Machine Translated by Google
См. обсуждения, статистику и профили авторов для этой публикации по адресу: https://www.researchgate.net/publication/351643680 .
Достижение надежного генератора со 100% защитой статора от замыканий на землю
Материал конференции · март 2021 г.
DOI: 10.1109/CPRE48231.2021.9429850
ЦИТИРОВАНИЕ
ЧИТАЕТ
1
165
2 автора, в том числе:
Надер Сафари-Шад
Университет Висконсина - Платтевилль
35 ПУБЛИКАЦИИ 419 ЦИТАТОВ
СМОТРЕТЬ ПРОФИЛЬ
Некоторые авторы этой публикации также работают над следующими родственными проектами:
Моделирование и экспериментальная проверка адаптивной 100% защиты статорных обмоток от замыканий на землю синхронных генераторов Посмотреть проект
Весь контент, следующий за этой страницей, был загружен Nader Safari-Shad. 27 мая 2021 г.
Пользователь запросил улучшение загруженного файла.
Machine Translated by Google
Достижение надежного генератора
100% защита статора от замыканий на землю
Надер Сафари-Шад, старший член IEEE, Расс Франклин
Резюме. Целью данной статьи является представление рекомендаций
по настройке и вводу в эксплуатацию для обеспечения надежной (т. е.
надежной и надежной) защиты статора от замыканий на землю генератора на
100 % для крупных генераторов с заземлением с высоким импедансом.
Используя эти рекомендации, недавний проект модернизации реле генератора
используется в качестве примера расчетов настроек, при которых
достигается надежная защита генератора от замыканий на землю статора на 100 %.
Ключевые слова — защита статора синхронного генератора от замыканий
на землю, схемы 100% защиты статора от замыканий на землю, схемы инжекции
напряжения третьей гармоники и субгармоник.
I. ВВЕДЕНИЕ
В течение многих лет Alliant Energy разрабатывала защиту
своих крупных генераторов с помощью двух микропроцессорных
реле разных производителей. На рис. 1 показан однолинейный
чертеж типичной конфигурации генератор-трансформатор большой
установки с рекомендуемыми IEEE элементами защиты [1].
Рекомендованные IEEE элементы защиты, предназначенные для
защиты статора от земли, используются для обеспечения
нормальной и надежной выработки электроэнергии при внутренних,
сквозных и ненормальных режимах работы.
Хорошо известно, что основной защитой от однофазного
замыкания статора на землю в генераторах с заземлением с
высоким импедансом (HIG) является элемент защиты от
перенапряжения нейтрали основной частоты, обозначенный как
64G1 в первичном реле и 59N во вторичном реле. Элемент довольно
легко настраивается, но так как неисправности вблизи 5-10%
нейтрали генератора приводят к почти нулевому напряжению
нейтрали на основной частоте, элемент имеет слепую зону вблизи
нейтрали генератора. Следовательно, для достижения 100%
защиты необходимо дополнить ее другими защитными схемами.
Доказано, что неспособность обеспечить 100% защиту приводит
к ужасным последствиям [2].
Тремя хорошо известными дополнительными схемами защиты
статора от однофазного замыкания на землю являются схема
дифференциального напряжения третьей гармоники, схема
Рисунок 1.
Однолинейный чертеж типичной конфигурации генератор-трансформатор
большой установки
минимального напряжения третьей гармоники (обе обозначаются
как 64G2 в первичном реле) и дополнительная схема на основе
сверхтока с инжекцией субгармоник. , 64S во вторичном реле [3].
Известно, что оба типа схем 64Г2 имеют слепую зону, тогда как
64С покрывает всю обмотку. С другой стороны, из соображений
запуск и замедление, когда частота сети приближается к
частоте инжекции одиночной субгармоники.
Опыт работы со схемой дифференциального напряжения третьей
безопасности схема 64S должна быть заблокирована во время работы устройства.
гармоники показал, что, хотя элемент и надежен, он может не обладать
Н. Сафари-Шад работает на кафедре электротехники и вычислительной техники
Университета Висконсин-Платтевилль, 1 University Plaza, Platteville, WI 53818 USA
(электронная почта: safarisn@uwplatt.edu).
Р. Франклин работает в Alliant Energy Corporate Services, Inc., 4902 N. Biltmore Lane, Madison,
WI 53718 USA (электронная почта: russ franklin@alliantenergy.com).
безопасностью [4]. В частности, элемент может быть надежно установлен
только в том случае, если будет проведено всестороннее тестирование
напряжения третьей гармоники. Однако выполнение комплексных испытаний
напряжения третьей гармоники может оказаться непростой задачей,
поскольку выходная мощность генератора должна варьироваться в пределах его возможн
Machine Translated by Google
элемент напряжения в комплекте с 64Г1 [8]. Здесь VP3 и VN3 обозначают
кривая, охватывающая как можно больше рабочих точек единичного и
неединичного коэффициента мощности. В документе представлена
величину напряжения третьей гармоники на клемме и нейтрали
практическая процедура, позволяющая проводить испытания, не подвергая
соответственно.
опасности стабильность генератора и не нарушая каких-либо эксплуатационных ограничений.
На рис. 2 показаны характеристики ВП3 и ВН3 при нормальных условиях
С другой стороны, опыт работы с элементом 64S показал, что элемент
эксплуатации. Эти характеристики предполагают, что VP3 и VN3
может быть надежно установлен только в том случае, если известна
пропорциональны друг другу. Однако параметр пропорциональности 64RAT
общая емкость относительно земли обмоток статора генератора,
изменяется в зависимости от условий нагрузки.
работа изофазной шины и соединенных треугольником обмоток повышающего
трансформатора. точно [5]-[7]. Поскольку этот параметр изменяется,
когда блок находится в состоянии покоя, а не когда он находится в
режиме онлайн, правильное определение настройки срабатывания элемента
представляет собой сложную задачу. В этой статье представлена
практическая процедура получения надежных и безопасных, т. е. надежных, настроек 64S.
Недавний проект модернизации реле генератора на электростанции
комбинированного цикла Alliant Energy, состоящей из одного
паротурбинного генератора мощностью 301,2 МВА и двух газотурбинных
установок мощностью 204,0 МВА, используется в качестве примера
установочных расчетов и рекомендаций по вводу в эксплуатацию для
достижения надежного генератора со 100% статором. защита от замыкания на землю.
Рис. 2.
Характеристики напряжения третьей гармоники при
нормальной работе
II. СХЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГО СТАТОРА НА
ЗАМЫКАНИЕ НА ЗЕМЛЮ
На рис. 3 показаны характеристики ВП3 и ВН3 при замыканиях на землю
нейтрали и клеммы. На основе этих характеристик схема
Распространенной неисправностью в генераторах является
дифференциального напряжения третьей гармоники работает, если
однофазное замыкание на землю, вызванное нарушением изоляции.
Существует несколько рекомендованных IEEE элементов защиты
однофазного статора от замыкания на землю [1]. Эти элементы
V3 = |VN3
относятся к генераторам HIG, где однофазный ток замыкания на землю
64RAT × VP3| > 64Г2П
(2)
относительно мал (от 3 до 25 А, стр. 32 в [1]) и, следовательно, не
обнаруживается дифференциальным реле генератора. В следующих
подразделах мы кратко рассмотрим операционную теорию этих схем.
A. Защита статора от заземления с использованием схемы защиты от
перенапряжения нейтрали основной частоты
Базовой защитой от однофазного замыкания статора на землю в
генераторах HIG является схема максимального напряжения нейтрали
основной частоты (50 или 60 Гц), обозначенная как 64G1 в первичном
реле [8] и 59N во вторичном реле [9]. Схема работает, если величина
основной составляющей напряжения VN на резисторе заземления
нейтрали RN больше установленной пользователем уставки срабатывания,
т.е.
Рис. 3. (а) Замыкание на землю в нейтральной точке, (б) Замыкание на землю в конечной
ВН1 > 64Г1П
(1)
Датчик 64Г1П можно рассчитать без проверки напряжения генератора,
см. п.1. 149 в [10]. Однако, поскольку неисправности вблизи нейтрали
приводят к VN1
= 0, элемент имеет слепую зону вблизи нейтрали
генератора. Следовательно, для достижения 100-процентного охвата
точке
Этот элемент реализован в первичном реле с использованием двух
фиксированных настроек для 64G2P и 64RAT. Однако для расчета этих
настроек требуются данные генератора. В частности, генератор должен
идеально работать на всей кривой мощности, при этом VP3 и VN3
защиты 64G1 в первичном реле и 59N во вторичном реле должны быть
регистрируются в каждой рабочей точке. После получения M точек
дополнены другими защитными элементами.
данных параметр 64RAT рассчитывается с использованием
М
B. 100% защита статора от земли с использованием схемы дифференциального
напряжения третьей гармоники
Когда клемма VT соединена звездой-звездой и генератор выдает более
1% напряжения третьей гармоники при всех режимах работы, элемент 64G2
в первичном реле может быть запрограммирован как дифференциал третьей
гармоники.
ВН3(и)
64РАТ =
я=1
(3)
М
VP3(i)
я=1
Кроме того, нижняя граница настройки звукоснимателя 64G2 составляет
Machine Translated by Google
чувствительно на основе реальной части полного тока нейтрали
рассчитано с использованием
частотой 20 Гц [5]. В любом случае, когда генератор сигналов 20 Гц
64G2Pмин = 1,1 0,1 + макс 1
i
M
{
V3(i)}
(4)
включен, защита обеспечивается, когда машина находится в режиме
онлайн или в автономном режиме. Однако, как указывалось ранее,
где
элемент блокируется, когда блок вращается вверх или вниз, а частота
V3(i) = |VN3(i)
64RAT × VP3(i)|
(5)
Несмотря на дополнительные поля в (4), для обеспечения
безопасности элемента необходимо тщательно выбирать датчик в
(2) [4]. С другой стороны, чтобы элемент был надежным, чувствительный
элемент в (2) должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить не
менее 10% перекрытия малой обмотки с элементом 64G1 [8].
сети приближается к частоте субгармонической инжекции, которая в
нашем случае составляет 20 Гц.
Для расчета настроек срабатывания 64S напряжение нейтрали UN
и ток IN на частоте 20 Гц измеряются при нескольких безаварийных
рабочих условиях, а также при ступенчатых аварийных состояниях
во время ввода реле в эксплуатацию. Однако, поскольку не все
состояния неисправности могут быть объединены в каскад, модель
эквивалентной схемы элемента 64S, показанная на рис. 4,
C. 100% защита статора от заземления с использованием схемы минимального
используется для получения расчетных данных, дополняющих
напряжения статора по третьей гармонике
измеренные данные. В дальнейшем данные, полученные с использованием
модели эквивалентной схемы, называются расчетными данными.
Когда генератор производит более 1% напряжения третьей
Расчетные данные в статье получены с помощью программы Matlab.
гармоники при всех рабочих условиях, но клемма VT подключена
треугольником, а не звездой-звездой, или анализ собранных данных
Для получения расчетных данных с помощью модели
эквивалентной схемы на рис. 4 получены следующие выражения для
напряжения третьей гармоники показывает, что элемент 64G2 не
может быть надежно установлен как Схема дифференциального
напряжения нейтрали VN и тока IN частоты 20 Гц вместе с
напряжения третьей гармоники, элемент 64G2 в первичном реле и
действительной частью IN , т.е.
элемент 27TN во вторичном реле могут быть установлены как элементы
минимального напряжения нейтрали третьей гармоники. Этот элемент
использует тот факт, что при замыкании статора на землю вблизи
ВН (jω0) =
нейтрали VN3 уменьшается. Следовательно, схема минимального
= |VN (jω0)|
напряжения нейтрали по третьей гармонике работает, если
ВН3 < 64Г2П
1
мин
{ВН3(я)}
i M
В (jω0) =
(7)
(8)
Vs(jω0)
θ
RN (1 + jω0(RSRF )C0) Γ(jω0)
н
= |IN (jω0)|
VN3 во время нормальной работы генератора, т. е.
1
N2
(6)
где срабатывание обычно устанавливается на 50 % от наименьшего значения
64Г2П = 2
RN (RSRF )
Γ(jω0)
Vs(jω0)
(9)
φ
Re (IN (jω0)) = |IN (jω0)| потому что (θ - φ)
(10)
При расчете срабатывания необходимо подчеркнуть, что самый
низкий VN3 не обязательно имеет место в точке холостого хода.
Γ(jω0) = (RN + RBP F + RL)(RSRF )
(11)
+ N 2RN (RBP F + RL)(1 + jω0(RSRF )C0)
D. 100% защита статора от заземления с использованием схемы
субгармонической инжекции
Как упоминалось ранее, обычные схемы защиты статора по
третьей гармонике не применимы к генераторам с недостаточным
напряжением третьей гармоники. Поэтому для обеспечения 100%
защиты статора от земли в генераторах HIG было введено множество
схем подачи субгармоник [7].
Элемент защиты 64S на рис. 1 обеспечивается только вторичным
реле. Для реализации этого элемента требуется, чтобы реле было
заказано с дополнительным элементом 64S вместе с тремя внешними
компонентами: i) источник инжекции 20 Гц (IS), ii) полосовой фильтр
(BPF) с центральной частотой 20 Гц и iii) измерительный
трансформатор тока 20 Гц.
С полосовым фильтром инжектируемый сигнал формирует
синусоидальное напряжение Vs частотой 20 Гц , которое
появляется на первичной обмотке заземляющего трансформатора
нейтрали. В результате соответствующий ток частотой 20 Гц
через обмотку статора и емкостную связь генератора
Здесь ω0, RL и RN обозначают частоту угловой субгармоники,
сопротивление, связанное с кабелем между оборудованием 20 Гц, и
сопротивление заземления нейтрали соответственно. C0
обозначает общую емкость относительно земли обмоток статора
генератора, включая изофазную работу шины и обмотки повышающего
трансформатора, соединенные треугольником.
Кроме того, RS и RF обозначают сопротивление изоляции неповрежденных
обмоток статора и сопротивление замыкания на землю соответственно.
Наконец, n и N обозначают коэффициент субгармонического трансформатора
тока и коэффициент трансформатора нейтрального напряжения (такой же,
как PTRN на рис. 1) соответственно. Обратите внимание, что в модель
добавлено значение RF , чтобы можно было рассчитать значения замыкания
для VN (jω0), IN (jω0) и Re (IN (jω0)) при различных сопротивлениях замыкания на землю.
III. ПРИМЕРЫ ИЗ ПРАКТИКИ
Осенью 2019 года был начат проект модернизации реле для
замены устаревших защитных реле на электростанции
контролируется элементом 64S. Элемент можно настроить на
комбинированного цикла Alliant Energy с одним паротурбинным
работу в зависимости от величины общего тока нейтрали 20 Гц. Элемент генератором
также можетмощностью
быть установлен
более
301,2 МВА
(ST13) и двумя идентичными блоками 204,0 МВА
Machine Translated by Google
набор рабочих точек, обозначенных прямоугольной траекторией внутри
кривой производительности генератора. Контрольные точки предназначены
ю
для захвата как можно большего числа рабочих точек единичного и
неединичного коэффициента мощности без нарушения каких-либо
эксплуатационных ограничений. Однако могут быть некоторые
дополнительные ограничения. Например, как показано на рис. 5, нормальный
высокий максимальный уровень диспетчеризации объекта ограничивает
выбор рабочих точек при высокой выходной мощности.
Рис. 4. Эквивалентная схемная модель элемента 64S
Газотурбинные установки МВА (ГТ1 и ГТ2). В Таблице I приведены
номинальные характеристики блоков и коэффициенты трансформатора
напряжения клеммы и нейтрали, т. е. PTR и PTRN соответственно.
ТАБЛИЦА I
ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРА И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Единица МВт МВАР МВА φ
СТ13
φ кВ ПТР ПТРН
241,0 180,7 301,2
204,0
ГТ1 (ГТ2) 173,4 107,5
18
150
50
18
150
50
В этом разделе объясняется процесс установки элементов защиты
Рис. 5. Кривая возможностей ST13 с локусами UEL и SSSL
Во время испытаний оператор генератора получает указание
статора от земли для ST13 и GT1 (GT2) как в первичных, так и во
запустить агрегат на холостом ходу и провести его через каждую
вторичных реле, показанных на рис. 1. В случае ST13 следует отметить,
заданную рабочую точку. Одновременно команда счетчика (МЕТ) в
что вторичное реле было заказано без дополнительного элемент 64С.
первичном реле используется для захвата напряжения третьей
гармоники VP3 и VN3 примерно каждые три секунды. Поскольку переход
между заданными рабочими точками для паротурбинных генераторов
обычно медленный, также записывается множество непреднамеренных,
A. Корпус паротурбинного генератора
но полезных промежуточных точек данных. В частности, для ST13
Как объяснялось в подразделе II-A, основной защитой от
указано тридцать девять контрольных точек, но записано M =
однофазного замыкания статора на землю в генераторах HIG
4193 точки данных. Пример захвата одной точки данных при отстающем
является схема защиты от перенапряжения нейтрали основной
трехфазном коэффициенте мощности 0,319 показан ниже.
частоты 64G1 (59N). Чувствительность этого элемента не зависит
от нагрузки генератора и устанавливается на основе выбранного
процентного покрытия с помощью
64Г1П =
(1 –
% покрытия
) × (φ
100
φ кВ × 1000)
3
× ПТРН
(12)
Как правило, используется рекомендуемый процент охвата 95% [8],
что дает
64Г1П =
(1
95
100) × (18 кВ × 1000)
50
3×
= 10,4
(13)
во вторичных вольтах (сВ).
Последние 5 % обмотки статора и определенный процент обмотки по
направлению к выводу генератора можно защитить с помощью схемы
дифференциального напряжения третьей гармоники. Однако для
надежной настройки элемента требуется тщательное тестирование
напряжения третьей гармоники генератора.
На рис. 5 показана кривая мощности ST13 с ее пределами
Рис. 6. Пример захвата данных рабочей точки для ST13
недовозбуждения и устойчивости в установившемся режиме, UEL и SSSL,
соответственно. Для сбора богатого набора контрольных точек
напряжения третьей гармоники оператору генератора предоставляется
После сбора данных основной производитель реле
Таблица настроек элемента 64G [8] используется для расчета
Machine Translated by Google
64G2 вместе с покрытием обмотки статора и, как следствие, перекрытиями с
4,5
элементом 64G1. Таблица II показывает результаты.
4
3,5
3
ТАБЛИЦА II
2,5
64G2 РАСЧЕТ НАСТРОЙКИ
2
64RAT 1,0 64G2Pmin 0,2 64G2P 0,3 17,2 % 64G2 минимальное
1,5
покрытие при малом намотке 64G2 верхняя граница покрытия
1
32,8 % Минимальное перекрытие 64G1 и 64G2 достигнуто 12,2 %
64G2P+
64Г2П
0,5
Данные
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
4
3,5
Рис. 8. Характеристики напряжения третьей гармоники ST13 и граничные линии отключения
64G2
Обратите внимание, что единичное значение настройки 64RAT
подразумевает строго линейную зависимость между значениями напряжения
третьей гармоники VP3 и VN3. Следовательно, с учетом уравнения (4)
испытано в. В частности, безопасность схемы сомнительна в рабочих
получается очень чувствительная нижняя граница наводки, т. е.
точках с высокой выходной мощностью.
64G2Pmin = 0,2.
Чтобы уменьшить чувствительность при сохранении зависимости от
элемента, чувствительность выбрана равной 0,3. Кроме того, для
5
4
3
значений настроек в Таблице II производитель реле предоставляет график
покрытия 64G1 и 64G2 при минимальном перекрытии элементов с мертвой
2
1
0
0
500
1000
1500
2000 г.
2500
3000
3500
4000
0
500
1000
1500
2000 г.
2500
3000
3500
4000
0
500
1000
1500
2000 г.
2500
3000
3500
4000
1,2
зоной каждого элемента, см. рис. 7.
1.1
1
0,9
0,8
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Рис. 9. Отклик схемы 64G2 на тестовые данные ST13
К сожалению, увеличение настройки срабатывания 64G2 до следующего
возможного уровня, т. е. 64G2P = 0,4, уменьшает минимальное перекрытие
64G1 и 64G2 до 9,6%, что меньше 10%, рекомендованных производителем
Рис. 7. Элементы-перекрытия 64G1 и 64G2
реле в таблице.
Чтобы оценить безопасность элемента при выбранной настройке срабатывания,
уравнение (2) используется для получения граничных линий срабатывания
[4], было решено установить элемент 64G2 в качестве схемы минимального
элемента 64G2, определяемых выражением
ВН3 = ВП3 ± 0,3
Столкнувшись с этой дилеммой и прошлым опытом неправильной работы
64G2 в качестве схемы дифференциального напряжения третьей гармоники
напряжения третьей гармоники в первичном реле и воспроизвести защиту
(14)
График граничных линий отключения (красный) и записанных точек данных
испытаний (синий) показан на рис. 8.
Обратите внимание, что согласно (2) генератор будет считаться
неисправным, если реле измеряет значения (VP3, VN3) , которые находятся
выше или ниже верхней (64G2P+) и нижней (64G2P-) граничных линий
отключения. Следовательно, из рис. 8 видно, что выбранная настройка
во вторичном реле. элемент реле 27TN. Для этого получают минимальное
измеренное значение VN3 из тестовых данных каждого реле и рассчитывают
уставку срабатывания каждого реле в соответствии с (7). Результаты
показаны в Таблице III. Как упоминалось ранее, вторичное реле было
заказано без дополнительного элемента 64S. Однако, несмотря на этот
факт, 100% заземление статора достигается с помощью 64G1 и 64G2 в
первичном реле и 59N и 27TN во вторичном реле.
срабатывания 64G2P = 0,3 является одинаково надежной. Этот
обнадеживающий вывод, однако, подвергается сомнению, когда точки
тестовых данных нанесены на график вместе с мгновенным отношением
напряжений третьей гармоники и рабочей величиной 64G2, определяемой
(5). В частности, из второго графика на рис. 9 видно, что отношение VN3
незначительно меняется в рабочих точках с низкой и высокой выходной
Используя настройки срабатывания, показанные в Таблице III, с
соответствующими временными задержками, оба реле были испытаны и введены
в эксплуатацию в октябре 2019 года. По прошествии более года в блоке не
было случаев неправильного срабатывания статора на землю.
мощностью VP3 . Эффект этого изменения отчетливо виден по увеличению
величины срабатывания
V3, показывая, что выбранная настройка
срабатывания 64G2P = 0,3 не является одинаково надежной для всех
рабочих точек, в которых работает агрегат.
B. Случаи газотурбинного генератора внутреннего сгорания
На следующем этапе проекта модернизации реле потребовалась замена
четырех устаревших реле на двух блоках ГТ. Здесь,
Machine Translated by Google
ТАБЛИЦА III
100% НАСТРОЙКА ЗАЗЕМЛЕНИЯ СТАТОРА ДЛЯ ST13
Значение VN3 не может обеспечить безопасную настройку, поскольку
согласно (6) срабатывание должно быть установлено на 0,09 сВ. Это, однако,
Первичное реле
Вторичное реле
невозможно из-за минимальной уставки срабатывания элемента, равной 0,1
в обоих реле. Следовательно, для обеспечения 100% защиты статора от
земли установка надежного элемента 64S во вторичном реле становится
64G1P = 10,4 сВ 59N Пикап = 10,4 сВ
абсолютной необходимостью. К счастью, дополнительный элемент 64S во
вторичном реле был заказан как для GT1, так и для GT2.
64RAT = 0
64G2P = 0,4 сВ 27TN Пикап = 0,33 сВ
следует отметить, что в отличие от ST13, который имеет только выключатель
на стороне высокого напряжения, как показано на типичной однолинейной схеме
на рис. 1, два блока GT имеют выключатели на стороне низкого и высокого напряжения.
Согласно Таблице I номинальное междуфазное напряжение генератора,
значения PTR и PTRN для ГТ1 и ГТ2 такие же, как и для блока ST13.
Следовательно, настройки реле 64G1 и 59N рассчитываются для тех же
значений, что и настройки ST13, показанные в Таблице III. Для защиты
последних 5-10 % обмотки статора вблизи нейтрали оказывается, что
схема дифференциального напряжения третьей гармоники невозможна,
так как оконечные ТН обоих блоков ГТ соединены треугольником.
Чтобы проверить, можно ли надежно настроить элемент минимального
напряжения третьей гармоники, тестируются оба ГТ. На рис. 10 показана
кривая мощности ГТ1 вместе с расчетными контрольными точками.
Кривая мощности GT2 идентична. Отметим, что, как и в ST13, нормальный
высокий максимальный уровень диспетчеризации объекта не позволял
получить тестовые точки при высокой выходной мощности. Более того, в
то время как указано тридцать пять контрольных точек, записывается
Рис. 11. Пример сбора данных счетчика-реле ГТ1
Подобно схемам с третьей гармоникой, настройка элемента 64S на
основе перегрузки по току во вторичном реле требует данных поля, которые
обычно берутся в состоянии покоя, без нагрузки и с малой нагрузкой.
Пример захваченных данных субгармонических величин с использованием
вторичного релейного измерения показан на рис. 12.
M = 1697 точек данных.
Рис. 12. Пример записи данных счетчика ГТ1 64С при малой нагрузке
Таблица IV показывает сводку измеренных данных, а также расчетных
Рис. 10. Кривая возможностей GT1(GT2) с локусами UEL и SSSL
данных. Обратите внимание, что требуемые значения параметров для
расчетных данных приведены в таблице V вместе с Vs(jω0) = 26 V
На основании собранных данных испытаний третьей гармоники
минимальное измеренное значение для VN3 = 0,180 сВ. Конкретные данные
, Rs =
0
, ω0 = 40 π рад/сек.
Согласно табл. V номинальное значение RN и емкость обмоток
измерителя, которые зафиксировали это значение, показаны на рис.11.
статора генератора составляют 0,525 Ом и 0,8171 мкФ соответственно.
Обратите внимание, что это значение записано в рабочей точке ведущего
Однако для учета допусков сопротивления, колебаний температуры и
коэффициента мощности 49,6 МВА. Это явное напоминание о том, что
добавления другого оборудования, повышающего емкость (когда
минимум VN3 не всегда возникает на холостом ходу. Во всяком случае, это низкое
выключатель нижнего плеча генератора отключен).
Machine Translated by Google
ТАБЛИЦА IV
В примечаниях по применению вторичного реле [11] рекомендуется, чтобы |I |
ИЗМЕРЕННЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТА 64S В СРАВНЕНИИ. РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ
ПУ
устанавливается
таким образом, чтобы элемент был достаточно чувствителен
Н
для обнаружения замыкания на землю статора с первичным сопротивлением
Измеренные данные
|ВН|
(В)
2.1
1. Безупречный в состоянии покоя
|В|
(мА)
5,2
2.3
2. Без повреждений при включенном
земли до 1 кОм, т. е.
Re (IN) (мА)
0,0
5.3
ПУ
7,0 мА < | IN | < 25,5 мА
0,2
возбудителе 3. Без повреждений при
2.3
6,8
0,2
малой нагрузке 4. Ступенчатое замыкание на землю клеммы в состоянии
0,9
33,8
32,9
покоя 5. Ступенчатое замыкание на землю нейтрали в состоянии покоя
0,9
34,4
33,7
Выбор датчика для 64S на основе полной величины IN в средней
Расчетные данные
|ВН|
(В)
(16)
точке между верхней и нижней границами в (16) дает
|В|
(мА)
Re (IN) (мА)
6. Безотказно с разомкнутым выключателем
2.0
6,6
0
7. Безотказно с включенным выключателем
2.0
7,0
0
8. Замыкание на землю с RF = 100 кОм (выключатель
2.0
6,6
0,6
2.0
6,9
0,6
2.0
6,6
1,3
7,0 + 25,5 |
ПУ
|ЯН = = 16,3 мА
2
(17)
на нижней стороне разомкнут)
9. Замыкание на землю с RF = 100 кОм (выключатель
В общем случае решение о том, следует ли устанавливать элемент
на нижней стороне замкнут)
10. Замыкание на землю с RF = 50 кОм (выключатель
64S на основе Re (IN ), или нет, во многом зависит от значения полной
на нижней стороне разомкнут)
11. Замыкание на землю с RF = 50 кОм
2.0
6,9
1,3
емкости генератора C0. Например, хорошо известно, что для
1,5
11.1
9,9
гидрогенераторов с большим значением C0 64S, основанный на
суммарной величине IN , не имеет приемлемой чувствительности к
(выключатель нижней стороны замкнут)
12. Замыкание на землю с RF = 5 кОм (выключатель
на нижней стороне разомкнут)
13. Замыкание на землю с RF = 5 кОм
1,5
11.2
9,9
0,8
25,5
25,4
высокоимпедансным замыканиям на землю [6]. Для этих случаев в [5]
0,8
25,5
25,4
предлагается устанавливать элемент 64S на основе Re (IN ) в
0
41,6
41,6
дополнение к полной величине IN . В частности, если значение C0
0
41,6
41,6
больше 1,5 мкФ, а RN меньше 0,3 Ом вторичной обмотки, включается
(выключатель нижней стороны замкнут)
14. Замыкание на землю с RF = 1 кОм (выключатель
на нижней стороне разомкнут)
15. Замыкание на землю с RF = 1 кОм
(выключатель на нижней стороне замкнут)
16. Замыкание на землю с RF = 0 кОм (выключатель
на нижней стороне разомкнут)
17. Замыкание на землю с RF = 0 кОм
(выключатель нижней стороны замкнут)
64S на основе Re (IN ), а его срабатывание определяется на основе
данных Таблицы IV. Здесь мы имеем C0 = 0,8580 мкФ и RN = 0,683
замкнутый), учитываются неопределенности параметров δ1 и δ2 .
вторичного Ома, что не попадает в эту категорию. Несмотря на это,
Неопределенности этих параметров фиксируются на уровне δ1 = 0,30 и
разумно настроить 64S на основе Re (IN ), чтобы резервировать общую
δ2 = 0,05, чтобы обеспечить близкое соответствие между расчетными
величину IN и повысить чувствительность к замыканиям на землю
и измеренными данными.
при первичном сопротивлении заземления до 5 кОм, т. е.
ТАБЛИЦА V
ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИ ЦЕПИ, ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ЭЛЕМЕНТУ 64S
РБФФ РЛ
(Ом)
8
(мОм)
5
РН
С0
(Ом)
(мкФ)
max {нормальный Re (IN )} < Re (I
Нн
ПУ
N ) < min {неисправен Re (IN )} (18)
Используя этот критерий в нашем приложении, получаем
ПУ
0,2 мА < Re (I N ) < 9,9 мА
(1 + δ1) 0,525 (1 + δ2) 0,8171 50 78
(19)
Аналогично (16), наводка для 64S на основе Re (IN ) затем выбирается
как средняя точка между верхней и нижней границами в (19), т.е.
В отношении значений Таблицы IV уместно сделать два
замечания: 1) Как видно из строк 2 и 3, IN увеличивается, когда
выключатель генератора на нижней стороне замкнут. Это
ПУ
(I N ) = = 5,1 мА
увеличение является прямым следствием увеличения
емкости цепи из-за добавления трансформаторов собственных
нужд блока, оборудования для перенапряжения и
измерительных трансформаторов.
2) Как указывалось ранее, уравнения (8)-(11) представляют собой
модель элемента 64S. Эти уравнения закодированы в
2
эксплуатацию в марте 2020 года один за другим, и до сих пор не было
никаких нарушений в работе.
ТАБЛИЦА VI
100% НАСТРОЙКА ЗАЗЕМЛЕНИЯ СТАТОРА ДЛЯ GT1 (GT2)
ясно увидеть, сравнив строки 1–
5 с строками 6–
17.
При желании модель можно улучшить, включив неидеальную
модель трансформатора, а не идеальную для трансформатора
Первичное реле
Вторичное реле
заземления нейтрали.
64Г1П = 10,4 сВ
На основании Таблицы IV срабатывание реле максимального тока 64S
Пикап 59N = 10,4 сВ
ПУ
|ЯН
обозначено как | должен быть установлен таким образом, чтобы он
срабатывал при замыкании на землю на выводе генератора, нейтрали или любом
месте между ними, но не срабатывал во время нормальной работы, т. е.
ПУ
макс {нормальный |IN |} < |I Н | < мин {неисправен |IN |}
64G2 отключен
64S |В | Срабатывание = 16,3 мА
64S Re (IN ) Срабатывание = 5,1 мА
(15)
(20)
Окончательные настройки элементов защиты статора от
заземления для ГТ приведены в Таблице VI. Оба блока были введены в
программном обеспечении Matlab для получения расчетных
данных, показанных в таблице IV. Несовершенство модели можно
0,2 + 9,9 Re
Machine Translated by Google
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Есть много проблем в достижении 100% защиты статора от земли генераторов
HIG. В статье представлены практические способы достижения этой цели с
использованием обычного напряжения третьей гармоники, а также схем
инжекции субгармоник. В первом случае ключевым элементом достижения
надежности является проведение всесторонних испытаний генератора с
последующим тщательным анализом записанных данных. Как видно из статьи,
даже в этом случае могут возникнуть трудности с установкой обычных схем
напряжения третьей гармоники. Однако в последнем случае важны полевые
данные и использование точной субгармонической модели, что может привести
к надежной защите.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
[1] Руководство IEEE по защите генераторов переменного тока, IEEE Std. С37.102, 2006 г.
[2] CV Maughan, «Отказы заземления обмотки статора», представлено на конференции
ASME Power Conf., Бостон, Массачусетс, США, 29 июля — авг. 1, 2013.
[3] Дж. В. Поуп, «Сравнение 100% схем защиты статора от замыканий на землю для обмоток
статора генератора», IEEE Trans. Мощное приложение. сист., вып. ПАС-103, вып. 4, стр.
832840, апрель 1984 г.
[4] Н. Сафари-Шад и Р. Франклин, «Адаптивная 100% защита статора от замыканий на
землю на основе схемы дифференциального напряжения третьей гармоники», IEEE
Trans. Power Del., vol. 31, нет. 4, стр. 14291436, август 2015 г.
[5] С. Тернер, «Применение 100% защиты статора от замыканий на землю путем
низкочастотной инжекции для генераторов», Proc. IEEE Power Energy Soc.
Общее собрание, июль 2009 г., стр. 1-6.
[6] Н. Сафари-Шад и Р. Франклин, «Адаптивная 100% защита статора от замыканий на
землю на основе метода субгармонической инжекции», в Proc. XXII Междунар. конф.
электр. Mach., Лозанна, Швейцария, 47 сентября 2016 г., стр. 21512157.
[7] Н. Сафари-Шад, Р. Франклин, А. Негадари и Х.А. Толият «Адаптивная защита статора
генератора от замыканий на землю на 100% на основе инжекции с возможностью
определения места повреждения в реальном времени», IEEE Trans. о Power Del., vol. 33,
нет. 5, стр. 2364-2372, октябрь 2018 г.
[8] «Руководство по эксплуатации многофункционального реле генератора SEL-300G»,
Schweitzer Engineering Laboratories, код даты 20181126.
[9] Beckwith Electric, Реле защиты генератора M3425A. Инструкция.
Книга, Beckwith Electric Inc. Publ.
[10] Д. Реймерт, Релейная защита для систем производства электроэнергии, Бока-Ратон,
Флорида, США: CRC, 2006.
[11] Дуг Визе, «Примечания Beckwith Electric по применению 100% защиты статора от
заземления 64S», апрель 2020 г.
Надер Сафари-Шад родился в Тегеране, Иран, в 1960 году. Он получил степень бакалавра и
магистра в области электротехники в Орегонском государственном университете в 1982 и
1984 годах. Он получил степень доктора философии. степень в области электротехники и
вычислительной техники Университета Висконсин-Мэдисон в 1992 году.
С 1992 по 2000 год он работал на кафедре электротехники в Технологическом
университете им. К. Н. Туси в Тегеране, Иран. С 2001 года он работал в отделе электротехники
и вычислительной техники Университета Висконсин-Платтевилль и занимал должность
консультанта в отделе защиты систем в Alliant Energy Corporation. С сентября 2014 года
он является членом нескольких подкомитетов J Комитета по ретрансляции и управлению
энергосистемами IEEE-PES.
Расс Франклин родился в Сидар-Рапидс, штат Айова, в 1967 году. Он получил степень
бакалавра электротехники в Университете штата Айова в 1990 году.
С 1990 года по настоящее время он 30 лет проработал в коммунальной отрасли в Alliant
Energy Corporation. За это время он работал на различных должностях, поддерживая
инженерное проектирование, строительство и эксплуатационную поддержку объектов
передачи, распределения и генерации. В настоящее время он является старшим
менеджером по электротехнике. Его исследовательские интересы включают защиту
энергосистемы.
Посмотреть статистику публикаций