приводило к отключению автоматов оперативного постоянного тока основных защит. Руководящими указаниями по релейной защите не предусмотрены резервные зашиты, которые могли бы ликвидировать такие повреждения.
В связи с этим была поставлена

Цель работы: разработка и внедрение резервной защиты, предотвращающей повреждение основного электрического оборудования блоков генератор-трансформатор при к.з в системе с.н 6 кВ, сопровождающихся одновременной потерей постоянного оперативного тока, отказом в работе выходных реле зашит трансформатора собственных нужд (ТСН ) из-за отсутствия оперативного постоянного тока или по любой другой причине.

Задача исследования:

  1. Разработка резервной защиты блока, обеспечивающей его защиту при потере оперативного тока. Сравнительный анализ различных принципов выполнения защиты.
  2. Проверка эффективности действия резервной защиты методом математического моделирования на ПЭВМ
  3. Разработка резервной защиты РТСН, действующей при исчезновении оперативного тока. Использование принципа защиты с зависимой токовой характеристикой
  4. Выбор резервного источника питания и оценка его надежности
  5. Расчет уставок резервной защиты для блоков 200 - 800 МВт
  6. Разработка рекомендаций по выполнению резервных защит

Научная новизна: в данной работе предложено использовать автономный источник питания для резервной защиты, новые дифференциальные реле защиты РСТ23.

Практическая ценность: предотвращение развития аварий, которые сопровождаются значительными экономическими потерями, перерывом в снабжении электроэнергией потребителей на длительный срок, травматизмом и гибелью персонала ТЭС.

Реализация результатов работы. После разработки и испытаний РЗБ предусмотрено ее внедрение на всех энергоблоках ТЭС Донбасса, возможно, и Украины.

Методы исследования. Расчет токов к.з., моделирование аварии и проверка действия защиты производятся с помощью программы, разработанной на кафедре ЭС Меженковой М.А.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на расширенном докладе студентов-дипломников электротехнического факультета.

Перечень публикаций. Отправлены тезисы по работе в Севастопольский национальный технический университет как заявка на участие и для публикации в сборник, готовится статья для электронной публикации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние вопроса и задачи исследования

На Кураховской ТЭС имеется семь энергоблоков по 200 МВт, два из них подключены на открытое распределительное устройство (ОРУ) 110 кВ, а пять - на ОРУ-330 кВ. Цепь генератор-блочный трансформатор соединена через выключатель ВВ-20. К выводам генераторов на напряжении 15,75 кВ подключены рабочие трансформаторы собственных нужд и трансформаторы системы возбуждения (выпрямительные трансформаторы).
В соответствии с проектом на блоках в качестве основной защиты установлена дифференциальная защита, которая подключается к трансформаторам тока 1000/1 на стороне 330 кВ, встроенным в высоковольтные вводы блочного трансформатора, к трансформаторам тока 2000/5 на стороне 110 кВ, а со стороны нулевых выводов генератора - к трансформаторам тока 10000/5. Таким образом, существующая дифференциальная защита блока выполнена с использованием только трансформаторов тока (ТТ) генератора и ТТ на ВН блочного трансформатора, без использования ТТ со стороны отпайки на ТСН. Поэтому ее реле отстроены от к.з. на стороне 6 кВ ТСН и не могут быть использованы в качестве резервной защиты при к.з. на стороне 6 кВ.
В основу защиты ДРЗ положен дифференциально-токовый принцип. В ней используются дополнительно устанавливаемые токовые реле типа РНТ или ДЗТ. Эти реле подключены к трансформаторам тока блока на стороне 330 кВ и со стороны нулевых выводов генератора. Таким образом, токовые реле ДРЗ включены последовательно с реле основной дифференциальной защиты блока, однако имеют гораздо большую чувствительность, т.е. с гораздо меньшей уставкой срабатывания. ДРЗ отстроена по времени на ступень селективности от резервной защиты ТСН. Она действует на отключение выключателей блока 330 кВ, автомата гашения поля (АГП) генератора и на выходные реле защит блока.
С целью предотвращения ложной работы ДРЗ при пуске мощных электродвигателей и групповом самозапуске электродвигателей с.н. В защите предусмотрена блокировка минимального напряжения со стороны каждой из секций 6 кв. Эта же блокировка исключает ложную работу защиты при обрыве токовых цепей.
Принцип действия защиты ДРЗ основан на использовании цепей дифференциальной защиты блока для определения тока рабочего ТСН и использовании этого тока для токовой защиты, выполняемой с помощью реле ДЗТ. При этом ДРЗ выполняется путем дополнительного подключения комплекта дифференциальных токовых реле KAW1-KAW3 последовательно с имеющимися реле дифференциальной защиты блока (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема оперативных цепей переменного и постоянного
тока защиты РЗБ

2. Расчет уставок резервной защиты для блоков 200 - 800 МВт

Приведем расчет уставок защиты для блока 200 МВт Кураховской ТЭС.
Ток срабатывания РЗБ определяется исходя из минимального значения тока к.з. на шинах с.н. 6 кВ (ток двухфазного к.з. в режиме пуска блока, т.е. только ток от генератора) и обеспечения коэффициента чувствительности не менее 1,5






Определяем число витков рабочей обмотки

Определяем требуемое число витков тормозной обмотки в соответствии с Руководящими указаниями [2, 3]

 При котс.=1.5, Iнб.расч=0.1, tgа=0.75

 

Определяем желаемый коэффициент трансформации АТ-31, с помощью которого можно повысить вторичный ток со стороны 330 кВ:

 Выбираем ближайший коэффициент АТ-31:

 

Тогда вторичный ток срабатывания на стороне 330 кВ с учетом этого коэффициента составит:

 

Определяем число витков рабочей обмотки со стороны 330 кВ:

2.6 С учетом W15,75=87.988 для уравнительной обмотки число витков составит

Wур.=87.988 - 79.615 = 5.03

Уравнительную обмотку включаем согласно рабочей со стороны 15,75 кВ (рисунок 2).

2.7 Окончательно с учетом возможностей реле и наличия отпаек принимаем

Wраб15,75. = 80 (зажимы 1-2)
Wур.= 8 (зажимы 9-6)
Wторм.= 18

Рисунок 2- Схема токовых цепей защиты РЗБ на реле ДЗТ 11/3

3. Расчет уставок органа напряжения

    Уставка пусковых органов минимального напряжения по стороне 6 кВ принимается из условия отстройки от режима одновременного группового самозапуска двигателей с.н. обеих секций б кВ:

    Органы блокировки минимального напряжения одновременно предотвращают действие ДРЗ при обрыве токовых цепей дифзащиты блока.
    С целью предотвращения пуска защиты из-за высокой чувствительности к несимметричным к.з. пусковой орган может быть выполнен на трех реле минимального напряжения.
    Таким образом, в предложенной схеме дифференциальная зашита блока выполняется двухступенчатой: с грубой (существующей) и чувствительной (дополнительной) ступенями. При этом грубая ступень защищает генератор G и блочный трансформатор Г и не чувствительна к к.з. за трансформатором собственных нужд. Для нее используется источник оперативного тока №1. Чувствительная ступень (ДРЗ) защищает те же элементы и рабочий трансформатор с.н. полностью, сборные шины 6кВ и частично кабели, двигатели 6кВ, трансформаторы 6/0.4кВ, трансформатор системы возбуждения. Для нее используется источник оперативного тока №2. С целью расширения зоны действия защиты ДРЗ ее коэффициент чувствительности по току принят равным 1.5, т. е. таким же как для основных защит сборных шин с.н. 6кВ. По времени ДРЗ отстраивается от резервной защиты ТСН, установленной на вводах рабочего питания 6 кВ и принимается 1 с, т.е. несколько больше, чем у дистанционной защиты на стороне 15.75 кВ ТСН (0.7 с), т.к. она действует на отключение блока также как и упомянутая защита .

4. Выбор резервного источника питания и оценка его надежности

Резервный источник вибираем из условия потребляемой токовыми цепями защиты ДРЗ мощности. Также необходима мощность для пуска АГП.
Среди серийно выпускаемых источников бесперебойного питания наибольший интерес представляют ИБП фирмы APC (American Power Conversion) как наиболее хорошо себя зарекомендовавшие, имеющие качественное сервисное обслуживание и обладающие весьма широким спектром характеристик. В Донецкой области интересы фирмы АРС представляют фирмы "АО Техника", "АМИ".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Разработана дополнительная резервная защита ДРЗ энергоблока, отключающая его при к.з., сопровождающихся исчезновением оперативного постоянного тока. Для реализации ДРЗ необходимы только типовые серийно выпускаемые элементы.

2.Разработан проект защиты ДРЗ, включающий принципиальные и монтажные схемы, методику расчета параметров срабатывания и оценки нагрузки на трансформаторы тока. Токовый измерительный орган ДРЗ выполнен на реле типа ДЗТ и включен в токовые цепи существующей дифференциальной защиты блока, что не требует установки новых трансформаторов тока и выполнения сложных токовых цепей. Пусковые органы минимального напряжения включены на напряжение 6 кВ каждой из секций с.н.

3.Выполнен монтаж и наладка ДРЗ на блоке 300 МВт №3 Углегорской ТЭС. Проведены испытания защиты при работе генератора на закоротку и на закоротку в сети 6 кВ, а также при различной нагрузке. Защита введена в опытную эксплуатацию.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Собственные нужды тепловых электростанций// Э. М. Аббасова, Ю. М. Голоднов, В. А. Зильберман, А. Г. Мурзаков: Под ред. Ю. М. Голоднова.- М.: Энергоатомиздат, 1991.-272 с.

2. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 1. Зашита генераторов, работающих на сборные шины. ГЭИ. М.:, Л.: 1961.- 68 с.

3. Руководящие указания по релейной защите. Защита блоков генератор-трансформатор и генератор-автотрансформатор. Выпуск 5. 1963.- 110 с.

4. Правила устройства электроустановок // Минэнерго СССР - 6-е изд., М.: Энергоатомиздат.- 1986. - 648 с.

5. Сивокобыленко В.Ф., Гребченко Н.В., Курышко Г.И. Разработка резервной защиты мощных энергоблоков электрических станций // Тезисы Всероссийского электротехнического конгресса с международным участием "На рубеже веков: итоги и перспективы".ВЭЛК-99. Том I, С 1-ХХIV; 1-295. Москва, 1999.

6. Реле защиты //Алексеев В.С., Варганов Г.П., Панфилов Б.И. и др. М.: Энергия, 1976. - 464 с.

7. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной зашиты. -М.: Энергия. 1980. - 208 с.