Análise da proteção do transformador na proteção do relé

1. Falhas comuns e anormalidades de transformadores

As falhas do transformador podem ser divididas em falhas internas e falhas externas.

As falhas internas referem-se às falhas que ocorrem dentro da caixa, incluindo falhas de curto-circuito fase-fase dos enrolamentos, falhas de curto-circuito entre espiras de enrolamentos monofásicos, falhas de curto-circuito entre enrolamentos e núcleos de ferro e desconexão falhas de enrolamentos.

As falhas externas referem-se a várias falhas de curto-circuito fase-fase entre os fios condutores externos do transformador e falhas à terra monofásicas que ocorrem quando a bucha isolante dos fios condutores passa rapidamente pelo invólucro da caixa.

A falha do transformador é muito perigosa. Especialmente quando ocorre uma falha interna, o arco de alta temperatura gerado pela corrente de curto-circuito não apenas queima o isolamento e o núcleo de ferro do enrolamento do transformador, mas também faz com que o óleo do transformador se decomponha e produza uma grande quantidade de gás, causando deformação ou até explosão da carcaça do transformador. Portanto, deve ser cortado quando o transformador falha.

As condições anormais do transformador incluem principalmente sobrecarga, nível de óleo mais baixo, sobrecorrente causada por curto-circuito externo, alta temperatura do óleo do transformador em operação, alta temperatura do enrolamento, alta pressão do transformador e falha no sistema de resfriamento. Quando o transformador estiver em um estado operacional anormal, um sinal de alarme deve ser dado.

2. Configuração da proteção do transformador

Proteção principal para falhas de curto-circuito: principalmente proteção diferencial longitudinal, proteção de gás pesado, etc.

Proteção de backup para falhas de curto-circuito: principalmente proteção de sobrecorrente de bloqueio de tensão composta, proteção de sobrecorrente de sequência zero (direção), proteção de baixa impedância, etc.

Proteção de operação anormal: inclui principalmente proteção contra sobrecarga, proteção contra superexcitação, proteção contra gás leve, proteção contra lacuna de ponto neutro, nível de temperatura do óleo e proteção contra falha do sistema de resfriamento, etc.

3. Proteção não elétrica

A proteção do transformador usando quantidades não elétricas, como óleo, gás e temperatura do transformador, é chamada de proteção não elétrica. Principalmente incluem proteção de gás, proteção de pressão, proteção de temperatura, proteção de nível de óleo e proteção de parada total do resfriador. A proteção não elétrica atua no disparo ou envio de carta conforme a necessidade do local.

(1) Proteção de gás

Quando ocorrer uma falha dentro do transformador, devido à ação da corrente de curto-circuito e do arco no ponto de curto-circuito, uma grande quantidade de gás será gerada dentro do transformador e a velocidade de fluxo de óleo do transformador será acelerada. A proteção realizada usando fluxo de gás e óleo é chamada de proteção de gás.

Proteção de gás leve: Quando ocorre uma pequena falha ou anormalidade dentro do transformador, o ponto de falha é parcialmente superaquecido, fazendo com que parte do óleo se expanda, o gás no óleo forma bolhas e entra no relé de gás e a proteção de gás leve atua para enviar um sinal de gás leve.

Proteção de gás pesado: Quando ocorre uma falha grave no tanque de óleo do transformador, a corrente de falha é grande e o arco faz com que uma grande quantidade de óleo do transformador se decomponha, gerando uma grande quantidade de fluxo de gás e óleo. O defletor de impacto faz com que a proteção do relé de gás pesado atue, envia um sinal de gás pesado e desarma a saída. Remova o transformador.

A proteção de gás pesado é a principal proteção para falhas internas do tanque de óleo e pode refletir várias falhas dentro do transformador. Quando ocorre um pequeno número de curtos-circuitos entre espiras no transformador, embora a corrente de falta seja grande, a corrente diferencial gerada na proteção diferencial pode não ser grande e a proteção diferencial pode se recusar a operar. Portanto, para falha interna do transformador, é necessário contar com proteção de gás pesado para remover a falha.

(2) Proteção contra pressão

A proteção de pressão também é a principal proteção contra falhas internas no tanque do transformador. Contém alívio de pressão e proteção contra mudança repentina de pressão, usados ​​para responder à pressão do óleo do transformador.

(3) Proteção de temperatura e nível de óleo

Quando a temperatura do transformador subir para o valor de advertência, a proteção de temperatura enviará um sinal de alarme e iniciará o refrigerador de espera.

Quando o óleo do transformador vazar ou o nível de óleo cair por outros motivos, a proteção do nível de óleo atuará e enviará um sinal de alarme.

(4) Proteção de parada total do resfriador

Quando o resfriador do transformador em operação estiver completamente parado, a temperatura do transformador aumentará. Se não for manuseado a tempo, pode causar danos ao isolamento do enrolamento do transformador. Portanto, quando o resfriador estiver completamente parado durante a operação do transformador, a proteção enviará um sinal de alarme e desligará o transformador após um longo atraso.

4. Proteção diferencial

A proteção diferencial do transformador é a principal proteção da quantidade elétrica do transformador, e sua faixa de proteção é a parte cercada pelos transformadores de corrente de cada lado. Quando falhas como curto-circuito fase-fase e curto-circuito entre espiras do enrolamento ocorrem dentro desta faixa, a proteção diferencial deve operar.

Com relação ao princípio da proteção diferencial do transformador, discutimos em detalhes antes, amigos que precisam podem revisar o conteúdo relevante nos registros históricos 6, 7 e 8. Não vou entrar em detalhes sobre isso, e aqui simplesmente adicionarei alguns conceitos sobre a corrente de inrush de excitação.

(1) Corrente de pico de excitação do transformador

A corrente de excitação gerada quando o transformador é derrubado é chamada de corrente de irrupção de excitação. A magnitude da corrente de irrupção está relacionada com a estrutura do transformador, ângulo de fechamento, capacidade, magnetismo residual antes do fechamento e outros fatores. A medição mostra que quando o transformador é derrubado, a corrente de irrupção de excitação devido à saturação do núcleo de ferro é muito grande, geralmente de 2 a 6 vezes a corrente nominal, e o máximo pode ser superior a 8 vezes. Como a corrente de irrupção de excitação flui apenas para o transformador no lado de carga, uma grande corrente diferencial será gerada no circuito diferencial, resultando em um mau funcionamento da proteção diferencial.

A corrente de pico de excitação tem as seguintes características: a. O valor da corrente de partida é muito grande e contém componentes não periódicos óbvios; b. A forma de onda é pontiaguda e intermitente; c. Ele contém componentes harmônicos óbvios de alta ordem, especialmente o segundo componente harmônico. Obviamente; d, a corrente de irrupção de excitação é atenuada.

De acordo com as características acima da corrente de irrupção, a fim de evitar o mau funcionamento da proteção diferencial do transformador causada pela corrente de irrupção, três princípios são usados ​​no projeto: alto conteúdo de segundo harmônico, forma de onda assimétrica e grande ângulo de descontinuidade da forma de onda para realizar o bloqueio da proteção diferencial.

(2) Princípio de frenagem de segundo harmônico

A essência da frenagem de segundo harmônico é usar o componente de segundo harmônico na corrente diferencial para julgar se a corrente diferencial é uma corrente de falha ou uma corrente de energização excitante. Quando a porcentagem do segundo componente harmônico e do componente da onda fundamental é maior que um determinado valor (geralmente 20%), considera-se que a corrente diferencial é causada pela corrente de pico de excitação e a proteção diferencial é bloqueada.

Portanto, quanto maior a taxa de frenagem do segundo harmônico, mais a corrente do segundo harmônico contida na onda fundamental é permitida e o efeito de frenagem será pior.

(3) Proteção diferencial de quebra rápida

Quando ocorre uma falta grave dentro do transformador e o TC fica saturado devido a uma grande corrente de falta, a corrente secundária do TC também contém um grande número de componentes harmônicos. De acordo com a descrição acima, é provável que isso cause proteção diferencial devido à frenagem de segundo harmônico. Bloquear ou atrasar a ação. Isso danificará gravemente o transformador. Para resolver este problema, a proteção diferencial de quebra rápida geralmente é definida.

O elemento diferencial de quebra rápida é, na verdade, um elemento diferencial de alto valor para proteção diferencial longitudinal. Diferente dos elementos diferenciais gerais, reflete o valor efetivo da corrente diferencial. Independentemente da forma de onda da corrente diferencial e da magnitude do componente harmônico, desde que o valor efetivo da corrente diferencial exceda o valor de ajuste da quebra rápida diferencial (geralmente maior que o valor de ajuste da proteção diferencial), ele irá agir imediatamente para cortar o transformador sem excitação. Bloqueio de critérios como corrente de irrupção.

O seguinte apresenta a proteção de backup do transformador

Existem muitos tipos de configurações de proteção de backup para transformadores. Este problema apresenta principalmente dois tipos de proteções de backup: proteção de sobrecorrente de bloqueio de tensão complexa e proteção de aterramento para transformadores.

1. Proteção contra sobrecorrente para bloqueio de pressão complexo

A proteção de sobrecorrente de bloqueio de tensão complexa é a proteção de backup para falhas de curto-circuito fase-fase de transformadores de grande e médio porte. É adequado para transformadores elevadores, transformadores de contato do sistema e transformadores redutores cuja proteção de sobrecorrente não pode atender aos requisitos de sensibilidade. A tensão composta composta de tensão de sequência negativa e baixa tensão pode refletir várias falhas dentro da faixa de proteção, o que reduz o valor de configuração da proteção de sobrecorrente e melhora a sensibilidade.

A proteção de sobrecorrente de tensão composta é composta de elemento de tensão composto, elemento de sobrecorrente e elemento de tempo. A corrente de entrada da proteção é a corrente trifásica secundária do TC do próprio lado do transformador, e a tensão de entrada é a tensão trifásica secundária do TP do próprio lado do transformador ou outros lados. Para proteção do microcomputador, a tensão deste lado pode ser fornecida a outros lados por meio de software, de modo a garantir que a proteção de sobrecorrente de qualquer lado ainda possa ser usada quando o TP de qualquer lado for revisado. A lógica de ação é mostrada na figura abaixo.

2. Proteção de aterramento do transformador

A proteção de backup para falhas de curto-circuito de aterramento de transformadores grandes e médios geralmente inclui: proteção de sobrecorrente de seqüência zero, proteção de sobretensão de seqüência zero, proteção de gap, etc. ponto neutro.

(1) O ponto neutro está diretamente aterrado

Para transformadores com tensão de 110kV e acima, cujo ponto neutro está diretamente aterrado, a proteção de corrente de seqüência zero que responde a falhas de aterramento deve ser instalada ao lado do sistema de aterramento de alta corrente. Para transformadores que são aterrados diretamente nos lados alto e médio, a proteção de corrente de seqüência zero deve ter uma direção, e a direção deve apontar para os barramentos de cada lado.

O princípio da proteção de corrente de sequência zero é semelhante ao da proteção de sequência zero da linha, consulte a Edição 30. A corrente de sequência zero pode ser obtida da corrente secundária do TC do ponto neutro ou pode ser autogerada pela corrente trifásica secundária do TC no lado local. A tensão de sequência zero conectada ao elemento direcional pode ser obtida da tensão de triângulo aberto do TP no lado local ou pode ser autogerada pela tensão trifásica secundária no lado local. No dispositivo de proteção do microcomputador, o método autoproduzido é adotado principalmente.

Para grandes transformadores de três enrolamentos, a proteção de corrente de sequência zero de três estágios pode ser usada. Dentre elas, a Seção I e a Seção II possuem orientações, e a Seção III não possui orientações. Geralmente existem dois níveis de atraso em cada seção, e a faixa de falha é reduzida com um curto atraso (salto do acoplador de barramento ou da chave no lado principal da barra) e o transformador é cortado com um longo atraso (salto o interruptor de três lados). A configuração de proteção específica é determinada de acordo com a situação real.

Conforme mostrado na figura, depois que a seção I ou II da proteção de corrente direcional de seqüência zero operar, primeiro pule o acoplador de barramento ou a chave neste lado após um pequeno atraso t1 ou t3 para reduzir o escopo da falha. Se a falha persistir, após um tempo mais longo Delay t2 ou t4 pule o interruptor de três lados para cortar o transformador. A seção III não tem direção e o transformador é cortado diretamente após um atraso.

(2) O ponto neutro não está aterrado

A corrente de seqüência zero passa pelo ponto neutro do transformador para formar um circuito de seqüência zero. No entanto, se os pontos neutros de todos os transformadores estiverem aterrados, a corrente de curto-circuito no ponto de aterramento será desviada para cada transformador, o que reduzirá a sensibilidade da proteção de sobrecorrente de seqüência zero. Portanto, para limitar a corrente de seqüência-zero dentro de uma determinada faixa, existem regulamentações sobre a quantidade de transformadores que operam com o ponto neutro aterrado.

Para transformadores que operam sem aterramento, a proteção de tensão de sequência zero deve ser configurada para evitar danos de sobretensão ao transformador causados ​​por arcos nos pontos de falta durante faltas à terra.

Devido ao alto nível de isolação do ponto neutro do transformador totalmente isolado, quando ocorre uma falha à terra no sistema, a proteção de corrente de seqüência zero primeiro cortará o transformador com o ponto neutro aterrado e, se a falha persistir, haverá proteção de tensão de seqüência zero para cortar o ponto neutro sem aterrar o transformador.

(3) O ponto neutro é aterrado através do gap de descarga

Os transformadores de ultra-alta tensão são todos transformadores semi-isolados, e o isolamento da bobina de ponto neutro ao terra é mais fraco que o de outras partes. O isolamento do ponto neutro é propenso a quebras. Portanto, a proteção de gap precisa ser configurada.

A função da proteção de lacuna é proteger a segurança do isolamento do ponto neutro do transformador não aterrado de ponto neutro.

Instale uma folga de ruptura entre o ponto neutro do transformador e o solo, conforme mostrado na figura. Quando a chave de isolamento de aterramento é fechada, o transformador é diretamente aterrado e a proteção de sobrecorrente de seqüência zero é colocada em uso. Quando o interruptor de isolamento de aterramento é desconectado, o transformador é aterrado através da lacuna e colocado em proteção de lacuna.

A proteção de lacuna é realizada usando a corrente de lacuna 3I0 fluindo através do ponto neutro do transformador e a tensão do triângulo de abertura do TP da barra 3U0 como critério.

Se o ponto neutro for levantado devido a uma falha, a lacuna se rompe e uma grande corrente de lacuna 3I0 é gerada. Neste momento, a proteção de gap atua e o transformador é cortado após um atraso. Além disso, quando ocorre uma falha de aterramento no sistema, a proteção de seqüência zero do transformador de aterramento do ponto neutro opera e o transformador de aterramento do ponto neutro é cortado primeiro. Depois que o sistema perder o ponto de aterramento, se a falha persistir, a tensão de triângulo aberto 3U0 da barra TP será muito grande e a proteção de gap também atuará neste momento.

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