Analiza protecției transformatoarelor în protecția releelor

1. Defecțiuni și anomalii comune ale transformatoarelor

Defectele transformatoarelor pot fi împărțite în defecte interne și defecte externe.

Defectele interne se referă la defecțiunile care apar în interiorul carcasei, inclusiv defectele de scurtcircuit între faze ale înfășurărilor, defectele de scurtcircuit între spire ale înfășurărilor monofazate, defectele de scurtcircuit între înfășurări și miezurile de fier și defectele de deconectare ale înfășurărilor.

Defectele externe se referă la diverse defecte de scurtcircuit între fază și fază între firele externe ale transformatorului și la defecte de împământare monofazate care apar atunci când bucșa izolatoare a firelor de conectare trece prin carcasa cutiei.

Defectarea transformatorului este foarte periculoasă. Mai ales când apare o defecțiune internă, arcul electric la temperatură ridicată generat de curentul de scurtcircuit nu numai că va arde izolația și miezul de fier al înfășurării transformatorului, dar va provoca și descompunerea uleiului de transformator și producerea unei cantități mari de gaz, provocând deformarea sau chiar explozia carcasei transformatorului. Prin urmare, acesta trebuie întrerupt atunci când transformatorul se defectează.

Condițiile anormale ale transformatorului includ în principal supraîncărcarea, nivelul scăzut al uleiului, supracurentul cauzat de scurtcircuit extern, temperatura ridicată a uleiului transformatorului în funcțiune, temperatura ridicată a înfășurărilor, presiunea ridicată a transformatorului și defectarea sistemului de răcire. Când transformatorul se află într-o stare anormală de funcționare, trebuie să se dea un semnal de alarmă.

2. Configurarea protecției transformatorului

Protecție principală pentru defecte de scurtcircuit: în principal protecție diferențială longitudinală, protecție la gaze grele etc.

Protecție de rezervă pentru defecte de scurtcircuit: în principal protecție la supracurent cu blocare a tensiunii compozite, protecție la supracurent de secvență zero (direcție), protecție la impedanță scăzută etc.

Protecție la funcționare anormală: include în principal protecție la suprasarcină, protecție la supraexcitație, protecție la gaze ușoare, protecție la golul punctului neutru, protecție la temperatura nivelului uleiului și protecție la defecțiunile sistemului de răcire etc.

3. Protecție non-electrică

Protecția transformatoarelor utilizând mărimi neelectrice, cum ar fi uleiul, gazul și temperatura transformatorului, se numește protecție neelectrică. Include în principal protecția la gaz, protecția la presiune, protecția la temperatură, protecția la nivelul uleiului și protecția la oprirea completă a răcitorului. Protecția neelectrică acționează la declanșare sau la transmiterea unui semnal, în funcție de nevoile amplasamentului.

(1) Protecție împotriva gazelor

Când apare o defecțiune în interiorul transformatorului, din cauza acțiunii curentului de scurtcircuit și a arcului electric în punctul de scurtcircuit, în interiorul transformatorului se va genera o cantitate mare de gaz, iar viteza de curgere a uleiului în transformator va fi accelerată. Protecția realizată prin utilizarea gazului și a fluxului de ulei se numește protecție cu gaz.

Protecție la gaz ușor: Când apare o defecțiune sau o anomalie minoră în interiorul transformatorului, punctul de defect este parțial supraîncălzit, provocând dilatarea unei părți a uleiului, gazul din ulei formează bule și intră în releul de gaz, iar protecția la gaz ușor funcționează pentru a trimite un semnal de gaz ușor.

Protecție împotriva gazelor grele: Când apare o defecțiune gravă în rezervorul de ulei al transformatorului, curentul de defect este mare, iar arcul provoacă descompunerea unei cantități mari de ulei de transformator, generând un flux mare de gaz și ulei. Deflectorul de impact acționează releul de protecție împotriva gazelor grele, trimite un semnal de gaz greu și declanșează priza. Scoateți transformatorul.

Protecția la gaze grele este principala protecție împotriva defecțiunilor interne ale rezervorului de ulei și poate reflecta diverse defecțiuni din interiorul transformatorului. Atunci când apar un număr mic de scurtcircuite între spire în transformator, deși curentul de defect este mare, curentul diferențial generat în protecția diferențială poate să nu fie mare, iar protecția diferențială poate refuza să funcționeze. Prin urmare, în cazul defecțiunii interne a transformatorului, este necesar să se apeleze la protecția la gaze grele pentru a elimina defectul.

(2) Protecție la presiune

Protecția la presiune este, de asemenea, principala protecție împotriva defecțiunilor interne din rezervorul transformatorului. Conține un sistem de reducere a presiunii și o protecție la schimbări bruște de presiune, utilizată pentru a răspunde la presiunea uleiului de transformator.

(3) Protecție la temperatură și nivel de ulei

Când temperatura transformatorului crește până la valoarea de avertizare, protecția la temperatură va emite un semnal de alarmă și va porni răcitorul în standby.

Când există scurgeri de ulei de transformator sau nivelul uleiului scade din alte motive, protecția la nivelul uleiului va acționa și va emite un semnal de alarmă.

(4) Protecție completă la oprire a răcitorului

Când răcitorul transformatorului este complet oprit în funcțiune, temperatura transformatorului va crește. Dacă nu este intervenit la timp, poate provoca deteriorarea izolației înfășurării transformatorului. Prin urmare, când răcitorul este complet oprit în timpul funcționării transformatorului, sistemul de protecție va emite un semnal de alarmă și va întrerupe transformatorul după o întârziere lungă.

4. Protecție diferențială

Protecția diferențială a transformatorului este principala protecție a mărimii electrice a transformatorului, iar domeniul său de protecție este partea înconjurată de transformatoarele de curent de pe fiecare parte. Când în acest domeniu apar defecte precum scurtcircuitul fază-fază și scurtcircuitul între spire al înfășurării, protecția diferențială trebuie să intervină.

În ceea ce privește principiul protecției diferențiale a transformatorului, am discutat în detaliu anterior; cei care au nevoie de acesta pot consulta conținutul relevant din înregistrările istorice 6, 7 și 8. Nu voi intra în detalii despre acest aspect și aici voi adăuga pur și simplu câteva concepte despre curentul de excitație de aprindere.

(1) Curentul de excitație de aprindere al transformatorului

Curentul de excitație generat atunci când transformatorul este deconectat prin etanșare se numește curent de pornire a excitației. Mărimea curentului de pornire este legată de structura transformatorului, unghiul de închidere, capacitatea, magnetismul rezidual înainte de închidere și alți factori. Măsurătorile arată că, atunci când transformatorul este deconectat prin etanșare, curentul de pornire a excitației datorat saturației miezului de fier este foarte mare, de obicei de 2 până la 6 ori curentul nominal, iar maximul poate fi de peste 8 ori. Deoarece curentul de pornire a excitației curge în transformator doar pe partea de încărcare, se va genera un curent diferențial mare în circuitul diferențial, rezultând o defecțiune a protecției diferențiale.

Curentul de excitație de pornire are următoarele caracteristici: a. Valoarea curentului de pornire este foarte mare și conține componente neperiodice evidente; b. Forma de undă este punctiformă și intermitentă; c. Conține componente armonice de ordin superior evidente, în special componenta armonică a doua. Evident; d, curentul de excitație de pornire este atenuat.

Conform caracteristicilor de mai sus ale curentului de pornire, pentru a preveni funcționarea defectuoasă a protecției diferențiale a transformatorului cauzată de curentul de pornire, în proiect se utilizează trei principii: conținut ridicat de armonică secundară, formă de undă asimetrică și unghi mare de discontinuitate a formei de undă pentru a realiza blocarea protecției diferențiale.

(2) Principiul frânării armonice de a doua

Esența frânării cu a doua armonică este de a utiliza componenta a doua armonică din curentul diferențial pentru a evalua dacă curentul diferențial este un curent de defect sau un curent de aprindere de excitație. Atunci când procentul dintre componenta a doua armonică și componenta undei fundamentale este mai mare decât o anumită valoare (de obicei 20%), se consideră că curentul diferențial este cauzat de curentul de aprindere de excitație, iar protecția diferențială este blocată.

Prin urmare, cu cât raportul de frânare al celei de-a doua armonice este mai mare, cu atât este permis mai mult curentul armonic al celei de-a doua conținut în unda fundamentală, iar efectul de frânare va fi mai slab.

(3) Protecție diferențială la rupere rapidă

Când apare un defect grav în interiorul transformatorului și transformatorul de curent este saturat din cauza unui curent de defect mare, curentul secundar al transformatorului de curent conține, de asemenea, un număr mare de componente armonice. Conform descrierii de mai sus, acest lucru este probabil să provoace protecție diferențială din cauza frânării cu a doua armonică. Acțiune de blocare sau întârziere. Acest lucru va deteriora grav transformatorul. Pentru a rezolva această problemă, se instalează de obicei o protecție diferențială cu decuplare rapidă.

Elementul diferențial cu întrerupere rapidă este de fapt un element diferențial de mare valoare pentru protecția diferențială longitudinală. Spre deosebire de elementele diferențiale generale, acesta reflectă valoarea efectivă a curentului diferențial. Indiferent de forma de undă a curentului diferențial și de magnitudinea componentei armonice, atâta timp cât valoarea efectivă a curentului diferențial depășește valoarea de setare a întreruperii rapide diferențiale (de obicei mai mare decât valoarea de setare a protecției diferențiale), acesta va acționa imediat pentru a întrerupe transformatorul fără excitație. Blocarea criteriilor precum curentul de aprindere.

Următoarele prezintă protecția de rezervă a transformatorului

Există multe tipuri de configurații de protecție de rezervă pentru transformatoare. Această ediție introduce în principal două tipuri de protecții de rezervă: protecția complexă la supracurent prin blocarea tensiunii și protecția la împământare pentru transformatoare.

1. Protecție la supracurent pentru blocarea complexă a presiunii

Protecția complexă la supracurent cu blocare a tensiunii este o protecție de rezervă pentru defectele de scurtcircuit fază-fază ale transformatoarelor de dimensiuni mari și medii. Este potrivită pentru transformatoare elevatoare de tensiune, transformatoare de contact de sistem și transformatoare descendente a căror protecție la supracurent nu poate îndeplini cerințele de sensibilitate. Tensiunea compozită, compusă din tensiune de secvență negativă și tensiune joasă, poate reflecta diverse defecte în intervalul de protecție, ceea ce reduce valoarea de setare a protecției la supracurent și îmbunătățește sensibilitatea.

Protecția compozită la supracurent de tensiune este alcătuită dintr-un element compozit de tensiune, un element de supracurent și un element de timp. Curentul de intrare al protecției este curentul trifazat secundar al CT de pe partea proprie a transformatorului, iar tensiunea de intrare este tensiunea trifazată secundară a PT de pe partea proprie a transformatorului sau de pe alte părți. Pentru protecția microcomputerului, tensiunea acestei părți poate fi furnizată celorlalte părți prin software, astfel încât să se asigure că protecția la supracurent a oricărei părți poate fi utilizată în continuare atunci când PT de pe orice parte este revizuit. Logica de acțiune este prezentată în figura de mai jos.

2. Protecția la împământare a transformatorului

Protecția de rezervă pentru defectele de scurtcircuit la împământare ale transformatoarelor mari și medii include de obicei: protecție la supracurent de secvență zero, protecție la supratensiune de secvență zero, protecție la goluri etc. Următoarea este o scurtă introducere bazată pe trei metode diferite de împământare a punctului neutru.

(1) Punctul neutru este legat direct la pământ

Pentru transformatoarele cu o tensiune de 110 kV și mai mare, al căror punct neutru este legat direct la masă, pe partea sistemului de legare la masă de curenți mari trebuie instalată o protecție la curent zero care răspunde la defectele la masă. Pentru transformatoarele care sunt legate direct la masă atât pe partea de înaltă tensiune, cât și pe cea de medie tensiune, protecția la curent zero trebuie să aibă o direcție, iar direcția trebuie să fie orientată către barele colectoare de pe fiecare parte.

Principiul protecției la curent zero este similar cu cel al protecției la curent zero de linie, vă rugăm să consultați Problema 30. Curentul zero poate fi preluat din curentul secundar al CT-ului din punctul neutru sau poate fi autogenerat de curentul trifazat secundar al CT-ului de pe partea locală. Tensiunea zero conectată la elementul direcțional poate fi preluată din tensiunea triunghi deschis a PT-ului de pe partea locală sau poate fi autogenerată de tensiunea trifazată secundară de pe partea locală. În dispozitivul de protecție a microcomputerului, se adoptă în principal metoda autoprodusă.

Pentru transformatoarele mari cu trei înfășurări, se poate utiliza o protecție la curent zero în trei trepte. Printre acestea, Secțiunea I și Secțiunea II au direcții, iar Secțiunea III nu are direcții. Există, în general, două niveluri de întârziere în fiecare secțiune, iar intervalul de defect este restrâns cu o întârziere scurtă (saltarea cuplajului de magistrală sau a comutatorului de pe partea principală a barei), iar transformatorul este întrerupt cu o întârziere lungă (saltarea comutatorului pe trei laturi). Configurația specifică de protecție este determinată în funcție de situația reală.

După cum se arată în figură, după ce secțiunea I sau II a protecției direcționale de curent de secvență zero acționează, mai întâi se conectează cuplajul de magistrală sau comutatorul de pe această parte după o scurtă întârziere t1 sau t3 pentru a reduce amploarea defectului. Dacă defectul persistă, după o întârziere mai lungă t2 sau t4, se conectează comutatorul pe trei laturi pentru a deconecta transformatorul. Secțiunea III nu are direcție, iar transformatorul este deconectat direct după o întârziere.

(2) Punctul neutru nu este legat la pământ

Curentul de secvență zero trece prin punctul neutru al transformatorului pentru a forma un circuit de secvență zero. Cu toate acestea, dacă punctele neutre ale tuturor transformatoarelor sunt legate la masă, curentul de scurtcircuit la punctul de împământare va fi șuntat către fiecare transformator, ceea ce va reduce sensibilitatea protecției la supracurent de secvență zero. Prin urmare, pentru a limita curentul de secvență zero într-un anumit interval, există reglementări privind numărul de transformatoare care funcționează cu punctul neutru legat la masă.

Pentru transformatoarele care funcționează fără împământare, protecția la tensiune de secvență zero trebuie configurată pentru a preveni deteriorarea transformatorului prin supratensiune cauzată de arcurile de spațiu în punctele de defect în timpul defectelor la masă.

Datorită nivelului ridicat de izolație al punctului neutru al transformatorului complet izolat, atunci când apare un defect la masă în sistem, protecția la curent de secvență zero va întrerupe mai întâi transformatorul cu punctul neutru legat la masă, iar dacă defectul persistă, va exista o protecție la tensiune de secvență zero pentru a întrerupe punctul neutru fără a lega la masă transformatorul.

(3) Punctul neutru este legat la pământ prin spațiul de descărcare

Transformatoarele de ultra-înaltă tensiune sunt toate transformatoare semiizolate, iar izolația bobinei punctului neutru față de masă este mai slabă decât cea a altor componente. Izolația punctului neutru este predispusă la defecțiuni. Prin urmare, trebuie configurată protecția la goluri.

Funcția protecției la gol este de a proteja siguranța izolației punctului neutru al transformatorului neîmpământat.

Instalați o priză de separație între punctul neutru al transformatorului și masă, așa cum se arată în figură. Când comutatorul de izolare la împământare este închis, transformatorul este legat direct la masă și se activează protecția la supracurent de secvență zero. Când comutatorul de izolare la împământare este deconectat, transformatorul este legat la masă prin priză și este pus în protecție.

Protecția la goluri de tranziție se realizează utilizând ca criterii curentul de gol 3I0 care curge prin punctul neutru al transformatorului și tensiunea triunghiulară de deschidere a PT-ului de magistrală 3U0.

Dacă punctul neutru este ridicat din cauza unui defect, întreruperea distanței electrice se produce și se generează un curent mare de întrerupere electrică 3I0. În acest moment, protecția la întrerupere electrică funcționează, iar transformatorul este întrerupt după o anumită întârziere. În plus, când apare un defect de împământare în sistem, protecția de secvență zero a transformatorului de împământare a punctului neutru funcționează, iar transformatorul de împământare a punctului neutru este întrerupt primul. După ce sistemul pierde punctul de împământare, dacă defectul persistă, tensiunea triunghiulară deschisă 3U0 a PT-ului magistralei va fi foarte mare, iar protecția la întrerupere electrică va funcționa și ea în acest moment.