Анализа заштите трансформатора у релејној заштити

1. Уобичајени кварови и абнормалности трансформатора

Кварови трансформатора могу се поделити на унутрашње кварове и спољашње кварове.

Унутрашњи кварови се односе на кварове који се јављају унутар кућишта, укључујући кратке спојеве између фаза намотаја, међунамотајне кратке спојеве једнофазних намотаја, кратке спојеве између намотаја и гвоздених језгара и прекиде искључења намотаја.

Спољни кварови се односе на различите кратке спојеве између фаза и фаза између спољних доводних жица трансформатора и једнофазне кварове уземљења који настају када изолациона чаура доводних жица пробије кућиште кутије.

Квар трансформатора је веома опасан. Посебно када дође до унутрашњег квара, лук високе температуре генерисан струјом кратког споја не само да ће сагорети изолацију и гвоздено језгро намотаја трансформатора, већ ће такође изазвати разградњу трансформаторског уља и стварање велике количине гаса, што може довести до деформације или чак експлозије кућишта трансформатора. Због тога се мора искључити када трансформатор откаже.

Ненормални услови трансформатора углавном укључују преоптерећење, нижи ниво уља, прекомерну струју узроковану спољашњим кратким спојем, високу температуру уља трансформатора у раду, високу температуру намотаја, висок притисак трансформатора и квар система за хлађење. Када је трансформатор у ненормалном радном стању, треба дати алармни сигнал.

2. Конфигурација заштите трансформатора

Главна заштита од кратких спојева: углавном уздужна диференцијална заштита, заштита од тешког гаса итд.

Резервна заштита за кратке спојеве: углавном композитна заштита од прекомерне струје блокирања напона, заштита од прекомерне струје нулте секвенце (смера), заштита од ниске импедансе итд.

Заштита од абнормалног рада: углавном укључује заштиту од преоптерећења, заштиту од прекомерног побуђивања, заштиту од лаког гаса, заштиту од неутралне тачке, заштиту од температуре, нивоа уља и квара система хлађења итд.

3. Заштита од неелектричне енергије

Заштита трансформатора која користи неелектричне величине као што су уље, гас и температура трансформатора назива се неелектрична заштита. Углавном укључује заштиту од гаса, заштиту од притиска, заштиту од температуре, заштиту од нивоа уља и заштиту од потпуног заустављања хладњака. Заштита од неелектричних фактора делује на искључивање или слање сигнала у складу са потребама локације.

(1) Заштита од гаса

Када дође до квара унутар трансформатора, услед дејства струје кратког споја и лука на месту кратког споја, унутар трансформатора ће се створити велика количина гаса, а брзина протока уља кроз трансформатор ће се убрзати. Заштита остварена коришћењем гаса и протока уља назива се гасна заштита.

Заштита од лаког гаса: Када се унутар трансформатора догоди благи квар или абнормалност, место квара се делимично прегрева, што доводи до ширења дела уља, гас у уљу формира мехуриће и улази у гасни релеј, а заштита од лаког гаса ради на слању сигнала лаког гаса.

Заштита од тешког гаса: Када дође до озбиљног квара у резервоару трансформаторског уља, струја квара је велика, а лук узрокује разградњу велике количине трансформаторског уља, стварајући велику количину гаса и протока уља. Ударна преграда покреће заштиту од тешког гаса, шаље сигнал тешког гаса и искључује утичницу. Уклоните трансформатор.

Заштита од тешког гаса је главна заштита за унутрашње кварове резервоара за уље и може одражавати различите кварове унутар трансформатора. Када се у трансформатору догоди мали број међусобних кратких спојева, иако је струја квара велика, диференцијална струја генерисана у диференцијалној заштити можда неће бити велика, па диференцијална заштита може одбити да ради. Стога је за унутрашњи квар трансформатора неопходно ослонити се на заштиту од тешког гаса да би се квар отклонио.

(2) Заштита од притиска

Заштита од притиска је такође главна заштита од унутрашњих кварова у резервоару трансформатора. Садржи заштиту од растерећења притиска и заштиту од изненадних промена притиска, која се користи за реаговање на притисак трансформаторског уља.

(3) Заштита од температуре и нивоа уља

Када температура трансформатора порасте до вредности упозорења, температурна заштита ће послати алармни сигнал и покренути хладњак у стању приправности.

Када трансформаторско уље цури или ниво уља падне из других разлога, заштита нивоа уља ће реаговати и послати алармни сигнал.

(4) Заштита хладњака од потпуног заустављања

Када се хладњак трансформатора у раду потпуно заустави, температура трансформатора ће порасти. Ако се то не реши на време, може доћи до оштећења изолације намотаја трансформатора. Стога, када се хладњак потпуно заустави током рада трансформатора, заштита ће послати алармни сигнал и искључити трансформатор након дужег кашњења.

4. Диференцијална заштита

Диференцијална заштита трансформатора је главна заштита електричне величине трансформатора, а њен опсег заштите је део окружен струјним трансформаторима са сваке стране. Када се унутар овог опсега појаве кварови као што су кратки спој између фаза и међунамотајни кратки спој намотаја, диференцијална заштита мора да се активира.

Што се тиче принципа диференцијалне заштите трансформатора, детаљно смо већ разговарали, пријатељи којима је то потребно могу прегледати релевантни садржај у историјским записима 6, 7 и 8. Нећу улазити у детаље о овоме, већ ћу овде једноставно додати неке концепте о струји побуде.

(1) Ударна струја побуде трансформатора

Струја побуде која се генерише када се трансформатор спусти у ваздух назива се струја побуде. Величина струје побуде повезана је са структуром трансформатора, углом затварања, капацитетом, резидуалним магнетизмом пре затварања и другим факторима. Мерење показује да је када се трансформатор спусти у ваздух, струја побуде услед засићења гвозденог језгра веома велика, обично 2 до 6 пута већа од номиналне струје, а максимална може бити већа од 8 пута. Пошто струја побуде улази у трансформатор само на страни пуњења, у диференцијалном колу ће се генерисати велика диференцијална струја, што ће довести до квара диференцијалне заштите.

Ударна струја побуде има следеће карактеристике: а. Вредност ударне струје је веома велика и садржи очигледне непериодичних компоненти; б. Таласни облик је шиљат и испрекидан; ц. Садржи очигледне хармоничне компоненте вишег реда, посебно компоненту другог хармоника. Очигледно је; д, ударна струја побуде је ослабљена.

Према горе наведеним карактеристикама ударне струје, како би се спречило неправилно деловање диференцијалне заштите трансформатора изазвано ударном струјом, у пројекту се користе три принципа: висок садржај другог хармоника, асиметрични таласни облик и велики угао дисконтинуитета таласног облика како би се реализовало блокирање диференцијалне заштите.

(2) Принцип кочења друге хармонике

Суштина кочења другим хармоником је коришћење компоненте другог хармоника у диференцијалној струји да би се проценило да ли је диференцијална струја струја квара или струја побуде. Када је проценат компоненте другог хармоника и компоненте основног таласа већи од одређене вредности (обично 20%), процењује се да је диференцијална струја узрокована струјом побуде и диференцијална заштита је блокирана.

Стога, што је већи однос кочења другог хармоника, то је већа струја другог хармоника садржана у основном таласу, а ефекат кочења ће бити лошији.

(3) Заштита диференцијала од брзог кочења

Када се унутар трансформатора догоди озбиљан квар и струје тока (CT) је засићена због велике струје квара, секундарна струја CT-а такође садржи велики број хармоничних компоненти. Према горњем опису, ово ће вероватно изазвати диференцијалну заштиту због кочења другом хармоником. Блокирање или одлагање. Ово ће озбиљно оштетити трансформатор. Да би се решио овај проблем, обично се подешава диференцијална заштита са брзим прекидом.

Брзопрекидни диференцијални елемент је заправо високовредни диференцијални елемент за уздужну диференцијалну заштиту. За разлику од општих диференцијалних елемената, он одражава ефективну вредност диференцијалне струје. Без обзира на облик таласа диференцијалне струје и величину хармонијске компоненте, све док ефективна вредност диференцијалне струје прелази подешену вредност брзог диференцијалног прекидача (обично већу од подешене вредности диференцијалне заштите), он ће одмах деловати и искључити трансформатор без побуде. Критеријуми блокирања су као што је ударна струја.

Следи представљање резервне заштите трансформатора

Постоји много врста конфигурација резервне заштите за трансформаторе. Ово издање углавном представља две врсте резервне заштите: комплексну заштиту од прекомерне струје блокирањем напона и заштиту уземљењем за трансформаторе.

1. Заштита од прекомерне струје за сложено блокирање притиска

Комплексна заштита од прекострујног блокирања напона је резервна заштита за велике и средње кратке спојеве међу фазама трансформатора. Погодна је за повећајуће трансформаторе, системске контактне трансформаторе и спуштајуће трансформаторе чија заштита од прекострујног блокирања не може да испуни захтеве осетљивости. Композитни напон састављен од напона инверзне секвенце и ниског напона може да одражава различите кварове унутар опсега заштите, што смањује вредност подешавања заштите од прекострујног блокирања и побољшава осетљивост.

Композитна преструјна заштита састављена је од композитног напонског елемента, елемента преструјне заштите и временског елемента. Улазна струја заштите је секундарна трофазна струја токовног трансформатора на страни самог трансформатора, а улазни напон је секундарни трофазни напон преструјног трансформатора на страни самог трансформатора или на другим странама. За заштиту микрорачунаром, напон ове стране може се доставити другим странама путем софтвера, како би се осигурало да се преструјна заштита било које стране може и даље користити када се преструјни трансформатор на било којој страни ремонтује. Логика деловања је приказана на слици испод.

2. Заштита уземљења трансформатора

Резервна заштита за кратке спојеве уземљења великих и средњих трансформатора обично укључује: заштиту од прекомерне струје нулте секвенце, заштиту од пренапона нулте секвенце, заштиту од размака итд. Следи кратак увод заснован на три различите методе уземљења неутралне тачке.

(1) Неутрална тачка је директно уземљена

За трансформаторе напона од 110kV и више чија је неутрална тачка директно уземљена, заштита од струје нулте секвенце која реагује на земљоспојеве треба да буде инсталирана на страни система за уземљење велике струје. За трансформаторе који су директно уземљени и на страни високе и на средњој страни, заштита од струје нулте секвенце треба да има смер, а смер треба да буде усмерен ка сабирницама са сваке стране.

Принцип заштите нултом секвенцом струје је сличан принципу заштите нултом секвенцом вода, погледајте Број 30. Струја нулте секвенце може се узети из секундарне струје неутралног тачка струје или може бити самогенерисана секундарном трофазном струјом струје на локалној страни. Напон нулте секвенце повезан са усмереним елементом може се узети из напона отвореног троугла струје на локалној страни или може бити самогенерисан секундарним трофазним напоном на локалној страни. У уређају за заштиту микрорачунара, углавном се усваја метод самогенерације.

За велике трансформаторе са три намотаја, може се користити тростепена заштита струјом нулте секвенце. Међу њима, Одељак I и Одељак II имају смерове, а Одељак III нема смерове. Генерално постоје два нивоа кашњења у сваком одељку, а опсег квара се сужава кратким кашњењем (прескок спојнице сабирнице или прекидача на главној страни шине), а трансформатор се искључује дугим кашњењем (прескок тространог прекидача). Конкретна конфигурација заштите се одређује према стварној ситуацији.

Као што је приказано на слици, након што се активира секција I или II заштите усмерене струје нулте секвенце, прво се након кратког кашњења t1 или t3 пребацује спојница сабирнице или прекидач на овој страни да би се смањио обим квара. Ако је квар и даље присутан, након дужег времена кашњења t2 или t4 пребацује се тространи прекидач да би се искључио трансформатор. Секција III нема смер, а трансформатор се директно искључује након кашњења.

(2) Неутрална тачка није уземљена

Струја нулте секвенце пролази кроз неутралну тачку трансформатора и формира коло нулте секвенце. Међутим, ако су неутралне тачке свих трансформатора уземљене, струја кратког споја на тачки уземљења биће усмерена на сваки трансформатор, што ће смањити осетљивост заштите од прекомерне струје нулте секвенце. Стога, да би се ограничила струја нулте секвенце у одређеном опсегу, постоје прописи о броју трансформатора који раде са уземљеном неутралном тачком.

За трансформаторе који раде без уземљења, заштита од напона нулте секвенце треба да буде конфигурисана како би се спречило оштећење трансформатора услед пренапона изазвано луковима у размаку на местима квара током земљоспојева.

Због високог нивоа изолације неутралне тачке потпуно изолованог трансформатора, када дође до квара на земљоспој у систему, заштита од струје нулте секвенце ће прво искључити трансформатор са уземљеном неутралном тачком, а ако квар и даље постоји, постојаће заштита од напона нулте секвенце која ће искључити неутралну тачку без уземљења трансформатора.

(3) Неутрална тачка је уземљена кроз размак за пражњење

Ултрависоконапонски трансформатори су сви полуизоловани трансформатори, а изолација калема неутралне тачке према земљи је слабија него код осталих делова. Изолација неутралне тачке је склона кваровима. Стога је потребно конфигурисати заштиту размака.

Функција заштите од размака је заштита изолације неутралне тачке неуземљеног трансформатора неутралне тачке.

Инсталирајте прекидач за прекидање између неутралне тачке трансформатора и земље као што је приказано на слици. Када је прекидач за изолацију уземљења затворен, трансформатор је директно уземљен и активира се заштита од прекомерне струје нулте секвенце. Када је прекидач за изолацију уземљења искључен, трансформатор се уземљује кроз прекидач и ставља се у заштиту прекидача.

Заштита јаза се реализује коришћењем струје јаза 3I0 која тече кроз неутралну тачку трансформатора и напона троугла отварања ПТ сабирнице 3U0 као критеријума.

Ако се неутрална тачка подигне због квара, јаз се прекида и генерише се велика струја јаза 3I0. У овом тренутку, заштита јаза се активира и трансформатор се искључује након кашњења. Поред тога, када се у систему догоди квар уземљења, заштита нулте секвенце трансформатора за уземљење неутралне тачке се активира, а трансформатор за уземљење неутралне тачке се прво искључује. Након што систем изгуби тачку уземљења, ако квар и даље постоји, напон отвореног троугла 3U0 сабирнице PT биће веома велики, а заштита јаза ће такође активирати у овом тренутку.