Релейная защита трансформатора

Газовая защита

Газовая защита – основная на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем (рис.2,а). Ранее выпускалось поплавковое газовое реле ПГ-22. Более совершенно реле РГЧЗ-66 с чашкообразным элементами 1 и 2 (рис.2, б).

Рис.2. Газовое реле защиты трансформатора

Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек, вращающихся вместе с подвижными контактами 4 вокруг осей 3. Эти контакты замыкаются с неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами 6 в положении, указанном на рисунке. Система отрегулирована так, что масса чашки с маслом является достаточной для преодоления силы пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразовании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через газовое реле. На пути потока находится лопасть 7, действующая вместе с нижней чашкой на общий контакт. Лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если скорость движения масла и газов достигает определенного значения, установленного на реле. Предусмотрены три уставки срабатывания отключающего элементы по скорости потока масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с. При этом время срабатывания реле составляет . Уставка по скорости потока определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора.

В нашей стране широко используется газовое реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавками типа BF80/Q. Реле имеет некоторые конструктивные особенности. Однако принцип его такой же, как и в других газовых реле.

Монтаж газовой защиты связан с выполнением некоторых специфических требований: для беспрепятственного прохода газов в расширитель должен быть небольшой подъем (1,0-1,5% у крышки трансформатора и 2-4% у маслопровода) от крышки к расширителю; нижний конец маслопровода, входящий внутрь трансформатора, должен заделываться с внутренней поверхности крышки, а нижний конец выхлопной трубы – вдаваться внутрь трансформатора: контрольный кабель, используемый для соединения газового реле с панелью защиты или промежуточной сборкой зажимов, должен иметь бумажную, а не резиновую изоляцию, так как резина разрушается под действием масла: действие газовой защиты на отключение необходимо выполнить с самоудерживанием, чтобы обеспечить отключение трансформатора в случае кратковременного замыкания или вибрации нижнего контакта газового реле, обусловленных толчками потока масла при бурном газообразовании. В схеме защиты на переменном оперативном токе самоудерживание достигается путем шунтирования нижнего контакта газового реле KSG верхним замыкающим контактом реле KL. Самоудерживание автоматически снимается после разрыва цепи отключения вспомогательным контактом Q1.2 выключателя Q1.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; сравнительно небольшое время срабатывания; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых – не реагирование ее на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателями. Защита может подействовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, что может быть, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и др. Возможны также ложные срабатывания защиты на трансформаторах, установленных в районах, поврежденных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений. Необходимо также отметить, что начальная стадия виткового замыкания может и не сопровождаться появлением дуги и газообразованием. В таком случае газовая защита не действует и витковые замыкания в трансформаторе могут длительно оставаться незамеченными. Можно создать защиту, позволяющую обнаружить витковые замыкания в начальной стадии и при отсутствии газообразовании. Одна из таких защит основана на изменении пространственного распределения поля рассеяния обмоток.

Газовая защита обязательна для трансформаторов мощностью. Допускается устанавливать газовую защиту и на трансформаторах меньшей мощности. Для внутрицеховых подстанций газовую защиту следует устанавливать на понижающих трансформаторах практически любой мощности, допускающих это по конструкции, независимо от наличия другой быстродействующей защиты.

 

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА

Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформатора.

В процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах и на их соединениях с коммутационными аппаратами. Могут быть также опасные ненормальные режимы работы, не связанные с повреждением трансформатора или его соединений. Возможность повреждений и ненормальных режимов обуславливает необходимость установки на трансформаторах защитных устройств. При этом учитываются многофазные и однофазные К.З. в обмотках и на выводах трансформатора, а также «пожар в стали» магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятными являются многофазные и однофазные К.З. в выводах трансформаторов и однофазные витковые замыкания. Значительно реже возникают многофазные К.З. в обмотках для групп однофазных трансформаторов они вообще исключены. Защита от коротких замыканий выполняется с действием на отключение поврежденного трансформатора.

Замыкание одной фазы на землю представляет опасность для обмоток, присоединенных к сетям с глухозаземленными нейтралами.

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними К.З. и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформаторов появляются большие токи. Особенно опасно токи, проходящие при внешних К.З.; эти токи могут значительно превышать номинальный ток трансформатора. В случае длительного прохождения тока (что может быть при К.З. на шинах или при неотключившимся повреждений на отходящем от шин присоединений) возможен интенсивный нагрев изоляции обмоток и ее повреждение. Вместе с этим при коротком замыкании понижается напряжение в сети. Перегрузка трансформаторов не влияет на работу системы электроснабжения в целом, так как она обычно сопровождается снижением напряжения. Кроме того, сверхтоки перегрузки относительно не велики и их прохождение допустима в течении некоторого времени, достаточно для того чтобы персонал принял меры к разгрузке. Так согласно нормам перегрузки током можно допускать в течение . В связи с этим защита трансформатора от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполнятся с действием сигнала. На подстанциях без дежурного персонала защита от перегрузки должна действовать на разгрузку или отключение.

К ненормальным режимам работы трансформаторов относится также недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти, например,

вследствие повреждение бака.

Согласно пункту 3.2.110 ПУЭ для трансформаторов должны быть приняты следующие виды защит:

· Дифференциальная защита

· Газовая защита

· Защита от перегрузки

· МТЗ резервное от внешних коротких замыканий

 

Дифференциальная защита трансформатора.

Рис.1. Схема включения обмоток реле ДЗТ-11 в дифференциальной токовой защите двухобмоточного трансформатора.

 

1. Определение вторичных токов в плечах защиты:

Таблица №1.

Наименование величины	Численное значение для стороны:
110 кВ	10,5 кВ
Первичный номинальный ток трансформатора
Коэффициент трансформации т.т.; Действительный: Принятый:
Схема соединения Т.Т.		Ү
Вторичный номинальный ток в плечах защиты

 

2. Определим ток небаланса без учета составляющей при к.з. на стороне 10,5 кВ:

где первичный ток небаланса, приведенный к регулируемой стороне ВН;

коэффициент, учитывающий переходной процесс;

полная погрешность т.т. (10%);

диапозон изменения напряжения в одну сторону при РПН;

 

3. Определим предварительное значение тока срабатывание защиты:

a) по условию отстройки от тока небаланса:

для ДЗТ-11 коэффициент надежности;

b) по условию отстройки от броска тока намагничивания:

4. Производим предварительную проверку чувствительности при повреждении в зоне действия защиты (при двух фазном коротком замыкании за трансформатором).

Расчетный ток в реле защиты:

где

Ток срабатывания реле:

коэффициент чувствительности:

Определяем число витков обмоток реле ДЗТ-11: результаты расчета сводим в следующую таблицу.

Таблица №2.

Обозначение величины и расчетное выражение	Численное значение
	10,63
	10 витков

 

Окончательное принятое число витков

 

составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью уставки на коммутаторе ДЗТ-11 расчетных чисел обмотки.

Изменим схему соединения реле ДЗТ-11

подсоединим ко второй уравнительной обмотке;
подсоединим к первой уравнительной обмотке;

Для защиты трансформатора от подключаем тормозную обмотку к стороне НН:

Принимаем, округляем по шкале в большую сторону с запасом.

Проверка:

Газовая защита

Газовая защита – основная на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем (рис.2,а). Ранее выпускалось поплавковое газовое реле ПГ-22. Более совершенно реле РГЧЗ-66 с чашкообразным элементами 1 и 2 (рис.2, б).

Рис.2. Газовое реле защиты трансформатора

Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек, вращающихся вместе с подвижными контактами 4 вокруг осей 3. Эти контакты замыкаются с неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами 6 в положении, указанном на рисунке. Система отрегулирована так, что масса чашки с маслом является достаточной для преодоления силы пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразовании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через газовое реле. На пути потока находится лопасть 7, действующая вместе с нижней чашкой на общий контакт. Лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если скорость движения масла и газов достигает определенного значения, установленного на реле. Предусмотрены три уставки срабатывания отключающего элементы по скорости потока масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с. При этом время срабатывания реле составляет . Уставка по скорости потока определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора.

В нашей стране широко используется газовое реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавками типа BF80/Q. Реле имеет некоторые конструктивные особенности. Однако принцип его такой же, как и в других газовых реле.

Монтаж газовой защиты связан с выполнением некоторых специфических требований: для беспрепятственного прохода газов в расширитель должен быть небольшой подъем (1,0-1,5% у крышки трансформатора и 2-4% у маслопровода) от крышки к расширителю; нижний конец маслопровода, входящий внутрь трансформатора, должен заделываться с внутренней поверхности крышки, а нижний конец выхлопной трубы – вдаваться внутрь трансформатора: контрольный кабель, используемый для соединения газового реле с панелью защиты или промежуточной сборкой зажимов, должен иметь бумажную, а не резиновую изоляцию, так как резина разрушается под действием масла: действие газовой защиты на отключение необходимо выполнить с самоудерживанием, чтобы обеспечить отключение трансформатора в случае кратковременного замыкания или вибрации нижнего контакта газового реле, обусловленных толчками потока масла при бурном газообразовании. В схеме защиты на переменном оперативном токе самоудерживание достигается путем шунтирования нижнего контакта газового реле KSG верхним замыкающим контактом реле KL. Самоудерживание автоматически снимается после разрыва цепи отключения вспомогательным контактом Q1.2 выключателя Q1.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; сравнительно небольшое время срабатывания; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых – не реагирование ее на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателями. Защита может подействовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, что может быть, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и др. Возможны также ложные срабатывания защиты на трансформаторах, установленных в районах, поврежденных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений. Необходимо также отметить, что начальная стадия виткового замыкания может и не сопровождаться появлением дуги и газообразованием. В таком случае газовая защита не действует и витковые замыкания в трансформаторе могут длительно оставаться незамеченными. Можно создать защиту, позволяющую обнаружить витковые замыкания в начальной стадии и при отсутствии газообразовании. Одна из таких защит основана на изменении пространственного распределения поля рассеяния обмоток.

Газовая защита обязательна для трансформаторов мощностью. Допускается устанавливать газовую защиту и на трансформаторах меньшей мощности. Для внутрицеховых подстанций газовую защиту следует устанавливать на понижающих трансформаторах практически любой мощности, допускающих это по конструкции, независимо от наличия другой быстродействующей защиты.