8.8. Выбор уставок

Рассмотрим защиту от потери возбуждения с эллиптической характеристикой. Настроечными параметрами такой защиты являются местоположение и размеры эллипса в комплексной плоскости сопротивлений и выдержка времени.

Прежде чем давать рекомендации по этим вопросам, необходимо уточнить смысл термина «потеря возбуждения». Точнее говоря, необходимо установить границу между состояниями возбужденного и невозбужденного генератора. В нормальном режиме генератор может работать с недовозбуждением и потреблять реактивную мощность из системы. Защита не должна фиксировать этот режим, как факт потери возбуждения.

Возможны полная и частичная потеря возбуждения. Первый термин более четко характеризует режим генератора. И, тем не менее, даже полная потеря возбуждения не является таковой в переходном режиме - при отключении источника питания, но замкнутой обмотке ротора, ток возбуждения затухает постепенно.

Для решения вопроса обратимся еще раз к характеристикам защиты, представленным на рис. 8. 19. Здесь выделена (заштрихована) область недовозбуждения с Е_г* = 0, 2. Реле с такой характеристикой сравнительно легко выполнить на элементах вычислительной техники. Но даже такое глубокое снижение возбуждение не является полной гарантией для селективного действия защиты. Действительно, при большем скольжении, чем в точке А, намеченная зона срабатывания с Е_г* = 0, 2, также сместится в эту сторону, а годограф возбужденного генератора может проходить через «запретную зону».

Отсюда следует, что для полной селективности защиты необходимо, кроме параметра Z_p имеет еще один дополнительный признак, устанавливающий различие между возбужденным и невозбужденным генератором. Эффективным параметром является небольшая выдержка времени, позволяющая следить за временем нахождения годографа Z_p в зоне срабатывания.

Теоретические и экспериментальные исследования позволяют сформулировать следующие положения для выбора характеристик срабатывания и построения алгоритма работы защиты от потери возбуждения. С точки зрения быстродействия целесообразно выделить область срабатывания в виде эллипса с минимальной выдержкой времени. Охват этой совокупности точек позволит резко снизать область неселективной работы и повысить быстродействие. Для предотвращения отказа или затягивания выявления потери возбуждения в режимах с большими колебаниями параметров целесообразно выделить область фиксации, которая с запасом охватывает первую, а также обеспечивает своевременный пуск и блокировку защиты. Такие области показаны на рис. 8. 21 совместно с традиционной круговой (кривая 1) в виде характеристик 2 и 3. Характеристика 2 полностью охватывает реальную зону потери возбуждения и имеет эллиптическую форму с соотношением осей 2: 1. Диаметр большой оси равен 1, 1 отн. ед., а смещение его относительно начала координат по углу (60 - 70°) должно быть осуществлено на величину х'_d, что для мощных генераторов составляет 0, 3 - 0, 4 отн. ед. Центр характеристики срабатывания 3, имеющей круговую форму, совпадает с центром эллипса, а диаметр составляет 1, 2 - 1, 3 отн. ед.

Такой выбор параметров характеристик срабатывания осуществлен на основе математического и электродинамического моделирования аварийных режимов мощных генераторов, результатов натурных испытаний и анализа экспериментальных частотных характеристик машин.

Предполагаемый алгоритм работы логической части защиты основан на оценке времени нахождения конца вектора сопротивления в областях 2, 3 и сравнении этого времени со временем срабатывания t_cp.

Моделирование показало, что у машин мощностью 500 - 1000 МВт период асинхронного проворота с возбуждением может длиться не более 0, 5 с. При этом конец вектора сопротивления находится в области срабатывания 2 не менее 0, 05 - 0, 1 с. Поэтому нижнюю границу времени срабатывания t_cp целесообразно ограничить величиной 0, 1 с. У менее мощных машин аналогичный процесс проходит медленнее, и конец вектора сопротивления может находится в области срабатывания до 0, 5 с. Таким образом, сокращение области времени срабатывания до эллиптической позволяет с учетом мощности генератора установить диапазон выдержек времени 0, 1 - 0, 5 с. Конкретное значение выдержки определяется реальными режимами генератора и энергосистемы.

Рис. 8. 21. Годограф z_p(q, b) и характеристики защиты

Выскажем некоторые соображения насчет быстродействия защиты. В предыдущих параграфах всегда подчеркивалась необходимость быстрого выявления потери возбуждения. Но с какого момента следует вести отсчет времени? Можно отсчитывать время с момента возникновения аварии. Но может получиться так, что авария произошла, а возбуждение сохраняется еще на достаточном уровне и защита не воспринимает это как факт потери возбуждения. Можно сказать, что защита ждет, пока э. д. с. генератора не снизится до величины Е_г* = 0, 2. А на это уходит время. Можно ли утверждать, что в таком случае защита небыстродействующая?

На характеристиках рис. 8. 22 указаны времена, когда годограф достигает того или иного значения. Действительно, в область срабатывания (рис. 8. 22) годограф попадает через несколько десятых долей секунды и даже через несколько секунд. Но на этом же рисунке видно, что годограф попадает в область эллипса в зоне углов 180°, а срабатывание защиты происходит при углах 360°. С этих позиций можно утверждать, что защита является быстродействующей - она срабатывает при первом провороте ротора генератора.

                                     а)

Рис. 8. 22. Годографы z_p(p, ) для различных режимов работы