Kako zaščititi transformatorje. Pravilen način zaščite transformatorjev lahko podaljša njihovo življenjsko dobo.

Transformator je statična oprema, ki deluje neprekinjeno, zato je delovanje bolj zanesljivo in ima manjšo verjetnost okvare. Ker pa je velika večina transformatorjev nameščenih na prostem in so med delovanjem pod vplivom obremenitve in kratkega stika v elektroenergetskem sistemu, so med delovanjem neizogibne različne okvare in nenormalni pogoji.

1. Pogoste napake in anomalije transformatorjev

Napake transformatorjev lahko razdelimo na notranje napake in zunanje napake.

Notranje napake se nanašajo na napake, ki se pojavijo znotraj ohišja, kot so medfazni kratki stiki navitij, medovojne kratke stike enofaznih navitij, kratke stike med navitji in železnim jedrom ter napake zaradi odklopa navitij itd.

Zunanje napake se nanašajo na različne fazne kratke stike med zunanjimi dovodnimi vodi transformatorjev in enofazne ozemljitvene napake, ki nastanejo, ko izolacijski skoznik dovodnega voda preskoči ohišje.

Okvara transformatorja povzroča veliko škodo. Še posebej, če pride do notranje okvare, visokotemperaturni oblok, ki ga povzroči kratkostični tok, ne bo le zažgal izolacije in železnega jedra navitja transformatorja, temveč bo tudi povzročil razgradnjo transformatorskega olja in sproščanje veliko plina, kar bo povzročilo deformacijo ohišja transformatorja in celo eksplozijo. Zato je treba transformator v primeru okvare odstraniti.

Anomalije transformatorja so predvsem preobremenitev, znižanje nivoja olja, zunanji kratek stik zaradi prevelikega toka, previsoka temperatura transformatorskega olja med delovanjem, previsoka temperatura navitja, previsok tlak v transformatorju in okvara hladilnega sistema. Ko je transformator nenormalen, je treba sprožiti alarmni signal.

Drugič, konfiguracija zaščite transformatorja

Glavna zaščita pred kratkostično napako: vzdolžna diferencialna zaščita, zaščita pred težkim plinom itd.

Zaščita pred kratkim stikom: predvsem zaščita pred preobremenitvijo zaradi sestavljene napetosti, zaščita pred preobremenitvijo v ničelnem zaporedju (smer), zaščita pred nizko impedanco itd.

Zaščita pred nenormalnim delovanjem: predvsem zaščita pred preobremenitvijo, zaščita pred prevzbujanjem, zaščita pred lahkim plinom, zaščita pred nevtralno režo, zaščita pred temperaturo, nivojem olja in zaščita pred okvaro hladilnega sistema.

Tri, neelektrična zaščita

Zaščita transformatorja, ki jo sestavljajo oljna, plinska, temperaturna in druga neelektrična zaščita, se imenuje neelektrična zaščita. V glavnem gre za plinsko, tlačno, temperaturno, nivojsko in hladilno zaščito. Neelektrična zaščita deluje glede na zahteve lokacije, da sproži ali pošlje signale.

1. Zaščita pred plinom

Ko pride do notranje okvare transformatorja, zaradi kratkostičnega toka in kratkostičnega obloka, notranji transformator proizvede veliko plina, hkrati pa se poveča hitrost pretoka transformatorskega olja. Uporaba plina in pretoka olja za doseganje zaščite se imenuje plinska zaščita.

(1) Zaščita pred lahkim plinom: ko se v transformatorju pojavi manjša napaka ali nepravilnost, lokalno pregrevanje mesta napake povzroči delno razširitev olja, plin v olju pa tvori mehurčke in vstopi v plinski rele. Zaščita pred lahkim plinom pošlje signal lahkega plina.

(2) Zaščita pred težkim plinom: ko pride do resne napake v transformatorskem rezervoarju, je tok napake velik in oblok povzroči razgradnjo transformatorskega olja v velikih količinah, kar povzroči veliko količino pretoka plina in olja. Udarna pregrada povzroči, da težki plin sledi zaščitnemu delovanju, pošlje signal težkega plina in izhodni signal, transformator pa se izklopi.

(3) Zaščita pred težkim plinom je glavna zaščita pred notranjo okvaro rezervoarja za gorivo, ki lahko odraža različne notranje okvare transformatorja. Ko v transformatorju pride do kratkega stika med nekaj ovoji, je sicer tok okvare zelo velik, vendar diferencialna zaščita, ki nastane, če diferencialni tok ni velik, lahko zavrne delovanje diferencialne zaščite. Zato je pri notranjih okvarah transformatorja treba uporabiti zaščito pred težkim plinom za odpravo napak.

Slika

2, zaščita pred pritiskom

Zaščita pred tlakom je tudi glavna zaščita pred notranjimi napakami v transformatorskem rezervoarju. Z zaščito pred sproščanjem tlaka in spremembo tlaka se uporablja za odražanje tlaka transformatorskega olja.

3, zaščita temperature in nivoja olja

Ko temperatura transformatorja naraste na opozorilno vrednost, temperaturna zaščita pošlje alarmni signal in zažene rezervni hladilnik.

Ko transformator pušča olje ali se nivo olja iz drugih razlogov zniža, je nivo olja zaščiten in se sproži alarmni signal.

4, zaščita hladilnika pred vsemi zaustavitvami

Ko se vsi delujoči hladilniki transformatorja ustavijo, se temperatura transformatorja dvigne. Če se težava ne odpravi pravočasno, se lahko poškoduje izolacija navitja transformatorja. Zato se ob ustavitvi vseh hladilnikov transformatorja zaščita sproži alarmni signal in po dolgem časovnem zamiku izklopi transformator.

Štiri, diferencialna zaščita

Diferencialna zaščita transformatorja je glavna zaščita električnega volumna transformatorja, njen obseg zaščite pa zajema del, ki ga obdaja tokovni transformator na vsaki strani. V tem območju pride do kratkega stika med navitji, kratkega stika med ovoji in drugih napak, zaradi česar deluje diferencialna zaščita.

1, vklopni tok transformatorja

Vzbujevalni tok, ki nastane ob padcu napetosti transformatorja, se imenuje vzbujevalni tok. Velikost vzbujevalnega vzbujevalnega toka je povezana s strukturo transformatorja, kotom zapiranja, kapaciteto, remanenco pred zapiranjem in drugimi dejavniki. Meritve kažejo, da je vzbujevalni tok običajno 2–6-kratnik nazivnega toka, največji pa je več kot 8-kratnik nazivnega toka. Ker vzbujevalni tok teče v transformator le na strani polnjenja, bo v diferencialni zanki povzročil velik diferencialni tok, kar bo povzročilo napačno delovanje diferencialne zaščite.

Vhodni tok ima naslednje značilnosti: a. Vrednost vhodnega toka je zelo velika in vsebuje očitno aperiodično komponento; B. Valovna oblika je koničasta in prekinjena; C. vsebuje očitno harmonsko komponento višjega reda, zlasti drugo harmonsko komponento; D. Vzbujevalni vhodni tok je oslabljen.

Glede na zgornje značilnosti vklopnega toka, da bi preprečili, da bi vklopni tok povzročil napačno delovanje diferencialne zaščite transformatorja, projekt uporablja tri načela: visoko vsebnost drugega harmonika, asimetrijo valovne oblike in kot prekinitve valovne oblike za uresničitev zaklepanja diferencialne zaščite.

2. Načelo zaviranja z drugo harmoniko

Bistvo zaviranja z drugim harmonikom je uporaba druge harmonske komponente diferencialnega toka za presojo, ali je diferencialni tok tok okvare ali vklopni tok. Ko je odstotek druge harmonske komponente glede na osnovno komponento večji od določene vrednosti (običajno 20 %), se diferencialni tok oceni kot posledica vklopnega toka in diferencialna zaščita se vklopi.

Zato velja, da večje kot je zavorno razmerje drugega harmonika, večji je tok drugega harmonika v dovoljenem osnovnem valu in slabši je zavorni učinek.

3, diferencialna zaščita pred hitrim premorom

Ko se v transformatorju pojavi resna napaka in je tok okvare dovolj velik, da povzroči nasičenost tokovnega transformatorja (CT), sekundarni tok CT vsebuje tudi veliko število harmonskih komponent. Glede na zgornji opis je verjetno, da se bo diferencialna zaščita zaradi zaviranja z drugim harmonikom zaklenila ali zakasnila. To bo resno poškodovalo transformator. Za rešitev te težave se običajno nastavi diferencialna zaščita s hitrim izklopom.

Diferencialni element za hitro odklop je pravzaprav visoko konstantni diferencialni element vzdolžne diferencialne zaščite. Za razliko od splošnega diferencialnega elementa odraža efektivno vrednost diferencialnega pretoka. Ne glede na valovno obliko diferencialnega pretoka in velikost harmonske komponente, bo efektivna vrednost diferencialnega pretoka presegla nastavljeno vrednost diferencialnega elementa za hitro odklop (običajno višja od nastavljene vrednosti diferencialne zaščite), kar bo takoj izklopilo transformator, brez vzbujalnega toka in drugih zaklepov zaradi drugih kriterijev.

Pet, zaščita transformatorja

Na kratko je predstavljena glavna zaščita transformatorja, nadalje pa je predstavljena tudi rezervna zaščita transformatorja. Obstaja veliko vrst konfiguracije rezervne zaščite transformatorjev. Tukaj bomo na kratko predstavili dve vrsti rezervne zaščite transformatorja, in sicer dvojno napetostno zaklepno zaščito pred preobremenitvijo in ozemljitveno zaščito.

1, dvojna zaklepna zaščita pred preobremenitvijo

Sestavljena napetostno zaklepna zaščita pred prevelikim tokom je rezervna zaščita v primeru kratkega stika med velikimi in srednjimi transformatorji. Primerna je za višje transformatorje, sistemske priključne transformatorje in nižje transformatorje, katerih zaščita pred prevelikim tokom ne more izpolniti zahtev glede občutljivosti. Sestavljena napetost, sestavljena iz napetosti negativnega zaporedja in nizke napetosti, lahko odraža različne napake v zaščitnem območju, zmanjša nastavitveno vrednost zaščite pred prevelikim tokom in izboljša občutljivost.

Sestavljena napetostno-tokovna zaščita je sestavljena iz sestavljenega napetostnega elementa, nadtokovnega elementa in časovnega elementa. Dostopni tok zaščite je sekundarni TRIFAZNI tok CT na lokalni strani transformatorja, dostopna napetost pa je sekundarna trifazna napetost PT na lokalni strani ali drugih straneh transformatorja. Za mikroračunalniško zaščito se lahko napetost te strani prek programske opreme posreduje drugim stranem, tako da lahko katera koli stran vzdrževanja PT še vedno uporablja kompleksno napetostno-tokovno zaščito. Logika delovanja je prikazana spodaj.

2, zaščita ozemljitve transformatorja

Rezervna zaščita pred kratkim stikom na ozemljitvi velikih in srednje velikih transformatorjev je običajno: zaščita pred prenapetostjo ničelnega zaporedja, zaščita pred prenapetostjo ničelnega zaporedja, zaščita pred vrzeljo in tako naprej. Sledi kratek uvod v tri različne načine ozemljitve glede na nevtralno točko.

(1) Nevtralna točka je neposredno ozemljena

Pri transformatorjih, katerih napetost je 110 kV in več, kjer je nevtralna točka neposredno ozemljena, je treba na strani ozemljitvenega sistema za visok tok nastaviti zaščito pred ničelnim tokom, da se odraža ozemljitvena napaka. Pri transformatorjih, ki so neposredno ozemljeni na visoki in srednji strani, mora biti zaščita pred ničelnim tokom nameščena v smeri vsakega stranskega vodila.

Načelo zaščite pred ničelnim zaporedjem toka je podobno načelu zaščite pred ničelnim zaporedjem voda, glejte točko 30. Ničelni zaporedni tok je mogoče izpeljati iz sekundarnega toka toka transformatorja nevtralne točke ali iz sekundarnega trifaznega toka transformatorja lokalne strani. Napetost ničelnega zaporedja, priključena na smerni element, je mogoče dobiti iz napetosti odpiralnega trikotnika transformatorja lokalne strani ali iz sekundarne trifazne napetosti lokalne strani. V mikroračunalniški zaščitni napravi se večinoma uporablja samostojna izdelava.

Pri velikih trinavitnih transformatorjih je lahko zaščita ničelnega zaporedja toka tristopenjska. V odsekih I in II je smer, v odseku III pa ni smeri. Vsak odsek ima običajno dvostopenjsko zakasnitev, s krajšo zakasnitvijo za zmanjšanje območja napake (preskočno vodilo ali lokalno stikalo) in daljšo zakasnitvijo za odstranitev transformatorja (preskočno tristransko stikalo). Specifična konfiguracija zaščite je odvisna od dejanske situacije.

Kot je prikazano na sliki, je treba po sprožitvi zaščite smernega toka ničelnega zaporedja v odseku I ali II najprej preklopiti vodilno stikalo t1 ali T3 ali lokalno stikalo s kratko zakasnitvijo, da se zmanjša vpliv napake. Če količina napake še vedno obstaja, je treba transformator izklopiti s tripolnim stikalom t2 ali T4 z dolgo zakasnitvijo. V odseku III brez smernega toka se transformator neposredno izklopi z zakasnitvijo.

(2) nevtralna točka ni ozemljena

Ničelni zaporedni tok teče skozi nevtralno točko transformatorja in tvori ničelno zaporedno zanko. Če pa so vse nevtralne točke transformatorja ozemljene, se kratkostični tok na ozemljitveni točki porazdeli na vsak transformator, kar povzroči zmanjšanje občutljivosti zaščite pred nadtokovnim tokom ničelnega zaporedja. Zato je za omejitev ničelnega zaporednega toka v določenem območju regulirano število transformatorjev, ozemljenih na nevtralni točki.

Za neozemljen transformator je treba konfigurirati zaščito z ničelno zaporedno napetostjo, da se prepreči poškodba transformatorja zaradi prenapetosti, ki jo povzroči oblok v stiku z zemljo, ko pride do ozemljitvenega stika.

Popolnoma izoliran transformator zaradi visoke izolacijske ravni nevtralne točke, ko pride do ozemljitvene napake v sistemu, najprej zaščita ničelnega zaporedja toka odstrani ozemljitveni transformator nevtralne točke, če napaka še vedno obstaja, nato pa zaščita ničelnega zaporedja napetosti odstrani neozemljeni transformator nevtralne točke.

(3) Nevtralna točka je ozemljena skozi razelektritveno režo

Vsi visokonapetostni transformatorji so delno izolirani, izolacija nevtralne tuljave glede na ozemljitev pa je šibkejša od drugih delov. Nevtralna izolacija je nagnjena k prebojem. Zato je treba konfigurirati zaščito pred zračnostjo.

Vloga zaščite pred režo je zaščititi nevtralno točko neozemljenega transformatorja.

Kot je prikazano, je med nevtralno točko transformatorja in ozemljitvijo nameščena prekinitvena reža. Ko je ozemljitveno stikalo zaprto, je transformator neposredno ozemljen in aktivira se zaščita pred pretokom ničelnega zaporedja. Ko je ozemljitveno stikalo odklopljeno, je transformator ozemljen skozi režo in vklopljena zaščita reže.

Zaščita reže se doseže z uporabo reženega toka 3I0, ki teče skozi nevtralno točko transformatorja, in napetosti odpiralnega trikotnika 3U0 vodila PT kot kriterija.

Če je nevtralna točka do mesta napake povišana, se prekine reža, kar povzroči velik tok reže 3I0. V tem času se sproži zaščita reže in po zakasnitvi odstrani transformator. Poleg tega v primeru ozemljitvene napake v sistemu zaščita ničelnega zaporedja ozemljitve nevtralne točke transformatorja najprej prekine ozemljitev nevtralne točke transformatorja. Ko sistem izgubi ozemljitveno točko in napaka še vedno obstaja, bo napetost odprtega trikotnika vodila PT 3U0 velika in v tem času se bo sprožila tudi zaščita reže.

Vir: Prižnica za moč