zaŠ Čita generatorja v nek - core.ac.uk · relay protection of synchronous generator in krško...
TRANSCRIPT
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
Damjan Judež
ZAŠČITA GENERATORJA V NEK
Diplomsko delo
Maribor, junij 2014
I
ZAŠČITA GENERATORJA V NEK
Diplomsko delo
Študent: Damjan JUDEŽ
Študijski program: VS Elektrotehnika
Smer: Močnostna elektrotehnika
Mentor: izr. prof. dr. Boštjan POLAJŽER
Somentor: red. prof. dr. Bojan GRČAR
II
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Boštjanu Polajžerju
in somentorju red. prof. dr. Bojanu Grčarju za pomoč in
vodenje pri izdelavi diplomskega dela.
Zahvaljujem se vodstvu Nuklearne elektrarne Krško za
finančno podporo pri študiju, kakor tudi mojim ožjim
sodelavcem za potrebno razbremenitev med študijem.
Posebna zahvala pa gre družini, ki mi je pomagala in stala
ob strani v času študija.
IV
ZAŠČITA GENERATORJA V NEK
Klju čne besede: elektroenergetika, zaščita, sinhronski generator, rele…
UDK: 621.313.322(043.2)
Povzetek
Diplomska naloga zajema splošni opis elektrarne, proizvodnjo električne energije in relejne
zaščite sinhronskega generatorja v Nuklearni elektrarni Krško. V delu so podani posamezni
izračuni primarnih in sekundarnih vrednosti parametrov, ki so se uporabili za
parametriranje zaščitnih funkcij. Cilj diplomske naloge je bil podrobneje preučiti zaščito in
nova spoznanja implementirati v vzdrževalne postopke po katerih preizkušamo relejno
zaščito v elektrarni. Sekundarni preizkusi zaščitnih funkcij so bili izvedeni na rezervnem
releju, v laboratoriju elektro-vzdrževanja s preizkuševalno napravo Omicron.
V
PROTECTION OF THE GENERATOR IN
KRŠKO NPP
Key words: power engineering, protection, synchronous generator, relay…
UDK: 621.313.322(043.2)
Abstract
A thesis includes general description of power plant, the main electric power generation and
relay protection of synchronous generator in Krško Nuclear Power Plant. Individual
calculations of primary and secondary values of parameters where passed within work,
which were used for parameterization of protective functions. The purpose of the thesis was
to examine in detail the protection and implement new knowledge in maintenance
procedures by which numerical relays where tested in power plant. Secondary testing of
protective functions have been implemented on the backup relay in laboratory of electrical
maintenance department with the Omicron testing device.
VI
VSEBINA
1 UVOD ............................................................................................................................... 1
2 SPLOŠNI OPIS NEK ..................................................................................................... 2
3 PROIZVODNJA ELEKTRI ČNE ENERGIJE ............................................................ 4
3.1 Sinhronski generator ............................................................................................... 5
3.1.1 Vzbujalni sistem generatorja ................................................................................... 6
3.2 Glavna transformatorja GT1 in GT2 ....................................................................... 7
3.3 Transformatorja lastne rabe T1 in T2 ...................................................................... 7
3.4 Bremensko stikalo ................................................................................................... 8
3.5 Oklopljene zbiralke ................................................................................................. 8
3.6 Relejna zaščita ......................................................................................................... 9
3.6.1 Zamenjava elektro-mehanskih relejev z numeričnimi [4] .................................... 10
3.6.2 Razdelitev zaščitnih funkcij .................................................................................. 11
3.6.3 Logika proženja odklopnikov po delovanju zaščitnih relejev ............................... 13
4 PARAMETRIRANJE ZAŠ ČITNIH FUNKCIJ ........................................................ 15
4.1 Diferenčna zaščita ................................................................................................. 16
4.2 Nepopolna zemeljskostična zaščita ....................................................................... 17
4.3 Popolna zemeljskostična zaščita ........................................................................... 19
4.4 Nadtokovna zaščita ............................................................................................... 21
4.5 Zaščita pri izpadu vzbujanja .................................................................................. 22
4.6 Zaščita pri prevzbujanju ........................................................................................ 25 4.7 Zaščita pri nesimetriji ............................................................................................ 26
4.8 Impedančna zaščita ............................................................................................... 28
4.9 Prenapetostna zaščita ............................................................................................ 31
4.10 Podfrekvenčna zaščita ........................................................................................... 32
4.11 Zaščita pri povratni moči ...................................................................................... 32
4.12 Zemeljskostična zaščita vzbujalnega navitja rotorja ............................................. 33
5 NAPRAVE ZA PREIZKUŠANJE ZAŠ ČITE ............................................................ 35
5.1 Naprava za generiranje velikih tokov ................................................................... 35
5.2 Naprave za sekundarno preizkušanje .................................................................... 37
5.2.1 Pulsar ..................................................................................................................... 37
5.2.2 Omicron CMC 256-6 in CMA 156. ...................................................................... 37
VII
6 SEKUNDARNO PREIZKUŠANJE ZAŠČITNIH FUNKCIJ NUMERI ČNEGA
RELEJA SIEMENS SIPROTEC 7UM622 ................................................................. 43
6.1 Numerični zaščitni rele ......................................................................................... 44
6.2 Preizkus pravilne vezave releja s preizkuševalno napravo ................................... 46
6.3 Preizkušanje impedančne zaščite .......................................................................... 49
6.4 Preizkušanje zaščite pri nesimetriji ....................................................................... 53
6.5 Preizkušanje prenapetostne zaščite ....................................................................... 56
6.6 Preizkušanje zaščite pri izpadu vzbujanja ............................................................. 59
6.7 Preizkušanje diferenčne zaščite ............................................................................. 62
6.8 Preizkušanje popolne zemeljskostične zaščite statorja ......................................... 66
7 SKLEP ........................................................................................................................... 70
8 VIRI, LITERATURA ................................................................................................... 71
9 PRILOGE ...................................................................................................................... 73
VIII
UPORABLJENI SIMBOLI
NI nazivni tok [A]
NU nazivna napetost [V]
NS nazivna navidezna moč [VA]
Q jalova moč [VAr]
sekNTMTI _ sekundarni nazivni tok TMT [A]
sekNNMTU _ sekundarna nazivna napetost NMT [V]
Igk prestavno razmerje TMT [ ]
Ugk prestavno razmerje NMT [ ]
Ugzk prestavno razmerje ozemljitvenega transformatorja [ ]
%100Ugk delilnik napetosti za popolno zemeljskostično zaščito [ ]
%100Igk prestavno razmerje TMT za popolno zemeljskostično zaščito [ ]
sekNS _ nazivna navidezna moč na sekundarni strani TMT in NMT [VA]
t čas [s]
IP mnogokratnik nazivnega toka [ ]
K2 konstanta, ki je določena s konstrukcijo generatorja [s]
I2 tok negativnega zaporedja [A]
Z impedanca [Ω]
Useal-in meja podnapetostnega zadrževanja [V]
zI zemeljskostični tok, ki ga omejuje upor v zvezdišču SG [A]
U0 residualna napetost pri zemeljskih stikih [V]
Rsef dozemna upornost statorskega navitja pri zemeljskem stiku, ki jo meri rele
pri popolni zemeljskostični zaščiti [Ω]
Isef tok frekvence 20 Hz pri popolni zemeljskostični zaščiti [A]
Usef napetost frekvence 20 Hz pri popolni zemeljskostični zaščiti [V]
IX
Ksef faktor s katerim preračunamo primarne vrednosti dozemnih upornosti na
sekundarno stran ozemljitvenega transformatorja, ki jo meri zaščitni rele
preko TMT (namenjenega za meritev toka skozi upor na sekundarni strani
ozemljitvenega transformatorja prestavnega razmerja 400 A / 5 A) in
napetostnega delilnika (prestavnega razmerja 1650 Ω / 660 Ω) [ ]
Idif diferenčni tok [A]
Istab stabilizacijski tok [A]
IA, IB, IC fazorji faznih tokov [A]
UA, UB, UC fazorji faznih napetosti [V]
Y admitanca, ki je določena kot recipročna vrednost impedance [Ω-1]
B susceptanca, ki je določena kot imaginarni del admitance [Ω-1]
G prevodnost, ki je določena kot recipročna vrednost upornosti [Ω-1]
IVZ vzbujalni tok [A]
UVZ vzbujalna napetost [V]
XGT1, XGT2 impedanci glavnih transformatorjev GT1 in GT2
X
UPORABLJENE KRATICE
NEK Nuklearna elektrarna Krško
GN-TR blok stik generatorja in transformatorjev
SG sinhronski generator
GT1, GT2 glavna transformatorja preko katerih je elektrarna priklopljena na 400
kV omrežje (21 kV / 400 kV)
T1, T2 transformatorja lastne rabe (21 kV / 6,3 kV)
T3 transformator za priklop lastne rabe na 110 kV omrežje
(110 kV / 6,3 kV)
86G, 86U, 86GC pomožni izklopilni releji, katere prožijo zaščitni releji, ko pride do
aktivacije zaščitne funkcije
ANSI Ameriški državni inštitut za standardizacijo (American National
Standard Institute)
TMT tokovni merilni transformator
NMT napetostni merilni transformator
MFLB serijska številka releja za naročanje
PIS procesno informacijski sistem
XI
SEZNAM SLIK
Slika 2.1: Shema tehnološkega procesa NEK [2] .......................................................... 2
Slika 3.1: Enopolna shema električnega razvoda NEK.................................................. 4
Slika 3.2: Shema sistema oklopljenih zbiralk [3] ........................................................... 9
Slika 3.3: Omara relejne zaščite bloka, GT1, GT2, T1, T2 in T3 ................................ 10
Slika 3.4: Logika proženja zaščitnih relejev ................................................................ 13
Slika 4.1: Principielna shema delovanja diferenčne zaščite ......................................... 16
Slika 4.2: Stabilizacijska karakteristika diferenčne zaščite .......................................... 17
Slika 4.3: Prikaz vezave nepopolne zemeljskostične zaščite ....................................... 18
Slika 4.4: Prikaz priklopa popolne statorske zaščite [6] .............................................. 20
Slika 4.5: Nadtokovni karakteristiki SG in zaščitnega releja ....................................... 22
Slika 4.6: Prikaz krivulj v obratovalnem diagramu SG ............................................... 23
Slika 4.7: Prikaz krivulj v admitančni ravnini v relativnih enotah............................... 24
Slika 4.8: Karakteristika U/f zaščite ............................................................................. 26
Slika 4.9: Karakteristika zaščite pri nesimetriji [6] ...................................................... 27
Slika 4.10: Poligonska karakteristika impedančne zaščite [6] ....................................... 29
Slika 4.11: Shema sistema za detekcijo zemeljskega stika navitja rotorja SG .............. 34
Slika 4.12: Sistem za detekcijo zemeljskega stika navitja rotorja SG ........................... 34
Slika 5.1: Naprava za primarno preizkušanje zaščite (ODEN) .................................... 35
Slika 5.2: Kontrolna enota preizkuševalne naprave ODEN ......................................... 36
Slika 5.3: Preizkuševalna naprava (PULSAR) ............................................................. 37
Slika 5.4: Prikaz preizkuševalnih naprav s priključenim osebnim računalnikom ....... 38
Slika 5.5: Preizkuševalna naprava CMC 256-6 z opisom priključnih sponk ............... 39
Slika 5.6: Programski vmesnik TEST UNIVERSE ..................................................... 40
Slika 5.7: Nastavitev parametrov za rele (7UM622).................................................... 41
Slika 5.8: Določitev nazivnih podatkov SG in TMT ................................................... 41
Slika 5.9: Določitev karakterističnih točk za izris stabilizacijske karakteristike ......... 42
Slika 6.1: Priklop preizkuševalne naprave preko preizkusnih vtičnic ......................... 43
Slika 6.2: Numerični zaščitni rele Siemens SIPROTEC 7UM62 (prva stran) ............. 44
Slika 6.3: Numerični zaščitni rele Siemens SIPROTEC 7UM62 (zadnja stran) ......... 45
XII
Slika 6.4: Vezava releja s preizkuševalno napravo CMC 256-6 in CMA 156............. 47
Slika 6.5: Kazalčni diagram generiranih linijskih tokov in napetosti .......................... 48
Slika 6.6: Prikaz nastavitve izhodnih signalov za primer 3-f kratkega stika. .............. 50
Slika 6.7: Prikaz rezultatov preizkušanja zaščite pri nesimetriji .................................. 56
Slika 6.8: Prikaz rezultatov preizkušanja zaščite pri izpadu vzbujanja ........................ 62
Slika 6.9: Stabilizacijska karakteristika diferenčne zaščite .......................................... 63
Slika 6.10: Prikaz rezultatov prvega preizkusa diferenčne zaščite ................................ 64
Slika 6.11: Prikaz rezultatov drugega preizkusa diferenčne zaščite .............................. 65
Slika 6.12: Vezava releja s preizkuševalno napravo CMC 256-6 .................................. 67
Slika 6.13: Shema priklopa uporovne dekade pri primarnem preizkusu popolne
zemeljskostične zaščite ................................................................................ 68
XIII
SEZNAM TABEL
Tabela 4.1: Nastavitve termične karakteristike U/f zaščite [5] ....................................... 26
Tabela 6.1: Prikaz generiranih tokov in napetosti za pozitivno delovno moč
P = 700 MW pri cos φ = 1 ........................................................................... 48
Tabela 6.2: Nastavitev parametrov impedančne zaščite ................................................. 49
Tabela 6.3: Rezultati preizkusa impedančne zaščite pri konstantnem toku I = 6,5 A
in kotu φ = 0° ............................................................................................... 51
Tabela 6.4: Rezultati preizkusa impedančne zaščite pri konstantnem toku I = 6,5 A
in kotu ϕ = 90° ............................................................................................. 52
Tabela 6.5: Vzbuditev impedančne zaščite pri konstantni impedanci in kotu ϕ = 0° .... 53
Tabela 6.6: Nastavitev parametrov zaščite pri nesimetriji .............................................. 53
Tabela 6.7: Rezultati preizkusa zaščite pri nesimetriji ................................................... 55
Tabela 6.8: Nastavitev parametrov prenapetostne zaščite .............................................. 56
Tabela 6.9: Rezultati preizkusa prenapetostne zaščite .................................................... 58
Tabela 6.10: Nastavitev parametrov zaščite pri izpadu vzbujanja .................................... 59
Tabela 6.11: Rezultati preizkusa zaščite pri izpadu vzbujanja, ko je delovna moč na
sekundarni strani TMT in NMT 0 W. .......................................................... 60
Tabela 6.12: Rezultati preizkusa zaščite pri izpadu vzbujanja, ko je delovna moč na
sekundarni strani TMT in NMT 727,5 W. ................................................... 61
Tabela 6.13: Preverjanje blokade zaščite pri izpadu vzbujanja na zmanjšano napetost
...................................................................................................................... 61
Tabela 6.14: Nastavitev parametrov diferenčne zaščite ................................................... 62
Tabela 6.15: Rezultati preizkusa diferenčne zaščite po stabilizacijski karakteristiki ....... 64
Tabela 6.16: Nastavitev parametrov za popolno zemeljskostično zaščito ........................ 66
Tabela 6.17: Rezultati preizkusa popolne zemeljskostične zaščite .................................. 68
Tabela 6.18: Rezultati primarnega preizkusa popolne zemeljskostične zaščite ............... 69
Damjan Judež, diplomsko delo
1
1 UVOD
Nuklearna elektrarna v Krškem (v nadaljevanju NEK) obratuje komercialno že več kot
trideset let. V zadnjih letih je bilo izvedenih veliko posodobitev tehnološke opreme. Ena od
posodobitev je bila tudi zamenjava relejne zaščite generatorja in bloka transformator-
generator. Relejna zaščita bloka je zelo pomembna za stabilno obratovanje elektrarne in
mora izpolnjevati vse osnovne zahteve: zanesljivost, selektivnost in hitro delovanje. Zato je
potrebno zaščito pravilno načrtovati, nastaviti in jo redno preizkušati. Namen diplomske
naloge je bil podrobneje spoznati relejno zaščito v NEK in pridobiti dodatno znanje, ki bo
služilo kot pomoč pri rednih preizkusih zaščitnih relejev.
V drugem poglavju je podan splošen opis elektrarne, opisani pa so tudi trije glavni
krogi krožnega toplotnega procesa pri pridobivanju električne energije.
V tretjem poglavju je opisana proizvodnja električne energije in glavni elementi
električnega postrojenja: sinhronski generator (v nadaljevanju SG), vzbujalnik, glavna
transformatorja s katerima je NEK priključena na 400kV prenosno omrežje, transformatorja
lastne rabe, oklopljene zbiralke in relejna zaščita bloka transformator-generator.
V četrtem poglavju smo podrobneje opisali namen, področje ščitenja in izračune
primarnih vrednosti, katerih rezultati služijo kot vhodni podatki za parametrizacijo
posameznih zaščitnih funkcij. Primarne vrednosti smo preračunali na sekundarno stran
tokovnega merilnega transformatorja (v nadaljevanju TMT) in napetostnega merilnega
transformatorja (v nadaljevanju NMT).
V petem poglavju so opisane preizkuševalne naprave, ki jih v NEK uporabljamo za
primarno in sekundarno preizkušanje relejne zaščite.
V zadnjem poglavju so podani rezultati preizkusov zaščitnih funkcij enega od relejev
zaščite generatorja, s katerimi smo potrdili pravilno nastavitev in delovanje releja v primeru
simuliranja okvar s sekundarnimi toki in napetostmi. Preizkuse smo izvajali s preizkuševalno
napravo Omicron CMC 256-6, razširjeno s tokovnim ojačevalnikom CMA 156.
Damjan Judež, diplomsko delo
2
2 SPLOŠNI OPIS NEK
»Vsaka nuklearna elektrarna je načeloma toplotni stroj s krožnim procesom, ki ima vir in
ponor toplote. V krožnem procesu se del toplote, ki se pretaka iz vira toplote (toplega
rezervoarja) v ponor toplote (hladilni rezervoar) spreminja v tehnično koristno delo (oz.
električno energijo). Nuklearna elektrarna torej načeloma deluje enako kot termoelektrarna,
le da je vir toplote namesto parnega kotla na klasično gorivo, nuklearni reaktor.« [1]
Slika 2.1: Shema tehnološkega procesa NEK [2]
Na shemi tehnološkega procesa, ki jo prikazuje slika 2.1 so prikazani naslednji elementi:
1. reaktor, 2. reaktorski črpalki, 3. uparjalnika, 4. tlačnik (posoda za vzdrževanje tlaka),
5. visokotlačna turbina, 6. nizkotlačna turbina, 7. sinhronski generator, 8. ločevalnik pare,
9. predgrelnik pare, 10. kondenzator, v katerem para kondenzira, 11. črpalka kondenzata,
12. nizkotlačni predgrelnik, 13. napajalna črpalka, 15. črpalka hladilne vode, 16. hladilne
celice, 17. črpalka hladilnih celic, 18. transformator.
Nuklearna elektrarna Krško ima tlačnovodni reaktor. Ta tip reaktorja je eden od tehnično in
komercialno najbolj razvitih. Uporablja večina nuklearnih elektrarn v svetu. Kako deluje
Damjan Judež, diplomsko delo
3
nuklearna elektrarna s tlačnovodnim reaktorjem, je zelo poenostavljeno prikazano na
sliki 2.1. Celotni postroj nuklearne elektrarne sestavljajo trije ločeni toplotni krogi, ki so med
seboj neodvisni [1];
Prvi krog , oz. primarni krog, ki je na sliki 2.1 označen z rumeno in oranžno barvo, vsebuje
vir toplote – sredico reaktorja, ki je v reaktorski tlačni posodi. Cevovodi povezujejo tlačno
posodo z uparjalnikom in črpalko tako, da se hladilo (voda) pretaka skozi tlačno posodo (tlak
vode je 156 bar-ov s temperaturo 324°C), skozi U-cevi uparjalnika (toplotnega
izmenjevalca), skozi črpalko in nazaj v tlačno posodo. NEK ima dve primarni hladilni zanki.
[1]
Drugi krog , oz. sekundarni krog, ki je na sliki 2.1 označen z rdečo in modro barvo, je
porabnik toplote primarnega sistema. Uparjalnik, preko U - cevi prenese toploto primarnega
hladila na sekundarno hladilo (vodo). Voda se v uparjalniku uparja in kot visokotlačna para
(tlak pare je 65 bar-a s temperaturo 280°C) prehaja v parno turbino. Para v parni turbini
ekspandira, pri čemer se del njene toplotne energije pretvori v mehansko energijo, ki poganja
SG. Ekspandirana para iz turbine prehaja v kondenzator, kjer se v stiku s hladilnimi cevmi
kondenzatorja ohladi in kondenzira. Kapljevina oz. voda, ki nastane pri kondenziranju, se
zbira na dnu kondenzatorja in jo imenujemo kondenzat. Črpalka kondenzata črpa kondenzat
nazaj v uparjalnik. S tem je sekundarni krog zaključen. [1]
Tretji krog, ki je na sliki 2.1 označen z zeleno barvo, je hladilni sistem kondenzatorja. V
bistvu je ponor toplote za tisti del toplote primarnega sistema, ki ga niti teoretično ni mogoče
pretvoriti v mehansko energijo in ga je potrebno odvajati v okolje. Hladilni sistem
kondenzatorja deluje tako, da črpalka črpa vodo iz reke in jo potiska skozi hladilne cevi
kondenzatorja. Voda se ogreje, ko prejme toploto, ki jo je ob kondenzaciji na ceveh
kondenzatorja oddala ekspandirana para in odteče nazaj v reko. S tem je zaključen tudi tretji
toplotni krog. [1]
Damjan Judež, diplomsko delo
4
3 PROIZVODNJA ELEKTRI ČNE ENERGIJE
V elektrarni je vgrajen sinhronski generator, navidezne moči 850 MVA in napetosti 21 kV.
Na 400 kV prenosno omrežje Slovenije je priključen preko dveh paralelno vezanih
transformatorjev GT1 in GT2, nazivne navidezne moči 500 MVA, napetostnega prestavnega
razmerja 21 kV / 400 kV in vezalne skupine YNd5.
Lastna raba elektrarne se napaja preko dveh transformatorjev T1 in T2, nazivne navidezne
moči 60 MVA, prestavnega razmerja 21 kV / 6,3 kV in vezalne skupine Dy7. Vsak
transformator napaja dve 6,3 kV zbiralki, ki služita za nadaljnji razvod električne energije
do porabnikov. Zbiralke, ki imajo kot vir v sili priklopljen dizel generator, imajo v imenu
črko »D«. Vse štiri zbiralke so lahko napajane tudi iz ločenega 110 kV vira preko
transformatorja T3, ki služi kot sekundarni napetostni vir lastne rabe.
Povezave med bremenskim stikalom, glavnima transformatorjema (GT1 in GT2),
transformatorji lastne rabe (T1 in T2) in generatorjem, so izvedene z oklopljenimi
zbiralkami. Poenostavljena enopolna shema električnega razvoda je prikazana na sliki 3.1.
Slika 3.1: Enopolna shema električnega razvoda NEK
SG
GT1 GT2
T1 T2BREMENSKO STIKALO
400 kV OMREŽJE
M1
M2
MD1
MD2
110 kV OMREŽJE
T3
Damjan Judež, diplomsko delo
5
3.1 Sinhronski generator
Namen generatorja je pretvarjanje mehanske energije v električno. Generator obratuje pri
vrtilni hitrosti 1500 min-1 in frekvenci 50 Hz, pri čemer delovna in navidezna moč znašata
744,6 MW in 850 MVA. Nazivna napetost generatorja je 21 kV, nazivni tok pa 23,37 kA.
Statorski paket je sestavljen iz dinamo pločevine. Posamezne pločevine ločuje izolacija. V
statorskem paketu so utori, v katerih je nameščeno dvoplastno bakreno navitje. Notranjost
vodnikov statorskega navitja je votla in vodno hlajena, ker se na ta način odvaja izgube v
bakru.
Izgube v statorskem železu in bakru rotorja se odvajajo s pomočjo vodika, ki kroži skozi
izvrtine v statorskem paketu in luknjah v rotorskih vodnikih. Vodik po notranjosti
generatorja poganja ventilator nameščen na turbinski strani gredi. Morebitne vroče točke in
učinkovitost hlajenja generatorja je nadzorovano s sistemom za merjenje temperature.
Enosmerni tok za potrebe ustvarjanja magnetnega polja je na rotor doveden iz glavnega
vzbujalnika preko nekrmiljenega usmernika po dveh vodnikih nameščenih v rotorski
gredi. [3]
Nazivni podatki sinhronskega generatorja
(maksimalni razpoložljivi) (deklarirani nazivni)
SN = 880 MVA SN = 850 MVA ... nazivna navidezna moč
cos φ = 0,872 cos φ = 0,876 ... faktor delavnosti
UN = 21000 V UN = 21000 V ... nazivna napetost
n = 1500 min-1 n = 1500 min-1 ... nazivni vrtljaji
IN = 24194 A IN = 23369 A ... nazivni tok
P = 767 MW P = 745 MW ... nazivna delovna moč
Q = 431 /- 250 MVAr Q = 410 / -250 MVA ... nazivna jalova moč
Zaradi omejitve vzbujalnega sistema, generator ne more doseči maksimalne moči, ampak
obratuje na deklariranih nazivnih parametrih.
Damjan Judež, diplomsko delo
6
3.1.1 Vzbujalni sistem generatorja
Namen sistema je proizvodnja in dobava enosmernega toka za ustvarjanje magnetnega polja
v rotorju. Vzbujalni sistem je sestavljen iz naslednjih delov:
- pomožni vzbujalnik,
- glavni vzbujalnik,
- nekrmiljeni usmernik,
- napetostni regulator,
- vzbujalno stikalo.
Prvi trije so skupaj nameščeni v ohišju vzbujalnika oz. togo zvezani preko sklopke z gredjo
generatorja in imajo enako vrtilno hitrost kot generator.
Pomožni vzbujalnik je nameščen na koncu gredi vzbujalnika. Rotor pomožnega vzbujalnika
sestavlja 28 trajnih magnetov, ki pri vrtenju v statorju pomožnega vzbujalnika inducirajo
napetost 120 V, frekvence 350 Hz, ki je vodena na napetostni regulator.
Glavni vzbujalnik je sinhronski generator pri katerem je vzbujalno magnetno polje na
statorju, inducirana napetost pa na rotorju, ki je usmerjena z nekrmiljenim usmernikom.
Stator glavnega vzbujalnika ima 12 izraženih polov. V rotorju se inducira napetost frekvence
150 Hz.
Nekrmiljeni usmernik je trifazni usmerniški most. V posamezni fazi je dvanajst paralelno
vezanih diod. Vsaka dioda ima v seriji varovalko, ki v primeru okvare (preboja kratkega
stika, ) diode prekine okvarjen tokokrog in s tem prepreči poškodbo rotorja zaradi toka
okvare.
Napetostni regulator regulira vzbujalni tok. Regulator v primeru otočnega obratovanja
vzdržuje napetost generatorja na želeni vrednosti, ko pa je generator priklopljen na togo
mrežo, se z regulatorjem pa spreminja jalova moč.
Vzbujalno stikalo katerega namen je, da pri aktivaciji zaščit prekine vzbujalno napetost na
rotor sinhronskega generatorja. Nameščen je med pomožnim vzbujalnikom in regulatorjem
napetosti [3].
Nazivni podatki vzbujalnika
n = 1500 min-1 ... nazivni vrtljaji
IVZ =7103 A ... vzbujalni tok pri 850 MVA in cos φ = 0,876
UVZ = 382,9 V ... vzbujalna napetost pri 850 MVA in cos φ = 0,876
Damjan Judež, diplomsko delo
7
3.2 Glavna transformatorja GT1 in GT2
Elektrarna je priključena na 400 kV prenosno omrežje preko dveh paralelno vezanih
energetskih transformatorjev. Nazivna moč posameznega transformatorja je 500 MVA.
Prestavno razmerje je 400 kV / 21kV, z vezno skupino Y(N)d5. Zvezdišče oziroma nevtralna
točka je na 400 kV strani neposredno ozemljena. Izgube v bakru in železu odvajamo z oljem,
ki služi tudi kot izolator. Črpalke olje poganjajo skozi hladilnike, na katerih so nameščeni
ventilatorji za prisilno hlajenje olja. Transformatorja sta na visoko napetostni strani
opremljena z bremenskim odcepnim preklopnikom, s katerim spreminjamo prestavno
razmerje, v dosegu ±10,64 %, v korakih po 1,33%. Prestavno razmerje je mogoče
spreminjati pri obremenjenem transformatorju. Okvare na transformatorjih, ki nastanejo v
oljnem kotlu tvorijo pline, ki jih zaznavamo s plinskimi zaščitnimi releji (Bucholz rele). [3]
Nazivni podatki glavnih transformatorjev
GT1 GT2
SNGT1 = 500 MVA SNGT2 = 500 MVA ... nazivna navidezna moč
YNd5 YNd5 ... vezalna skupina
uK = 12,83 % uK = 12,70 % ... kratkostična napetost
UVN = 400 kV UVN = 400 kV ... visoko napetostna stran
UNN = 21 kV UNN = 21 kV ... nizko napetostna stran
3.3 Transformatorja lastne rabe T1 in T2
Transformatorja služita za napajanje zbiralk lastne rabe elektrarne. Prestava
transformatorjev je 21 kV / 6,3 kV, z vezalno skupino Dy7. Nevtralna točka je ozemljena s
6 Ω uporom. Upor omeji tok zemeljskega stika na 600 A, ki ga prenese enominutno.
Transformator ima na visoko napetostni strani bremenski odcepni preklopnik. Z njim je
možno spreminjati prestavno razmerje transformatorja v dosegu ±5 %. Sprememba
prestavnega razmerja se lahko izvrši le pri izklopljenem transformatorju. Navitje je
potopljeno v olju, ki samodejno kroži skozi hladilnike. Hladilnki so hlajeni z ventilatorji, ki
se vklapljajo v odvisnosti od obremenitve. [3]
Damjan Judež, diplomsko delo
8
Nazivni podatki transformatorjev lastne rabe elektrarne
T1 T2
SN = 30 MVA SN = 30 MVA ... nazivna navidezna moč
Dy7 Dy7 ... vezalna skupina
uK = 10,92 % uK = 11,35 % ... kratkostična napetost
UVN = 21 kV UVN = 21 kV ... visoko napetostna stran
UNN = 6,3 kV UNN = 6,3 kV ... nizko napetostna stran
3.4 Bremensko stikalo
Bremensko stikalo je nameščeno v 21 kV generatorskem polju. Predvideno je za
sinhronizacijo generatorja na omrežje in za izklapljanje toka bremena, ki ne presega 25 kA
nazivnega toka stikala. Z bremenskim stikalom ne moremo izklapljati kratkostičnih tokov,
zato ostane v primeru kratkih ali zemeljskih stikov blokirano. Pogon stikala je pnevmatski.
Isti zrak je uporabljen tudi za gašenje oblokov pri stikalnih manipulacijah. Kontakti in
vodniki so vodno hlajeni. [3]
3.5 Oklopljene zbiralke
Zbiralke so votli aluminijasti vodniki nameščeni na izolatorjih iz porcelana. Z njimi je
izvedena električna povezava med transformatorjema lastne rabe, glavnima
transformatorjema, bremenskim stikalom in sinhronskim generatorjem. Vodniki so votli
zaradi pojava izriva toka (skin efekt). Vodnik vsake faze obdaja oklop iz aluminija. Oklop
je togo ozemljen in služi za ločitev faznih vodnikov ter vodenje hladilnega zraka. Med
obratovanjem se zbiralke grejejo, zato je potrebno vodnike dodatno prisilno hladiti z
vodenim zrakom. Hlajenje je izvedeno z dvema hladilnima enotama. Vsako enota sestavlja
ventilator in vodno hlajen izmenjevalec toplote. Pretok zraka skozi ohišje vzdržuje
temperaturo na vrednosti okoli 80°C. Kroženje zraka prikazujejo modre puščice na shemi
sistema oklopljenih zbiralk (slika 3.2). [3]
Damjan Judež, diplomsko delo
9
Slika 3.2: Shema sistema oklopljenih zbiralk [3]
3.6 Relejna zaščita
Na sliki 3.1 so prikazane tri razdelilne omare relejne zaščite po zamenjavi zaščitnih relejev.
Prva omara, gledano od leve proti desni strani, je namenjena zaščiti transformatorja T3, ki
pa ne bo tema te naloge. V drugi in tretji omari so nameščeni zaščitni releji generatorja,
bloka generator-transformator, transformatorjev lastne rabe in dva sinhronizacijska releja, ki
sta namenjena oziroma sta v funkciji pri sinhronizaciji elektrarne na 400 kV prenosno
omrežje. V elektrarni sta dve 125 V bateriji za napajanje različnih pomožnih električnih
sistemov. Bateriji označujemo po progah A in B. Baterija A napaja releje v drugi omari,
baterija B napaja releje v tretji omari. V omarah so nameščeni tudi pomožni izklopilni releji.
Kontakti pomožnih relejev, ki jih označujemo z oznakami 86U, 86G in 86GC, katerih logiko
proženja bomo podrobneje opisali v podpoglavju 3.6.3, so uporabljeni za proženje alarmov,
za izklop različnih odklopnikov, blokade vklopov, izolacijo tokokrogov itd. Pomemba
lastnost pomožnih relejev je tudi ta, da kontakti zdržijo večje tokovne obremenitve.
Damjan Judež, diplomsko delo
10
Slika 3.3: Omara relejne zaščite bloka, GT1, GT2, T1, T2 in T3
3.6.1 Zamenjava elektro-mehanskih relejev z numeričnimi [4]
Relejna zaščita, uporabljena pred zamenjavo, je bila ena prvih generacij relejne zaščite
elektro-mehanske izvedbe. V zadnjih letih pred zamenjavo so se začele pojavljati težave pri
sekundarnih preizkusih posameznih elektro-mehanskih relejev. Potrebni so bili pogostejši
posegi v nastavitve tako sprožilnih, kot časovnih vrednosti. Vzroke za težave je bilo iskati v
staranju relejev, kar se predvsem odraža na spremembah magnetnih karakteristik trajnih
magnetov in na spremembah mehanskih lastnosti vzmetnega in ležajnega materiala.
Obstoječi sistem zaščite ni omogočal kronološkega zapisa stanja in delovanja posameznih
relejev v primeru resnejše okvare na SG ali ostalih elementih elektro energetskega sistema.
SG je imel najstarejšo generacijo relejne zaščite, ki je sicer imela svoje prednosti
(enostavnost izvedbe), vendar tudi slabosti (ni omogočala shranjevanja dogodkov za
kasnejšo analizo).
Republiški elektroenergetski inšpektorat je leta 2000 izdal odločbo o potrebni zamenjavi
relejne zaščite generatorja. Zamenjava je bila izvedena v dveh etapah. Leta 2008 je bila
najprej zamenjana zaščita transformatorja T3 (ni predmet te diplomske naloge), ki je bila
Damjan Judež, diplomsko delo
11
fizično ločena od zaščite bloka generator-transformator. V letu 2009 pa je bila zamenjana
preostala zaščita.
Z zamenjavo so bile odpravljene glavne pomanjkljivosti elektromehanske zaščite in sicer:
1. Izvedena je bila ločitev merilnih tokokrogov od zaščitnih, ker so bili do zamenjave,
tokovni in napetostni merilni transformatorji skupni za merilne pretvornike in za
zaščito.
2. Zamenjan je bil sistem za detekcijo zemeljskega stika rotorja generatorja.
3. Dodana je bila nova zemeljskostična zaščita oklopljenih zbiralk 21 kV.
4. Status posameznih zaščitnih relejev in izklopilnih relejev je bil spojen na procesno
informacijski sistem elektrarne (v nadaljevanju PIS).
5. Dodana je bila popolna zemeljskostična zaščita statorja generatorja.
6. Zagotovljena je bila podvojenost napajanja zaščitnih relejev iz dveh ločenih
enosmernih virov 125V.
7. Izvedena je bila podvojenost (redundanca) vseh zaščitnih funkcij v vzporedni vezavi.
3.6.2 Razdelitev zaščitnih funkcij
V tem podpoglavju bomo predstavili razdelitev zaščitnih funkcij na zaščito generatorja,
bloka generator-transformator in transformatorjev lastne rabe. Označevanja zaščitnih funkcij
se bomo posluževali v skladu Ameriškega državnega inštituta za standardizacijo (ANSI), ker
so vsi načrti, dokumenti in elektrarna narejeni po ameriških standardih. V oklepajih so
podane kratice zaščitnih funkcij, ki jih navaja proizvajalec zaščitnih relejev (SIEMENS) v
navodilih. Vsak rele ima svojo oznako 11xx-xx, ki jih označujemo na sledeč način:
11… oznaka za več-funkcijski rele po ANSI
GN… zaščita generatorja
U… zaščita bloka transformator-generator
T1 ali T2… zaščita transformatorjev lastne rabe
BB… zaščita zbiralk
A ali B… vir napajanja iz baterije A ali B.
Damjan Judež, diplomsko delo
12
Generator:
(Tip relejev 7UM622, oznaka 11GN-A1 in 11GN-B1)
- 87G Diferenčna zaščita (∆ I )
- 40 Zaščita pri izpadu vzbujanja (1/xd)
- 21 Impedančna zaščita s podnapetostnim zadrževanjem (Z< + V<)
- 46 Zaščita pri nesimetriji (I2>, t = f (I2))
- 64R Občutljiva zemeljskostična zaščita rotorja (RREF<)
- 64G Popolna zemeljskostična zaščita statorja (RSEF<)
- 60 Zaščita pri nesimetriji napetosti (V2/V1)
- 59 Prenapetostna zaščita (V>)
(Tip relejev 7UM612 oznaka 11GN-A2 in 11GN-B2)
- 24 Zaščita pri prevzbujanju (V/f)
- 59N Nepopolna zemeljskostična zaščita statorja (V0>)
- 81 Frekvenčna zaščita (f<)
- 51 Nadtokovna zaščita (I>)
- 50/27 Zaščita pri vklopu nevzbujenega generatorja (I>, V<)
- 32R Zaščita pri povratni moči (-P)
Oklopljene zbiralke:
(Tip releja 7UM622 oznaka 60/64BB)
- 64BB Zemeljskostična zaščita zbiralk (V0>)
Blok transformator-generator:
(Tip relejev 7UT635 oznaka 11U-A in 11U-B)
- 87U Diferenčna zaščita (∆ I)
Transformatorja GT1 in GT2:
(Tip relejev 7UT635 oznaka 11U-A in 11U-B)
- 51G Zemeljskostična zaščita (IEE>)
- 51 Nadtokovna zaščita (I>)
Transformatorja T1 inT2:
(Tip relejev 7UM622 oznake 11T1-A in B in 11T2-A in B)
- 87T Diferenčna zaščita (∆ I)
- 51G Zemeljskostična zaščita (IEE>)
- 50/51 Kratkostična, nadtokovna zaščita (I>>,I>)
Damjan Judež, diplomsko delo
13
3.6.3 Logika proženja odklopnikov po delovanju zaščitnih relejev
V začetku podpoglavja 3.5 smo že omenili, da zaščitni releji prožijo tri pomožne izklopilne
releje 86G, 86U in 86GC. To so kontrolna stikala, ki imajo tuljavo za proženje napajano s
125V enosmerno napetostjo. Resetirajo se ročno na lokalni omari zaščite. Pomožna
izklopilna releja z oznakama 86G in 86U aktivirajo enake zaščitne funkcije, razlika je samo
v tem, da so na 86G priklopljeni izklopilni signali iz zaščitnih relejev, ki so napajani z
enosmerno napetostjo iz baterije A, na 86U pa izklopilni signali relejev napajani iz baterije
B. Na sliki 3.4 so prikazani zaščitni releji in pomožni izklopilni releji, v kvadratih pa so
zapisane vse zaščitne funkcije, ki so parametrirane v posameznem releju.
Rele z oznako 86GC aktivirajo zaščite, ki so predvsem vezane na okvare generatorja. Releja
86U in 86G aktivirajo okvare, ki se pojavljajo po celotnem blok-stiku GN-TR in na 400kV
zbiralkah ter daljnovodih (distančna zaščita).
Slika 3.4: Logika proženja zaščitnih relejev
87G, 46, 59, 21, 64G
21, 64G
87G, 46, 59, 21, 64G
50/27, 51 64G, 32
4050/27, 51, 64G, 32
51G, 87U 81, 59/8151G, 87U
64BB
59, 81
86G 86U 86GC
60/64BB
11GN-A1
11GN-A1
11GN-B1
11GN-B111GN-A2
11GN-A2
11GN-B2
11GN-B211U-A 11U-B
Damjan Judež, diplomsko delo
14
Proženje izklopilnih relejev 86G ali 86U izvrši naslednje akcije:
- izklop turbine (zaprejo izolacijski ventil, zato je prekinjen dovod pare na turbino),
- izklop 400 kV odklopnikov Q0 v transformatorskih poljih SYCA01 in SYCA02
(stikališče),
- hitri preklop napajanja lastne rabe elektrarne iz transformatorjev T1 in T2 na pomožno
110 kV napajanje preko transformatorja T3 (zaradi izklopa odklopnikov Q0 je
prekinjeno napajanje lastne rabe elektrarne, ki se normalno napaja iz SG oziroma
400kV omrežja, ko je odprto generatorsko stikalo),
- izklop vzbujalnega stikala (41), izklopi vzbujanje,
- blokada delovanja (vklopa ali izklopa) bremenskega stikala (zaradi preseganja
nazivnih tokov stikala pri okvarah).
Proženje izklopilnega releja 86GC
- izklop turbine,
- izklop vzbujalnega stikala,
- izklop 25 kA bremenskega stikala in blokada vklopa.
Damjan Judež, diplomsko delo
15
4 PARAMETRIRANJE ZAŠ ČITNIH FUNKCIJ
V tem poglavju bomo podrobneje obravnavali vsako zaščitno funkcijo generatorske zaščite
posebej, njihov namen, področje ščitenja in izračune primarnih vrednosti, katerih rezultati
služijo kot vhodni podatki za parametrizacijo posameznih zaščit. Primarne vrednosti tokov
in napetosti se pretvorijo preko tokovnih in napetostnih merilnih transformatorjev na
sekundarne vrednosti, zato je potrebno upoštevati njihova prestavna razmerja. Zaradi
obsežnosti zaščitnih funkcij smo se v diplomski nalogi osredotočili na zaščito generatorja in
bloka, ni pa obravnavana zaščita transformatorjev T1, T2 in T3.
Izračuni prestavnih razmerij:
TMT na 21 kV strani in v zvezdišču SG:
5000A 5
A 25000
_
_ ===sekNTMT
primNTMTIg I
Ik (4.1)
NMT na 21 kV strani:
175V 3120
V 321000
_
_ ===sekNTMT
primNTMTUg U
Uk (4.2)
Ozemljitveni transformator:
55V 240
V 13200
_
_ ===sekNTz
primNTzUgz U
Uk (4.3)
Delilnik napetosti in TMT za popolno zemeljskostično zaščito:
5,2 660
1650%100 =
ΩΩ=Ugk (4.4)
80 A 5
A 004%100 ==Igk (4.5)
Nazivna navidezna moč na sekundarni strani TMT in NMT:
VA 1039,23A 5V 12033 ___ =⋅⋅=⋅⋅= sekNTMTsekNNTMsekN IUS (4.6)
Damjan Judež, diplomsko delo
16
4.1 Diferenčna zaščita
Diferenčna zaščita ščiti statorsko navitje v primeru medfaznih stikov. Zaradi izvedbe
ozemljitve zvezdišča generatorja preko ozemljitvenega transformatorja, je tok zemeljskega
stika omejen na 5A, zato diferenčna zaščita zemeljskega stika ne odkrije. Ta zaščita tudi ne
odkriva medovojnih stikov znotraj navitja statorja. Področje zaznavanja okvar je določena s
tokovnimi merilnimi transformatorji TMT 1 in TMT2, kar je prikazano na sliki 4.1.
Slika 4.1 prikazuje poenostavljen princip delovanja zaščite. V normalnem obratovanju
generatorja teče na primarni strani tok IP1 in na sekundarni strani tokovnih transformatorjev
tok IS2, ki se ne zaključuje skozi merilni člen. Ko pa znotraj ščitenega območja nastane
okvara, tok IP2 obrne smer in povzroči skozi sekundarno stran tokovnika tok IS2, ki se sešteje
s tokom IS1, katerih absolutna vsota amplitud steče skozi merilni člen. Temu toku pravimo
tudi diferenčni tok.
Slika 4.1: Principielna shema delovanja diferenčne zaščite
V primeru okvare zunaj ščitenega območja, ko nastopijo veliki kratkostični tokovi z močno
aperiodično komponento, lahko pride do nasičenja tokovnih transformatorjev, ki povzročijo,
da skozi merilni člen steče dovolj velik diferenčni tok za neselektivno vzbuditev diferenčne
zaščite. Zato imajo releji tokovno stabilizacijo zaščite. Stabilizacijsko karakteristiko
prikazuje slika 4.2, kjer so IDIF diferenčni tok, ISTAB stabilizacijski tok in IN nazivni tok
zaščitnega releja.
Damjan Judež, diplomsko delo
17
Stabilizacijski in diferenčni tok sta definirana z izrazoma:
IDIF =I1 + I2
ISTAB = I1+ I2
I1, I2 … fazorja sekundarnih tokov TMT.
Slika 4.2: Stabilizacijska karakteristika diferenčne zaščite
Zaščita je bila nastavljena na parametre, ki so podrobneje napisani v podpoglavju 6.7, kjer
je bil rele tudi preizkušen. [5]
4.2 Nepopolna zemeljskostična zaščita
Ena najpogostejših notranjih okvar generatorjev so zemeljski stiki, ki nastopijo kot posledica
mehanskih poškodb oz. staranja izolacije. Dvojni zemeljski stiki povzročajo medfazne
kratke stike na navitjih. Posledice omenjenih okvar preprečujemo oz. jih omejujemo z
učinkovito in zanesljivo zemeljskostično zaščito. Obstaja več izvedb, ki pa so odvisne
predvsem od načina ozemljitve zvezdišča in priključitve generatorja na omrežje. Zvezdišče
generatorja lahko ozemljimo direktno, kar pa ni običajno za generatorje večjih moči, ker ob
zemeljskih stikih stečejo veliki okvarni tokovi. Tudi generator v NEK je ozemljen posredno
preko ozemljitvenega transformatorja, na katerem je na sekundarni strani vezan upor, ki
omejuje okvarni tok na mestu zemeljskega stika na Iz = 5A.
področje blokiranja
področje delovanja
Idif
Istab
Damjan Judež, diplomsko delo
18
Nepopolna zemeljskostična zaščita služi kot pomožna zaščita popolni zemeljskostični
zaščiti. Deluje na principu zaznavanja amplitude residualne napetosti osnovne frekvence, ki
jo meri na sekundarni strani NMT kot prikazuje slika 4.3.
Slika 4.3: Prikaz vezave nepopolne zemeljskostične zaščite
Kriterij določa, da tok na mestu zemeljskega stika ne sme biti večji od 5A, zato izračunamo
vrednosti upora, ki bo okvarni tok omejeval:
Ω=⋅
=⋅
= 87,2424A 53
V 21000
3
zprimZ
I
UR (4.7)
Ker pa je upor vezan na sekundarni strani ozemljitvenega transformatorja, ga moramo
ustrezno preračunati:
Ω=Ω== 8016,055
87,242422
Ugz
primsekZ
k
RR (4.8)
7UM622
Uo
0,802
BREMENSKO STIKALO
Zemeljskostična zaščita generatorja
0,802 Ω
Damjan Judež, diplomsko delo
19
Zaradi pogreškov meritev napetosti, parazitnih kapacitivnosti med primarnimi in
sekundarnimi navitji energetskega transformatorja, ter nesimetričnosti faznih napetosti,
zaščite ni možno nastaviti na poljubno malo vrednost. Zato je bila določena mejna vrednost
residualne napetosti, katera določa 90%-no pokritost navitja do zvezdišča statorskega navitja
rotorja: [5]
U0 = 10 %·UN ; zakasnitev delovanja t = 6 s
Preračun vrednosti na sekundarno stran NMT [6]:
V 12100
V 12010
100_0
_0 =⋅=⋅
= sekNNMTsek
UUU (4.9)
4.3 Popolna zemeljskostična zaščita
Zemeljski stiki blizu zvezdišča ne povzročajo velikih zemeljskostičnih tokov, zato je glavna
prednost te zaščite zaznavanje le teh. Zaščita je namenjena zaznavanju zemeljskih stikov
statorskega navitja, vključno z navitjem, spojenim v zvezdišču s pomočjo subharmonske
(20 Hz) vsiljene napetosti. Tok se sklepa le preko dozemnih kapacitivnosti, ki pa
predstavljajo zaradi nižjih frekvenc veliko upornost. V primeru, ko nastopi v zvezdišču
zemeljski stik, se tok občutno poveča in to je pogoj za proženje zaščitne funkcije.
Generator 20 Hz-ne napetosti je priključen preko pasovnega filtra na ozemljitveni upor, ki
je namenjen omejevanju zemeljskostičnega toka. Upor je na sekundarni strani
ozemljitvenega transformatorja. Pasovni filter varuje 20 Hz-ni izvor pred 50 Hz-no
komponento napetosti ob zemeljskih stikih na sponkah generatorja in preoblikuje signal
napetosti, ki je kvadratne oblike v signal sinusne oblike. Zaradi pritisnjene napetost (Uee)
na uporu R steče tok (Iee) v tokokrogu, ki je merjen s tokovnim merilnim transformatorjem
prestave 400 A / 5 A.
Merjena signala Uee in Iee, prikazana na sliki 4.4 sta spojena na rele, kjer se zmnožita v
impedanco kompleksne vrednosti. Realni del skupne impedance pa je vrednost, ki jo
nastavimo za vzbuditev zaščitne funkcije.
Damjan Judež, diplomsko delo
20
Slika 4.4: Prikaz priklopa popolne statorske zaščite [6]
Zaščita je bila nastavljena na naslednje parametre [5]:
Rsef< = 4 kΩ ; zakasnitev alarmiranja tRsef< = 1 s
Rsef<< = 2 kΩ ; zakasnitev delovanja tRsef< = 1 s
Isef>> = 27 A ; zakasnitev delovanja tIsef>> = 1 s
Preračun na sekundarno stran TMT in napetostnega delilnika [6]:
5,9480
5,2552
%100
%1002 =⋅=⋅=Ig
UgUgzsef k
kkK (4.10)
Ω=Ω== << 42
5,94
4000_
sef
sefseksef K
RR (4.11)
Ω=Ω== <<<< 21
5,94
2000_
sef
sefseksef K
RR (4.12)
A 34,080
A27
%100_ === >>
>>Ig
sefseksef k
II (4.13)
Damjan Judež, diplomsko delo
21
4.4 Nadtokovna zaščita
Uporablja se kot rezervna zaščita pri večjih sinhronskih generatorjih in mora delovati samo
v primeru, ko primarna zaščita (zemeljskostična in diferenčana) ni odpravila okvare na
elektroenergetskem sistemu.
S strani proizvajalca SIEMENS [7] so bili pridobljeni podatki o kratkotrajni termični
preobremenitvi statorskega navitja.
Generator lahko trajno obratuje pri toku Ig ≤ 105 % in pri toku Ig > 105 % po karakteristiki
zapisani v naslednji enačbi [5]:
11,05
37,52
−
=
gIt (4.14)
Enačba 4.6 je zelo podobna IEC ekstremno inverzni karakteristiki opisani v naslednji enačbi:
P2
P1
80T
I
It
g
⋅
−
= (4.15)
Na sliki 4.5 sta prikazani obe karakteristiki, kjer rdeča črta predstavlja IEC ekstremno
inverzno karakteristiko, modra črta pa karakteristiko, ki jo je podal proizvajalec. Na
vodoravni osi so prikazane relativne vrednosti mnogokratnika nazivnega toka SG, na
navpični osi, ki ima logaritmično skalo, pa vrednosti dovoljenega časa trajne preobremenitve
navitja.
Če hočemo karakteristiko termične obremenitve SG približati IEC ekstremno inverzni
karakteristiki, moramo izračunati konstanto TP s katero bomo karakteristiki približali po
časovni osi.
ssTP 47,04687,080
5,37 ≈== (4.16)
Pri tem je parameter IP določen na naslednji način:
A 25403A 2419405,105,1 =⋅=⋅= NP II (4.17)
Damjan Judež, diplomsko delo
22
Slika 4.5: Nadtokovni karakteristiki SG in zaščitnega releja
Preračun vrednosti na sekundarno stran TMT [6]:
A 08,55000
A 25403_ ===
Ig
PsekP k
II (4.18)
4.5 Zaščita pri izpadu vzbujanja
Omejevalnik minimalnega vzbujalnega toka v regulatorju napetosti omejuje kolesni kot med
70° in 75°. Zaščita pa zaznava stanje, ko je generator prešel v kritično nestabilno obratovanje
oziroma je prišel v asinhrono obratovanje. Kritično nestabilno obratovanje se prične, ko
kolesni kot preseže 90° stopinj. Do tega obratovalnega stanja lahko pride pri delnem ali
popolnem izpadu vzbujanja, ki nastopi v primeru kratkega stika v vzbujalnem navitju ali
okvari na napetostnem regulatorju.
Zaščita pri izpadu vzbujanja je določena s tremi krivuljami, ki jih prikazuje slika 4.6 in sicer
prvi dve krivulji (modra in rdeča) določata mejo pri kolesnem kotu 90° (meja stabilnosti
SG), tretja krivulja pa določa mejo, ko je generator globoko v asinhronem delovanju (zelena
črta). Ko sta prvi dve krivulji preseženi bo zaščita alarmirala, po določenem času pa tudi
0,1
1
10
100
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00
t(s)
I/In
proizvajalec
IEC ekstr. inverz.
Damjan Judež, diplomsko delo
23
sprožila pomožni izklopilni rele 86GC. Delovanje zaščite pri teh vrednostih je zakasnjeno,
da lahko napetostni regulator v času zakasnitve popravi vzbujalni tok. V primeru, ko
generator prekorači mejo, ki jo določa tretja krivulja (zelene barve), zaščita deluje v 0,3 s.
Slika 4.6: Prikaz krivulj v obratovalnem diagramu SG
Za nastavitev zaščite pri izpadu vzbujanja je potrebno primarne vrednosti moči preračunati
na relativne vrednosti v admitančni ravnini po naslednjih enačbah:
2)(.).(
N
N
UU
SQupB = ;
2)(.).(
N
N
UU
SPupG = (4.19)
kjer je:
B ... susceptanca v relativnih enotah (p.u.)
G ... prevodnost v relativnih enotah (p.u.)
U ... vrednost napetosti na sponkah generatorja, ki je enaka UN
0
100
200
300
400
500
600
700
800
-1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200
P (
MW
)
Q (MVAr)
meja statične stabilnosti kolesni kot
90°
1. karakteristika naklon 70°
2. karakteristika naklon 90°
3. karakteristika naklon 120°
omejevalnik min. vzbujanja
Damjan Judež, diplomsko delo
24
Rezultati preračunov so predstavljeni v karakteristiki na sliki 4.7, kjer so znova zelena, rdeča
in modra črta krivulje nastavitev zaščitne funkcije. Črna krivulja pa predstavlja mejo
kolesnega kota 90°.
Slika 4.7: Prikaz krivulj v admitančni ravnini v relativnih enotah
Zaščita je bila nastavljena na karakteristiko (primarna stran TMT in NMT), ki jo opisujejo
naslednji parametri [5]:
B1 = 1/Xd1 = 0,84 p.u.; αXd1 = 70° ; t = 10 s
B2 = 1/Xd2 = 0,67 p.u.; αXd2 = 90° ; t = 10 s
B3 = 1/Xd3 = 0,70 p.u.; αXd3 = 120° ; t = 0,3 s
Zaščita ni aktivna pod 25 % nazivne napetosti generatorja.
Umin = 25%·UN = 5250 V
Izračun vrednosti na sekundarno stran TMT in NMT [6]:
p.u. 81,0kV 21kV 21
A 25000A 24194
84,011 _
_11
=⋅⋅=⋅⋅=N
primNTMT
primNTMT
N
dsekd U
U
I
I
XX (4.20)
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
-1,400 -1,200 -1,000 -0,800 -0,600 -0,400 -0,200 0,000
G [
p.u
.]
B [p.u.]
meja statične stabilnosti kolesni kot 90°
1. karakteristika naklon 70°
2. karakteristika naklon 90°
3. karakteristika naklon 120°
Damjan Judež, diplomsko delo
25
p.u. 65,011 _
_22
=⋅⋅=N
primNTMT
primNTMT
N
dsekd U
U
I
I
XX (4.21)
p.u. 68,011 _
_33
=⋅⋅=N
primNTMT
primNTMT
N
dsekd U
U
I
I
XX (4.22)
V 30 175
V 5250minmin_ ===
Ugsek k
UU (4.23)
4.6 Zaščita pri prevzbujanju
Zaščita je namenjena zaznavanju prevelikega vzbujanja na generatorju ali transformatorjih.
V primeru prevelikega vzbujanja se poveča gostota magnetnega pretoka v statorju,
posledično pride do nasičenja in povečanja izgub v železnem jedru. Deluje na principu
merjenja razmerja frekvence in napetosti U/f. Do vzbuditve omenjene zaščitne funkcije
največkrat prihaja pri zaustavitvi ali pri zagonu sinhronskega generatorja.
Iz magnetilne krivulje SG [7] je bila določena napetost na sponkah generatorja pri nazivnem
vzbujalnem toku in frekvenci 50 Hz.
Razmerje med nazivno napetostjo generatorja in napetostjo, ko dosežemo nazivni vzbujalni
tok je prikazano v (4.24) in iz tega razmerja dobimo prag, kjer bo zaščita delovala [5]:
3,1Hz 50
Hz 50
kV 12
kV 3,27/ =⋅=fUrazmerje (4.24)
Zaščita je zakasnjena za tizklop = 5 s
Vrednost alarmiranja zaščite je nastavljena na nižji vrednosti in sicer iz razmerja
(f = 48 Hz, U = 105 %·UN) [5]:
1,1Hz 48
Hz 50
kV 12
kV 05,22/ ≈⋅=fUrazmerje (4.25)
Zaščita je zakasnjena za talarm = 2 s
Čas ohlajanja po delovanju zaščite je nastavljen na thl = 5 s
Damjan Judež, diplomsko delo
26
Termična izklopilna karakteristika je nastavljena na vrednosti, ki so prikazane v tabeli 4.1.
Tabela 4.1: Nastavitve termične karakteristike U/f zaščite [5]
U/f tizklop [s] 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4
40 35 30 25 20 15 10
Če nastavitve iz zgornje tabele vnesemo v graf, dobimo karakteristiko, ki je prikazana na
sliki 4.8.
Slika 4.8: Karakteristika U/f zaščite
4.7 Zaščita pri nesimetriji
Priklop nesimetričnih porabnikov, nesimetrične okvare na omrežjih, kot so zemeljski stiki,
prekinjene električne povezave in drugi nesimetrični pojavi, ki izvirajo iz obratovanja
električnega omrežja, povzročajo nesimetrične napetosti na generatorju. Posledice
nesimetričnih napetosti so nesimetrični tokovi. Ti v rotorju generatorja inducirajo tokove
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5
t [s
]
U/f
Termična
karakteristika
Alarm
Hitri izklop
Damjan Judež, diplomsko delo
27
dvojne frekvence omrežja, ki začnejo pregrevati rotor, kar ob neprekinjenem stanju vodi do
uničenja rotorja.
Po teoriji simetričnih komponent je možno trifazni sistem nesimetričnih tokov matematično
predstaviti kot vsota tokov pozitivnega zaporedja (I1), negativnega zaporedja (I2) in ničnega
zaporedja (I0).
Čas, do katerega lahko generator obratuje brez poškodb pri različnih amplitudah tokov
negativnega zaporedja določa enačba :
2
N
2
2
=
I
I
Kt (4.26)
Kjer je I2 tok negativnega zaporedja
IN nazivni tok generatorja
K2 od konstrukcije generatorja odvisna konstanta
Proizvajalec generatorja podaja, da lahko generator trajno deluje nesimetrično obremenjen,
dokler amplituda toka negativnega zaporedja I2 ne preseže 11% vrednosti amplitude
nazivnega toka generatorja, pri večjih nesimetrijah pa mora zaščitni rele izklopiti generator
iz obratovanja po času določenem, z enačbo (4.26) in vrednostjo konstante K2=10.
Slika 4.9: Karakteristika zaščite pri nesimetriji [6]
Rele ima dve zaščitni stopnji kot jo prikazuje karakteristika na sliki 4.9. Prva stopnja je
nastavljena na vrednost dopustnega trajnega toka negativnega zaporedja (I2>). Alarm se
Damjan Judež, diplomsko delo
28
pojavi, ko je čas trajanja toka negativnega zaporedja daljši kot 3s. Če pa je presežena
amplituda toka druge stopnje (I2>>), sledi zakasnjeno delovanje zaščite za 3,25s.
Zaščita je bila nastavljena na naslednje parametre [5]:
I2> = 10% · IN ; tI2> = 3 s
I2>> = 25% · IN ; tI2>> = 3,25 s
K2 = 10 s ; thl = 0 s
Čas hlajenja thl je nastavljen na vrednost 0 s, ker je čas ponovnega zagona elektrarne po
izklopu iz omrežja bistveno daljši od zahtevanega časa ohlajanja generatorja.
Preračun na sekundarno stran TMT [6]:
% 7,9A 25000
A 24194%10
_22 =⋅⋅=⋅= >> N
primNTMT
Nsek I
I
III (4.27)
% 24A 25000
A 24194%25
_22 =⋅⋅=⋅= >>>> N
primNTMT
Nsek I
I
III (4.28)
sI
IKK
primNTMT
Nsek 4,9
A 25000
A 24194s 10
22
_22 =
⋅=
⋅= (4.29)
4.8 Impedančna zaščita
Zaščita služi kot rezervna zaščita v primeru zatajitve osnovnih zaščit generatorja. Po
delovanju impedančne zaščite je izklopni signal zakasnjen za približno eno sekundo, da
lahko v primeru napake na daljnovodih, distančne zaščite daljnovodov selektivno izklopijo
okvaro. Impedančna zaščita ima dve stopnji. Prva stopnja pokriva območje do 80% znotraj
transformatorjev GT1 in GT2. Druga stopnja je nastavljena tako, da zaznava okvare 30%
izven Mariborskega stikališča.
Zaščita je vzbujena pri 130 % vrednosti nazivnega toka in je nadgrajena s funkcijo
napetostnega zadrževanja (seal-in), ki je nastavljena na 70 % vrednosti nazivne napetosti
Damjan Judež, diplomsko delo
29
generatorja. Funkcija se vklopi v primeru, ko pride do kratkega stika na sponkah generatorja
in vzbujalnik ni zmožen dvigniti napetosti, da bi napajal kratki stik. Posledično pride do
padca napetosti in impedančna zaščita nima prave informacije o napaki, zato zaščita z
vzbuditvijo funkcije podnapetostnega zadrževanja zadrži zaščito aktivno, dokler ne pade
kratkostični tok pod vrednost 130 % nazivnega toka. V zaščiti je uporabljena poligonska
karakteristika (slika 4.10), ki ima možnosti nastavitve prve, prve podaljšane in druge stopnje.
V releju sta parametrirani prva in druga stopnja.
Slika 4.10: Poligonska karakteristika impedančne zaščite [6]
V kolikor se razvije kratek stik takoj za obema blokovnima transformatorjema, impedančna
zaščita vidi sledečo impedanco [5]:
( ) ( ) Ω=⋅=⋅= 113,0MVA 500
kV 21
100
% 83,12
100
2
1
21
1NGT
NkGTGT S
UuX (4.30)
( ) ( ) Ω=⋅=⋅= 112,0MVA 500
kV 21
100
% 70,12
100
2
2
22
2NGT
NkGTGT S
UuX (4.31)
Oba transformatorja sta vezana vzporedno, zato njuno skupno impedanco izračunamo po
sledeči enačbi [5]:
Ω=+⋅= 05625,0
21
21
GTGT
GTGTGT XX
XXX (4.32)
R
X
X2=Z2
R2=Z2R1=Z1
X1=Z1
Damjan Judež, diplomsko delo
30
Prva stopnja služi zaznavanju napak na 21kV zbiralkah in je kot pomožna zaščita diferenčni
zaščiti bloka. Zaščita je nastavljena na 80% območje v globino obeh blokovnih
transformatorjev, GT1 in GT2. Prvo stopnjo izračunamo po naslednji enačbi [5]:
Ω=⋅= 045,0100
801 GTst XZ (4.33)
Prva stopnja je zakasnjena za t1st = 0,5 s.
Druga stopnja zaščite, ki je izračunana na doseg 130% daljnovoda DV Maribor [5]:
Z2st = 0,255 Ω
Druga stopnja je zakasnjena za t2st = 3 s.
Da pa bo rele računal pravilno impedanco, je potrebno nastaviti minimalno vrednost
okvarnega toka, pri katerem se bo impedančna zaščita vzbudila. Vrednost je bila nastavljena
na 130% nazivnega toka generatorja [5].
Funkcija podnapetostnega zadrževanja (seal-in) je nastavljena na 70% nazivne napetosti
generatorja in zadržuje zaščito aktivno 3,25 s, ko pade okvarni tok na generatorju pod 130%
nazivnega toka [5].
Preračun na sekundarno stran TMT in NMT [6]:
Ω=⋅Ω=⋅= 29,1175
5000 045,01_1
Ug
Igstsekst k
kZZ (4.34)
Ω=⋅Ω=⋅= 43,4175
5000 155,02_2
Ug
Igstsekst k
kZZ (4.35)
Ω=⋅== 29,65000
A 241943,1minmin_
Igsek k
II (4.36)
V 84175
kV 217,0_ =⋅== −
−Ug
insealsekinseal k
UU (4.37)
Damjan Judež, diplomsko delo
31
4.9 Prenapetostna zaščita
Namenjena je zaščiti električnih naprav priključenih na izhodne sponke generatorja.
Posledično prevelika napetost povzroči preboje na izolaciji. Prenapetosti na generatorju
nastanejo zaradi okvar na napetostnem regulatorju ali zaradi napačne nastavitve želene
vrednosti regulacijskega vzbujalnega sistema. Nastopijo lahko tudi ob nenadnih
razbremenitvah oziroma ob izklopu generatorja.
Največja prenapetost nastopi v primeru nenadnega izklopa bremena, ko generator obratuje
na polni delovni in jalovi moči. Vzbujalni sistem mora biti sposoben takoj odreagirati in
znižati napetost. Prva stopnja prenapetostne zaščite ne ščiti toliko izolacije, ampak bolj
vzbujalni sistem pred trajnimi preobremenitvami, transformatorje in motorje pred trajnimi
magnetnimi zasičenji. Prenapetostno zaščito nastavimo na naslednja parametra [5]:
U> = 115% · UN ;
zakasnitev delovanja je nastavljena na tU>=5s
Druga stopnja prenapetostne zaščite zaznava ali je prišlo do okvare vzbujalnega sistema. V
kolikor se je zgodila okvara mora zaščita delovati in generator izključiti iz omrežja. Druga
stopnja zaščite je bila nastavljena na 130% nazivne napetosti generatorja.
U>> = 130% · UN ;
zakasnitev delovanja je nastavljena na tU>>=1s
Preračun vrednosti na sekundarno stran NMT [6]:
V 138100
V 120115100
_ =⋅=⋅
= >>
sekNNMTsek
UUU (4.38)
V 156100
V 120130
100_ =⋅=
⋅= >>
>>sekNNMT
sek
UUU (4.39)
Damjan Judež, diplomsko delo
32
4.10 Podfrekvenčna zaščita
Zaščita bo delovala v primeru zmanjšanja števila vrtljajev SG in posledično frekvence
napetosti zaradi okvare turbinskih ventilov, zloma cevnih dovodov pare na turbino ali
turbinskega regulatorja vrtljajev pri otočnem obratovanju oziroma delovne moči, ko je
generator priključen na mrežo. Posledice znižanja vrtljajev in frekvence napetosti poveča
vibracije turbinskega sklopa in prekomerno segrevanje zaradi povečanega magnetilnega
toka. Standardi za kvaliteto omrežne napetosti [8] določajo jasne meje (±1% od osnovne
frekvence) znotraj katerih naj bi se nahajali vsi generatorji. Turbinski regulator ima svojo
podfrekvenčno zaščito, ki je nastavljena na frekvenco 48 Hz in je časovno zakasnjena za 1s.
Podfrekvenčna zaščita parametrirana v releju je pomožna zaščiti v turbinskem regulatorju in
je bila nastavljena na naslednje parametre [5]:
f< = 47 Hz; zakasnitev delovanja tf< = 4 s
Zaščita je aktivna, ko je napetost na generatorju večja od 54% nazivne napetosti (Umin f<).
Preračun vrednosti na sekundarno stran NMT [6]:
V 8,64100
V 12054
100_min
_min =⋅=⋅
= <<
sekNNTM fsek f
UUU (4.40)
4.11 Zaščita pri povratni mo či
Zaščita se vzbudi v primeru, ko pride do prekinitve dovoda medija, v našem primeru pare na
turbino in preide SG v motorsko področje obratovanja. Torej lahko rečemo, da je namenjena
ščitenju pogonskega agregata pred mehanskimi poškodbami oziroma termičnimi
preobremenitvami. Z meritvijo napetosti in tokov rele izračuna delovno moč pozitivnega
zaporedja, ker je vrednost povratne moči praviloma zelo majhna, mora biti izmerjena
vrednost zelo natančna, kar je doseženo s povprečenjem v časovnem oknu 16 period. Na
releju je bila parametrirana samo ena stopnja zaščite pri povratni moči
Damjan Judež, diplomsko delo
33
Zaščita je bila nastavljena na naslednje parametre [5]:
P< = - 4,55 MW; zakasnitev delovanja t = 30 s
Preračun vrednosti na sekundarno stran TMT in NMT [6]:
NsekNseksek
primNTMT
N
primNTMT
N
NNsek
sek
SSP
I
I
U
U
S
P
S
P
⋅=⋅=⇒
⇒⋅⋅−=⋅⋅=
<
<<
%5,0005,0
A 25000
A 24194
kV 21
kV 21
880
55,4
__
(4.41)
4.12 Zemeljskostična zaščita vzbujalnega navitja rotorja
Zaščita navitja rotorja samo alarmira v primeru zemeljskega stika (nima funkcije izklopa),
ker rotorsko navitje ni galvansko povezano z ostalimi tokokrogi, zemeljski stik ne ogroža
generatorja. V primeru, ko nastopi še en zemeljski stik rotorskega navitja nastane medovojni
stik, ki povzroči neenakomerno porazdelitev magnetnega polja v vzbujalnem navitju in
posledično vibracije na gredi rotorja, te pa povzročijo poškodbe ležajev generatorja. Zaščita
deluje na principu vsiljene napetosti kvadratne oblike, frekvence med 1 do 3 Hz na gred
rotorja preko dveh drsnih obročev, od katerih je eden spojen na vzbujalno navitje, drugi pa
na gred. Če je zemeljski stik prisoten požene pritisnjena napetost med železom in navitjem
tok, zadosten za aktivacijo alarma.
Meritev zemeljskega stika rotorskega navitja se izvaja avtomatsko ali pa ročno z vklopom
stikala za start meritve. Sistem z motornim pogonom sklene ščetke na oba obroča (slika 4.11)
in izvede eno minutno meritev upornosti, vzporedno pa tudi zaznava pravilno naleganje
ščetk. Avtomatska meritev se izvede enkrat dnevno. Enkrat mesečno, pri preventivnem
pregledu pa izvedemo ročni test, ki ga sprožimo s stikalom na čelni plošči v komandni sobi
elektrarne. Nad stikalom so tri signalne lučke. Prva lučka se prižge ob izvajanju
avtomatskega ali ročnega testa, druga se prižge ob nepravilnem naleganju ščetk, tretja pa je
namenjena za alarmiranje zmanjšane upornosti rotorskega navitja proti zemlji. Meja
vzbuditve zaščite je pri 80 kΩ.
Damjan Judež, diplomsko delo
34
Slika 4.11: Shema sistema za detekcijo zemeljskega stika navitja rotorja SG
Na sliki 4.12 je prikazan sistem za detekcijo zemeljskega stika rotorja generatorja, kjer
vidimo zgoraj ščetke, ki jih pritisne aktuator na drsna obroča med izvajanjem meritve
upornosti.
Slika 4.12: Sistem za detekcijo zemeljskega stika navitja rotorja SG
ščetka drsni obroč
aktuator
Damjan Judež, diplomsko delo
35
5 NAPRAVE ZA PREIZKUŠANJE ZAŠ ČITE
Namen naprav za preizkušanje zaščitnih relejev je generiranje tokov in napetosti takih
vrednosti, da z njimi simuliramo okvare, ki so nastale kot posledica kratkih stikov,
zemeljskih stikov, preobremenitev ali drugih prehodnih pojavov. Na relejih lahko izvajamo
primarne ali sekundarne preizkuse. Pri primarnih preizkusih generiramo tokove na primarni
strani TMT in s tem preverimo tudi prestavno razmerje TMT ter njihovo ožičenje. Ko pa
izvajamo sekundarne preizkuse, je potrebno upoštevati prestavna razmerja TMT, NMT in
vezave le teh, saj se priključimo s preizkuševalno napravo neposredno na releje.
5.1 Naprava za generiranje velikih tokov
V elektro vzdrževanju NEK se v ta namen uporablja preizkuševalna naprava ODEN
(slika 5.1). Z napravo preizkušamo predvsem kratkostično in nadtokovno zaščito 400 V
kompaktnih odklopnikov, kjer je potrebno generirati tokove tudi do nekaj kA, bimetalne
zaščitne releje in prestavna razmerja TMT. Sestavljena je iz ene kontrolne enote in treh
tokovnih virov .
Slika 5.1: Naprava za primarno preizkušanje zaščite (ODEN)
kontrolna enota
tokovni viri
Damjan Judež, diplomsko delo
36
Osnovna enota na sliki 5.2 je kontrolna enota, s katero upravljamo tokovne vire. Tokovne
vire lahko med sabo zvežemo paralelno ali serijsko. Z vezavo določimo moč tokovnega
izhoda.
Na čelni plošči kontrolne enote so nameščeni: 1. LCD prikazovalnik, 2. gumb za fino
nastavitev toka, 3. gumba za grobo nastavitev toka, 4. opozorilna lučka, ki gori v primeru,
ko je tokovni izhod vključen, 5. gumb za nastavljanje vrste meritev, merilnega obočja A-
metra in splošnih nastavitev naprave, 6. A-meter, 7. V-meter, 8. gumba za izbiro vezave
tokovnih virov, 9. binarni vhod.
A-meter je namenjen za meritev toka na sekundarni strani TMT. Z napravo lahko merimo
tudi upornost kontaktnih spojev, zato je na čelni plošči nameščen V-meter. Naprava po U-I
metodi iz znanega toka in padca napetosti preračuna upornost spoja.
Slika 5.2: Kontrolna enota preizkuševalne naprave ODEN
1
2
3
5
7 6
8
9
4
Damjan Judež, diplomsko delo
37
5.2 Naprave za sekundarno preizkušanje
5.2.1 Pulsar
S sekundarnimi preizkusi priključimo preizkuševalno napravo neposredno na vhode
zaščitnih relejev, kjer generiramo tokove, ki dejansko tečejo v rele in jih le ta meri na
sekundarni strani zaščitnih merilnih transformatorjev. Za preizkušanje elektromehanskih
relejev smo uporabljali in še uporabljamo preizkusno napravo PULSAR (slika 5.3), ki ima
tri tokovne in tri napetostne izhode, izhod za generiranje pomožne napetosti in tri binarne
vhode za zaznavanje aktivacije releja. Prednost Pulsar-ja je v tem, da za upravljanje ne
rabimo računalnika, ampak ga upravljamo s tipkovnico na prednji strani preizkuševalne
naprave.
Slika 5.3: Preizkuševalna naprava (PULSAR)
5.2.2 Omicron CMC 256-6 in CMA 156.
Z novo generacijo numeričnih relejev smo začeli uporabljati preizkuševalno napravo za
sekundarno preizkušanje relejev OMICRON CMC 256-6 in signalni ojačevalnik CMA 156,
NAPETOSTNI IZHODI
TOKOVNI IZHODI
GENRIRANJE POMOŽNE DC NAPETOSTI
UPRAVLJANJE IZHODOV
PRIKAZ MERITEV ČASA
BINARNI VHODI
Damjan Judež, diplomsko delo
38
ki služi za preizkus zaščit, kjer je potrebno generirati toke višjih amplitudnih vrednosti in
nam osnovna naprava ne zadostuje. Naprava je večnamenska in vodena z osebnim
računalnikom. Uporabljamo jo za preizkuse relejnih zaščit, merilnih pretvornikov, časovnih
relejev in števcev električne energije.
Na sliki 5.4 je prikazan primer preizkuševalnega sistema v laboratoriju, ki zajema osebni
računalnik na katerem je naložen programski vmesnik »TEST UNIVERSE«, preizkuševalna
naprava CMC 256-6 in tokovni ojačevalnik signalov CMA 156 ter priklopljen numerični
rele med izvajanjem sekundarnih preizkusov.
Slika 5.4: Prikaz preizkuševalnih naprav s priključenim osebnim računalnikom
Prikazana naprava (CMC 256-6) na sliki 5.5, ima štiri napetostne in šest tokovnih izhodov
prilagodljivih po frekvenci, amplitudi in fazi, deset binarnih vhodov, štiri binarne izhode,
generator enosmerne napetosti in analogni tokovno-napetostni enosmerni merilni vhod.
Napetostni in tokovni izhodi, so med sabo galvansko ločeni. Na napetostnih izhodih lahko
generiramo izmenično napetost 3·300 V. Tokovnih izhodov je šest, z njimi lahko generiramo
tokove do 6·12,5 A. Napetostne ali tokovne izhode lahko vežemo paralelno ali serijsko ter
na ta način povečamo območja izhodnih vrednosti. Tako na primer vzporedna vezava šestih
tokovnih izhodov v tri, poveča tokovno območje na 3·25 A, če vežemo vse tokovne izhode
paralelno dobimo na izhodu 1·75 A. V primeru preobremenitev se tokovni in napetostni
Preizkuševalna naprava CMC 256-6
Tokovni ojačevalnik CMA 156
Osebni računalnik z naloženim programom TEST UNIVERSE
Zaščitni rele Siprotec 7UM622
Damjan Judež, diplomsko delo
39
izhodi izključijo, pri tem pa dobimo tudi povratno informacijo v programskem vmesniku.
Med skrajne preobremenitve štejemo odprte tokovne in kratko sklenjene napetostne sponke.
Za napajanje relejev v laboratorijih ali v primeru, ko je napajalna napetost do releja
izključena, uporabljamo izhod enosmerne pomožne napetosti, ki je nastavljiv od 0 do 265V.
Štirje binarni izhodi so namenjeni za generiranje logičnih signalov 0 ali 1. Z njimi lahko
simuliramo položaje pomožnih kontaktov kontaktorjev ali odklopnikov. Binarni vhodi so
namenjeni za zaznavanje položajev kontaktov, izhodnih napetostnih signalov pri proženju
relejev, itd.
Za umerjanje in preizkušanje enosmernih veličin merilnih pretvornikov uporabljamo
tokovni in napetostni analogni vhod.
S tokovnim ojačevalnikom CMA 156 lahko generiramo tokove do 6·25 A. Vezava tokovnih
izhodov v tri paralelno vezane, lahko generira na izhodu 3·50 A. Z paralelno vezavo vseh
šestih tokovnih izhodov lahko naprava generira na izhodu 150 A.
Slika 5.5: Preizkuševalna naprava CMC 256-6 z opisom priključnih sponk
Upravljanje preizkuševalne naprave Omicron
Preizkuševalno napravo upravljamo s programskim vmesnikom ''Test Universe'' in
posebnimi moduli, kar je prikazano na sliki 5.6.
NAPETOSTNI IZHODI
TOKOVNI IZHODI
ENOSMERNA NAPETOST
BINARNI IZHODI
BINARNI VHODI
ANALOGNI DC VHOD
Damjan Judež, diplomsko delo
40
Slika 5.6: Programski vmesnik TEST UNIVERSE
Za preizkušanje relejev največkrat uporabljamo osnovni modul "Quick CMC", ki omogoča
generiranje tokov in napetosti različnih amplitud, frekvenc in faznih kotov. Seveda pa za
nekatere zaščitne funkcije obstajajo posebni moduli, ki so nam v pomoč pri preizkušanju,
ker lahko v njih nastavimo krivulje, ki so parametrirane v releju in nam ni potrebno vsako
točko na krivulji preračunavati. V njih lahko nastavimo tudi meje sprejemljivosti in
preizkuse avtomatiziramo, da s tem prihranimo na času, ki je potreben, da rele preizkusimo.
Numerični releji shranjujejo dogodke v obliki podatkovnega formata "COMTRADE".
Signali, ki so zapisani v COMTRADE datotekah, je možno v programski vmesnik uvoziti
in enake okvarne signale generirati s preizkuševalno napravo, kar nam omogoča modul
"TransPlay".
V nadaljevanju bo opisan modul, ki ga uporabljamo za preizkušanje diferenčne zaščite
generatorja, po stabilizacijski karakteristiki. Prednost le tega je v tem, da lahko točke
preizkusa izbiramo direktno na krivulji, tako ni potrebno računati primarnega in
sekundarnega toka za določitev stabilizacijskega in diferenčnega toka.
Pred pričetkom sekundarnega preizkusa je potrebno vnesti podatke releja preko ikone "Test
Object", kot prikazuje slika 5.7
Damjan Judež, diplomsko delo
41
Slika 5.7: Nastavitev parametrov za rele (7UM622)
Ko so bili podatki releja vneseni, je bilo potrebno določiti nazivne podatke TMT, nazivno
navidezno moč in napetost generatorja ter stran ozemljitve tokovnikov kot prikazuje
slika 5.8.
Slika 5.8: Določitev nazivnih podatkov SG in TMT
Damjan Judež, diplomsko delo
42
Potem so bile definirane karakteristične točke za izris in določitev stabilizacijske
karakteristike, ki ustreza nastavljeni karakteristiki v releju, kot prikazuje slika 5.9.
Slika 5.9: Določitev karakterističnih točk za izris stabilizacijske karakteristike
Ko smo določili stabilizacijsko krivuljo, smo začeli z izbiranjem točk preizkusa na celotni
karakteristiki v relativnih enotah z razmerjem nastavljenega diferenčnega toka proti
nazivnem toku in stabilizacijskega toka proti nazivnem toku generatorja. Točke preizkusov
so prikazane v podpoglavju 6.7 sekundarnega preizkušanja diferenčne zaščite.
Damjan Judež, diplomsko delo
43
6 SEKUNDARNO PREIZKUŠANJE ZAŠČITNIH
FUNKCIJ NUMERI ČNEGA RELEJA SIEMENS
SIPROTEC 7UM622
Med rednim remontom elektrarne smo preizkusili relejno zaščito bloka generator-
transformator in transformatorjev lastne rabe. Zaščitni sistem je izveden s štirimi releji za
zaščito generatorja, z dvema relejema za zaščito bloka, štirimi releji za zaščito dveh
transformatorjev lastne rabe in enim relejem za zaščito oklopljenih zbiralk. Preizkusi so bili
izvedeni na objektu s preizkuševalno napravo OMICRON CMC-256-6 in tokovnim
ojačevalnikom CMA 156. Na releje smo se priklapljali preko testnih vtičnic TM z vtikači,
katerih primer je prikazan na sliki 6.1. Vtičnice so nameščene na prvi strani relejne omare.
Z vključitvijo vtikača v vtičnico galvansko ločimo analogne in binarne vhode od relejev.
Slika 6.1: Priklop preizkuševalne naprave preko preizkusnih vtičnic
V diplomskem delu je predstavljen preizkus rezervnega releja Siprotec 7UM622, kot je
prikazano na sliki 5.4. V releju so parametrirane popolna zemeljskostična zaščita,
impedančna zaščita, zaščita pri nesimetriji, prenapetostna zaščita, zaščita pri izpadu
vzbujanja in diferenčna zaščita. V rezervni rele so bili preneseni parametri, iz releja
nameščenega na objektu. Narejena je bila inicializacija.
vtičnica vtikač
Damjan Judež, diplomsko delo
44
6.1 Numerični zaščitni rele
Slika 6.2: Numerični zaščitni rele Siemens SIPROTEC 7UM62 (prva stran)
Numerični zaščitni rele na sliki 6.2 je multifunkcijska naprava, ki ščiti elemente
elektroenergetskega sistema kot so generatorji, motorji, transformatorji, zbiralke pred
kratkimi stiki, zemeljskimi stiki in ostalimi okvarami. Na čelni plošči releja so RS232
priključek za komunikacijo z računalnikom, tipke za nastavljanje oz. parametriranje releja,
štiri funkcijske tipke za hiter dostop do menijev, zaslon za prikaz merjenih signalov oziroma
nastavljenih parametrov, štirinajst programabilnih led signalnih lučk, ki služijo za
signalizacijo ob proženju zaščitnih funkcij in za daljinsko signalizacijo dogodkov. Na
zaslonu se prikazujejo trenutne vrednosti vhodnih veličin ali izklopilni signali ob vzbuditvi
zaščitnih funkcij.
Damjan Judež, diplomsko delo
45
Slika 6.3: Numerični zaščitni rele Siemens SIPROTEC 7UM62 (zadnja stran)
Na zadnji strani (slika 6.3) ima rele osem tokovnih in štiri napetostne vhode, ki so spojeni
na merilne pretvornike, ki pretvarjajo signale na vrednosti, ki so primerne za interno
procesiranje. Dvakrat po trije tokovni vhodi so uporabljeni za meritev tokov na vsaki strani
ščitene naprave (v tem primeru sinhronskega generatorja). Dva tokovna vhoda sta
namenjena za merjenje tokov nizkih amplitud. Trije napetostni vhodi so uporabljeni za
merjenje linijskih napetosti. En napetostni vhod je namenjen za merjenje residualne
napetosti pri zemeljskostični zaščiti statorja ali rotorja.
Binarni vhodni in izhodni signali vstopajo in izstopajo preko vhodno-izhodnih elementov,
skozi katere procesor spremlja zunanje informacije, na primer blokirne signale, daljinske
reset signale in podobno. Izhodne signale predstavljajo predvsem izklopni signali, signali za
daljinsko signalizacijo dogodkov in stanj, lokalni optični prikaz (LED) in prikaz na LCD
zaslonu na čelni plošči naprave.
Za komunikacijo med relejem in računalnikom uporabljamo programski paket DIGSI, s
katerim nastavljamo parametre zaščitnega releja. Nastavitve releja lahko shranimo v
datoteke s končnico *.dex in jih prenesemo v drug rele enake serijske številke (MFLB) v
kateri so zapisani tehnični podatki releja in če serijska številka ni enaka, neposreden prenos
nastavitev ni možen.
Damjan Judež, diplomsko delo
46
Rele ima tudi pomnilnik, v katerega se shranjujejo dogodki v primerih vzbuditve ali
delovanja relejev in prehodni pojavi v obliki grafov, ki pa jih lahko kasneje analiziramo s
programskim orodjem SIGRA. S programom lahko predstavimo izmerjene veličine v obliki
grafov, tabel, R-X diagramov, naredimo harmonsko analizo merjenih signalov, lahko pa jih
izvozimo v podatkovne formate COMTRADE [9]. COMTRADE je standardiziran format z
shranjevanje signalov, ki ga sestavljajo štiri datoteke s končnicami *.dat (podatkovna
datoteka), *.cfg (konfiguracijska datoteka), *.hdr (datoteka glave) in *.inf (informacijska
datoteka).
Osnovni tehnični podatki releja [6]:
Nazivni tok: 5 A
Navidezna moč (tokovni krog na fazo IN = 5 A): 0,5 VA
Nazivna napetost: 100 ... 125 VAC
Navidezna moč (napetostni krog na fazo pri UN = 100 V): 0,3VA
Nazivna frekvenca: 50 Hz ali 60 Hz
Napajalna napetost: 60 ... 125 VDC
Maksimalna dovoljena napajalna napetost: 150 VDC
Število binarnih vhodov: 15 (nastavljivih)
Maximalna napetost na binarnem vhodu: 300 V
Število binarnih izhodov (signalnih relejev): 20 ( vsak NO, opcijsko 4 NC)
NO … normalno odprt
NC … normalno zaprt
6.2 Preizkus pravilne vezave releja s preizkuševalno napravo
S tem preizkusom je bila preverjena pravilna vezava releja s tokovnimi in napetostnimi
izhodi preizkuševalne naprave, kot jo prikazuje slika 6.4. Tokovni izhod ojačevalnika
CMA 156 se je uporabil za tokovne vhode releja z oznako »J«, ker so nazivne vrednosti na
sekundarni strani TMT 5 A in bomo pri preizkusu diferenčne zaščite morali generirali tokove
višje od 12,5 A po enem tokovnem izhodu, kot omogoča osnovna enota. Za prikaz delovne
moči 700 MW, pri medfazni napetosti 21 kV in faktorju moči cosφ = 1 so bile generirane
Damjan Judež, diplomsko delo
47
napetosti in tokovi amplitud kot jih prikazuje tabela 6.1 in kazalčni diagram na sliki 6.5. Pri
tem pa ni bila aktivirana nobena od zaščitnih funkcij, ki so parametrirane v releju.
Slika 6.4: Vezava releja s preizkuševalno napravo CMC 256-6 in CMA 156
Po (6.1) izračunamo sekundarni linijski tok generatorja pri pozitivni delovni moči 700 MW
in faktorju delavnosti cosφ = 1.
A 849,3155175kV 213
MW 700
cos3=
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅=
ϕIgUgG
GprimGsek
kkU
PI (6.1)
Kjer je:
GprimP … delovna moč generatorja (primarna stran TMT in NMT)
GsekI … linijski tok generatorja (sekundarna stran TMT)
IL1,S2
IL1,S1
IL2,S221, 40, 46
64G
87G
64G
21, 40, 59,64G
IL2,S1
IL3,S2
IL3,S1
IEE1
UL1UL2UL2N
UE
7UM622
Q1
J1
Q2
J2
Q3
J3
Q4
J4
R15
Q5
J5
R17
J7
Q6
J6
R18R16
J8
1
1
1
2
2
2
3
3
3
N
N
N
NAPETOSTNI IZHODI CMC 256-6
TOKOVNI IZHODI (primar) CMC 256-6
TOKOVNI IZHODI (sekundar) CMA 156
Damjan Judež, diplomsko delo
48
Tabela 6.1: Prikaz generiranih tokov in napetosti za pozitivno delovno moč
P = 700 MW pri cos φ = 1
linijske napetosti iz NMT na strani sponk [V]
linijski tokovi iz TMT na strani zvezdišča [A]
linijski tokovi iz TMT na strani sponk [A]
UA = 69,28V φ = 0° UB = 69,28V φ = -120° UC = 69,28V φ = 120°
IprimA = 3,849A φ = 0° IprimB = 3,849A φ = -120° IprimC = 3,849A φ = 120°
IsekA = 3,849A φ = 180° IsekB = 3,849A φ = 60° IsekC = 3,849A φ = 300°
Slika 6.5: Kazalčni diagram generiranih linijskih tokov in napetosti
V kazalčnem diagramu na sliki 6.5 so prikazani fazorji sekundarnih vrednosti linijskih tokov
in napetosti, ki smo jih generirali s preizkuševalno napravo.
Rezultati preizkusa so pokazali, da je rele pravilno priključen na preizkuševalno napravo.
Na zaslonu so se prikazale pričakovane vrednosti moči, frekvence, tokov in napetosti. Pri
preizkusu ni prišlo do vzbuditve nobene od zaščitnih funkcij, ki so parametrirane v releju. V
primeru, da vezava releja s preizkuševalno napravo nebi bila pravilna, bi se najprej zaradi
nesimetrije tokov vzbudila diferenčna zaščita. Kasneje bodo posamezne zaščitne funkcije
izključene, kot je primer preizkusa zaščite pri nesimetriji, ko bo potrebno izključiti
diferenčno zaščito.
Damjan Judež, diplomsko delo
49
6.3 Preizkušanje impedančne zaščite
V tabeli 6.2 so prikazane nastavitve parametrov, ki jih nastavimo na podlagi izračunov
predstavljenih v podpoglavju 4.8.
Tabela 6.2: Nastavitev parametrov impedančne zaščite
Naslov Parameter v releju Območje nastavitve Nastavitev Izračunani parameter je podan v enačbi:
3302 IMP I> (0,5...100) A 6,29 A (4.36) 3304 U< (10...125) V 84 V (4.37) 3305 T-SEAL-IN (0,1...60) s 3,25 s / 3306 ZONE Z1 (0,01...26) Ω 1,29 Ω (4.34) 3307 T-Z1 (0,02...1,50) A 0,5 s / 3306 ZONE Z2 (0,01...26) Ω 4,43 Ω (4.35) 3307 ZONE2 T2 (0,02...1,50) A 3 s /
Parameter »IMP I>« - Tokovni prag vzbuditve zaščite
Parameter podaja minimalno vrednost okvarnega toka pri katerem se bo impedančna zaščita
vzbudila.
Parametra »U<« in »T-SEAL-IN« - Podnapetostno zadrževanje
Funkcija »SEAL-IN« se vklopi v primeru, ko je zaščita že vzbujena in bo kljub padcu skupne
impedance pod mejno vrednost še zadržala zaščito aktivno za določen čas.
Parametra »ZONE Z1« in »T-Z1« - Nastavitev prve stopnje zaščite
Parametra podajata vzbuditev impedančne zaščite v prvi stopnji in njeno zakasnitev.
Parametra »ZONE Z2« in »T-Z2« - Nastavitev druge stopnje zaščite
Parametra podajata vzbuditev impedančne zaščite v drugi stopnji in njeno zakasnitev.
1. Priklju čitev preizkusne naprave (OMICRON CMC 256-6)
Rele je priključen kot prikazuje slika 6.4. Rele napajamo z linijskimi napetostmi in tokovi v
analogne vhode z oznako »Q« in »R«.
Damjan Judež, diplomsko delo
50
2. Izvedba preizkusa
Pred izvedbo preizkusa je potrebno izklopiti zaščito pri nesimetriji in diferenčno zaščito
(funkcija na OFF), ker bi omenjena zaščita delovala hitreje kot zaščita, ki jo preizkušamo.
Preizkus je bil izveden z modulom »QuickCMC«, kjer imamo možnost, da nastavimo vrsto
okvare in impedanco pri konstantnem toku. Modul izračuna amplitudo in fazni kot med
napetostjo in tokom, da dosežemo vrednost impedance kot je prikazano na sliki 6.6.
Slika 6.6: Prikaz nastavitve izhodnih signalov za primer 3-f kratkega stika.
Prvi preizkus je bil izveden pri konstantnem toku 6,5 A in kotu 0°, ker je to vrednost malo
nad tokovnim pragom vzbuditve zaščite »IMP I>«.
Iz rezultatov v tabeli 6.3 je razvidno, da pri impedanci okvare (medfazni stik ali tri-fazni
stik) 4,652 Ω zaščita še ne deluje, ko pa nastavimo impedanco okvare 4,209 Ω, zaščita deluje
v časovnem območju med 2,97 s in 3,09 s.
Potem smo nastavili vrednost impedance 1,355 Ω, kjer je še delovala 1. stopnja zaščite v
časovnem območju med 2,97 s in 3,09 s. Naslednja točka preizkusa je bila pri vrednosti
impedance 1,226 Ω, kjer je zaščita delovala med 49 in 55 ms. Nazadnje smo preizkusili še
delovanja impedančne zaščite, s simuliranjem impedance, pri medfaznem stiku.
Damjan Judež, diplomsko delo
51
Tabela 6.3: Rezultati preizkusa impedančne zaščite pri konstantnem toku I = 6,5 A in
kotu φ = 0°
fazorji napetosti in tokov Vrednost impedance
Pričakovana vrednost odziva releja
Delovanje releja
UA = 30,24 V; φ = 0° UB = 30,24 V; φ = -120° UC = 30,24 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = 0° IB = 6,5 A; φ = -120° IC = 6,5 A; φ = 120°
4,652 Ω trifazni stik
Zaščita ne deluje Zaščita ni delovala
UA = 27,36 V; φ = 0° UB = 27,36 V; φ = -120° UC = 27,36 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = 0° IB = 6,5 A; φ = -120° IC = 6,5 A; φ = 120°
4,209 Ω trifazni stik
Delovanje 2.stopnje zakasnjeno med (2,97 … 3,07) s
2.st. delovala v 3,04 s
UA = 8,87 V; φ = 0° UB = 8,87 V; φ = -120° UC = 8,87 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = 0° IB = 6,5 A; φ = -120° IC = 6,5 A; φ = 120°
1,355 Ω trifazni stik
Delovanje 2.stopnje zakasnjeno med (2,97 … 3,07) s
2.st. delovala v 3,05 s
UA = 7,969 V; φ = 0° UB = 7,969 V; φ = -120° UC = 7,969 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = 0° IB = 6,5 A; φ = -120° IC = 6,5 A; φ = 120°
1,226 Ω trifazni stik
Delovanje 1.stopnje zakasnjeno med (0,49 … 0,55) s
1.st. delovala v 0,54 s
UA = 44,14 V; φ = -21,7° UB = 44,14 V; φ = -98,3° UC = 69,28 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = 30° IB = 6,5 A; φ = -150° IC = 0 A; φ = 0°
4,209 Ω medfazni stik
Delovanje 2.stopnje zakasnjeno med (2,97 … 3,07) s
1.st. delovala v 3,03 s
UA = 35,55 V; φ = -47 ° UB = 35,55 V; φ = -73° UC = 69,28 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = 30° IB = 6,5 A; φ = -150° IC = 0 A; φ = 0°
1,226 Ω medfazni stik
Delovanje 1.stopnje zakasnjeno med (0,49 … 0,55) s
1.st. delovala v 0,52 s
Damjan Judež, diplomsko delo
52
Drugi preizkus je bil izveden v enakih točkah kot prvi, vendar smo premaknili tokove za kot
90° in smo s tem preverjali vzbuditev zaščite na reaktančni osi v impedančni ravnini.
Tabela 6.4: Rezultati preizkusa impedančne zaščite pri konstantnem toku I = 6,5 A in
kotu ϕ = 90°
fazorji napetosti in tokov Vrednost impedance
Pričakovana vrednost odziva releja
Delovanje releja
UA = 30,24 V; φ = 0° UB = 30,24 V; φ = -120° UC = 30,24 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = -90° IB = 6,5 A; φ = -210° IC = 6,5 A; φ = 30°
4,652 Ω trifazni stik
Zaščita ne deluje Zaščita ni delovala
UA = 27,36 V; φ = 0° UB = 27,36 V; φ = -120° UC = 27,36 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = -90° IB = 6,5 A; φ = -210° IC = 6,5 A; φ = 30°
4,209 Ω trifazni stik
Delovanje 2.stopnje zakasnjeno med (2,97 … 3,07) s
2.st. delovala v 3,01 s
UA = 8,87 V; φ = 0° UB = 8,87 V; φ = -120° UC = 8,87 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = -90° IB = 6,5 A; φ = -210° IC = 6,5 A; φ = 30°
1,355 Ω trifazni stik
Delovanje 2.stopnje zakasnjeno med (2,97 … 3,07) s
2.st. delovala v 3,04 s
UA = 7,969 V; φ = 0° UB = 7,969 V; φ = -120° UC = 7,969 V; φ = 120° IA = 6,5 A; φ = -90° IB = 6,5 A; φ = -210° IC = 6,5 A; φ = 30°
1,226 Ω trifazni stik
Delovanje 1.stopnje zakasnjeno med (0,49 … 0,55) s
1.st. delovala v 0,55 s
UA = 44,14 V; φ = -52° UB = 44,14 V; φ = -128° UC = 69,28 V; φ = 90° IA = 6,5 A; φ = -90° IB = 6,5 A; φ = -270° IC = 0 A; φ = 0°
4,209 Ω medfazni stik
Delovanje 2.stopnje zakasnjeno med (2,97 … 3,07) s
2.st. delovala v 3,01 s
UA = 35,55 V; φ = -77 ° UB = 35,55 V; φ = -103° UC = 69,28 V; φ = 90° IA = 6,5 A; φ = -90° IB = 6,5 A; φ = -270° IC = 0 A; φ = 0°
1,226 Ω medfazni stik
Delovanje 1.stopnje zakasnjeno med (0,49 … 0,55) s
1.st. delovala v 0,52 s
Damjan Judež, diplomsko delo
53
Tretji preizkus smo izvedli pri konstantni impedanci 1,226 Ω, kjer zaščita deluje v prvi
stopnji in iskali tokovni prag vzbuditve zaščite. Nastavitev tokovnega praga je 6,29 A, v
mejah sprejemljivosti ± 1%. Iz rezultatov v tabeli 6.5 je razvidno, da zaščita pri vrednosti
toka 6,23 A še ni delovala, pri toku 6,35 A pa je. Pri tretjem preizkusu nismo merili časa
delovanja, ampak samo tokovni prag.
Delovanje zaščite je bilo v meja sprejemljivosti in pravilno.
Tabela 6.5: Vzbuditev impedančne zaščite pri konstantni impedanci in kotu ϕ = 0°
fazorji napetosti in tokov Vrednost impedance
Pričakovana vrednost odziva releja
Odziv releja
UA = 7,64 V; φ = 0° UB = 7,64 V; φ = -120° UC = 7,64 V; φ = 120° IA = 6,23 A; φ = 0° IB = 6,23 A; φ = -120° IC = 6,23 A; φ = 120°
1,226 Ω trifazni stik
zaščita pri konstantni impedanci in toku 6,23A ne deluje
zaščita ni delovala
UA = 7,64 V; φ = 0° UB = 7,64 V; φ = -120° UC = 7,64 V; φ = 120° IA = 6,35 A; φ = 0° IB = 6,35 A; φ = -120° IC = 6,35 A; φ = 120°
1,226 Ω trifazni stik
zaščita pri konstantni impedanci in toku 6,35A deluje
zaščita je delovala v 1.stopnji
6.4 Preizkušanje zaščite pri nesimetriji
V tabeli 6.6 so prikazane nastavitve parametrov, ki jih nastavimo na podlagi izračunov
predstavljenih v podpoglavju 4.7.
Tabela 6.6: Nastavitev parametrov zaščite pri nesimetriji
Naslov Parameter v releju Območje nastavitve
Nastavitev Izračunani parameter je podan v enačbi:
1702 I2> (3...30) % IN 9,7 % IN (4.27) 1703 T WARN (0…60) s 3,00s / 1704 FACTOR K (0...100) s 9,4s (4.29) 1705 T COOL DOWN (0...50000) s 0s / 1706 I2>> (10…200) % IN 24 % IN (4.28) 1707 T I2>> (0...60) s 3,25s /
Damjan Judež, diplomsko delo
54
Parametra »I2>« in »T WARN« - Trajno dopustni tok negativnega zaporedja
S parametroma je določena dopustna meja toka negativnega zaporedja, do katere lahko
generator trajno obratuje in čas do alarmiranja, ko je dosežen prag vzbuditve zaščite.
Parameter »FACTOR K« - Konstanta K
S konstanto je določen, čas v katerem generator še prenese 100%-ni tok negativnega
zaporedja.
Parameter »T COOL DOWN« - Čas ohlajanja
Ko obratuje generator z največjim dovoljenim tokom negativnega zaporedja, je potreben
določen čas ohlajanja in s tem parametrom ta čas določimo. Parameter je postavljen na
vrednost 0 s, ker je v primeru izpada elektrarne in posledično tudi generatorja postopek
zagona elektrarne veliko daljši, kot pa bi bila vrednost tega parametra.
Parametra »I2>>« in »T I2>>« - Vzbuditev in zakasnitev druge stopnje
S parametroma je določena meja, kjer zaščita deluje po tokovno neodvisni karakteristiki
zakasnjeno za 3,25 s.
1. Priklju čitev preizkusne naprave (OMICRON CMC 256-6):
Rele je priključen kot prikazuje slika 6.4. Rele napajamo z linijskimi napetostmi in tokovi v
analogne vhode z oznako »Q« in »R«.
2. Izvedba preizkusa
Diferenčno zaščito smo pustili izklopljeno, vklopiti smo morali zaščito pri nesimetriji. Na
izhodu smo generirali napetosti pozitivnega zaporedja in tokove negativnega zaporedja,
katere vrednosti so zapisane v prvem stolpcu tabele 6.7. Rezultati delovanja so zapisani v
četrtem stolpcu, kjer je razvidno da je bila 1.stopnja zaščite vzbujena pri vrednosti I2 = 0,5 A
vendar nismo izmerili časa delovanja, ker bi po krivulji znašal več kot 1000 s. Druga stopnja
je tudi pravilno delovala pri vrednosti I2 = 1,24 A, kjer je znašal čas izklopa 3,28 s. Časovno
zakasnitev smo izmerili še pri treh vrednostih, katerih rezultati so zapisani v tabeli in
predstavljeni na karakteristiki na sliki 6.7. Zaščita je delovala pravilno.
Damjan Judež, diplomsko delo
55
Tabela 6.7: Rezultati preizkusa zaščite pri nesimetriji
fazorji napetosti in tokov Vrednost toka I2
Pričakovana vrednost odziva releja
Delovanje releja
UA = 69,28 V; φ = 0° UB = 69,28 V; φ = -120° UC = 69,28 V; φ = 120° IA = 0,46 A; φ = 0° IB = 0,46 A; φ = 120° IC = 0,46 A; φ = -120°
(I2> -3%)
0,46 A
Zaščita se ne vzbudi deluje na spodnji
Zaščita ni delovala
UA = 69,28 V; φ = 0° UB = 69,28 V; φ = -120° UC = 69,28 V; φ = 120° IA = 0,47 A; φ = 0° IB = 0,47 A; φ = 120° IC = 0,47 A; φ = -120°
(I2> +3%)
0,50 A
1.st. zaščite pri nesimetriji vzbujena
1.st. zaščite je bila vzbujena
UA = 69,28 V; φ = 0° UB = 69,28 V; φ = -120° UC = 69,28 V; φ = 120° IA = 1,16 A; φ = 0° IB = 1,16 A; φ = 120° IC = 1,16 A; φ = -120°
(I2>> -3%)
1,16 A
1.stopnja zaščite mora delovati zakasnjeno po termični karakteristiki določeni z enačbo (4.26)
Zaščita je delovala v 174,1 s
UA = 69,28 V; φ = 0° UB = 69,28 V; φ = -120° UC = 69,28 V; φ = 120° IA = 1,24 A; φ = 0° IB = 1,24 A; φ = 120° IC = 1,24 A; φ = -120°
(I2>> +3%)
1,24 A
2.stopnja zaščite mora delovati zakasnjeno med (3,22 … 3,33) s
Zaščita je delovala v 3,3 s
UA = 69,28 V; φ = 0° UB = 69,28 V; φ = -120° UC = 69,28 V; φ = 120° IA = 0,73 A; φ = 0° IB = 0,73 A; φ = 120° IC = 0,73 A; φ = -120°
0,73 A
Zaščita mora delovati zakasnjeno po termični karakteristiki določeni z enačbo (4.26)
Zaščita je delovala zakasnjeno v 421,9 s
UA = 69,28 V; φ = 0° UB = 69,28 V; φ = -120° UC = 69,28 V; φ = 120° IA = 0,95 A; φ = 0° IB = 0,95 A; φ = 120° IC = 0,95 A; φ = -120°
0,95 A
Zaščita mora delovati zakasnjeno po termični karakteristiki določeni z enačbo (4.26)
Zaščita je delovala zakasnjeno v 232,1 s
Damjan Judež, diplomsko delo
56
Slika 6.7: Prikaz rezultatov preizkušanja zaščite pri nesimetriji
6.5 Preizkušanje prenapetostne zaščite
V tabeli 6.8 so prikazane nastavitve parametrov prenapetostne zaščite, ki jih nastavimo na
podlagi izračunov predstavljenih v podpoglavju 4.9.
Tabela 6.8: Nastavitev parametrov prenapetostne zaščite
Naslov Parameter v releju Območje nastavitve Nastavitev
Izračunani parameter je podan v enačbi:
4102 U> (30...170) V 138 V (4.38) 4103 T U> (0…60) s 5,00 s / 4104 U>> (30...170) V 156 V (4.39) 4105 T U>> (0...60) s 1,00 s / 4107A VALUES UPH-PH; UPH-E UPH-PH /
Parametra »U>« in »T U>« - Vzbuditev 1.stopnje in časovna zakasnitev
S parametroma nastavimo mejo vzbuditve 1.stopnje in časovno zakasnitev, ko rele zazna
prag povišane napetosti.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4
t [s
]
I2 [A]
termična karakteristika
1 stopnja I2>
2. stopnja I2>>
delovanje zaščite
Damjan Judež, diplomsko delo
57
Parametra »U>>« in »T U>>« - Vzbuditev 2.stopnje in časovna zakasnitev
S parametroma nastavimo mejo vzbuditve 2.stopnje in časovno zakasnitev, ko rele zazna
prag povišane napetosti, ki znaša 130% nazivne medfazne napetosti, izklopilni signal je
zakasnjen 1s.
Parameter »VALUES« - Izbira načina merjenja napetosti
S parametrom določimo ali bo zaščita nastavljena za meritev medfaznih oz. faznih napetosti.
V našem primeru je meritev nastavljena na medfazne napetosti.
1. Priklju čitev preizkusne naprave (OMICRON CMC 256-6):
Rele je priključen kot prikazuje slika 6.4. Rele napajamo z linijskimi napetostmi v analogne
vhode z oznako »Q« in »R«.
2. Izvedba preizkusa
Za preizkus zaščitne funkcije smo napajali rele z nazivno napetostjo (120 V medfazno),
potem smo napetost dvigovali stopnično do praga vzbuditve prve stopnje, ki je znašal
138,1 V (medfazno). V drugem koraku smo poiskali prag vzbuditve druge stopnje, ki je
znašal 156,1 V. Potem smo nastavili napetost na spodnjo mejo (U>, U>> -1%) pod katero
zaščita ne sme delovati in zgornjo mejo (U>, U>> +1%), ko zaščita mora delovati pri obeh
stopnjah. Na zgornjih mejah toleranc, kjer zaščita mora delovati smo izmerili tudi čase
izklopov, katere vrednosti so predstavljene v zadnjem stolpcu tabele. Iz predstavljenih
rezultatov v tabeli 6.9 vidimo, da je zaščita delovala pravilno.
Damjan Judež, diplomsko delo
58
Tabela 6.9: Rezultati preizkusa prenapetostne zaščite
fazorji napetosti Vrednost medfazne napetosti
Pričakovana vrednost odziva releja
Odziv releja
UA = 79,73 V; φ = 0°
UB = 79,73 V; φ = -120°
UC = 79,73 V; φ = 120°
138,1V (U> -0,07%)
Ko napetost doseže prag vzbuditve 1. stopnje U> mora zaščita delovati
1.stopnja je delovala
UA = 90,12 V; φ = 0°
UB = 90,12 V; φ = -120°
UC = 90,12 V; φ = 120°
156,1 V (U> +0,01%)
Ko napetost doseže prag vzbuditve 2. stopnje U> mora zaščita delovati
2.stopnja je delovala
UA = 78,58 V; φ = 0°
UB = 78,58 V; φ = -120°
UC = 78,58 V; φ = 120°
136,6 V (U> -1%)
zaščita pri vrednosti U> -1% še ne sme delovati
zaščita ni delovala
UA = 80,48 V; φ = 0°
UB = 80,48 V; φ = -120°
UC = 80,48 V; φ = 120°
139,4 V (U> +1%)
zaščita pri vrednosti U> +1% mora delovati zakasnjeno med (4,95 … 5,1) s
zaščita je delovala v 5,04 s
UA = 89,14 V; φ = 0°
UB = 89,14 V; φ = -120°
UC = 89,14 V; φ = 120°
154,4 V (U>> -1%)
zaščita pri vrednosti U>> -1% mora delovati zakasnjeno med (4,95 … 5,1) s
zaščita je delovala v 5,05 s
UA = 91,05 V; φ = 0°
UB = 91,05 V; φ = -120°
UC = 91,05 V; φ = 120°
157,7 V (U>> +1%)
zaščita pri vrednosti U> +1% mora delovati zakasnjeno med (4,95 … 5,1) s
zaščita je delovala v 1,04 s
Damjan Judež, diplomsko delo
59
6.6 Preizkušanje zaščite pri izpadu vzbujanja
V tabeli 6.10 so prikazane nastavitve parametrov, ki jih nastavimo na podlagi izračunov
izvedenih v podpoglavju 4.5.
Tabela 6.10: Nastavitev parametrov zaščite pri izpadu vzbujanja
Naslov Parameter v releju
Območje nastavitve Nastavitev
Izračunani parameter je podan v enačbi:
3002 1/xd CHAR. 1 (0 ... 3,00) p.u. 0,81 p.u. (4.20)
3003 ANGLE 1 (50 ... 120)° 70 ° /
3004 T CHAR. 1 (0 ... 60) s 10,00 s /
3005 1/xd CHAR. 2 (0 ... 3,00) p.u. 0,65 p.u. (4.21)
3006 ANGLE 2 (50 ... 120) ° 90 ° /
3007 T CHAR. 2 (0 ... 60) s 10,00 s /
3008 1/xd CHAR. 3 (0 ... 3,00) p.u. 0,68 p.u. (4.22)
3009 ANGLE 3 (50 ... 120) ° 120 ° /
3010 T CHAR. 3 (0 ... 60) s 0,30 s /
3014A Umin (10 ... 125) V 30 V (4.23)
Parametri nastavitev karakteristik - »(1/xd) CHAR«, »ANGLE«, »T CHAR«
Vsaka karakteristika je podana s tremi parametri. Prvi parameter predstavlja točko sekanja
susceptančne osi v normiranih enotah (p.u.). Drugi parameter predstavlja naklon
karakteristike v stopinjah. Tretji parameter predstavlja časovno zakasnitev, ko preidemo v
področje delovanja zaščitne funkcije. Prvi dve karakteristiki opisujeta statično stabilnost,
tretja predstavlja dinamično stabilnost generatorja.
Parameter »Umin« - podnapetostna blokada
S tem parametrom nastavljamo prag minimalne medfazne napetosti, pri kateri bo zaščitna
funkcija blokirana oz. ne deluje.
Damjan Judež, diplomsko delo
60
1. Priklju čitev preizkusne naprave (OMICRON CMC 256-6):
Rele je priključen kot prikazuje slika 6.4. Rele napajamo z linijskimi napetostmi in tokovi v
analogne vhode z oznako »Q« in »R«. Za preizkuse smo uporabili modul »QuickCMC«. kjer
so bile točke preizkusov vpisane neposredno v enotah moči na sekundarni strani TMT in
NMT.
2. Izvedba preizkusa
Najprej smo določili točke preizkusov v admitančni ravnini obratovalnega diagrama
sinhronskega generatorja. Točke preizkusov smo preračunali na moči sekundarne strani
TMT in NMT po enačbah (4.6) in (6.2).
dNseksek
dNseksek X
SPX
SQ1
; 1 ⋅=⋅= (6.2)
Prvi preizkus smo začeli pri sekundarni delovni moči 0 W in jalovi moči -655,2 VAr, kjer
zaščita ni smela delovati. Potem smo jalovo moč začeli dvigovati po točkah zapisanih v
četrtem stolpcu, kjer smo merili čas zakasnitve delovanja zaščite.
Zaščita je pri tem preizkusu delovala pravilno.
Tabela 6.11: Rezultati preizkusa zaščite pri izpadu vzbujanja, ko je delovna moč na
sekundarni strani TMT in NMT 0 W.
Nastavitev [p.u.]
Točke preizkusa v mejah ±3% od
nastavitve [p.u.]
Psek
[W] Qsek
[VAr] pričakovane
vrednosti delovanja
odziv releja
1/Xd = 0,65
0,63 0,00 -655,2 ne deluje ni deloval
0,65 0,00 -675,5 (9,9…10,16) s 10,01 s
0,67 0,00 -695,8 (9,9…10,16) s 10,03 s
1/Xd = 0,68
0,66 0,00 -685,5 (9,9…10,16) s 10,05 s
0,68 0,00 -707,0 (0,29…0,37) s 0,33 s
0,70 0,00 -727,9 (0,29…0,37) s 0,34 s
Damjan Judež, diplomsko delo
61
Drugi preizkus smo izvedli na enak način kot prvi samo, da smo sekundarno jalovo moč
dvigovali pri konstantni sekundarni delovni moči 727,5 W. Rezultati so grafično prikazani
v karakteristiki, ki jo prikazuje slika 6.8. Zaščita je tudi pri tem preizkusu delovala pravilno.
Tabela 6.12: Rezultati preizkusa zaščite pri izpadu vzbujanja, ko je delovna moč na
sekundarni strani TMT in NMT 727,5 W.
Nastavitev [p.u.]
Točke preizkusa v mejah ±3% od
nastavitve [p.u.]
Psek
[W] Qsek
[VAr] pričakovane
vrednosti delovanja
odziv releja
1/Xd = 0,56
0,54 727,5 -559,7 ne deluje ni deloval
0,56 727,5 -577,0 (9,9…10,16) s 10,01
0,57 727,5 -594,3 (9,9…10,16) s 10,03 s
1/Xd = 1,08
1,05 727,5 -1093 (9,9…10,16) s 10,05 s
1,09 727,5 -1128 (0,29…0,37) s 0,33 s
1,12 727,5 -1161 (0,29…0,37) s 0,34 s
S tretjim preizkusom smo preverili blokiranje zaščite pri izpadu vzbujanja, ko pade napetost
na sponkah generatorja pod 25% nazivne napetosti. Preizkus smo izvedli s programskim
modulom za sekvence tako, da smo najprej simulirali jalovo moč -727,9 VAr pri nazivni
medfazni napetosti 120V, potem smo spustili napetost na 29,5V in proporcionalno dvignili
tok, da smo dobili enako jalovo moč, pri tej vrednosti je zaščita blokirala. Pri vrednosti
30,5 V pa je izklopila. Rezultati preizkusa blokade so zapisani v zadnjem stolpcu
tabele 6.13. Zaščita je pri tem preizkusu delovala pravilno.
Tabela 6.13: Preverjanje blokade zaščite pri izpadu vzbujanja na zmanjšano napetost
Nastavitev Umin [V]
Točke preizkusa (nastavitev ±0,5V)
[V]
Psek
[W] Qsek
[VAr] odziv releja
30 29,5 0,00 -727,9 zaščita je bila blokirana
30,5 0,00 -727,9 zaščita je delovala
Damjan Judež, diplomsko delo
62
V karakteristiko na sliki 6.8 smo vnesli rezultate prvega in drugega preizkusa v enotah moči
na sekundarni strani TMT in NMT.
Slika 6.8: Prikaz rezultatov preizkušanja zaščite pri izpadu vzbujanja
6.7 Preizkušanje diferenčne zaščite
V tabeli 6.14 so prikazane nastavitve parametrov, ki jih nastavimo za diferenčno zaščito
sinhronskega generatorja.
Tabela 6.14: Nastavitev parametrov diferenčne zaščite
Naslov Parameter v releju Območje nastavitve Nastavitev 2021 I-DIFF> (0,05... 2,00) · I/IN 0,18 · I/IN
2031 I-DIFF>> (0,05... 12,00) · I/IN 2,40 · I/IN
2041A SLOPE 1 (0,10...0,50) 0,18
2042A BASE POINT 1 (0,00... 2,00) · I/IN 0,00 · I/IN
2043A SLOPE 2 (0,10...0,50) 0,43
2043A BASE POINT 2 (0,00... 10,00) · I/IN 1,56 · I/IN
Damjan Judež, diplomsko delo
63
Iz parametrov, ki so nastavljeni v releju in prikazani v tabeli 6.14, določimo stabilizacijsko
karakteristiko, ki jo prikazuje slika 6.9. Odseke A, B, C in D določajo naslednji parametri:
- A ... »I-DIFF>« - prag vzbujanja diferenčnega toka
- B ... »BASE POINT 1« in »SLOPE 1« - začetna točka in strmina 1.premice
- C ... »BASE POINT 2« in »SLOPE 2« - začetna točka in strmina 2.premice
- D ... »I-DIFF>>« - prag vzbujanja nestabilizirane stopnje
Slika 6.9: Stabilizacijska karakteristika diferenčne zaščite
1. Priklju čitev preizkusne naprave (OMICRON CMC 256-6 in CMA 156):
Rele je priključen kot prikazuje slika 6.4. Rele napajamo z linijskimi tokovi v analogne
vhode z oznako »Q« in »J«.
2. Izvedba preizkusa
Prvi preizkus, ki ga izvajamo pri rednih periodičnih preizkusih relejev med remontom, je bil
izveden tako, da smo izbrali nekaj točk na stabilizacijski karakteristiki in preverili, da bo
zaščita delovala v mejah sprejemljivosti, ki jih določa proizvajalec releja Siemens. Drugi
stolpec v tabeli 6.15 prikazuje točke, v katerih je bil izveden preizkus pri tri-fazni okvari na
strani zvezdišča generatorja. V tretjem stolpcu so vrednosti stabilizacijskega toka. Iz
rezultatov v zadnjem stolpcu tabele 6.15 je razvidno, da zaščita deluje po stabilizacijski
karakteristiki znotraj meja sprejemljivosti ±3%. Čas delovanja je bil med 34 in 44 ms.
2,4
1,568
0,18
dif
IN
Istab
IN
Idif >
Idif >>
slope 1 = 0,18
slope 2 = 0,43
0basepoint 2basepoint 1
Področje izklopa releja
AB
C
D
Damjan Judež, diplomsko delo
64
Tabela 6.15: Rezultati preizkusa diferenčne zaščite po stabilizacijski karakteristiki
Nastavitev Idiff· I/In
[A]
Točke preizkusa (nastavitev ±3%)
[A]
ISTAB [A]
Vrsta okvare odziv releja
0,18·I/In = 0,87 0,82 0,82 L1-L2-L3 ni delovala 0,87 0,87 L1-L2-L3 36 ms 0,92 0,92 L1-L2-L3 44 ms
0,36·I/In = 1,74 1,69 9,68 L1-L2-L3 ni delovala 1,74 9,68 L1-L2-L3 36 ms 1,79 9,68 L1-L2-L3 41 ms
0,62·I/In = 3,00 2,90 14,52 L1-L2-L3 ni delovala 3,00 14,52 L1-L2-L3 37 ms 3,10 14,52 L1-L2-L3 34 ms
2,4·I/In = 11,81 11,27 14,52 L1-L2-L3 37 ms 11,81 14,52 L1-L2-L3 37 ms 11,95 14,52 L1-L2-L3 34 ms
Rezultate smo prikazali tudi grafično na sliki 6.10, kjer so vidne točke preizkusa delovanja
zaščite pri simuliranju trifazne okvare na strani zvezdišča generatorja. Diferenčni in
stabilizacijski tok sta podana v amperih.
Slika 6.10: Prikaz rezultatov prvega preizkusa diferenčne zaščite
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30
Idif
[A
]
Istab [A]
Zaščita ni delovala
Zaščita deluje
Damjan Judež, diplomsko delo
65
Drugi preizkus smo izvedli tako, da smo izbrali več točk na celotni stabilizacijski
karakteristiki. Točke smo vnašali v relativnih enotah I/In za diferenčni in stabilizacijski tok
v modulu »DIFFERENTIAL«. Preizkuse smo izvedli v območju diferenčnega toka od 15%
do 245% I/In in stabilizacijskega toka od 100% do 700% I/In. Preizkus je bil avtomatiziran
tako, da najprej nastopi okvara, nato normalno stanje. Čas med stanji je bil nastavljen na
0,5 s. Rezultati preizkusov, na sliki 6.11 prikazujejo, da je zaščita delovala v vseh točkah na
stabilizacijski karakteristiki pravilno. Čas delovanja je bil med 30 in 45 ms.
Slika 6.11: Prikaz rezultatov drugega preizkusa diferenčne zaščite
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35
I d
iff
[A]
Istab [A]
Karakteristika releja Zaščita ni delovala Zaščita je delovala
Damjan Judež, diplomsko delo
66
6.8 Preizkušanje popolne zemeljskostične zaščite statorja
V tabeli 6.16 so prikazane nastavitve parametrov, ki jih nastavimo na podlagi podatkov
predstavljenih v podpoglavju 4.3.
Tabela 6.16: Nastavitev parametrov za popolno zemeljskostično zaščito
Naslov Parameter v releju Območje nastavitve Nastavitev
Izračunani parameter je podan v enačbi:
5302 R< SEF ALARM (20...700) Ω 42 Ω (4.11)
5303 R<< SEF TRIP (20...700) Ω 21 Ω (4.12)
5304 T SEF ALARM (0...60) s 1,00 s /
5305 T SEF TRIP (0...60) s 1,00 s /
5306 SEF I>> (0,02...1,50) A 0,34 A (4.13)
5309 PHI I SEF (-60...+60)° 0° /
5310A SEF Rps (0,0...700,0) Ω 2 Ω /
Parametra »R< SEF ALARM« in »T SEF ALARM« - Prag vzbuditve in časovna zakasnitev
1.stopnje
Parameter podaja vrednost dozemne upornosti statorskega navitja pri kateri bo rele alarmiral.
V našem primeru je vrednost nastavljena na 42 Ω in zakasnjena za 1 s.
Parametra »R<< SEF TRIP« in »T SEF TRIP« - Prag vzbuditve in časovna zakasnitev
2.stopnje
Parameter podaja vrednost dozemne upornosti statorskega navitja pri kateri bo rele izklopil.
V našem primeru je vrednost nastavljena na 21 Ω in zakasnjena za 1 s.
Parameter »SEF I>>« - Prag delovanja, neodvisno od napetosti
S tem parametrom je podana amplituda dozemnega toka frekvence 20 Hz, ki mora steči, da
rele deluje neodvisno od napetosti Usef. V našem primeru je vrednost toka nastavljena na
0,34 A.
Damjan Judež, diplomsko delo
67
Parameter »PHI I SEF« - Korekcijski faktor kota
S tem parametrom kompenziramo kotni pogrešek TMT in napačne meritve kota zaradi
neidealne izvedbe ozemljitve ničlišča generatorja.
Parameter »SEF Rps« - Korekcijski faktor dozemne upornosti
S tem parametrom kompenziramo prehodno upornost ozemljitvenega transformatorja.
1. Priklju čitev preizkusne naprave (OMICRON CMC 256-6)
Rele priključimo s preizkuševalno napravo, kot prikazuje slika 6.12. Generator napetosti
priključimo na vhod R13 in R14, tokovni generator pa na vhod J7 in J8 releja Siemens
7UM622.
Slika 6.12: Vezava releja s preizkuševalno napravo CMC 256-6
2. Sekundarni preizkusi
Z generiranjem napetostnega (vhod R13-R14) in tokovnega signala (vhod J7-J8) smo
simulirali impedance za proženje zaščitne funkcije. Kot med napetostjo in tokom smo
nastavili na 90°. Frekvenca obeh signalov je bila 20 Hz. Na napetostnem izhodu smo
IL1,S2
IL1,S1
IL2,S221, 40, 46
64G
87G
64G
21, 40, 59,64G
IL2,S1
IL3,S2
IL3,S1
IEE1
UL1UL2UL2N
UE
7UM622
Q1
J1
Q2
J2
Q3
J3
Q4
J4
R15
Q5
J5
R17
J7
Q6
J6
R18
R13
R16
R14
J8
1
1
2
2
3
3
N
N
NAPETOSTNI IZHODI CMC 256-6
TOKOVNI IZHODI CMC 256-6
Damjan Judež, diplomsko delo
68
nastavili konstantno napetost 6 V in z nastavljanjem toka simulirali različne impedance.
Preizkus je bil izveden v točkah, ki so zapisane v drugem stolpcu tabele 6.17. Rezultati
preizkusa so pokazali, da rele deluje pravilno.
Tabela 6.17: Rezultati preizkusa popolne zemeljskostične zaščite
Nastavitev + Rps [Ω]
Točke preizkusa v mejah ±5% od
nastavitve [Ω]
Usef_sek
[V] Isef_sek
[mA] Kot med
napetostjo in tokom [°]
delovanje zaščite
Rsef + Rps = 44
46,2 6 130 90 ni delovala
43,8 6 137 90 alarm
41,8 6 144 90 alarm
Rsef + Rps = 23
24,2 6 248 90 alarm
23,0 6 261 90 1,58 s
21,9 6 275 90 1,55 s
3. Primarni preizkusi v zvezdišču generatorja
Slika 6.13: Shema priklopa uporovne dekade pri primarnem preizkusu popolne zemeljskostične zaščite
SG
uporovna dekada
Damjan Judež, diplomsko delo
69
Preizkus je bil izveden na objektu. Med zvezdiščem generatorja in ozemljitvijo smo
priklopili uporovno dekado (slika 6.13), s katero smo spreminjali dozemno upornost med
zvezdiščem in ozemljitvijo. Na releju smo spremljali pri katerih vrednostih rele proži signal
za alarm in pri katerih vrednostih za izklop. Rezultati so v primarnih vrednostih, katere
preračunamo na sekundarne po (4.11). Rezultati preizkusa so podani v tabeli 6.18, kjer je
razvidno, da je zaščita začela delovati pri upornosti 1,9 kΩ, do alarma pa je prišlo že pri
upornosti 4,1 kΩ.
Tabela 6.18: Rezultati primarnega preizkusa popolne zemeljskostične zaščite
Rsef (primarna stran) [Ω]
Rsef (sekundarna stran) [Ω]
Delovanje zaščite
∞ ∞ ni alarmirala
10000 105,8 ni alarmirala
7000 74,1 ni alarmirala
4100 43,4 je alarmirala
4000 42,3 je alarmirala
3900 41,3 je alarmirala
3800 40,2 je alarmirala
2000 21,2 je alarmirala
1900 20,1 je delovala
0 0,0 je delovala
Damjan Judež, diplomsko delo
70
7 SKLEP
V diplomskem delu je predstavljena numerična zaščita sinhronskega generatorja v Nuklearni
elektrarni Krško. Na splošno smo opisali zaščitne funkcije zaščite sinhronskega generatorja
in podali posamezne izračune primarnih in sekundarnih vrednosti zaščitnih parametrov. V
laboratoriju, v podjetju, smo preizkusili rezervni rele, v katerem so bile parametrirane enake
zaščitne funkcije, kot na releju, ki je nameščen v relejni omari v elektrarni. V pomoč so nam
bili preizkuševalni protokoli, ki jih uporabljamo za preizkušanje vgrajenih relejev v
elektrarni. Na releju so bile parametrirane naslednje zaščitne funkcije: diferenčna zaščita,
prenapetostna zaščita, impedančna zaščita, zaščita pri izpadu vzbujanja in popolna
zemeljskostična zaščita, pri kateri je predstavljeno tudi primarno preizkušanje. Sekundarni
preizkusi so bili izvedeni z generatorjem signalov oz. preizkuševalno napravo Omicron, ki
jo uporabljamo pri rednih obdobnih preizkusih med remonti elektrarne. Zaščitne funkcije so
bile preizkušane v karakterističnih točkah, ki določajo prag vzbuditve zaščit. Diferenčno
zaščito smo preizkusili tudi v celotnem področju delovanja po stabilizacijski karakteristiki.
Odzivi releja so pokazali, da zaščita deluje ustrezno.
V obdobju, po zamenjavi elektromehanskih z numeričnimi releji, zaščita ni nikoli po
nepotrebnem oz. nepravilno delovala na prehodne pojave v 400 kV prenosnem omrežju, ki
so bili kot posledice pojavov zemeljskih stikov, prenapetosti, nesimetričnih obremenitev oz.
APV-jev (avtomatskih ponovnih vklopov). Opažamo pa, da te dogodke releji beležijo kot
vzbuditev distančne zaščite, nadtokovne zaščite bloka, diferenčne zaščite pod spodnjo mejo
stabilizacijske karakteristike in zemeljskostične zaščite glavnih transformatorjev.
Damjan Judež, diplomsko delo
71
8 VIRI, LITERATURA
[1] R. Istenič, Splošni opis NEK, Ljubljana: Izobraževalni center za jedrsko tehnologijo
Milana Čopa, avgust 2005.
[2] Brošura Nuklearne elektrarne Krško, Nuklearna elektrarna Krško, november 2010.
[3] M. Žvar (revizor), Generator in pomožni sistemi, Ljubljana: Izobraževalni center za
jedrsko tehnologijo Milana Čopa, avgust, 2005.
[4] A. Kunej, Analiza stanja relejne zaščite GN, bloka, in T3, junij, 2002.
[5] R. Leskovec, Study of the protection setting for the generator and other systems of the
Krško Nuklear power plant, 2010 rev.1, Ljubljana: Elektroinštitut Milan Vidmar,
september 2011.
[6] Multifunctional Machine Protection, 7UM62 V4.6, Manual, Siemens.
[7] V. Leonov, A. Russo, K. Chan, S. Farley, „Generator Design, Parameters,
Characteristics. Report Number 22002183-001 Rev 2,“ Orlando, Florida, februar 2010.
[8] H. Markiewicz, A. Klajn, Standard EN 50160 - Voltage Characteristics in Public
Distribution Systems, julij 2004.
[9] COMTRADE, A new standard for common format for transient data exchange
Prepared by working group H-5 of the Relaying Channels Subcommittee of theIEEE
Power System Relaying Committee, October, 1992.
[10] CMC 256 Hardware reference manual, OMICRON, 2004.
[11] A. Krašovec, „Končno poročilo: Preizkušanje naprav zaščite generatorja 880 MVA in
bloka XR,“ Ljubljana, 2014.
[12] B. Grčar, Uvod v zaščito elementov elektroenergetskih sistemov, prva izd., Maribor:
FERI, 1999.
Damjan Judež, diplomsko delo
73
9 PRILOGE
PRILOGA A:
NASLOV ŠTUDENTA
Damjan Judež
Wolfova ulica 13
8273 Leskovec pri Krškem, Slovenija
e-mail: [email protected]
KRATEK ŽIVLJENJEPIS
Rojen: 01. 05. 1976 v Brilon-u (ZR Nemčija)
Šolanje: 1982-1990 Osnovna šola, Jurij Dalmatin Krško
1990-1994 Srednja šola Krško, elektrotehnika-energetika
Z družino živimo v Leskovcu pri Krškem. Od leta 1995 do leta 2002, sem delal v zasebnem
podjetju Elektroinštalacije Arh, od leta 2002 dalje delam v Nuklearni elektrarni Krško. Prosti
čas posvečam družini, rekreaciji in prijateljem.
PRILOGA B: Obratovalni diagram sinhronskega generatorja [7]
76
PRILOGA C: Enopolna shema električnega razvoda in zaščitnimi releji