Jak chronić transformatory. Prawidłowa ochrona transformatorów może wydłużyć ich żywotność.

Transformator to urządzenie statyczne pracujące w sposób ciągły, co zapewnia większą niezawodność i mniejsze ryzyko awarii. Ponieważ jednak zdecydowana większość transformatorów jest instalowana na zewnątrz i jest narażona na obciążenia występujące podczas pracy oraz wpływ zwarć w systemie elektroenergetycznym, różnorodne awarie i nietypowe warunki są nieuniknione w procesie eksploatacji.

1. Typowe usterki i anomalie transformatorów

Usterki transformatorów można podzielić na usterki wewnętrzne i usterki zewnętrzne.

Usterki wewnętrzne odnoszą się do usterek powstających wewnątrz obudowy, takich jak zwarcia międzyfazowe uzwojeń, zwarcia międzyzwojowe uzwojeń jednofazowych, zwarcia między uzwojeniami a rdzeniem żelaznym oraz usterki rozłączania uzwojeń itp.

Usterki zewnętrzne odnoszą się do różnego rodzaju zwarć fazowych pomiędzy zewnętrznymi przewodami zasilającymi transformatorów i zwarć uziemienia jednofazowego, które występują, gdy izolacja przepustu przewodu zasilającego przeskakuje przez obudowę.

Awaria transformatora powoduje ogromne szkody. Zwłaszcza w przypadku zwarcia wewnętrznego, łuk elektryczny o wysokiej temperaturze generowany przez prąd zwarciowy nie tylko spali izolację i żelazny rdzeń uzwojenia transformatora, ale także spowoduje rozkład oleju transformatorowego i wydzielanie dużej ilości gazu, co może prowadzić do deformacji obudowy transformatora, a nawet do eksplozji. Dlatego w przypadku awarii transformatora należy go zdemontować.

Anomalie w pracy transformatora to głównie przeciążenie, spadek poziomu oleju, zwarcie zewnętrzne spowodowane przetężeniem, zbyt wysoka temperatura oleju w transformatorze, zbyt wysoka temperatura uzwojeń, zbyt wysokie ciśnienie w transformatorze oraz awaria układu chłodzenia. W przypadku nieprawidłowej pracy transformatora powinien zostać uruchomiony sygnał alarmowy.

Dwa, konfiguracja zabezpieczenia transformatora

Główne zabezpieczenia przed zwarciem: zabezpieczenie różnicowoprądowe wzdłużne, zabezpieczenie przed dużymi gazami, itp.

Zabezpieczenie przed zwarciem: głównie zabezpieczenie nadprądowe z blokadą napięcia, zabezpieczenie nadprądowe składowej zerowej (kierunkowe), zabezpieczenie niskoimpedancyjne itp.

Zabezpieczenie przed nieprawidłową pracą: głównie zabezpieczenie przed przeciążeniem, zabezpieczenie przed nadmiernym wzbudzeniem, zabezpieczenie przed słabym gazem, zabezpieczenie przed przerwą neutralną, zabezpieczenie przed poziomem oleju i awarią układu chłodzenia.

Trzy, ochrona nieelektryczna

Zabezpieczenie transformatora, obejmujące olej, gaz, temperaturę i inne czynniki nieelektryczne, nazywa się zabezpieczeniem nieelektrycznym. Wyróżnia się głównie zabezpieczenia gazowe, ciśnieniowe, temperaturowe, poziomu oleju oraz zabezpieczenie przed zatrzymaniem chłodnicy. Zabezpieczenie nieelektryczne działa w zależności od potrzeb danej lokalizacji, wyzwalając lub wysyłając sygnały.

1. Ochrona gazowa

Gdy nastąpi wewnętrzna awaria transformatora, ze względu na działanie prądu zwarciowego i łuku zwarciowego, wnętrze transformatora wytworzy dużą ilość gazu. Jednocześnie wzrośnie prędkość przepływu oleju transformatorowego. Wykorzystanie przepływu gazu i oleju w celu osiągnięcia ochrony nazywa się ochroną gazową.

(1) Zabezpieczenie przed lekkim gazem: gdy wewnątrz transformatora wystąpi niewielka usterka lub nieprawidłowość, lokalne przegrzanie punktu zwarcia powoduje częściową ekspansję oleju, a gaz w oleju tworzy pęcherzyki i przedostaje się do przekaźnika gazowego. Działanie zabezpieczenia przed lekkim gazem polega na wysłaniu lekkiego sygnału gazowego.

(2) Zabezpieczenie przed silnym gazem: w przypadku poważnego uszkodzenia w kadzi transformatora, prąd zwarciowy jest duży, a łuk elektryczny powoduje rozkład oleju transformatorowego w dużych ilościach, co skutkuje dużym przepływem gazu i oleju. Przesłona uderzeniowa powoduje, że silny gaz podąża za działaniem zabezpieczenia, wysyła sygnał o silnym gazie i wyzwala wyłącznik wyjściowy, a transformator zostaje odcięty.

(3) Zabezpieczenie przed silnym gazem stanowi główne zabezpieczenie przed awarią wewnętrzną zbiornika paliwa, która może odzwierciedlać różne wewnętrzne awarie transformatora. W przypadku wystąpienia zwarcia międzyzwojowego w transformatorze, pomimo dużego prądu zwarciowego, zabezpieczenie różnicowe może nie zadziałać, ponieważ prąd różnicowy wytwarzany przez zabezpieczenie różnicowe może być niewielki. Dlatego w przypadku awarii wewnętrznych transformatora konieczne jest zastosowanie zabezpieczenia przed silnym gazem w celu ich usunięcia.

Obraz

2. Ochrona przed ciśnieniem

Zabezpieczenie ciśnieniowe stanowi również główne zabezpieczenie przed awariami wewnętrznymi kadzi transformatora. Zabezpieczenie przed dekompresją i mutacją ciśnienia służy do odzwierciedlenia ciśnienia oleju transformatorowego.

3. Zabezpieczenie przed temperaturą i poziomem oleju

Gdy temperatura transformatora wzrośnie do wartości ostrzegawczej, zabezpieczenie temperaturowe wysyła sygnał alarmowy i uruchamia chłodziarkę rezerwową.

Gdy w transformatorze wycieknie olej lub poziom oleju obniży się z innych powodów, następuje zabezpieczenie poziomu oleju i wysłanie sygnału alarmowego.

4. Chłodnica zapewnia pełną ochronę

Gdy wszystkie chłodnice transformatora przestaną działać, temperatura transformatora wzrośnie. Brak odpowiedniej interwencji może spowodować uszkodzenie izolacji uzwojenia transformatora. Dlatego też, gdy wszystkie chłodnice transformatora przestaną działać, zabezpieczenie wysyła sygnał alarmowy i wyłącza transformator po długim czasie.

Cztery, zabezpieczenie różnicowe

Zabezpieczenie różnicowo-prądowe transformatora jest głównym zabezpieczeniem objętości energii elektrycznej transformatora, a jego zakres ochrony obejmuje część otoczoną z każdej strony transformatora prądowego. W tym zakresie występują zwarcia międzyuzwojeniowe, zwarcia międzyzwojowe i inne uszkodzenia, w których zadziała zabezpieczenie różnicowo-prądowe.

1. Prąd rozruchowy transformatora

Prąd wzbudzenia generowany podczas spadku napięcia transformatora nazywany jest prądem rozruchowym. Wartość wzbudzenia prądu rozruchowego zależy od konstrukcji transformatora, kąta zamknięcia, pojemności, remanencji przed zamknięciem i innych czynników. Pomiary pokazują, że prąd rozruchowy jest zazwyczaj 2–6 razy większy od prądu znamionowego, a wartość maksymalna przekracza 8 razy prąd znamionowy. Ponieważ prąd rozruchowy wpływa do transformatora tylko po stronie ładowania, generuje on duży prąd różnicowy w pętli różnicowej, co prowadzi do nieprawidłowego działania zabezpieczenia różnicowego.

Prąd rozruchowy ma następujące cechy: a. Wartość prądu rozruchowego jest bardzo duża i zawiera wyraźną składową aperiodyczną; B. Kształt fali jest spiczasty i nieciągły; C. Zawiera wyraźną składową harmoniczną wyższego rzędu, zwłaszcza składową drugą harmoniczną; D. Prąd rozruchowy wzbudzenia jest osłabiony.

Zgodnie z powyższymi charakterystykami prądu udarowego, aby zapobiec nieprawidłowemu działaniu zabezpieczenia różnicowego transformatora spowodowanemu prądem udarowym, w projekcie zastosowano trzy zasady: wysoką zawartość drugiej harmonicznej, asymetrię przebiegu, kąt nieciągłości przebiegu w celu realizacji blokowania zabezpieczenia różnicowego.

2. Zasada hamowania drugiej harmonicznej

Istotą hamowania drugą harmoniczną jest wykorzystanie drugiej harmonicznej prądu różnicowego do oceny, czy prąd różnicowy jest prądem zwarciowym, czy prądem rozruchowym. Gdy stosunek drugiej harmonicznej do składowej podstawowej przekracza określoną wartość (zwykle 20%), uznaje się, że prąd różnicowy jest spowodowany prądem rozruchowym, a zabezpieczenie różnicowe zostaje zamknięte.

Dlatego im większy jest współczynnik hamowania drugiej harmonicznej, tym większy jest prąd drugiej harmonicznej w dopuszczalnej fali podstawowej i tym gorszy jest efekt hamowania.

3. zabezpieczenie różnicowe szybkiego hamowania

Gdy wewnątrz transformatora wystąpi poważna awaria, a prąd zwarciowy jest na tyle duży, że prowadzi do nasycenia przekładnika prądowego, prąd wtórny przekładnika prądowego również zawiera dużą liczbę składowych harmonicznych. Zgodnie z powyższym opisem, istnieje prawdopodobieństwo, że zabezpieczenie różnicowoprądowe zostanie zablokowane lub opóźnione z powodu hamowania drugą harmoniczną. Spowoduje to poważne uszkodzenie transformatora. Aby rozwiązać ten problem, zazwyczaj stosuje się zabezpieczenie różnicowoprądowe z szybkim wyłączaniem.

Element różnicowo-prądowy szybkiego wyłączania to w rzeczywistości element różnicowo-prądowy o wysokiej stałej wartości w podłużnym zabezpieczeniu różnicowym. W odróżnieniu od zwykłego elementu różnicowo-prądowego, odzwierciedla on skuteczną wartość przepływu różnicowego. Niezależnie od kształtu fali przepływu różnicowego i wielkości składowej harmonicznej, dopóki skuteczna wartość przepływu różnicowego przekracza nastawioną wartość różnicowo-prądowego wyłączania (zwykle wyższą niż nastawa zabezpieczenia różnicowo-prądowego), transformator zostanie natychmiast wyłączony, bez blokowania prądu rozruchowego wzbudzenia i innych kryteriów.

Pięć, zabezpieczenie podtrzymujące transformatora

Krótko przedstawiono główne zabezpieczenie transformatora, a następnie przedstawiono zabezpieczenie rezerwowe. Istnieje wiele konfiguracji zabezpieczeń rezerwowych transformatorów. W tym artykule krótko omówimy dwa rodzaje zabezpieczeń rezerwowych transformatora: zabezpieczenie nadprądowe z blokadą podwójnego napięcia oraz zabezpieczenie doziemne.

1. Podwójne zabezpieczenie nadprądowe z blokadą ciśnieniową

Zabezpieczenie nadprądowe z blokadą napięcia to zabezpieczenie rezerwowe na wypadek zwarcia między transformatorami dużej i średniej wielkości. Nadaje się do transformatorów podwyższających napięcie, transformatorów przyłączeniowych i transformatorów obniżających napięcie, których zabezpieczenie nadprądowe nie spełnia wymagań dotyczących czułości. Napięcie złożone, składające się z napięcia składowej przeciwnej i napięcia niskiego, może odzwierciedlać różne usterki w zakresie ochrony, obniżać wartość nastawy zabezpieczenia nadprądowego i poprawiać jego czułość.

Złożone zabezpieczenie nadprądowe napięciowe składa się z członu napięciowego, członu nadprądowego i członu czasowego. Prąd dostępowy zabezpieczenia to prąd wtórny trójfazowego przekładnika prądowego po stronie lokalnej transformatora, a napięcie dostępowe to napięcie wtórne trójfazowego PT po stronie lokalnej lub po innych stronach transformatora. W przypadku zabezpieczenia mikrokomputerowego, napięcie tej strony może być przekazywane do pozostałych stron za pomocą oprogramowania, co zapewnia, że ​​każda strona PT, podlegająca konserwacji, nadal będzie mogła korzystać ze złożonego zabezpieczenia nadprądowego napięciowego. Logika działania została przedstawiona poniżej.

2. Zabezpieczenie uziemienia transformatora

Zabezpieczeniem rezerwowym przed zwarciem doziemnym dużych i średnich transformatorów jest zazwyczaj: zabezpieczenie nadprądowe składowej zerowej, zabezpieczenie nadnapięciowe składowej zerowej, zabezpieczenie przed przerwą międzybiegunową itd. Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do trzech różnych trybów uziemienia opartych na punkcie neutralnym.

(1) Punkt neutralny jest bezpośrednio uziemiony

W przypadku transformatorów o napięciu 110 kV i wyższym, których punkt neutralny jest bezpośrednio uziemiony, zabezpieczenie przed składową zerową prądu powinno być ustawione po stronie uziemienia wysokoprądowego, aby odzwierciedlić zwarcie doziemne. W przypadku transformatorów uziemionych bezpośrednio zarówno po stronie górnej, jak i środkowej, zabezpieczenie przed składową zerową prądu powinno być ustawione w kierunku każdej szyny bocznej.

Zasada działania zabezpieczenia przed prądem składowej zerowej jest podobna do zasady działania zabezpieczenia przed składową zerową linii, patrz punkt 30. Prąd składowej zerowej może być wyprowadzony z prądu wtórnego przekładnika prądowego (CT) w punkcie neutralnym lub z prądu wtórnego trójfazowego przekładnika prądowego (CT) po stronie lokalnej. Napięcie składowej zerowej podłączone do elementu kierunkowego może być wyprowadzone z napięcia trójkąta otwarcia PT po stronie lokalnej lub z napięcia wtórnego trójfazowego po stronie lokalnej. W mikrokomputerowym urządzeniu zabezpieczającym stosuje się głównie metodę samoczynnego wytwarzania.

W przypadku dużych transformatorów trójuzwojeniowych zabezpieczenie przed składową zerową prądu może być trójstopniowe. W sekcjach I i II występuje kierunek, a w sekcji III nie występuje. Każda sekcja ma zazwyczaj dwustopniowe opóźnienie, z krótszym opóźnieniem w celu zmniejszenia zakresu zwarcia (przełącznik szynowy lub lokalny), a dłuższym opóźnieniem w celu usunięcia transformatora (przełącznik trójstronny). Konkretna konfiguracja zabezpieczenia zależy od rzeczywistej sytuacji.

Jak pokazano na rysunku, po zadziałaniu zabezpieczenia prądowego składowej zerowej w sekcji I lub II, należy najpierw zmostkować szynę t1 lub T3 lub lokalny wyłącznik z krótkim opóźnieniem, aby zmniejszyć zasięg wpływu zwarcia. Jeśli wielkość zwarcia nadal występuje, transformator należy odłączyć za pomocą trójpozycyjnego wyłącznika t2 lub T4 z długim opóźnieniem. W sekcji III bez kierunku, transformator jest odłączany bezpośrednio z opóźnieniem.

(2) punkt neutralny nie jest uziemiony

Prąd składowej zerowej przepływa przez punkt neutralny transformatora, tworząc pętlę składowej zerowej. Jednakże, jeśli wszystkie punkty neutralne transformatora są uziemione, prąd zwarciowy w punkcie uziemienia zostanie rozprowadzony do każdego transformatora, co spowoduje zmniejszenie czułości zabezpieczenia nadprądowego składowej zerowej. Dlatego, aby ograniczyć prąd składowej zerowej w pewnym zakresie, reguluje się liczbę transformatorów uziemionych do punktu neutralnego.

W przypadku nieuziemionego transformatora należy skonfigurować zabezpieczenie przed składową zerową napięcia, aby zapobiec uszkodzeniu transformatora na skutek przepięcia wywołanego łukiem elektrycznym w punkcie zwarcia w przypadku wystąpienia zwarcia doziemnego.

Transformator jest w pełni izolowany ze względu na wysoki poziom izolacji punktu neutralnego. Gdy w systemie wystąpi zwarcie doziemne, najpierw uruchamia się zabezpieczenie przed prądem składowej zerowej w celu usunięcia transformatora uziemiającego punkt neutralny, a jeśli zwarcie nadal występuje, a następnie zabezpieczenie przed napięciem składowej zerowej w celu usunięcia nieuziemionego transformatora w punkcie neutralnym.

(3) Punkt neutralny jest uziemiony poprzez przerwę rozładowczą

Wszystkie transformatory wysokiego napięcia są częściowo izolowane, a izolacja cewki neutralnej od uziemienia jest słabsza niż w innych częściach. Izolacja neutralna jest podatna na przebicia. Dlatego konieczne jest skonfigurowanie zabezpieczenia odstępu.

Zadaniem zabezpieczenia szczelinowego jest ochrona punktu neutralnego nieuziemionej izolacji transformatora.

Jak pokazano, przerwa izolacyjna jest zainstalowana między punktem neutralnym transformatora a uziemieniem. Po zamknięciu odłącznika uziemienia transformator jest bezpośrednio uziemiony i włączane jest zabezpieczenie nadprądowe składowej zerowej. Po odłączeniu odłącznika uziemienia transformator jest uziemiany przez przerwę izolacyjną i włączany do zabezpieczenia.

Ochronę przed przerwą międzyfazową realizuje się wykorzystując jako kryterium prąd przerwy międzyfazowej 3I0 płynący przez punkt neutralny transformatora i napięcie trójkąta otwarcia 3U0 szyny PT.

Jeśli punkt neutralny w miejscu zwarcia jest podniesiony, następuje przebicie szczeliny, co powoduje duży prąd szczeliny 3I0. W tym momencie, po opóźnieniu, uruchamia się zabezpieczenie przed zwarciem, aby odłączyć transformator. Ponadto, w przypadku zwarcia doziemnego, zabezpieczenie przed składową zerową transformatora uziemiającego punkt neutralny, najpierw odcina transformator uziemiający punkt neutralny. Po utracie uziemienia, jeśli zwarcie nadal występuje, napięcie w otwartym trójkącie szyny PT 3U0 będzie wysokie i w tym momencie zadziała również zabezpieczenie przed zwarciem.

Źródło: Power Pulpit