Релейная защита и автоматика силовых масляных трансформаторов 110 кВ
Силовые масляные трансформаторы – самые дорогостоящие элементы оборудования распределительных подстанций. Трансформаторы рассчитаны на продолжительный срок службы, но при условии, что они будут работать в нормальном режиме, и не будут подвергаться недопустимым токовым перегрузкам, перенапряжениям и другим нежелательным режимам работы.
Для предотвращения повреждения трансформатора, продления его срока службы и обеспечения его работы в нормальном режиме нужны различные устройства защиты и автоматики.
Рассмотрим, какие устройства защиты и автоматики предусмотрены в силовых масляных трансформаторах.
Газовая защита трансформатора
Газовая защита является одной из основных защит трансформатора. Данная защита предназначена для отключения трансформатора 110 кВ от сети в случае возникновения внутренних повреждений в баке силового трансформатора.
Данное защитное устройство устанавливается в маслопроводе, который соединяется бак трансформатора с его расширителем. Основной конструктивный элемент газового реле — поплавок и две пары контактов, которые соединяются при опускании поплавка. При нормальном режиме работы газовое реле заполнено трансформаторным маслом, и поплавок находится в верхнем положении, при этом обе пары контактов разомкнуты.
В случае возникновения межвитковых коротких замыканий обмоток трансформатора, либо в случае так называемого горения стали (нарушения изоляции листов стали магнитопровода) в баке появляются газы, образующиеся при разложении электротехнических материалов под воздействием электрической дуги.
Образующийся газ попадает в газовое реле и вытесняет из него масло. При этом поплавок опускается и замыкает контакты. В зависимости от количества скапливаемого газа могут замыкаться контакты, действующие на сигнал либо на полное отключение трансформатора от сети.
Срабатывание газового реле может быть также по причине значительного снижения уровня масла в баке силового трансформатора, что свидетельствует о полном отсутствии масла в расширителе. То есть данное устройство также выступает в роли защиты от чрезмерного снижения уровня масла в трансформаторе.
Струйная защита бака РПН
Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН). Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство — струйное реле.
Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.
Реле уровня масла (РУМ)
Газовое реле сигнализирует о полном отсутствии масла в расширителе силового трансформатора, но необходимо вовремя обнаружить недопустимое снижение уровня масла — эту функцию выполняет реле уровня масла (РУМ).
Реле уровня масла устанавливается, как правило, в расширителе основного бака трансформатора, а также расширителе бака РПН, Устройство настраивается таким образом, чтобы поплавок — основной конструктивный элемент реле, замыкал контакты реле в случае снижения уровня масла ниже минимально допустимого значения для данного силового трансформатора.
Данное защитное устройство дает сигнал на срабатывание аварийной сигнализации, что позволяет вовремя обнаружить снижение уровня масла.
Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ)
Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ) является основной защитой трансформатора и служит для защиты от коротких замыканий обмоток трансформатора и токопроводов, находящихся в зоне действия данной защиты.
Принцип действия данной защиты основан на сравнении токов нагрузки каждой из обмоток трансформатора. В нормальном режиме на выходе реле дифференциальной защиты отсутствует ток небаланса. В случае возникновения двух или трехфазного короткого замыкания возникает ток небаланса – дифференциальный ток и реле действует на полное отключение трансформатора от сети.
Зона действия данной защиты — трансформаторы тока каждой из сторон напряжения силового трансформатора. Например, в трехобмоточном трансформаторе 110/35/10 кВ зона действия защиты помимо самого трансформатора включается в себя ошиновку (кабель), которая идет от вводов трансформатора до трансформаторов тока 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ.
Токовая ступенчатая защита трансформаторов
Для большей надежности помимо основных защит для силового трансформатора предусматривается резервная защита – ступенчатая токовая защита каждой из обмоток.
Для каждой из обмоток трансформатора предусматривается отдельная максимально токовая защита (МТЗ) на несколько ступеней. Для каждой ступени защиты устанавливается своя уставка срабатывания по току и времени срабатывания.
Если трансформатор питает нагрузки потребителей с большими пусковыми токами, то для предотвращения ложных срабатываний максимальная токовая защита имеет так называемую вольтметровую блокировку – блокировку защиты по напряжению.
Для селективности работы защит трансформатора каждая из ступеней защиты имеет разное время срабатывания, при этом наименьшее время срабатывания имеют вышерассмотренные основные защиты трансформатора. Таким образом, в случае повреждения трансформатора или возникновения короткого замыкания в зоне действия защит сразу срабатывают основные защиты, а в случае их отказа или выведенного состояния защиту трансформатора осуществляют резервные токовые защиты.
Также МТЗ силового трансформатора резервируют защиты отходящих присоединений, питающихся от данного трансформатора, срабатывая в случае их отказа.
МТЗ осуществляет защиту от двух- и трехфазных коротких замыканий. Для защиты от однофазных замыканий на землю обмотка высокого напряжения 110 кВ имеет токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).
Обмотка среднего напряжения силового трансформатора 35 кВ и низкого напряжения 6-10 кВ питает сети с изолированной нейтралью, в которых однофазные замыкания на землю фиксируют трансформаторы напряжения.
Большинство сетей 6-35 кВ с изолированной нейтралью работают в режиме, при котором однофазное замыкание на землю не считает аварийным и соответственно не отключается автоматически действием защиты от замыкания на землю. Обслуживающему персоналу поступает сигнал о наличии однофазного замыкания на землю, и он приступает к поиску и отключению от сети поврежденного участка, так как продолжительное время работы в таком режиме недопустимо.
Исключение составляют случаи, когда отключение однофазных замыканий в сетях необходимо по требованиям безопасности. В таком случае защита от замыканий на землю может работать на полное отключение трансформатора либо обесточивание одной из его обмоток.
Защита трансформатора от перенапряжений
Для защиты трансформатора от перенапряжения на ошиновке с каждой стороны трансформатора устанавливают разрядники или ограничители напряжения (ОПН).
Если трансформатор работает в режиме разземленной нейтрали по стороне высокого напряжения 110 кВ, то нейтраль соединяется с заземлением через разрядник или ОПН для того, чтобы защитить обмотку от повреждения в случае превышения напряжения выше допустимых значений при авариях в питающей сети.
Дополнительные защиты трансформатора
Для защиты силового трансформатора предусматривают ряд дополнительных защит, позволяющих исключить развитие незначительных дефектов, отклонений от нормального режима работы в более масштабную аварийную ситуацию.
Защита от перегрузки – действует на сигнал с целью своевременного снижения нагрузки на трансформаторе.
Реле контроля температуры сигнализирует о повышении температуры верхних слоев масла выше установленных (допустимых) значений. Данная защита автоматически включает дополнительные системы охлаждения трансформатора, если таковые имеются. Например, включаются вентиляторы обдува, насосы принудительной циркуляции масла в охладителях. Если температура масла поднимается еще выше, то реле действует на отключение трансформатора от сети.
Защита минимального напряжения осуществляет отключение выключателя вторичной обмотки трансформатора в случае падения напряжения до недопустимых величин.
Автоматика силовых трансформаторов 110 кВ
Если на подстанции работает два трансформатора, то при падении напряжения до недопустимых величин, либо при обесточивании трансформатора защита минимального напряжения воздействует на устройство автоматического включения резерва (АВР). Данное устройство осуществляет включение секционных или шиносоединительных выключателей, обеспечивая питание потребителей от резервного источника питания – силового трансформатора.
На вводных выключателях среднего и низкого напряжения трансформатора может быть реализовано автоматическое повторное включение выключателя (АПВ), одноразово восстанавливающее питание трансформатора в случае его отключения действием той или иной защиты.
Если силовой трансформатор конструктивно имеет устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН), то для него может быть установлено устройство автоматической регулировки напряжения (АРН). Данное устройство осуществляет контроль напряжения на обмотках трансформатора и обеспечивает автоматическое переключение устройства РПН для обеспечения требуемого уровня напряжения на обмотках.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Раздел 4. Защита и автоматика трансформаторов
Тема 4.1. Автоматика понижающих трансформаторов
Виды устройств автоматики трансформаторов и принцип их работы; принципиальные схемы защит и автоматики трансформаторов с вторичным напряжением выше 1000 В.
Методические указания
Принцип действия основных функций автоматики понижающих трансформаторов можно изучить по учебнику [1], с.144. В настоящее время широкое применение находит такая функция автоматики, как автоматическая частотная разгрузка. С помощью измерительных устройств производится непрерывный контроль частоты преобразуемого напряжения. При перегрузке частота может отклониться в сторону понижения, что приводит к ухудшению качества вырабатываемой электроэнергии. В этом случае защита отключает перегруженное присоединение, а затем вновь включает по АПВ.
Принцип действия защит и автоматики двухобмоточного понижающего трансформатора приведен в §4.2 [1]. При изучении схемы следует обратить внимание на разницу в схемах управления выключателями высокой и низкой стороны. Все функции управления, защиты и автоматики осуществляются с помощью схемы выключателя высокой стороны, тогда как выключатель низкой стороны управляется через контакты повторителей первого выключателя. В схеме отсутствуют цепи сигнализации положения выключателей. Аналогичная схема автоматики для трехобмоточного трансформатора будет содержать цепи управления, соответственно, тремя выключателями.
Вопросы для самоконтроля
1. Почему при перегрузке трансформатора необходимо включать принудительную вентиляцию?
2. Каковы последствия снижения напряжения на шинах подстанции?
3. Условия срабатывания автоматического включения резерва трансформатора.
4. Какие защиты могут автоматически отключить понищающий трансформатор?
Тема 4.2. Автоматика трансформаторов напряжения и собственных нужд
Назначение, виды, схемы и принцип работы устройств автоматики трансформаторов напряжения, защита и автоматика трансформаторов собственных нужд.
Методические указания
При изучении особенностей работы схемы автоматики трансформатора собственных нужд по §4.3 [1] следует обратить внимание на наличие схем управления контакторами низкой стороны. В отличие от контактора высоковольтного выключателя, который работает кратковременно, контакторы низкой стороны остаются включенными и получают питание через ограничительные резисторы. В схеме также имеются повторители контакторов, необходимые для организации цепей сигнализации. В §4.4 [1] приведена схема автоматического контроля напряжения на шинах РУ 27,5 кВ. Для трехфазных трансформаторов напряжения схемы подключения будут отличаться. Принцип подключения трансформаторов напряжения можно повторить по учебнику [4].
Вопросы для самоконтроля
1. В каких случаях приходит в действие устройство АВР?
2. Отключится ли при срабатывании релейной защиты контактор низкой стороны трансформатора собственных нужд?
3. В каких случаях срабатывает реле неисправности?
4. Какую роль играет реле блокировки в схеме автоматики трансформатора напряжения?
Тема 4.3. Автоматика преобразователей и вспомогательных устройств
Назначение, виды, принципиальные схемы защит, автоматики включения и отключения, регулирования мощности преобразователей подстанций; виды и схемы автоматики вспомогательных устройств, общеподстанционной сигнализации.
Методические указания
Перед изучением схемы автоматики преобразователя следует повторить принцип действия преобразовательных агрегатов по учебнику [4]. Схема цепей вторичной коммутации, приведенная в §4.5 [1], выполнена для преобразовательного агрегата с нулевой шестипульсовой схемой выпрямления и содержит цепи управления быстродействующим выключателем ВАБ-28. Схемы автоматики для преобразовательного агрегата с двенадцатипульсовой схемой выпрямления будут отличаться большим количеством защит, в том числе защитой от пробоя диодов в выпрямителе, в качестве катодного автомата может применяться выключатель ВАБ-49. При изучении работы схемы следует обратить внимание на цепи блокировок включения. Подобными цепями блокировок безопасности оснащены все схемы вторичной коммутации высоковольтного оборудования. Схема общеподстанционной сигнализации изучается по учебнику [2], с.130.
Вопросы для самоконтроля
1. В каких случаях блокируется включение преобразовательного агрегата?
2. При оперативном автоматическом включении преобразователя, какой высоковольтный коммутационный аппарат включается первым?
3. При каком условии включается резервный преобразователь?
4. Чем отличаются аварийная и предупредительная общеподстанционные сигнализации?
Тема 4.2. Автоматика трансформаторов напряжения и собственных нужд
Назначение, виды, схемы и принцип работы устройств автоматики трансформаторов напряжения, защита и автоматика трансформаторов собственных нужд.
При изучении особенностей работы схемы автоматики трансформатора собственных нужд по §4.3 [1] следует обратить внимание на наличие схем управления контакторами низкой стороны. В отличие от контактора высоковольтного выключателя, который работает кратковременно, контакторы низкой стороны остаются включенными и получают питание через ограничительные резисторы. В схеме также имеются повторители контакторов, необходимые для организации цепей сигнализации. В §4.4 [1] приведена схема автоматического контроля напряжения на шинах РУ 27,5 кВ. Для трехфазных трансформаторов напряжения схемы подключения будут отличаться. Принцип подключения трансформаторов напряжения можно повторить по учебнику [4].
Вопросы для самоконтроля
В каких случаях приходит в действие устройство АВР?
Отключится ли при срабатывании релейной защиты контактор низкой стороны трансформатора собственных нужд?
В каких случаях срабатывает реле неисправности?
Какую роль играет реле блокировки в схеме автоматики трансформатора напряжения?
Тема 4.3. Автоматика преобразователей и вспомогательных устройств
Назначение, виды, принципиальные схемы защит, автоматики включения и отключения, регулирования мощности преобразователей подстанций; виды и схемы автоматики вспомогательных устройств, общеподстанционной сигнализации.
Перед изучением схемы автоматики преобразователя следует повторить принцип действия преобразовательных агрегатов по учебнику [4]. Схема цепей вторичной коммутации, приведенная в §4.5 [1], выполнена для преобразовательного агрегата с нулевой шестипульсовой схемой выпрямления и содержит цепи управления быстродействующим выключателем ВАБ-28. Схемы автоматики для преобразовательного агрегата с двенадцатипульсовой схемой выпрямления будут отличаться большим количеством защит, в том числе защитой от пробоя диодов в выпрямителе, в качестве катодного автомата может применяться выключатель ВАБ-49. При изучении работы схемы следует обратить внимание на цепи блокировок включения. Подобными цепями блокировок безопасности оснащены все схемы вторичной коммутации высоковольтного оборудования. Схема общеподстанционной сигнализации изучается по учебнику [2], с.130.
Вопросы для самоконтроля
В каких случаях блокируется включение преобразовательного агрегата?
При оперативном автоматическом включении преобразователя, какой высоковольтный коммутационный аппарат включается первым?
При каком условии включается резервный преобразователь?
Чем отличаются аварийная и предупредительная общеподстанционные сигнализации?
Раздел 5. Принципы построения устройств телемеханики
Тема 5.1. Методы разделения элементов сигнала, синхронизации распределителей и избирания объектов телемеханики
Виды телемеханических устройств, их назначение и классификация; методы разделения элементов сигнала при передаче информации; методы избирания объектов телемеханики, на которые передается информация; методы синхронизации распределителей передающего и приемного устройств в системах телемеханики с временным разделением элементов сигнала.
При освоении материала по учебнику [1], с.164-182, следует учитывать, что рассматриваемые вопросы являются основой для дальнейшего изучения устройств телемеханики в дисциплине «Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог». Особое внимание следует уделить организации временного разделения элементов сигнала, так как оно применяется в различных системах телемеханики достаточно широко. При знакомстве с видами телемеханических устройств следует учесть, что в настоящее время аппаратура современных энергодиспетчерских пунктов выполняется на базе компьютеров. В качестве сигнальных табло применяются жидкокристаллические мониторы, на которых отображается схема энергоучастка. В этом случае для передачи приказа диспетчер использует не пульт управления, а клавиатуру компьютера и манипулятор «мышь». В качестве аппаратуры каналов связи могут использоваться модемы и оптоэлектронные модули.
Вопросы для самоконтроля
Чем отличаются дистанционное управление и телеуправление?
Какая аппаратура устройств телемеханики расположена на диспетчерском пункте?
Какая аппаратура устройств телемеханики расположена на контролируемом пункте?
С помощью каких устройств организуется временное разделение элементов сигнала?
Преимущества кодового избирания элементов сигнала.
Какой метод синхронизации распределителей нашел наибольшее применение в системах телемеханики?