Testování ochrany při nesymetrickém zatížení generátoru terminálu REM 543 Cíle úlohy: Cílem úlohy je seznámit se s parametrizací terminálu REM543, zejména s funkcí ochrany při nesymetrickém zatížení generátoru. Dalším cílem je s využitím sekundárního testeru otestovat korektní funkci a nastavení ochranné funkce, pro které se v závěru vytvoří zkušební zpráva.
Zadání 1. Proveďte konfiguraci ochrany při nesymetrickém zatížení generátoru terminálu REM 543. 2. Otestujte správnou funkci ochrany a jejího nastavení s využitím sekundárního testeru CMC256plus. 3. Vypracujte závěrečnou zprávu z měření
Teoretický základ Při souměrném zatížení generátoru vytváří trojfázové proudy ve vinutí statoru kruhové točivé pole, které se otáčí stejnou rychlostí a ve stejném smyslu jako rotor a jeho magnetické pole. Nesouměrné zatížení se liší od souměrného tím, že ve vinutí statoru existují kromě proudů sousledné složkové soustavy i proudy zpětné složkové soustavy. Proudy zpětné složkové soustavy dají vznik magnetickému poli, které se otáčí stejnou rychlostí, ale v opačném smyslu než rotor a jeho magnetické pole (zpětné točivé pole), tj. vůči rotoru dvojnásobnou úhlovou rychlostí. Vzniklé magnetické pole indukuje v elektrických obvodech rotoru alternátoru proudy dvojnásobného kmitočtu než je kmitočet elektrizační soustavy. Proudy nulové složkové soustavy vinutím alternátoru neprotékají. Jejich vznik je podmíněn přítomností zpětného vodiče (aby došlo k uzavření proudového okruhu). Vznik zpětného pole a indukce proudů dvojnásobného kmitočtu s sebou přináší nepříznivé účinky na alternátor. Patří mezi ně brzdící točivý moment, vibrace, zvýšený hluk a nadměrné oteplování vlivem dodatečných ztrát. Ze zmíněných nepříznivých účinků se nejvýrazněji projevuje nadměrné oteplování (především rotoru) a to jednak co se týče budícího vinutí a jednak co se týče samotného tělesa rotoru. Toto oteplení lze vyjádřit v poměrných jednotkách jako T
K (T ) = ∫ i2 dt , 2
0
kde K(T) je poměrné teplo akumulované v rotoru za dobu T. Pro každý stroj existuje charakteristická hodnota Kmax, která závisí na konstrukci rotoru a nesmí být z hlediska bezpečného provozu překročena i2 zpětný proud v poměrných jednotkách T je doba trvání nesymetrického zatížení Ochrana proti nesymetrii je proto časově závislá nadproudová ochrana, která vyhodnocuje zpětnou složku proudu ve statoru. Z tohoto důvodu je třeba, aby ochrana byla připojena na PTP ve všech třech fázích generátoru. Vypínací charakteristika je odvozena z výše uvedeného I vztahu, za předpokladu, že zpětná složka statorového proudu i2 = 2 je v čase konstantní a In předpokládá se, že v normálním provozním stavu je povolena míra nesymetrie vyjádřená hodnotou poměrného zpětného proudu StartValue
T=
K max K max = 2 2 i2 − StartValue ⎛ I2 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ − StartValue 2 ⎝ In ⎠ 2
Obr. 1: Vypínací charakteristika ochrany při nesymetrii
Postup řešení 1) Nastavení vypínací charakteristiky ochrany Pro konfiguraci a parametrizaci terminálu točivého stroje REM 543 se využívá program CAP 505, po jehož spuštění a otevření nového nebo již existujícího projektu je možno používat následující moduly nástrojů (viz obr. 2): Relay Download Tool, Relay Setting Tool, Relay Mimic Tool a Relay Configuration Tool.
Obr.2: Vstupní menu programu CAP 505 Relay Setting Tool je nástroj sloužící pro externí parametrizaci a nastavení funkčních bloků terminálu točivého stroje (parametrizace je možná i místní prostřednictvím strukturovaného menu předního panelu terminálu). Protože základní konfigurace terminálu je již provedena a předmětem našeho měření je nastavení a testování konkrétní ochrany, následuje popis menu
modulu Relay Setting Tool, ve kterém jsou uspořádány knihovny jednotlivých funkcí terminálu (obr. 3).
Obr. 3: Knihovny funkcí modulu Relay Setting Tool Našim cílem je ověřit správnou funkci ochrany při nesymetrickém zatížení NPS3 z knihovny ochranných funkcí, která vyhodnocuje zpětnou složku proudu. Ochrana NPS3 má dva stupně. NPS3Low (malé nesymetrie) a NPS3High (velké nesymetrie). Protože vypínací čas pro malé nesymetrie může být i několik hodin a měření by bylo časově velice náročné, je pro měření využíván pouze stupeň NPS3High. Možnosti parametrů nastavitelných pro NPS3High jsou vidět na obr. 4.
Obr. 4: Dialogové okno pro parametrizaci ochrany při nesymetrii Nejdůležitější parametry se nastavují ve dvou skupinách – Setting group 1 a Setting group 2. Obě skupiny mají v tomto případě stejné možnosti nastavení. První skupinu lze použít např. při rozběhu a druhou pro plynulý chod. Aktuální použitá skupina se nastavuje v záložce Control setting. Počítačem nastavené parametry se do ochrany neukládají automaticky. Musí se do ochrany nahrát pomocí tlačítka v horní části okna (viz obr. 4). Pomocí tlačítka dá naopak nahrát aktuální nastavení parametrů ochrany do počítače.
se
2) Popis nastavitelných parametrů NPS3High Parametr Operation mode umožňuje zvolit jednu ze dvou pracovních charakteristik – „Inverse time“ (časově závislá vypínací charakteristika) a „Definite time“ (časově nezávislá vypínacícharakteristika). Obě charakteristiky mají různé možnosti nastavení parametrů. „Inverse time“ operation mode je charakteristika, kterou budeme testovat a její parametry jsou:
•
•
kde
• •
•
Start value je v podstatě startovní hodnotou, po jejíž překročení funkční blok začíná pracovat (viz obr. 4). Odpovídá zpětné složce proudu vyjádřené v násobku jmenovité hodnoty proudu In .Umožňuje zadat startovní hodnoty zpětné složky proudu v rozsahu 0,01-0,5 In. Výchozí hodnota Start value je 0,2 In , což je obvyklá hodnota pro motory. Generátory jsou na zpětnou složku proudu citlivější, proto je bezpečnější nastavit Start value na 0,05 In. Operate time - u pracovního režimu „Inverse time“ je vypínací čas (Operate time) dán pevně vypínací charakteristikou, proto není možné parametr Operate time nastavit. Vypínací čas se dá vypočítat podle vztahu K , t= 2 ⎛ I2 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ − StartValue 2 ⎝ In ⎠ t - vypínací čas v sekundách I2 - zpětná složka proudu IN - jmenovitý proud stroje Konstanta K - Tato konstanta odpovídá hodnotě Kmax popsané v úvodu tohoto manuálu. Konstantou K je určená strmost inverzní vypínací charakteristiky. Umožňuje rozsah nastavení 5-100. Minimum time - tento parametr udává čas, po který lze tolerovat libovolnou velikost nesymetrického zatížení (viz obr. 5). Prostřednictvím parametru Minimum time lze omezit vypnutí, při kterém stroj není skutečně ohrožen (např. krátkodobé přechodné děje). Lze volit v rozsahu 0,1-120s. Maximum time - pokud je nesymetrické zatížení malé ale dlouhotrvající, lze prostřednictvím funkce Maximum time nastavit maximální vypínací čas. Provádí se tak v případech, kdy vypínací charakteristika pro malé nesymetrie neodpovídá požadovanému času vypnutí. Maximum time lze volit v rozsahu 500-10000s.
Obr. 5: Parametry vypínací charakteristiky ochrany při nesymetrii 3) Otestujte nastavení a korektní funkci ochrany sekundárním testerem CMC256plus
•
Připojte terminál REM 543 k sekundárnímu testeru CMC 256plus dle obrázku níže
Obr. 6: Schéma zapojení pracoviště Generované proudy a napětí z testeru jsou přiváděny na svorkovnici transformátorových vstupů - svorkovnice X1.1 terminálu točivého stroje (viz schéma zapojení). Tato svorkovnice je určena pro připojení obvodů měřících transformátorů napětí a proudu. Terminál tedy proudy přivedené z generátoru považuje za ty, které by byly ve skutečnosti přivedeny přes měřící transformátory napětí a proudu. Prostřednictvím galvanicky oddělených přizpůsobovacích transformátorů vytváří terminál analogové signály potřebné pro ochranné, měřící a jiné funkce. Binární vstupy a výstupy terminálu jsou připojeny na vícepólové konektory X4.1-X5.2. Jako výstup z terminálu je použit výstup HSPO – velmi rychlý výkonový výstup určený např. pro vypínací účely (vypínání vypínače) a ten je připojen ke kontaktům testeru (signalizace
•
Pro testování funkce při nesymetrickém zatížení zvolte modul „Overcurrent“
•
Vytvořte závěrečnou zprávu obsahující jednotlivé zvolené charakteristiky, jak je zobrazeno na obrázku níže.
Příklad grafického zpracování výsledků měření vypínacích charakteristik s různými hodnotami K
Závěr Zhodnoťte přesnost ochrany při nesymetrickém zatížení terminálu REM543 a vykreslete zvolené charakteristiky. Shrnutí: V této úloze jsme se seznámili s nastavením ochrany při nesymetrickém zatížení generátoru terminálu REM543. Korektní funkčnost provedeného nastavení jsme si ověřili za pomoci testeru CMC256plus a SW modulu „Overcurrent“. Výsledkem pak bylo vyhodnocení funkčnosti ochrany a závěrečná zpráva se souhrnem výsledků.
