Дифференциальная защита трансформаторов-принцип действия

 

Дифференциальная защита трансформаторов

Дифференциальная защита трансформаторов применяется для предотвращения аварийных и ненормальных режимов работы при возникновении короткого замыкания между фазами, межвитковых КЗ и замыкания одной или более фаз на землю.

Дифзащита применяется как основный вид автоматического отключения для мощных трансформаторов и для трансформаторов меньшей мощности, в случае если другие виды защиты не обеспечивают требуемого быстродействия.

Принцип работы дифференциальной защиты заключается в сравнении токов входящих и выходящих из трансформатора,и отключении трансформатора при неравенстве токов.

Конструктивно дифзащита включает в себя (Рис. 1) два трансформатора тока ТТ₁ и ТТ₂ включенных по высокому и низкому напряжению и реле автоматики А. Коэффициент преобразования измерительных трансформаторов подобран так, что при возникновении короткого замыкания вне защищаемого участка (Рис.1 слева), результирующий ток проходящий через реле был равный нулю.

Рис. 1

При возникновении короткого замыкания возникает асимметрия втекающих и вытекающих токов (Рис. 1 справа). Через реле протекает ток, включающий схему защитного отключения. Высокая избирательность дифференциальной системы не требует реле времени, т.к. защита включается в идеальном случае только при внутренних КЗ.

В реальных условиях требуется настройка дифзащиты для исключения ложного срабатывания.

При подаче напряжения на входные обмотки трансформатора возникает ток подмагничивания, вызывающий неравенство входных и выходных токов. Ток подмагничивания имеет вид затухающих колебаний.

Без нагрузки это влияние достаточно мало и составляет не более одного процента. При включении трансформатора с нагрузкой или восстановлении работы энергосистемы после замыкания, разность токов может привести к срабатыванию защиты.

Для компенсации этого явления ток включения дифзащиты выбирают большим, чем ток подмагничивания. Загрубление тока срабатывания может привести к несрабатыванию защиты даже при наличии КЗ внутри трансформатора.

Исключить влияния тока подмагничивания можно при помощи искусственной блокировки защиты при подключении высокого напряжения.

При возникновении повреждения трансформатора или замыкания его выводов при блокированном автоматическом отключении задержка может привести к аварии.

В случае, когда указанные способы отстройки дифзащиты неприменимы из-за недостатков, используют трансформаторы тока с быстронасыщаемым магнитопроводом, которые не реагирует на быстротечные колебания подмагничивающего тока.

Для правильной работы измерительных схемы необходимо чтобы фаза втекающих и вытекающих токов совпадала.

Для компенсации фазового сдвига обмотки токовых трансформаторов включаются по такой же схеме, как и защищаемый трансформатор. В случае использования схемы соединения обмоток «треугольник»/«звезда», трансформаторы тока включаются по обратной схеме – на входе «звезда», на выходе – «треугольник».

На линии, соединяющие трансформаторы тока с исполнительными цепями автоматики, возможны влияния помех, приводящих к ложным срабатываниям защиты. Для предотвращения этого измерительные цепи должны быть надежно экранированы. Зачастую дифзащиту устанавливают на отдельно расположенных трансформаторах для исключения влияния помех от смежных устройств энергетики.

Коэффициенты трансформации измерительных цепей должны обеспечивать равенство токов на входе и на выходе. На практике это условие недостижимо, потому трансформаторы токов выпускаются со стандартными напряжениями. Для этого в измерительные цепи вводят согласующие трансформаторы и автотрансформаторы.

Современные устройства АВР

С развитием инновационных технологий и совершенствованием электрооборудования элекстроустановок, постепенно производство уходит от применения простых и надежных, полностью оправдавших себя релейных схем защиты. Новейшие системы АВР отличаются сверх быстродействием, называются БАВР. Устройства объединяют в себе ряд пусковых органов, которые взаимодействуют между собой благодаря специфическим алгоритмам, они могут идентифицировать аварийные режимы.

Пусковые устройства БАВР дают возможность выполнить все задачи за минимальное время, без задания времени с устройствами РЗиА, сопутствующих элементов сети.

Рис. №4. Блок БАВР.

Главные преимущества БАВР

1. Минимальное время срабатывания при аварийном режиме от 5 до 12 сек.

2. Переключение с основного на резервный ввод осуществляется с сохранением синфазности питающих источников.

3. Блок действует при несимметричных КЗ в энергосистеме с напряжением 110 (220) кВ, они составляют 80% от общего числа неисправностей, осуществляется контроль направления мощности и специальное реле, следящее и осуществляющее направление тока.

4. БАВР надежно функционирует как при наличии синхронных и асинхронных двигателей 6 (10) кВ так и при отсутствии. Функции блока как реле направления мощности позволяет за время не более 10мс определить потери питания со стороны основного источника.

5. Работает без привязки к определенным системам РЗиА. В блоке БАВР можно осуществить защиту МТЗ, ТО, ЗМН.

6. С его помощью определяется величина активной и реактивной мощности, производится подсчет полной мощности, осуществляется контроль напряжения в сети и током нагрузок. Производит контроль состояния дискретных сигналов.

7. Осуществляет восстановление режима ВПР в нормальное состояние без участия обслуживающего персонала.

8. Сохраняет происходящие события до 1000 срабатываний БАВР.

Внедрение комплекса БАВР позволяет получить определенные преимущества:

· Обеспечения надежности и беспрерывного электроснабжения, обеспечив суточные графики за счёт достигнутого полного времени перехода на резервный за время 0,034 с.

· Значительное повышение ресурса электродвигателей и насосов ввиду ненужности производства повторных пусков электрических машин и агрегатов.

· Снижение электропотребления за счёт снижения потерь при повторном пуске и восстановлении нормальной скорости прокачки.

· Снижение потерь на разогрев печей после продувки.

· Предотвратить перерывы работы технологического оборудования, которые очень дорого обходятся предприятию.

· Снижение рисков экологических загрязнений впоследствии аварий электроснабжения.

· Повышение степени автоматизации производства.

· Повышение производительности труда работников и предприятия.

 

Газовая защита трансформатора-одна из самых важных защит.

Газовая защита применяется для отключения трансформатора при образовании газообразных продуктов разложения масла в контуре охлаждения.

1. Нагрев масла с последующим выделением газа может быть вызван следующими причинами:
— замыканием между витков обмотки,

2. — так называемым «пожаром стали», когда пластины сердечника трансформатора гальванически соединяются между собой, вызывая потери и повышение температуры.

Рис. 1

Указанные причины при локальном характере воздействия могут не обнаруживаться другими типами защиты. Вместе с тем образования горючих газов и повышения давления приводят к тяжелым авариям и выходу из строя трансформатора.

Конструктивно газовое реле включается в систему охлаждения до расширителя (Рис. 1).

Для облегчения прохождения газов трубопровод масла вместе с газовым реле имеют небольшой наклон (который может достигаться небольшим «завалом» всего трансформатора).

Срабатывание реле происходит при вытеснении масла из трубопровода продуктами термического разложения. Следует отметить, что понижения уровня может быть вызвано не электрическими причинами, такими как повреждение системы охлаждения, которое также приводит к перегреву и выходу трансформатора из строя.

Исторически самым первым типом газового реле является поплавковое (Рис. 2).

В таком реле датчиками уровня масла являются пустотелые металлические поплавки 1 и 2. При умеренном объеме газа масло вытесняется из корпуса реле и опускается верхний поплавок 1.

Поплавок вращается вокруг оси 4, вызывая замыкания герметизированного контакта 3 связанным с ним магнитом 5.

В некоторых видах газовых реле вместо герконов используются ртутные переключатели. Замыкания верхнего поплавка связано с включением предупреждающей сигнализации и не приводит к отключению трансформатора.

Рис. 2

Если масло продолжает вытесняться из корпуса реле, нижний поплавок также опускается и запускает цепь отключения трансформатора.

Дальнейшим развитием газовых реле стали реле с чашечкообразными элементами, также известными как струйные (Рис.3).

В таких реле датчиком снижения масла являются две металлические чашки 1 и 2(изготовленными из алюминия). Эти чашки могут вращаться вокруг оси 3, вызывая замыкания контактов 4 и 6.

Пружина 7 подобрана так, чтобы при отсутствии масла в системе контакты надежно замыкались. Верхняя чашка, как и в случае с поплавковым реле, замыкают телесигнализацию, нижняя – отключает трансформатор.

При сильном нагреве трансформатора без образования электрической дуги, приводящей к выделению газа, возникает сильный поток масла к расширителю.

На пути этого потока находится лопасть 5, жестко связанная с корпусом нижней чашки. В результате происходит поворот чашки вокруг оси, также отключающий трансформатор. Наиболее совершенным типом газовой защиты является струйное реле с герметизированными контактами.

Рис.3

При любом виде реле, срабатывание защиты должно происходить с блокировкой отключающей системы

Газовая защита из-за механического характера срабатывания датчиков подвержена ложным срабатываниям при вибрации почвы. Конструкция газовых реле должна быть рассчитана на возможную тряску.

Случайное попадание в охлаждающую систему воздуха также приводит к сигнализации. Не электрический характер исходной величины – уровня масла – не может гарантировать срабатывания защиты при замыканиях вне корпуса трансформатора.

Поэтому газовой реле не может быть основной системой защиты и трансформатор должен дополнительно защищаться другими типами релейной автоматики.

Газовые реле обладают малым временем отключения и способны реагировать утечку масла из охлаждающей системы. Такой вид защиты обязателен к установке на мощных трансформаторах.

Релейная защита трансформатора – это система, состоящая из измерительных и коммутационных устройств, отключающая трансформатор при ненормальных режимах работы и в случае ситуаций приводящих к повреждению.

К ненормальным и опасным режимам работы силового трансформатора относятся:

· — перегрузка по одной или трем фазам, приводящим к повышению тока, проходящего через обмотки,

· — замыкание на землю или на нейтраль одного или всех выводов трансформатора с высокой или низкой стороны,

· — межфазные замыкания внутри обмоток и со стороны выводящих шин,

· — замыкания внутри обмоток трансформатора.

Во всех этих случаях сигналом возникновения опасной ситуации служат повышение проходящего через короткозамкнутый участок тока и понижение напряжения.

Релейная защита должна надежно зафиксировать отклонение тока или напряжения и отключить трансформатор или поврежденный участок.