Как выполняется защита силовых трансформаторов

Для силовых трансформаторов с обмоткой высшего напряжения больше 1000 В предусматривается релейная защита от следующих видов повреждении и ненормальных режимов работы:

1) многофазных замыканий в обмотках и на их выводах,

2) внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках и «пожара стали» магнитопровода),

3) однофазных замыканий на землю,

4) сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями,

5) сверхтоков в обмотках, обусловленных перегрузкой (если она возможна),

6) понижения уровня масла.

При выполнении защит трансформатора необходимо учитывать некоторые особенности его нормальной работы: броски тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, влияние коэффициента трансформации и схем соединения обмоток трансформатора.

Для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформаторов мощностью 6300 кВА и выше, работающих одиночно, мощностью 4000 кВА и выше, работающих параллельно, а также мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности, максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с и отсутствует газовая защита, предусматривается продольная дифференциальная защита с циркулирующими токами, действующая на отключение выключателей силового трансформатора без выдержки времени.

Особенностью дифзащиты трансформаторов по сравнению с дифзащитой генераторов, линий и т. л. является неравенство первичных токов разных обмоток трансформатора и их несовпадение в общем случае по фазе.

Для компенсации сдвига токов по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны звезды силового трансформатора, соединяют в треугольник, а вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны треугольника силового трансформатора, — в звезду. Компенсация неравенства первичных токов достигается правильным подбором коэффициентов трансформации трансформаторов тока.

Когда нельзя подобрать коэффициент трансформации трансформаторов тока таким образом, чтобы разность вторичных токов в плечах дифзащиты была меньше 10 % (так как трансформаторы тока имеют стандартное значение коэффициента трансформации), при выполнении защиты для компенсации неравенства токов используют дифференциальные реле типа РНТ, реже — выравнивающие трансформаторы и автотрансформаторы.

Если не предусматривается продольная дифференциальная защита (как правило, на одиночно работающих трансформаторах мощностью ниже 6300 кВА и параллельно работающих трансформаторах мощностью ниже 4000 кВА), то в этих случаях со стороны источника питания устанавливается токовая отсечка без выдержки времени, охватывающая часть обмотки трансформатора.

На рабочих и резервных трансформаторах собственных нужд тепловых электростанций применяется продольная дифзащита, при мощности 4000 кВА допускается токовая отсечка.

Наиболее простой схемой выполнения продольной дифзащиты является дифференциальная токовая отсечка , которая применяется в случаях, когда она удовлетворяет требованиям чувствительности. Если это условие не выполняется, в продольной дифзащите используют реле типа РНТ.

Реле РНТ имеют насыщающиеся трансформаторы (НТ) , обеспечивающие снижение токов, обусловленных бросками тока намагничивания, и токов небаланса, возникающих во время переходного процесса при внешних коротких замыканиях, и компенсирующие неравенство вторичных токов трансформаторов тока.

На трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой или многообмоточных трансформаторах с несколькими питающими обмотками , когда вследствие больших токов небаланса в реле при внешних коротких замыканиях защита с насыщающимися трансформаторами не обеспечивает требуемой чувствительности, предусматривается дифзащита с торможением и установкой реле типа ДЗТ или их заменяющими.

Предварительно защита рассчитывается для случая применения реле без торможения. Если она оказывается недостаточно чувствительной, применяют реле с минимальным числом тормозных обмоток, обеспечивающих требуемую чувствительность. Ток срабатывания продольной дифзащиты должен быть отстроен от токов намагничивания и токов небаланса.

Защита силовых трансформаторов от внутренних повреждений

Для защиты от внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках, сопровождающихся выделением газа) и от понижения уровня масла на трансформаторах мощностью 6300 кВА и выше, а также на трансформаторах мощностью 1000 — 4000 кВА, не имеющих дифзащиты или отсечки, и если максимальная токовая защита имеет выдержку времени 1 с и более, применяется газовая защита с действием на сигнал при слабых и на отключение при интенсивных газообразованиях . Применение газовой защиты является обязательным на внутрицеховых трансформаторах мощностью 630 кВА и выше независимо от наличия других быстродействующих защит.

Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители, и осуществляется с помощью поплавковых, лопастных и чашечных газовых реле. Газовая защита является единственной защитой трансформаторов от «пожара стали» магнитопровода, возникающего при нарушении изоляции между листами стали.

Допускается действие газовой защиты па сигнал как при слабом, так и при сильном газообразовании на трансформаторах, имеющих дифзащиту или отсечку, не имеющих выключателей, а также на внутрицеховых мощностью 1600 кВА и меньше при наличии защиты от коротких замыканий со стороны источника питания.

Защита трансформаторов от однофазных замыканий на землю

Для защиты от однофазных замыканий на землю повышающих трансформаторов мощностью 1000 кВА и более, присоединенных к сетям с большими токами замыкания на землю, а также на понижающих трансформаторах с заземленной нейтралью предусматривается максимальная токовая защита нулевой последовательности от токов внешних замыканий на землю, действующая на отключение.

В связи с широким применением трансформаторов 6 — 10/0,4 — 0,23 кВ со схемой соединения обмоток треугольник — звезда, имеющих глухозаземленную нейтраль на стороне 0,4 кВ , у которых реактивное и активное сопротивления нулевой последовательности равны сопротивлениям прямой последовательности, токи однофазных коротких замыканий на стороне 0,4 кВ будут равны токам трехфазных коротких замыканий при коротких замыканиях на зажимах трансформатора или вблизи них.

При этих токах может работать максимальная токовая защита, установленная на стороне ВН, с достаточной чувствительностью, и защиту в нейтрали трансформатора допустимо не устанавливать, оставив ее только для защиты трансформатора при схеме блока трансформатор — магистраль при протяженном шинопроводе магистрали. Ток срабатывания реле защиты от однофазных коротких замыканий трансформаторов при коротких замыканиях на стороне 0,4 кВ (защита присоединена к трансформатору тока в пулевом проводе у нейтрали трансформатора) должен составлять для соединения обмоток:

где k н —коэффициент надежности, равный 1,15—1,25; k п — коэффициент, учитывающий перегрузку и равный 1,3 для масляных и 1,4 для сухих трансформаторов при отсутствии расчетных данных, k воз — коэффициент возврата реле, k т.т — коэффициент трансформации трансформатора тока, I ном.т — номинальный ток силового трансформатора.

В сетях с малыми токами замыкания на землю защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторах в том случае, если такая защита имеется в сети.

Защита трансформаторов от сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями

Для защиты понижающих трансформаторов от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями, предусматривается максимальная токовая защита без пуска или с пуском от реле минимального напряжения , действующая на отключение выключателя. Вследствие низкой чувствительности максимальная токовая защита без пуска от реле минимального напряжения применяется только на трансформаторах мощностью до 1000 кВА.

Для защиты повышающих трансформаторов от внешних коротких замыканий. применяется максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения или токовая защита нулевой последовательности .

Максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения для повышающих многообмоточных трансформаторов получается довольно сложной (из-за наличия нескольких комплектов реле минимального напряжения) и недостаточно чувствительной по току. В этом случае применяется токовая защита нулевой последовательности . Последняя рекомендуется на повышающих трансформаторах мощностью 1000 кВА и более с глухозаземленной нейтралью.

Если защита повышающих трансформаторов не обеспечивает требуемой чувствительности, то для защиты трансформаторов допускается использовать токовые реле соответствующей защиты генераторов.

В ряде случаев для защиты мощных трансформаторов применяется токовая защита обратной последовательности, которая легко согласуется с аналогичной защитой генераторов.

На многообмоточных трансформаторах с питанием с нескольких сторон для обеспечения избирательности действия защита выполняется направленной.

Для защиты от перегрузки параллельно работающих нескольких трансформаторов мощностью по 400 кВА и более, а также при раздельной работе и наличии АВР предусматривается однофазная максимальная токовая защита, действующая на сигнал.

На необслуживаемых подстанциях защита может выполняться с действием на автоматическую разгрузку или отключение трансформатора.

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:

Источник

Защита от однофазного замыкания на землю трансформатора

Принцип действия и область применения. Спе­циальная токовая защита нулевой последовательно­сти от однофазных КЗ на землю устанавливается на понижающих трансформаторах с соединением обмот­ки НН в звезду с выведенной нейтралью, которая глухо заземлена (в отличие от нейтралей, которые могут заземляться через индуктивное или активное сопротивление). Измерительным органом защиты ну­левой последовательности является одно максималь­ное реле тока Т, включенное через трансформатор тока и в заземленную нейтраль (рис. 34, а). В нор­мальном режиме работы трансформатора со строго симметричной нагрузкой всех трех фаз и при отсут­ствии в сети НН токов высших гармоник ток в ней­трали трансформатора теоретически равен нулю. Практически ток в нейтрали, называемый током не­баланса, не равен нулю и иногда может достигать больших значений, что ведет к перегреву трансфор­матора и уменьшает срок его службы. Поэтому ГОСТ 11677—85 (а также предыдущие его издания) ограничивает допустимое значение тока небаланса в нулевом проводе: не более 0,25 номинального (фаз­ного) для трансформаторов со схемой соединения об­моток Y / Y и не более 0,75 — для трансформаторов ∆/У-. От этого допустимого тока небаланса защита нулевой последовательности, как правило, должна быть отстроена.

Рис. 34. Схемы включения максимальных реле тока Т специаль­ной токовой защиты нулевом последовательности от однофаз­ных КЗ па землю трансформаторов со схемами соединения обмоток Y / Y .

При однофазном КЗ на землю на шинах или в сети НН через заземленную нейтраль проходит ток Ik (рис. 4, 5 и 34, а), вызывающий срабатывание защиты нулевой последовательности. Как уже ука­зывалось, ток однофазного КЗ на землю в сети с глухозаземленной нейтралью называют утроенным током нулевой последовательности ( Ik )= 3 I ном, по­этому и защита от КЗ на землю называется зашито;»! нулевой последовательности. Она относится к группе так называемых фильтровых защит, реагирующих на симметричные составляющие обратной или нулевой последовательности токов (напряжений) КЗ. По срав­нению с токовыми защитами, реагирующими на наличие фазных токов (например, максимальной токовой защитой), фильтровые токовые защиты всегда имеют более высокую чувствительность к несимметричным КЗ, поскольку их не нужно отстраивать от сверхтоков при самозапусках и перегрузках, которые являются симметричными режимами и не сопровождаются появлением токов обратной и нулевой последователь­ности. Недостатком фильтровых защит является их бездействие при трехфазных симметричных КЗ.

Выполнение специальной токовой защиты нулевой последовательности требует относительно больших за­трат, особенно при необходимости прокладки длин­ного контрольного кабеля от основного щита НН до КРУ-Ю кВ для передачи импульса на отключение выключателя 10 кВ трансформатора. Поэтому раньше имелись некоторые допущения, позволявшие не вы­полнять эту защиту. Однако на практике защиту ну­левой последовательности всегда стремились устанав­ливать, главным образом, для целей дальнего резер­вирования однофазных КЗ в сети 0,4 кВ. При этом следует помнить, что для дальнего резервирования эта защита должна быть не только чувствительной по току, но и быстродействующей, поскольку весьма часто однофазные КЗ на элементах 0,4 кВ быстро переходят в трехфазные, при которых защита нуле­вой последовательности не работает.

Схемы защиты нулевой последовательности. Изме­рительный сигнал специальной токовой защиты нуле­вой последовательности от однофазных КЗ выпол­няется электромагнитным максимальным реле тока РТ-40. Применение индукционного реле РТ-80 не ре­комендуется, поскольку при малых кратностях тока это реле срабатывает со значительным замедлением (рис. 21). Реле тока tq включается либо по схеме рис. 34, а, либо 34,6, где реле ‘4 включены в нулевой провод схемы соединения трех трансформаторов тока в полную звезду. Нулевой провод полной звезды яв­ляется фильтром токов нулевой последовательности, так как в нормальном симметричном режиме нагруз­ки геометрическая сумма одинаковых по значению токов трех фаз равна нулю и в нулевом проводе про­ходит лишь ток небаланса, а при однофазном КЗ на землю — полный ток однофазного КЗ: I 2к. Выбор схемы включения реле То зависит от первичной схемы. Выдержка времени защиты осуществляется с по­мощью реле времени, которое срабатывает и начинает отсчитывать время после замыкания замыкающего контакта реле Т.

Расчет параметров срабатывания: уставок по току и по времени. Ток срабатывания защиты выбирается по следующим условиям, обеспечивающим:

несрабатывание (отстройку) оттоков, которые мо­гут проходить но заземленной нейтрали обмотки НН трансформатора при несимметрии нагрузки в нор­мальном режиме (допустимые значения токов неба­ланса указаны выше);

согласование по току и по времени с за­щитами элементов, отходящих от сборки НН (на рис. 34, а показаны автоматический выключатель АВ со встроенной защитой и плавкий предохрани­тель Пр);

необходимые [1] значения коэффициента чувстви­тельности при однофазном КЗ в основной зоне дейст­вия (на сборке НН) и в зоне резервирования (на элементах сети НН при отказе их собственной за­щиты).

Согласование чувствительности рассматриваемой защиты трансформатора и защит элементов, отходя­щих от сборки на стороне НН (рис. 34, а), по «Пра­вилам» [1] не считается обязательным. Это объяс­няется тем, что выполнение условия согласования с защитными характеристиками автоматов и предо­хранителей относительно мощных элементов 0,4 кВ приводит к увеличению тока срабатывания защиты нулевой последовательности трансформатора. Однако отсутствие согласования по чувствительности между последующей защитой трансформатора и предыдущи­ми защитами отходящих элементов достаточно часто вызывает неселективное отключение питающего транс­форматора при таких КЗ, когда защита предыдущего элемента оказывается недостаточно чувствительной (например, КЗ в обмотке электродвигателя или на удаленной сборке). Наилучшие условия для согласо­вания обеспечиваются в тех случаях, когда на отно­сительно мощных элементах 0,4 кВ устанавливается дополнительная токовая защита нулевой последова­тельности без выдержки времени, действующая на отключение автоматического выключателя (автомата) данного элемента (защита 1 на рис. 34,6), При токе срабатывания, выбранном только по первому условию, рассматриваемая защита всегда имеет достаточный коэффициент чувствительности при одно­фазных КЗ на сборке НН и, как правило, в зоне ре­зервирования, если, разумеется, первичная схема сети НН создана с учетом требований дальнего ре­зервирования. Расчеты токов КЗ в сетях 0,4 кВ рас­сматриваются в работе [7].

Время срабатывания защиты нулевой последова­тельности выбирается минимальным. Если на элемен­тах сети 0,4 кВ имеется дополнительная защита ну­левой последовательности без выдержки времени (реле 1 на рис, 34,6), то защиты нулевой последова­тельности на вводах 0,4 кВ трансформатора могут иметь U . з = 0,3-7-0,4 с, а в нейтрали —на ступень се­лективности выше, т. е. 0,6—0,7 с (соответственно защиты 2 и 3 на рис. 34, б). Рекомендуется приме­нять наиболее точные — электронные реле времени.

Источник