Як захистити трансформатори. Правильний спосіб захисту трансформаторів може продовжити термін їх служби.

Трансформатор – це статичне обладнання, яке працює безперервно, що робить його більш надійним та має менший ризик виходу з ладу. Але оскільки переважна більшість трансформаторів встановлені на відкритому повітрі та під час роботи залежать від навантаження та впливу короткого замикання в енергосистемі, різні несправності та аномальні умови неминучі в процесі експлуатації.

1. Поширені несправності та аномалії трансформаторів

Несправності трансформаторів можна розділити на внутрішні та зовнішні.

Внутрішні несправності стосуються несправностей, що виникають всередині корпусу, таких як міжфазні короткі замикання обмоток, міжвиткові короткі замикання однофазних обмоток, короткі замикання між обмотками та залізним осердям, а також несправності через відключення обмоток тощо.

Зовнішні замикання стосуються різних фазних коротких замикань між зовнішніми підвідними лініями трансформаторів та однофазних замикань на землю, що виникають при перекритті ізоляції підвідної лінії через корпус.

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

Аномалії трансформатора в основному включають перевантаження, зниження рівня оливи, зовнішнє коротке замикання, спричинене перевантаженням по струму, занадто високу температуру оливи під час роботи трансформатора, занадто високу температуру обмотки, занадто високий тиск трансформатора та несправність системи охолодження. У разі ненормальних ситуацій трансформатора має бути подано сигнал тривоги.

Два, конфігурація захисту трансформатора

Основний захист від короткого замикання: поздовжній диференціальний захист, захист від важких газів тощо.

Захист від короткого замикання: в основному складний захист від перевантаження по струму з блокуванням напруги, захист від перевантаження по струму нульової послідовності (напрямку), захист від низького імпедансу тощо.

Захист від аномальної роботи: головним чином захист від перевантаження, захист від перезбудження, захист від легкого газу, захист від нейтрального зазору, захист від температури та рівня оливи та захист від відмови системи охолодження.

Три, неелектричний захист

Захист трансформатора, що складається з масляного, газового, температурного та інших неелектричних об'ємів, називається неелектричним захистом. В основному це захист від газу, тиску, температури, рівня оливи та захисту від зупинки охолоджувача. Неелектричний захист діє відповідно до вимог об'єкта для відключення або надсилання сигналів.

1. Захист від газу

Коли відбувається внутрішня несправність трансформатора, через роль струму короткого замикання та дуги в точці короткого замикання, внутрішня частина трансформатора виробляє багато газу, водночас збільшуючи швидкість потоку трансформаторної оливи. Використання газу та потоку оливи для досягнення захисту називається газовим захистом.

(1) Захист від легкого газу: коли всередині трансформатора виникає незначна несправність або аномалія, локальний перегрів точки несправності призводить до часткового розширення оливи, а газ в оливі утворює бульбашки та потрапляє в газове реле. Дія захисту від легкого газу надсилає сигнал легкого газу.

(2) Захист від важких газів: коли в баку трансформатора виникає серйозна несправність, струм короткого замикання великий, і дуга призводить до розкладання трансформаторної оливи у великих кількостях, що призводить до витоку великої кількості газу та оливи. Ударний перегородка змушує важкий газ виконувати захисну дію, посилає сигнал важкого газу та спрацьовує вихідний роз'єднувач, і трансформатор відключається.

(3) Захист від важких газів є основним захистом від внутрішніх несправностей паливного бака, що може відображати різні внутрішні несправності трансформатора. Коли в трансформаторі відбувається коротке замикання між витками, хоча струм короткого замикання дуже великий, але диференціальний захист, що виникає, може не спрацювати, якщо диференціальний струм невеликий. Тому для усунення внутрішніх несправностей трансформатора необхідно покладатися на захист від важких газів.

Зображення

2, захист від тиску

Захист від тиску також є основним захистом від внутрішніх несправностей трансформаторного бака. Завдяки захисту від скидання тиску та зміни тиску використовується для відображення тиску трансформаторної оливи.

3, захист від температури та рівня оливи

Коли температура трансформатора піднімається до попереджувального значення, температурний захист надсилає сигнал тривоги та запускає резервний охолоджувач.

Коли трансформатор витікає масло або з інших причин знижується рівень масла, рівень масла захищається, і надсилається сигнал тривоги.

4, захист від повної зупинки охолоджувача

Коли всі охолоджувачі трансформатора, що працюють, зупиняються, температура трансформатора підвищується. Якщо вчасно не вжити заходів, ізоляція обмотки трансформатора може бути пошкоджена. Тому, коли всі охолоджувачі зупиняються під час роботи трансформатора, захист надсилає сигнал тривоги та вимикає трансформатор після тривалої затримки.

Чотири, диференціальний захист

Диференціальний захист трансформатора є основним захистом електричного об'єму трансформатора, а його сфера захисту охоплює частину, оточену трансформатором струму з кожного боку. У цьому діапазоні можуть виникати короткі замикання між обмотками, міжвиткові короткі замикання та інші несправності, на які діє диференціальний захист.

1, пусковий струм трансформатора

Струм збудження, що виникає при падінні напруги трансформатора, називається пусковим струмом збудження. Величина пускового струму збудження залежить від структури трансформатора, кута замикання, ємності, залишкової індукції перед замиканням та інших факторів. Вимірювання показують, що пусковий струм зазвичай у 2~6 разів перевищує номінальний струм, а максимальний — понад 8 разів. Оскільки пусковий струм протікає в трансформатор лише на стороні зарядки, він створює великий диференціальний струм у диференціальній петлі, що призводить до неправильного спрацьовування диференціального захисту.

Пусковий струм має такі характеристики: a. Значення пускового струму дуже велике та містить явну аперіодичну складову; B. Форма хвилі загострена та переривчаста; C. Вона містить явну гармонічну складову вищого порядку, особливо складову другої гармоніки; D. Пусковий струм збудження ослаблений.

Відповідно до вищезазначених характеристик пускового струму, для запобігання несправності диференціального захисту трансформатора внаслідок пускового струму, у проекті використовуються три принципи: високий вміст другої гармоніки, асиметрія форми хвилі, кут розриву форми хвилі для реалізації блокування диференціального захисту.

2. Принцип гальмування на другій гармоніці

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

Отже, чим більший коефіцієнт гальмування другої гармоніки, тим більший струм другої гармоніки, що міститься в дозволеній основній хвилі, і тим гірший гальмівний ефект.

3, диференціальний захист від швидкого розриву

Коли всередині трансформатора виникає серйозна несправність, і струм короткого замикання достатньо великий, щоб призвести до насичення трансформатора струму, вторинний струм трансформатора також містить велику кількість гармонійних складових. Згідно з наведеним вище описом, ймовірно, що диференціальний захист буде заблокований або спрацює із затримкою через гальмування другою гармонікою. Це призведе до серйозного пошкодження трансформатора. Для вирішення цієї проблеми зазвичай встановлюється швидкодіючий диференціальний захист.

Швидкий диференціальний елемент захисту насправді є висококонстантним диференціальним елементом поздовжнього диференціального захисту. На відміну від загального диференціального елемента, він відображає ефективне значення диференціального потоку. Незалежно від форми хвилі диференціального потоку та розміру гармонійної складової, якщо ефективне значення диференціального потоку перевищує значення уставки диференціального швидкого захисту (зазвичай вище за значення уставки диференціального захисту), він негайно вимикає трансформатор без блокування за пусковим струмом збудження та іншими критеріями.

П'ять, резервний захист трансформатора

Коротко описано основний захист трансформатора, а також продовжено опис резервного захисту трансформатора. Існує багато видів конфігурації резервного захисту трансформаторів. Тут ми коротко розглянемо два типи резервного захисту трансформатора, а саме: подвійний захист від перевантаження по струму з блокуванням напруги та захист від заземлення.

1, подвійний блокувальний захист від перевантаження по струму

Складений захист від перевантаження по струму з фіксацією напруги є резервним захистом від короткого замикання між великими та середніми трансформаторами. Підходить для підвищувальних трансформаторів, трансформаторів системного підключення 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 діапазоні захисту, знижувати значення уставки захисту від перевантаження по струму та покращувати чутливість.

Комплексний захист від перевантаження по струму за напругою складається з комплексного елемента напруги, елемента перевантаження по струму та елемента часу. Струм доступу захисту – це вторинний струм ТРИФАЗНОГО СТРУМУ ТО на локальній стороні трансформатора, а напруга доступу – це вторинна трифазна напруга трансформатора току на локальній стороні або з інших сторін трансформатора. Для мікрокомп'ютерного захисту напруга цієї сторони може передаватись на інші сторони за допомогою програмного забезпечення, щоб гарантувати, що будь-яка сторона обслуговування трансформатора току все ще може використовувати комплексний захист від перевантаження по струму за напругою. Логіка дій показана нижче.

2, захист заземлення трансформатора

Резервний захист від короткого замикання на землю для великих та середніх трансформаторів зазвичай являє собою: захист від перевантаження по струму нульової послідовності, захист від перенапруги нульової послідовності, захист від розриву тощо. Нижче наведено короткий огляд трьох різних режимів заземлення залежно від нейтральної точки.

(1) Нейтральна точка безпосередньо заземлена

Для трансформаторів, напруга яких становить 110 кВ і вище, і нейтральна точка яких безпосередньо заземлена, захист від струму нульової послідовності слід встановити з боку системи заземлення від сильного струму, щоб відобразити замикання на землю. Для трансформаторів, які безпосередньо заземлені як з високого, так і з середнього боку, захист від струму нульової послідовності повинен бути встановлений у напрямку кожної бічної шини.

Принцип дії захисту від струму нульової послідовності подібний до принципу дії захисту лінії нульової послідовності, див. розділ 30. Струм нульової послідовності може бути отриманий зі струму вторинного струму струму нейтральної точки або зі струму вторинного трифазного струму струму локальної сторони. Напругу нульової послідовності, підключену до спрямованого елемента, можна отримати з напруги трикутника розмикання трансформатора струму локальної сторони або зі вторинної трифазної напруги локальної сторони. У мікрокомп'ютерному захисному пристрої переважно використовується власний спосіб.

Для великих триобмоткових трансформаторів захист від струму нульової послідовності може бути триступеневим. У секціях I та II є напрямок, а в секції III напрямок відсутній. Кожна секція, як правило, має двоступеневу затримку, з коротшою затримкою для зменшення діапазону КЗ (стрибок шини або локальний перемикач) та довшою затримкою для відключення трансформатора (стрибок тристороннього перемикача). Конкретна конфігурація захисту залежить від фактичної ситуації.

Як показано на рисунку, після спрацювання захисту від струму нульової послідовності в секції I або II, спочатку слід перемкнути шину t1 або T3 або локальний перемикач з короткою затримкою, щоб зменшити вплив несправності. Якщо величина несправності все ще присутня, трансформатор слід відключити трипозиційним перемикачем t2 або T4 з довгою затримкою. У секції III без напрямку трансформатор безпосередньо відключається з затримкою.

(2) нейтральна точка не заземлена

Струм нульової послідовності проходить через нейтральну точку трансформатора, утворюючи петлю нульової послідовності. Однак, якщо всі нейтральні точки трансформатора заземлені, струм короткого замикання в точці заземлення розподілиться на кожен трансформатор, що призведе до зниження чутливості захисту від перевантаження по струму нульової послідовності. Тому, щоб обмежити струм нульової послідовності в певному діапазоні, кількість трансформаторів, заземлених до нейтральної точки, регулюється.

Для незаземленого трансформатора захист від напруги нульової послідовності повинен бути налаштований для запобігання пошкодженню трансформатора від перенапруги, спричиненої дугою проміжного струму в точці замикання під час виникнення замикання на землю.

Повністю ізольований трансформатор завдяки високому рівню ізоляції нейтральної точки, коли в системі виникає замикання на землю, спочатку спрацьовує захист від струму нульової послідовності для видалення заземлення нейтральної точки трансформатора, якщо несправність все ще існує, а потім захист від напруги нульової послідовності для видалення незаземленого нейтрального трансформатора.

(3) Нейтральна точка заземлена через розрядний проміжок

Усі високовольтні трансформатори є напівізольованими, а ізоляція нейтральної обмотки щодо землі слабша, ніж у інших частин. Ізоляція нейтральної обмотки схильна до пробою. Тому необхідно налаштувати захист зазором.

Роль захисту від зазору полягає в захисті нейтральної точки незаземленої ізоляції трансформатора.

Як показано, між нейтральною точкою трансформатора та землею встановлено захисний проміжок. Коли заземлювальний вимикач замкнутий, трансформатор безпосередньо заземлений і спрацьовує захист від перевантаження по струму нульової послідовності. Коли заземлювальний вимикач відключений, трансформатор заземлюється через проміжок і вмикається захист проміжку.

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

Якщо нейтральна точка до місця несправності піднята, то відбувається пробій зазору, що призводить до великого струму зазору 3I0, і в цей час спрацьовує захисна дія зазору, яка після затримки відключає трансформатор. Крім того, коли в системі є замикання на землю, захисна дія трансформатора нульової послідовності, що виконується заземленням нейтральної точки, спочатку відключає заземлювальний трансформатор нейтральної точки. Після втрати системи точки заземлення, якщо несправність все ще існує, напруга розімкнутого трикутника шини PT 3U0 буде великою, і захист зазору також спрацює в цей час.

Джерело: Палата міністрів