Блок-реле защиты типа ЗЗГ-1

Блок-реле типа ЗЗГ-1 применяется в схемах защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов мощностью 160 МВт и более, работающих в блоке с трансформаторами при наличии в нейтрали дополнительного трансформатора напряжения. Схема подключения защиты к цепям напряжения приведена на рис. 12.4, принципиальная схема комплекта блок-реле - на рис. 12.5 [4, 5].

Г VI

Рис. 12.4. Схема подключения блок-реле типа ЗЗГ-1 к цепям напряжения

Рис. 12.5. Принципиальная схема блок-реле типа ЗЗГ-1

Комплект состоит из двух реле, обеспечивающих защиту обмотки статора без зоны нечувствительности: реле максимального напряжения основной гармоники, которое реагирует на напряжение промышленной частоты и включается на напряжение обмоток ТV1, соединенных по схеме разомкнутого треугольника (реле обеспечивает защиту 85-95 % обмотки статора со стороны фазных выводов), и реле напряжения третьей гармоники с торможением, предназначенного для работы при замыкании на землю вблизи нейтрали - в зоне, где первое реле не обладает достаточной чувствительностью.

Входной фильтр максимального напряжения R1-C1-T1-C2 настроен на частоту 50 Гц и имеет на этой частоте максимальное сопротивление, в этом случае большая часть напряжения 3 U 0

приложена к первичной обмотке Т1, входные зажимы реле XT: 8, XT: 11. При подведении к фильтру напряжения третьей гармоники сопротивление фильтра резко уменьшается, большая часть напряжения частотой 150 Гц при этом оказывается приложенной к резистору R1; загрубление реле при частоте 150 Гц и выше составляет не менее 8 по oтношению к напряжению cpaбатывания промышленной частоты.

Напряжение со вторичной обмотки Т1 выпрямляется, сглаживается конденсатором СЗ и через резисторы плавно-ступенчатого регулирования уставки подается на вход двухкаскадного усилителя, собранного на двух транзисторах VT1, VT2. Ступенчатое регулирование уставки 15 : 12,5 : 10 : 7,5 : 5,0 В осуществляется изменением набора резисторов R4-R7 на переключателе, резистор R2 обеспечивает плавную регулировку в пределах диапазона. Диод VD3, включенный на вход выходного транзистора VT2, обеспечивает релейный режим его работы, конденсатор С4 улучшает помехоустойчивость реле. Исполнительный орган реле К1, включенный в цепь коллектора VT2, выполнен на базе промежуточного реле РП-220.

Принцип действия второго реле, предназначенного для работы при замыкании на землю вблизи нейтрали, основан на сравнении напряжений третьей гармоники на фазных выводах

генератора и в нейтрали. В нормальном режиме векторы третьей гармоники по концам обмоток статора со стороны нейтрали U _н и выводов _{U в} равны по величине и находятся в противофазе, потенциал напряжения третьей гармоники в середине обмотки генератора равен

нулю (рис. 12.6), т.е. U _н = U _в = 0,5 Е₃ ; U _с = 0.

1ЁЛ 2 2

________ .^ — Ун

-•• 2. -*•

Рис. 12.6. Напряжение третьей гармоники в обмотке статора генератора:

а - схема замещения; б - распределение напряжения третьей гармоники вдоль обмотки в

нормальном режиме; в - то же при замыкании на землю нейтрали генератора; С - емкость

обмотки генератора; С _т - емкость шин генераторного напряжения и обмоток трансформаторов

блока и собственных нужд; R_п - переходное сопротивление в месте КЗ; Е 3 - ЭДС третьей

гармоники;

II _н , U _в - напряжения третьей гармоники на нейтрали и выводах генератора; U _с - напряжение третьей гармоники на емкости обмотки генератора

На вход рабочей цепи (выводы XT : 11-XT : 13 на рис. 12.5) подается сумма векторов напряжений - модуль IU _н + U _в I; на вход цепи торможения (выводы XT : 8-ХТ : 13) -напряжение IU _н I. В нормальном режиме (без замыкания на землю) в обмотке суммарное

напряжение IU _н + U _в I близко к нулю и напряжение тормозного контура надежно удерживает реле от срабатывания.

При замыкании в нейтрали напряжение на входе тормозного контура отсутствует, суммарное напряжение рабочей цепи IU _н + U _в I становится равным Е ₃ и реле надежно срабатывает.

При замыкании на выводах одной из фаз напряжение U _в становится равным нулю,

напряжения рабочих и тормозного контура в этом случае примерно равны и действие реле зависит от коэффициентов пропорциональности напряжений контуров, вводимых в схему. Для

выполнения в нормальном режиме условия IU_в+ U_нI = 0 номинальное напряжение TV1, установленного на выводах генератора, должно быть: первичной обмотки - соответствующим фазному номинальному напряжению генератора, а вторичных обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник, - 100/3 В. Номинальное напряжение вторичной обмотки TV2, установленного в нейтрали при идентичных параметрах первичной обмотки, должно быть 100 В.

На входе рабочей и тормозной цепей установлены фильтры Т2-С13, ТЗ-С14, настроенные на частоту 150 Гц (см. рис. 12.5). Выпрямленные напряжения рабочей и тормозной цепей сглаживаются емкостями С15, C16 и подаются на резисторы R26, R27 плавного регулирования коэффициента торможения k_т . Под коэффициентом торможения реле понимается отношение

рабочего напряжения U 8₁− 1 к тормозному напряжению U ₈1−3 в условиях срабатывания. Реле обеспечивает диапазон регулирования k_т в пределах 0,33-3. В связи с малыми величинами

входных сигналов принята четырехкаскадная схема усиления, когда в нормальном режиме VT3, VT5 открыты, VT4, VT6 закрыты. Исходный режим усилителя определяется работой VT3 в открытом режиме за счет начального отрицательного смещения потенциала базы ТVЗ диодом VD8.

Напряжение, приложенное к резистору R27 и пропорциональное IU _н I является тормозным;

напряжение, приложенное к резистору R26 и пропорциональное IU _в + U _н I, является

рабочим. Тормозное напряжение, понижая потенциал базы триода VT3, способствует более полному его открытию, при уменьшении тормозного напряжения повышается потенциал базы триода от рабочего напряжения, снимаемого с резистора R26. Это приводит к закрытию VT3 и последовательному открытию VT4, закрытию VT5 и открытию выходного триода VT6, в цепи коллектора которого установлен исполнительный орган К2 - промежуточное реле типа РП-220.

Конденсатор С17 обеспечивает повышение помехоустойчивости реле.

Блок питания реле состоит из стабилитрона V1, диодов VD5, VD6, резисторов R23-R25 и конденсаторов С9-С11. Он обеспечивает питание цепей стабилизированным напряжением оперативного тока: U ₆₋₇ =12 ± 1,2В;U₇₈−≤ 2 В.

В ЗЗГ-1 предусмотрена раздельная сигнализация срабатывания исполнительных реле К1 и К2, контакты которых используются в схеме световой сигнализации на тиратронах VL1 и VL2.

При срабатывании К1 загорается тиратрон УЫ "К()1 , удаленное от нейтрали", при срабатывании К2 загорается тиратрон VL2 "К ' вблизи нейтрали".

Проверка электрических характеристик. При внешнем и внутреннем осмотре помимо выполнения общих указаний по разд. 1 следует проверить крепление токоподводящих колодок: гнездовых - к корпусу peле и ножевых XT, X1 и Х2 - к модулям реле.

При установке модулей на место они должны четко фиксироваться в рабочем положении с последующим креплением их к корпусу ycтановочными винтами. В комплекте запасных частей к реле имеется шнур гибкой связи, обеспечивающий проверку модулей вне корпуса; перед использованием шнура его следует проверить на соответствие цепей гнездового входа ножевому выходу. При подключении внешних связей к зажимам реле, находящимся на его задней стороне, необходимо обращать внимание на расположение и цифровое обозначение зажимов (см. рис. 12.4).

При проверке изоляции цепей реле мегомметром следует предварительно отсоединить землю в цепях разделительных конденсаторов С9, С12 (см. рис. 12.5) оперативного тока (снять перемычку между зажимами XT : 7, XT : 9); объединить выходные зажимы реле по цепям напряжения XT : 8, XT : 11, XT : 13; объединить вторичные обмотки Т1, Т2, ТЗ с цепями оперативного тока, для этого необходимо закоротить между собой все накладки на лицевых панелях обоих модулей и соединить их с выводами реле XT : 1 (+); XT : 5 (-). Проверяют сопротивление изоляции между объединенными цепями напряжения - цепями оперативного тока и сопротивление изоляции каждой цепи относительно земли при модулях, установленных и зафиксированных в рабочем положении.

При проверке блока питания оперативных цепей следует проверить напряжение стабилизации стабилитроном V1 и напряжение смещения на диодах VD5, VD6. При изменении напряжения питания от номинального до напряжения в пределах ±10÷20% должно быть ^U6 −7 ⁼ 12± 1,2 В; U7₈−≤ 2 В. Проверку и регулировку исполнительных органов К1 и К2

проводят при вынутых из корпуса и полностью отключенных модулях. Ток при проверках ппоровдаютодят на зажимыивынутых 6-4 дляиз реле K1 и 6-21 для реле К2 при снятых накладках 4-5 и 21-22, распдаютоложнаензажимыных на лицевых панелях; ток срабатывания устанавливают равным 16,8 ± 0,8 мА.

При подключении модулей (шнуром гибкой связи) проверяют работу тиратронов сигнализации и действие кнопки "Сброс сигнала".

При настройке уставки срабатывания реле напряжения первой гармоники при поданном оперативнПринастомрой токеке напуставкиряжение частотой 50 Гц от регулировочного устройства TUV подают на зажимы реле ХТ : 8 - токенапряжениеХТ : 11 (рис. 12.7). При проверке идущие ко вторичным обмоткам трзажимыансформаторрелеXT:8-ов напряжения TV1, TV2 провода необходимо отсоединить, чтобы не появилось высокансформаторое напряжениеов напрнаяжен шинах генератора за счет обратной трансформации трансформаторами напряжения. Фиксацию срабатывания ведут по индикаторной лампе, подключенной на выводы К1 ХТяжения : 10 и ФиксациюХТ : 12, или при медленном повышении напряжения по тиратрону. Напряжение V _срХТ регулируют ступенчато резисторами R4-R7 и плавно R2. Коэффициент возврата k_в ≥ 0,8.

Рис. 12.7. Схема настройки реле максимального тока первой гармоники блок-реле ЗЗГ-1

При значительном отличии U _ср от уставки иногда требуется произвести настройку входного фильтра R1, С1, Т1, С2 (см. рис. 12.5) на частоту 50 Гц. При неизменном по величине и частоте напряжении на входе ХТ : 8 - ХТ : 11 перемещением магнитного шунта изменяют ииндуктивность частотенапT1. Вольтметром, включенным на вторичную обмотку Т1, фиксируют максимум индуктивностьнапряжения на зажимах 3-2 при введенной накладке 1-2 и надежно закрепляют в этом положении шунт.

Если требуется проверить работу усилителя, то при отсутствии входного сигнала, когда УП откЕслирыт, U_эк < 0,3 В (напряжение эмиттер - коллектор); когда VT2 закрыт, U _эк > 10,5 В, U _бэ > 0,15 В (напряжение база - эмиттер); при измерениях (+) прибора подключают к выводу триода, указанному 15В(напряжениепервым. При срабатывании реле когда VT1 закрыт, U _эк > 10,5 В; когда VT2 открыт, U _эк < 0,15 В.

Проверку реле напряжения третьей гармоники с торможением (реле НТГ) выполняют в два этапа:

лабораторная проверка работоспособности реле; настройка рабочей уставки на работающем генераторе.

Цель лабораторной проверки - выявить возможные повреждения устройства и получить данные, необходимые при настройке уставки.

Проверку настройки на резонансную частоту 150 Гц рабочей С13-Т2 и тормозной С14-Т3 цепей реле проводят раздельно при отключенном оперативном токе. Напряжение питания 1-5 В от звукового генератора подают соответственно на входные зажимы реле: рабочей цепи - ХТ : 11 - ХТ : 13, тормозной - ХТ : 13 - ХТ : 8. Для исключения взаимного влияния цепей при проверке рабочей цепи размыкают накладку 12-13, при проверке тормозной цепи - накладку 9-10. Поддерживая неизменной величину напряжения на входе, генератором изменяют частоту питания в пределах 150 ± 50 Гц. По максимальному значению показания вольтметра, включенного на вторичную обмотку трансформатора Т2 или Т3, измеряют напряжение ^U 91−1 или U 12−14 ^и фиксируют резонансную частоту, которая должна быть 150 ± 6 Гц. При проверке необходимо использовать вольтметр с высоким входным сопротивлением, проверяемые трансформаторы Т2 и ТЗ должны находиться в режиме нагрузки, для чего необходимо установить перемычки 9-10 или 12-13. Дополнительно при данной проверке следует измерить напряжение U15 −₁6 ^и U 16−17 ^{на вых}од^е выпрямительных мостов VD2 и VD3, максимальное напряжение на них соответствует той же резонансной частоте. При необходимости подстройка на резонансную частоту осуществляется изменением индуктивности Т2, ТЗ при перемещении их магнитного шунта.

Проверку минимального напряжения срабатывания при отсутствии торможения проводят при поданном оперативном токе и напряжении питания частотой 150 Гц.

Напряжение срабатывания реле НТГ, измеренное на входных зажимах ХТ : 11 - ХТ : 13, должно быть не более 0,3 В при разомкнутой накладке 12-13 и полностью введенном резисторе R26. Чтобы ввести данный резистор, его ось следует повернуть до упора по часовой стрелке, в

этом случае U1₅−1 6 = ^U 18−16 .

Следует измерить также напряжение срабатывания в этом режиме при частоте 50 Гц и по полученным результатам определить коэффициент ослабления фильтром напряжения промышленной частоты.

50ГцШ_ср 150Гц,

к ф должен быть не ниже 25, обычно он ранен 25-30.

Проверку срабатывания реле при коэффициенте торможения k _т = 1 проводят при частоте напряжения питания 150 Гц по схеме, приведенной на рис. 12.8.

220 В

Рис. 12.8. Схема настройки реле третьей гармоники блок-реле ЗЗГ-1

Под коэффициентом торможения в соответствии с заводской документацией понимается отношение рабочего напряжения к тормозному, которые измерены в момент срабатывания:

ХТ::81−ХТ3.

Приступая к проверке, предварительно следует полностью ввести резисторы R26 и R27 (ось резистора R27 необходимо повернуть до упора против часовой cтрелки), в этом случае соблюдается условие U ₁₈₋₁₆ = U ₁₅₋₁₆ и U20−16 ⁼ U 17−16. Регулировочным трансформатором TUV1 устанавливают любое фиксированное значение рабочего напряжения U ХТ::13−ХТ11 ^в пределах от 1 до 10 В и проверяют, чтобы реле К2 сработало. Затем повышают тормозное напряжение peгулировочным трансформатором TUV2 до значения большего, чем установленное рабочее, и фиксируют возврат реле К2. Плавно уменьшают тормозное напряжение при неизменном рабочем и определяют значение тормозного напряжения V ХТ:8−ХТ:13 ^в момент срабатывания.

При k _т = 1 измеренное тормозное напряжение не должно отличаться от установленного рабочего более чем на 15 %. Объем лабораторной проверки на этом заканчивается, реле подготовлено к проверке под нагрузкой. Иногда в проектных уставках, подтвержденных службой РЗА, задают требуемый k_т - настройку его производят по приведенной выше методике изменением сопротивлений резисторов R26 и R27.

Приступая к проверке реле ЗЗГ-1 рабочим напряжением, необходимо проверить выполнение цепей напряжения TV, установленных на выводах и в нуле генератора, проконтролировать, чтобы единственное заземление во вторичных цепях TV было установлено в одной точке на зажиме реле XT : 8. Из-за невозможности точного расчета относительного емкостного

* сопротивления сети генераторного напряжения Ъ_ж оно определяется при наладке для случая

отсутствия замыкания на землю в этих цепях и при эксплуатационном уровне сопротивления изоляции. По рекомендациям ВНИИЭ для этого при пусковых испытаниях турбогенератора с подключенными блочным трансформатором и трансформатором собственных нужд на холостом ходу при номинальном напряжении и установленных накладках 9-10 и 12-13 измеряют напряжение U 91−1 и U 12−14:

— * ■^ оо

⁼ U 12−14 ^/U 91−1

Основным параметром, определяющим выбор срабатывания X _Ср, является коэффициент

надежности k_н, диапазон изменения которого от k_нmi_n до k_нmax рассчитывается по приведенному выражению

ср\

⁰⁰ 1г²ТГ²

&

<к_н<

, ∞ 100 ,
ь------- тГт----------- =к_т

где U_ср1 - уставка срабатывания реле первой гармоники, В; kф - измеренный коэффициент ослабления фильтром напряжения промышленной частоты (если измерение не производилось, kф принимается 25-30).

По рекомендации ВНИИЭ принимаемый коэффициент надежности должен быть k_н ≥ 3, с уставкой срабатывания он связан следующим выражением:

* U12−14 ,

где л _сп = —^1-------- в момент срабатывания.

91−1

Рассчитывая по формуле k_нmi_n и k_нmax, определяют Z*_ср_mi_n и Z*_ср_max; при выборе уставки должно выполняться условие

* * *

срmin ≤ ^ ср ^К ^ срmax .

Как правило, устанавливают Ъ _Ср, близкое к Z различные зоны защиты обмотки статора:

. Реле НТГ в зависимости от Ъ _Ср имеет

при Ъ _Ср > 1 реле НТГ имеет две зоны:

от нейтрали к выводам с защитой части обмотки генератора, определяемой по формуле, в процентах всей обмотки, принимаемой за 100%:

от выводов к нейтрали с защитой части обмотки генератора, определяемой по формуле, в процентах всей обмотки и вся сеть генераторного напряжения

2-\12_ср

100;

при Ъ _Ср <1 реле НТГ имеет одну зону работы генератора, которая определяется по формуле в процентах обмотки

=100.

1/2

При непосредственной настройке уставки Ъ _Ср уровень регулирования напряжения рабочей цепи резистором R26 и напряжения тормозной цепи резистором R27 определяется рабочим и тормозным коэффициентами регулирования (соответственно К р р, К р _т ):

U18−16 U20−16

IV *ч _т

U15−16 ' ^17-16

Из этих выражений с определенными допущениями можно получить

_ р.т UU20−−161516 k _н 1

V ТТ ТТ г-г* п* '