Разработка систем релейной защиты и автоматики основных элементов АЭС

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 φ_чmax=65¸80°. 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