Kaip apsaugoti transformatorius. Tinkamas transformatorių apsaugos būdas gali pailginti jų naudojimo laiką.

Transformatorius yra statinė įranga, veikianti nuolat, todėl ji veikia patikimiau ir turi mažesnę gedimo tikimybę. Tačiau kadangi didžioji dauguma transformatorių yra įrengti lauke ir eksploatacijos metu yra veikiami apkrovos bei elektros sistemos trumpojo jungimo gedimų, eksploatavimo procese neišvengiami įvairūs gedimai ir nenormalios sąlygos.

1. Dažni transformatorių gedimai ir anomalijos

Transformatoriaus gedimus galima suskirstyti į vidinius ir išorinius gedimus.

Vidiniai gedimai – tai korpuso viduje atsirandantys gedimai, pvz., apvijų tarpfaziniai trumpieji jungimai, vienfazės apvijos tarpvijiniai trumpieji jungimai, trumpieji jungimai tarp apvijų ir geležies šerdies, apvijų atjungimo gedimai ir kt.

Išoriniai gedimai – tai įvairūs fazių trumpojo jungimo gedimai tarp transformatorių išorinių išvadų ir vienfaziai įžeminimo gedimai, atsirandantys, kai išvadų izoliacijos įvorė peršoksta per korpusą.

Transformatoriaus gedimas daro didelę žalą. Ypač įvykus vidiniam gedimui, trumpojo jungimo srovės sukeltas aukštos temperatūros lankas ne tik sudegins transformatoriaus apvijos izoliaciją ir geležies šerdį, bet ir sukels transformatoriaus alyvos skaidymąsi bei dujų išsiskyrimą, dėl ko transformatoriaus korpusas deformuosis ir net sprogs. Todėl transformatoriaus gedimo atveju jį reikia pašalinti.

Transformatoriaus gedimai dažniausiai pasireiškia perkrovomis, alyvos lygio sumažėjimu, išoriniu trumpuoju jungimu dėl viršsrovės, per aukšta veikiančio transformatoriaus alyvos temperatūra, per aukšta apvijų temperatūra, per aukštas transformatoriaus slėgis ir aušinimo sistemos gedimais. Kai transformatorius sugenda, turėtų įsijungti aliarmo signalas.

Antra, transformatoriaus apsaugos konfigūracija

Pagrindinė trumpojo jungimo apsauga: išilginė diferencialinė apsauga, sunkiųjų dujų apsauga ir kt.

Trumpojo jungimo gedimo atsarginė apsauga: daugiausia sudėtinės įtampos fiksavimo apsauga nuo viršsrovės, nulinės sekos (krypties) apsauga nuo viršsrovės, apsauga nuo mažos varžos ir kt.

Apsauga nuo nenormalaus veikimo: daugiausia apsauga nuo perkrovų, apsauga nuo per didelio sužadinimo, apsauga nuo lengvųjų dujų, apsauga nuo neutralaus tarpo, apsauga nuo alyvos lygio temperatūros ir aušinimo sistemos gedimų.

Trečia, neelektrinė apsauga

Transformatoriaus apsauga, sudaryta iš alyvos, dujų, temperatūros ir kitų neelektrinių tūrių, vadinama neelektrine apsauga. Yra daugiausia dujų apsauga, slėgio apsauga, temperatūros apsauga, alyvos lygio apsauga ir aušintuvo išjungimo apsauga. Neelektrinė apsauga veikia pagal poreikį, kad išsijungtų arba išsiųstų signalus.

1. Apsauga nuo dujų

Kai transformatoriaus vidinis gedimas įvyksta dėl trumpojo jungimo srovės ir trumpojo jungimo taškinio lanko vaidmens, transformatoriaus viduje išsiskiria daug dujų, o transformatoriaus alyvos tekėjimo greitis padidėja, todėl dujų ir alyvos srauto naudojimas apsaugai pasiekti vadinamas dujų apsauga.

(1) Apsauga nuo lengvųjų dujų: kai transformatoriaus viduje įvyksta nedidelis gedimas ar sutrikimas, dėl vietinio gedimo taško perkaitimo alyva iš dalies išsiplečia, o alyvoje esančios dujos suformuoja burbuliukus ir patenka į dujų relę. Apsauga nuo lengvųjų dujų siunčia lengvųjų dujų signalą.

(2) Apsauga nuo sunkiųjų dujų: kai transformatoriaus bake įvyksta rimtas gedimas, gedimo srovė yra didelė, o lankas sukelia transformatoriaus alyvos dideliais kiekiais skaidymąsi, dėl to teka didelis dujų ir alyvos kiekis. Smūginė pertvara priverčia sunkiąsias dujas sekti apsauginį veiksmą, siunčia sunkiųjų dujų signalą ir išėjimo jungiklį, o transformatorius išjungiamas.

(3) Apsauga nuo sunkiųjų dujų yra pagrindinė kuro bako vidinių gedimų apsauga, kuri gali atspindėti įvairius transformatoriaus vidinius gedimus. Kai transformatoriuje įvyksta trumpasis jungimas tarp kelių apsukimų, nors ir labai didelė gedimo srovė, diferencialinė apsauga gali sukelti nedidelę diferencialinę srovę ir nesuveikti. Todėl transformatoriaus vidinių gedimų atveju būtina pasikliauti sunkiųjų dujų apsauga, kad būtų pašalinti gedimai.

Paveikslėlis

2, slėgio apsauga

Slėgio apsauga taip pat yra pagrindinė transformatoriaus bako apsauga nuo vidinių gedimų. Su slėgio išleidimo ir slėgio mutacijos apsauga, naudojama transformatorinės alyvos slėgiui atspindėti.

3, temperatūros ir alyvos lygio apsauga

Kai transformatoriaus temperatūra pakyla iki įspėjimo ribos, temperatūros apsauga siunčia aliarmo signalą ir įjungia budėjimo režimo aušintuvą.

Kai transformatorius nuteka alyva arba dėl kitų priežasčių sumažina alyvos lygį, alyvos lygis yra apsaugotas ir siunčiamas aliarmo signalas.

4, aušintuvo apsauga nuo visų sustojimų

Kai sustoja visi veikiantys transformatoriaus aušintuvai, pakyla transformatoriaus temperatūra. Laiku nesureagavus, gali būti pažeista transformatoriaus apvijų izoliacija. Todėl, kai transformatoriaus veikimo metu sustoja visi aušintuvai, apsauga siunčia aliarmo signalą ir po ilgo laiko išjungia transformatorių.

Keturi, diferencinė apsauga

Transformatoriaus diferencialinė apsauga yra pagrindinė transformatoriaus elektros tūrio apsauga, o jos apsaugos apimtis apima srovės transformatoriaus kiekvienos pusės apvijų dalį. Šiame diapazone, atsirandant trumpiesiems jungimams tarp apvijų, trumpiesiems jungimams tarp apvijų ir kitiems gedimams, įjungiama diferencialinė apsauga.

1, transformatoriaus įjungimo srovė

Lauko srovė, susidaranti transformatoriaus išjungimo metu, vadinama lauko įjungimo srove. Žadinimo įjungimo srovės dydis priklauso nuo transformatoriaus konstrukcijos, uždarymo kampo, talpos, liekamosios srovės prieš uždarymą ir kitų veiksnių. Matavimai rodo, kad įjungimo srovė paprastai yra 2–6 kartus didesnė už vardinę srovę, o maksimali – daugiau nei 8 kartus didesnė už vardinę srovę. Kadangi įjungimo srovė į transformatorių teka tik įkrovimo pusėje, diferencialinėje kilpoje susidarys didelė diferencinė srovė, dėl kurios diferencinė apsauga veiks netinkamai.

Įjungimo srovė pasižymi šiomis savybėmis: a. Įjungimo srovės vertė yra labai didelė ir turi aiškią aperiodinę dedamąją; B. Bangos forma yra smaili ir netolydi; C. joje yra aiški aukštesnės eilės harmoninė dedamoji, ypač antroji harmoninė dedamoji; D. Sužadinimo įjungimo srovė yra susilpnėjusi.

Remiantis aukščiau pateiktomis įjungimo srovės charakteristikomis, siekiant išvengti transformatoriaus diferencinės apsaugos netinkamo veikimo dėl įjungimo srovės, projekte naudojami trys principai: didelis antrosios harmonikos kiekis, bangos formos asimetrija, bangos formos nepertraukiamumo kampas, siekiant realizuoti diferencinės apsaugos fiksavimą.

2. Antrojo harmoninio stabdymo principas

Antrosios harmonikos stabdymo esmė – pagal diferencinės srovės antrąją harmoniką nustatyti, ar diferencinė srovė yra gedimo srovė, ar įjungimo srovės šuolis. Kai antrosios harmonikos procentinė dalis, palyginti su pagrindine dedamąja, viršija tam tikrą vertę (paprastai 20 %), laikoma, kad diferencinę srovę sukėlė įjungimo srovė, ir diferencinė apsauga įjungiama.

Todėl kuo didesnis antrosios harmonikos stabdymo santykis, tuo didesnė antrosios harmonikos srovė leidžiamojoje pagrindinėje bangoje ir tuo blogesnis stabdymo efektas.

3, diferencialinė greito lūžio apsauga

Kai transformatoriaus viduje įvyksta rimtas gedimas, o gedimo srovė yra pakankamai didelė, kad sukeltų srovės transformatoriaus prisotinimą, srovės transformatoriaus antrinėje srovėje taip pat yra daug harmoninių dedamųjų. Remiantis aukščiau pateiktu aprašymu, tikėtina, kad dėl antrojo harmoninio stabdymo diferencinė apsauga bus užblokuota arba uždelsta. Tai rimtai sugadins transformatorių. Šiai problemai išspręsti paprastai įrengiama diferencinė greito išjungimo apsauga.

Diferencialinio greitojo atjungimo elementas iš tikrųjų yra išilginės diferencinės apsaugos didelės pastovios diferencialinės srovės elementas. Skirtingai nuo bendrojo diferencialinio elemento, jis atspindi diferencinio srauto efektyviąją vertę. Nesvarbu, kokia yra diferencinio srauto bangos forma, koks yra harmoninio komponento dydis, jei diferencinio srauto efektyvioji vertė viršija diferencinio greičio atjungimo nustatytąją vertę (paprastai didesnę nei diferencinės apsaugos nustatyta vertė), transformatorius nedelsdamas atjungs, neužblokuodamas sužadinimo įjungimo srovės ir kitų kriterijų.

Penkta, transformatoriaus atsarginė apsauga

Trumpai pristatoma pagrindinė transformatoriaus apsauga ir toliau pristatoma transformatoriaus atsarginė apsauga. Yra daug transformatorių atsarginės apsaugos konfigūracijų rūšių. Čia trumpai pristatome du transformatoriaus atsarginės apsaugos tipus: dvigubą įtampos fiksavimo apsaugą nuo viršsrovės ir apsaugą nuo įžeminimo.

1, dvigubo slėgio užraktas nuo viršsrovės apsaugos

Sudėtinė įtampos fiksavimo viršsrovės apsauga yra atsarginė apsauga, skirta trumpojo jungimo tarp didelių ir vidutinių transformatorių atveju. Tinka aukštinimo transformatoriams, sistemos prijungimo transformatoriams ir žeminimo transformatoriams, kurių viršsrovės apsauga neatitinka jautrumo reikalavimų. Sudėtinė įtampa, sudaryta iš neigiamos sekos įtampos ir žemos įtampos, gali atspindėti įvairius gedimus apsaugos diapazone, sumažinti viršsrovės apsaugos nustatymo vertę ir pagerinti jautrumą.

Sudėtinė įtampos viršsrovės apsauga sudaryta iš sudėtinio įtampos elemento, viršsrovės elemento ir laiko elemento. Apsaugos prieigos srovė yra antrinė trifazė srovė transformatoriaus vietinėje pusėje, o prieigos įtampa yra antrinė trifazė įtampos transformatoriaus įtampa vietinėje pusėje arba kitose transformatoriaus pusėse. Mikrokompiuterio apsaugos atveju šios pusės įtampa gali būti tiekiama kitoms pusėms programine įranga, siekiant užtikrinti, kad bet kuri įtampos viršsrovės priežiūros pusė vis tiek galėtų naudoti sudėtinę įtampos viršsrovės apsaugą. Veiksmų logika parodyta žemiau.

2, transformatoriaus įžeminimo apsauga

Didelių ir vidutinio dydžio transformatorių įžeminimo trumpojo jungimo atsarginė apsauga paprastai būna: nulinės sekos viršsrovės apsauga, nulinės sekos viršįtampio apsauga, apsauga nuo tarpo ir pan. Toliau trumpai pristatomi trys skirtingi įžeminimo režimai, pagrįsti neutraliuoju tašku.

(1) Neutralus taškas yra tiesiogiai įžemintas

Transformatoriams, kurių įtampa yra 110 kV ir didesnė nei neutralus taškas, yra tiesiogiai įžeminti, nulinės sekos srovės apsauga turėtų būti nustatyta didelės srovės įžeminimo sistemos pusėje, kad atspindėtų įžeminimo gedimą. Transformatoriams, kurie yra tiesiogiai įžeminti tiek aukštoje, tiek vidurinėje pusėse, nulinės sekos srovės apsauga turėtų būti kiekvienos šoninės šynos kryptimi.

Nulinės sekos srovės apsaugos principas yra panašus į linijos nulinės sekos apsaugos principą, žr. 30 klausimą. Nulinės sekos srovę galima gauti iš neutralaus taško antrinės srovės tranzistorių arba iš vietinės pusės antrinės trifazės srovės tranzistorių. Prie kryptinio elemento prijungtą nulinės sekos įtampą galima gauti iš vietinės pusės PT atidarymo trifazės įtampos arba iš vietinės pusės antrinės trifazės įtampos. Mikrokompiuterio apsaugos įrenginyje daugiausia naudojamas savarankiškai sukurtas būdas.

Dideliems trijų apvijų transformatoriams nulinės sekos srovės apsauga gali būti trijų pakopų. I ir II sekcijose yra kryptis, o III sekcijoje krypties nėra. Kiekviena sekcija paprastai turi dviejų pakopų uždelsimą: trumpesnis uždelsimas skirtas gedimo diapazonui sumažinti (perjungimo magistralė arba vietinis jungiklis), o ilgesnis – transformatoriui atjungti (trijų pusių perjungimo jungiklis). Konkreti apsaugos konfigūracija priklauso nuo konkrečios situacijos.

Kaip parodyta paveikslėlyje, suveikus nulinės sekos krypties srovės apsaugai I arba II skyriuje, pirmiausia reikia peršokti t1 arba T3 šyną arba vietinį jungiklį su trumpu uždelsimu, kad sumažėtų gedimo įtakos apimtis. Jei gedimo dydis vis dar yra, transformatorių reikia išjungti t2 arba T4 trijų padėčių jungikliu su ilgu uždelsimu. III skyriuje be krypties transformatorius tiesiogiai atjungiamas uždelsimo būdu.

(2) neutralus taškas nėra įžemintas

Nulinės sekos srovė teka per transformatoriaus neutralųjį tašką ir sudaro nulinės sekos kilpą. Tačiau jei visi transformatoriaus neutralieji taškai yra įžeminti, trumpojo jungimo srovė įžeminimo taške pasiskirstys po kiekvieną transformatorių, todėl sumažės nulinės sekos viršsrovės apsaugos jautrumas. Todėl, siekiant apriboti nulinės sekos srovę tam tikrame diapazone, reguliuojamas prie neutraliojo taško įžemintų transformatorių skaičius.

Neįžemintam transformatoriui nulinės sekos įtampos apsauga turėtų būti sukonfigūruota taip, kad būtų išvengta transformatoriaus viršįtampio žalos, kurią sukelia tarpo lankas gedimo taške, kai įvyksta įžeminimo gedimas.

Dėl aukšto neutralaus taško izoliacijos lygio, kai sistemoje įvyksta įžeminimo gedimas, transformatorius visiškai izoliuotas nulinės sekos srovės apsauga, kad pašalintų transformatoriaus neutralaus taško įžeminimą, jei gedimas vis dar egzistuoja, o tada nulinės sekos įtampos apsauga, kad pašalintų transformatoriaus neutralaus taško įžeminimą be įžeminimo.

(3) Neutralus taškas įžemintas per iškrovimo tarpą

Visi aukštos įtampos transformatoriai yra pusiau izoliuoti, o neutralios ritės izoliacija nuo žemės yra silpnesnė nei kitų dalių. Neutralios izoliacija yra linkusi sugesti. Todėl reikia sukonfigūruoti apsaugą nuo tarpo.

Apsaugos nuo tarpo vaidmuo yra apsaugoti neįžeminto transformatoriaus izoliacijos saugos neutralų tašką.

Kaip parodyta, tarp transformatoriaus neutralaus taško ir žemės įrengiamas pramušimo tarpas. Kai įžeminimo jungiklis yra uždarytas, transformatorius yra tiesiogiai įžemintas ir įjungiama nulinės sekos viršsrovės apsauga. Kai įžeminimo jungiklis yra atjungtas, transformatorius įžeminamas per tarpą ir įjungiama pramušimo apsauga.

Apsauga nuo tarpo realizuojama naudojant kriterijumi tarpo srovę 3I0, tekančią per transformatoriaus neutralųjį tašką, ir šynos PT atidarymo trikampio įtampą 3U0.

Jei neutralus taškas gedimo vietos atžvilgiu yra pakeltas, tarpo pralaužimas sukelia didelę tarpo srovę 3I0, šiuo metu tarpo apsauga suveikia po uždelsimo, kad transformatorius būtų atjungtas. Be to, kai sistemoje yra įžeminimo gedimas, neutralaus taško įžeminimo veikimo transformatoriaus nulinės sekos apsaugos veiksmas pirmiausia nutraukia transformatoriaus neutralaus taško įžeminimą. Jei sistema praranda įžeminimo tašką ir gedimas vis dar yra, PT 3U0 šynos atvirojo trikampio įtampa bus didelė, todėl tarpo apsauga taip pat suveikia.

Šaltinis: Galios sakykla