Аналіз захисту трансформатора в релейному захисті

1. Поширені несправності та аномалії трансформаторів

Несправності трансформаторів можна розділити на внутрішні та зовнішні.

Внутрішні несправності стосуються несправностей, що виникають всередині корпусу, включаючи міжфазні короткі замикання обмоток, міжвиткові короткі замикання однофазних обмоток, короткі замикання між обмотками та залізними осердям, а також несправності внаслідок відключення обмоток.

Зовнішні замикання стосуються різних міжфазних коротких замикань між зовнішніми підвідними проводами трансформатора та однофазних замикань на землю, що виникають, коли ізоляційна втулка підвідних проводів пробиває корпус коробки.

Поломка трансформатора є дуже небезпечною. Особливо при внутрішньому пошкодженні високотемпературна дуга, що виникає внаслідок струму короткого замикання, не тільки випалює ізоляцію та залізний сердечник обмотки трансформатора, але й призводить до розкладання трансформаторної оливи та виділення великої кількості газу, що призводить до деформації або навіть вибуху корпусу трансформатора. Тому, коли трансформатор виходить з ладу, його необхідно відключити.

До аномальних станів трансформатора в основному належать перевантаження, низький рівень оливи, перевантаження по струму, спричинене зовнішнім коротким замиканням, висока температура оливи трансформатора під час роботи, висока температура обмотки, високий тиск у трансформаторі та відмова системи охолодження. Коли трансформатор перебуває в аномальному робочому стані, має бути подано сигнал тривоги.

2. Конфігурація захисту трансформатора

Основний захист від коротких замикань: переважно поздовжній диференціальний захист, захист від важких газів тощо.

Резервний захист від коротких замикань: переважно захист від перевантаження по струму з блокуванням складеної напруги, захист від перевантаження по струму нульової послідовності (напрямку), захист від низького імпедансу тощо.

Захист від аномальної роботи: головним чином включає захист від перевантаження, захист від перезбудження, захист від легкого газу, захист від зазору нейтральної точки, захист від температури, рівня масла та відмови системи охолодження тощо.

3. Захист неелектричних пристроїв

Захист трансформатора, що використовує неелектричні величини, такі як олива, газ та температура трансформатора, називається неелектричним захистом. В основному це захист від газу, тиску, температури, рівня оливи та повної зупинки охолоджувача. Захист від неелектричних факторів спрацьовує на відключення або надсилання сигналу відповідно до потреб об'єкта.

(1) Захист від газу

Коли всередині трансформатора виникає несправність, внаслідок дії струму короткого замикання та дуги в точці короткого замикання всередині трансформатора утворюється велика кількість газу, що призводить до збільшення швидкості потоку оливи в трансформаторі. Захист, що реалізується за допомогою газу та потоку оливи, називається газовим захистом.

Захист від легкого газу: Коли всередині трансформатора виникає незначна несправність або аномалія, точка несправності частково перегрівається, що призводить до розширення частини оливи, газ в оливі утворює бульбашки та потрапляє в газове реле, а захист від легкого газу спрацьовує, посилаючи сигнал легкого газу.

Захист від важких газів: Коли в баку трансформаторної оливи виникає серйозна несправність, струм короткого замикання є великим, і дуга призводить до розкладання великої кількості трансформаторної оливи, що призводить до великого потоку газу та оливи. Ударний перегородка змушує спрацювати реле захисту від важких газів, подає сигнал важкого газу та вимикає розетку. Зніміть трансформатор.

Захист від важких газів є основним захистом від внутрішніх несправностей масляного резервуара, і він може відображати різні несправності всередині трансформатора. Коли в трансформаторі виникає невелика кількість міжвиткових коротких замикань, хоча струм короткого замикання великий, диференціальний струм, що генерується в диференціальному захисті, може бути невеликим, і диференціальний захист може відмовити в роботі. Тому для усунення внутрішніх несправностей трансформатора необхідно покладатися на захист від важких газів.

(2) Захист від тиску

Захист від тиску також є основним захистом від внутрішніх несправностей у баку трансформатора. Містить пристрій для скидання тиску та захисту від раптових змін тиску, що використовується для реагування на тиск трансформаторної оливи.

(3) Захист від температури та рівня оливи

Коли температура трансформатора підвищиться до попереджувального значення, температурний захист подасть сигнал тривоги та запустить резервний охолоджувач.

Коли трансформаторна олива витікає або рівень оливи падає з інших причин, спрацює захист рівня оливи та подасть сигнал тривоги.

(4) Захист від повної зупинки охолоджувача

Коли охолоджувач трансформатора повністю зупиняється під час роботи, температура трансформатора підвищується. Якщо вчасно не вжити заходів, це може призвести до пошкодження ізоляції обмотки трансформатора. Тому, коли охолоджувач повністю зупиняється під час роботи трансформатора, захист спрацює та відключить трансформатор після тривалої затримки.

4. Диференціальний захист

Диференціальний захист трансформатора є основним захистом електричної величини трансформатора, а його діапазон захисту – це частина, оточена трансформаторами струму з кожного боку. Коли в цьому діапазоні виникають такі несправності, як міжфазне коротке замикання та міжвиткове коротке замикання обмотки, диференціальний захист повинен спрацювати.

Щодо принципу диференціального захисту трансформатора, ми вже детально обговорювали раніше, друзі, яким це потрібно, можуть переглянути відповідний контент в історичних записах 6, 7 та 8. Я не буду вдаватися в подробиці, а тут просто додам деякі поняття про пусковий струм збудження.

(1) Пусковий струм збудження трансформатора

Струм збудження, що генерується під час падіння напруги трансформатора, називається пусковим струмом збудження. Величина пускового струму залежить від структури трансформатора, кута закриття, ємності, залишкового магнетизму перед закриттям та інших факторів. Вимірювання показує, що під час падіння напруги трансформатора пусковий струм збудження, спричинений насиченням залізного осердя, дуже великий, зазвичай у 2-6 разів перевищує номінальний струм, а максимальне значення може перевищувати 8 разів. Оскільки пусковий струм збудження надходить у трансформатор лише на стороні заряджання, у диференціальному колі генеруватиметься великий диференціальний струм, що призведе до несправності диференціального захисту.

Пусковий струм збудження має такі характеристики: a. Значення пускового струму дуже велике та містить очевидні неперіодичні складові; b. Форма хвилі загострена та переривчаста; c. Вона містить очевидні гармонічні складові вищого порядку, особливо складову другої гармоніки. Очевидно; d. Пусковий струм збудження згасає.

Відповідно до вищезазначених характеристик пускового струму, для запобігання неправильній роботі диференціального захисту трансформатора, спричиненій пусковим струмом, у проекті використовуються три принципи: високий вміст другої гармоніки, асиметрична форма хвилі та великий кут розриву хвилі для реалізації блокування диференціального захисту.

(2) Принцип гальмування другою гармонікою

Суть гальмування другою гармонікою полягає у використанні другої гармоніки диференціального струму для визначення того, чи є диференціальний струм струмом короткого замикання, чи пусковим струмом збудження. Коли відсоток другої гармоніки та основної хвильової складової перевищує певне значення (зазвичай 20%), вважається, що диференціальний струм викликаний пусковим струмом збудження, і диференціальний захист блокується.

Отже, чим більший коефіцієнт гальмування другої гармоніки, тим більший струм другої гармоніки, що міститься в основній хвилі, допускається, і гальмівний ефект буде гіршим.

(3) Диференціальний захист від швидкого гальмування

Коли всередині трансформатора виникає серйозна несправність, і трансформатор струму насичується через великий струм короткого замикання, вторинний струм трансформатора струму також містить велику кількість гармонійних складових. Згідно з наведеним вище описом, це, ймовірно, спричинить диференціальний захист через гальмування другою гармонікою. Блокування або затримка спрацьовування. Це призведе до серйозного пошкодження трансформатора. Для вирішення цієї проблеми зазвичай встановлюється швидкодіючий диференціальний захист.

Швидкий диференціальний елемент фактично є високозначущим диференціальним елементом для поздовжнього диференціального захисту. На відміну від загальних диференціальних елементів, він відображає ефективне значення диференціального струму. Незалежно від форми хвилі диференціального струму та величини гармонійної складової, якщо ефективне значення диференціального струму перевищує значення уставки швидкого диференціального елемента (зазвичай вище за значення уставки диференціального захисту), він негайно відключає трансформатор без збудження. Критерії блокування такі, як пусковий струм.

Далі описано резервний захист трансформатора.

Існує багато типів конфігурацій резервного захисту для трансформаторів. У цьому випуску в основному представлено два типи резервного захисту: комплексний захист від перевантаження по струму з блокуванням напруги та захист заземленням для трансформаторів.

1. Захист від перевантаження по струму для комплексного блокування тиску

Комплексний захист від перевантаження по струму з блокуванням напруги є резервним захистом для великих та середніх трансформаторів від міжфазних коротких замикань. Він підходить для підвищувальних трансформаторів, системних контактних трансформаторів та знижувальних трансформаторів, захист від перевантаження по струму яких не може задовольнити вимоги чутливості. Складена напруга, що складається з напруги зворотної послідовності та низької напруги, може відображати різні несправності в межах діапазону захисту, що знижує значення уставки захисту від перевантаження по струму та підвищує чутливість.

Захист від перевантаження по струму складений за складовою напругою, елементом перевантаження по струму та елементом часу. Вхідний струм захисту – це вторинний трифазний струм трансформатора струму на власному боці трансформатора, а вхідна напруга – це вторинна трифазна напруга трансформатора струму на власному боці трансформатора або з інших боків. Для мікрокомп'ютерного захисту напруга цієї сторони може бути передана на інші сторони за допомогою програмного забезпечення, щоб забезпечити використання захисту від перевантаження по струму будь-якої сторони під час капітального ремонту трансформатора струму будь-якої сторони. Логіка дій показана на рисунку нижче.

2. Заземлення трансформатора

Резервний захист від коротких замикань на землю великих та середніх трансформаторів зазвичай включає: захист від перевантаження по струму нульової послідовності, захист від перенапруги нульової послідовності, захист від розриву тощо. Нижче наведено короткий вступ, заснований на трьох різних методах заземлення нейтральної точки.

(1) Нейтральна точка безпосередньо заземлена

Для трансформаторів напругою 110 кВ і вище, нейтральна точка яких безпосередньо заземлена, захист від струму нульової послідовності, що реагує на замикання на землю, слід встановити на стороні системи заземлення великого струму. Для трансформаторів, які безпосередньо заземлені як з боку високого, так і з боку середнього струму, захист від струму нульової послідовності повинен мати напрямок, і напрямок повинен вказувати на шини з кожного боку.

Принцип захисту від струму нульової послідовності подібний до принципу захисту лінії від струму нульової послідовності, див. Випуск 30. Струм нульової послідовності може бути згенерований з вторинного струму трансформатора струму нейтральної точки або може бути самостійно згенерований вторинним трифазним струмом трансформатора струму на локальній стороні. Напруга нульової послідовності, підключена до спрямованого елемента, може бути згенерована з напруги розімкнутого трикутника трансформатора струму на локальній стороні або може бути самостійно згенерована вторинною трифазною напругою на локальній стороні. У мікрокомп'ютерному захисному пристрої переважно використовується метод самостійного генерування.

Для великих триобмоткових трансформаторів можна використовувати триступеневий захист від струму нульової послідовності. Серед них, секції I та II мають напрямки, а секція III не має напрямків. У кожній секції зазвичай є два рівні затримки, і діапазон пошкодження звужується з короткою затримкою (перемикання шинного з'єднувача або перемикача на головній стороні шини), а трансформатор відключається з довгою затримкою (перемикання тристороннього перемикача). Конкретна конфігурація захисту визначається відповідно до фактичної ситуації.

Як показано на рисунку, після спрацювання секції I або II спрямованого струмового захисту нульової послідовності, спочатку після короткої затримки t1 або t3 перемикається з'єднувач шини або перемикач на цьому боці, щоб зменшити масштаб несправності. Якщо несправність залишається, після тривалішої затримки t2 або t4 перемикається тристоронній перемикач, щоб відключити трансформатор. Секція III не має напрямку, і трансформатор відключається безпосередньо після затримки.

(2) Нейтральна точка не заземлена

Струм нульової послідовності проходить через нейтральну точку трансформатора, утворюючи коло нульової послідовності. Однак, якщо нейтральні точки всіх трансформаторів заземлені, струм короткого замикання в точці заземлення буде шунтуватися на кожен трансформатор, що знизить чутливість захисту від перевантаження по струму нульової послідовності. Тому, щоб обмежити струм нульової послідовності в певному діапазоні, існують правила щодо кількості трансформаторів, які працюють із заземленою нейтральною точкою.

Для трансформаторів, що працюють без заземлення, захист від напруги нульової послідовності повинен бути налаштований для запобігання пошкодженню трансформатора від перенапруги, спричиненого дугами проміжного типу в точках замикання під час замикань на землю.

Через високий рівень ізоляції нейтральної точки повністю ізольованого трансформатора, коли в системі виникає замикання на землю, захист від струму нульової послідовності спочатку відключить трансформатор із заземленою нейтральною точкою, а якщо замикання все ще існує, спрацює захист від напруги нульової послідовності, щоб відключити нейтральну точку без заземлення трансформатора.

(3) Нейтральна точка заземлена через розрядний проміжок

Трансформатори надвисокої напруги є напівізольованими трансформаторами, а ізоляція обмотки нейтральної точки відносно землі слабша, ніж у інших частин. Ізоляція нейтральної точки схильна до пробою. Тому необхідно налаштувати захист зазором.

Функція захисту від зазору полягає в захисті ізоляції нейтральної точки незаземленого трансформатора.

Встановіть пробивний зазор між нейтральною точкою трансформатора та землею, як показано на рисунку. Коли заземлювальний вимикач замкнутий, трансформатор безпосередньо заземлений і спрацьовує захист від перевантаження по струму нульової послідовності. Коли заземлювальний вимикач відключений, трансформатор заземлюється через зазор і вмикається захист від зазору.

Захист через проміжок реалізується за допомогою струму проміжку 3I0, що протікає через нейтральну точку трансформатора, та напруги трикутника розмикання шини PT 3U0 як критеріїв.

Якщо нейтральна точка піднімається через несправність, зазор порушується та генерується великий струм зазору 3I0. У цей час спрацьовує захист зазору, і трансформатор відключається після затримки. Крім того, коли в системі виникає замикання на землю, спрацьовує захист нульової послідовності трансформатора заземлення нейтральної точки, і трансформатор заземлення нейтральної точки відключається першим. Після втрати системи точки заземлення, якщо несправність все ще існує, напруга розімкнутого трикутника 3U0 шини PT буде дуже великою, і захист зазору також спрацює в цей час.