Защита трансформаторов при внутренних повреждениях



Защита силовых трансформаторов от внутренних повреждений

Для защиты от внутренних повреждений трансформаторов, сопровождающихся выделением газа и понижением уровня масла, предусматривается газовая защита с действием на сигнал при слабых газообразованиях и с действием на отключение при интенсивном газообразовании.

Газовая защита является наиболее чувствительной к некоторым видам внутренних повреждений трансформатора, чем другие виды защит. Так, например, к витковым замыканиям, на которые дифференциальная защита реагирует только при замыкании большого числа витков, а токовая отсечка и максимальная токовая защита вообще не реагируют. Кроме того, газовая защита реагирует на некоторые виды повреждений и ненормальных режимов работы, как, например, понижение уровня масла, на которые другие виды защит вообще не реагируют.

Токовая отсечка, дополненная газовой защитой, рекомендуется в качестве основной защиты от внутренних коротких замыканий для одиночно работающих трансформаторов мощностью не более 6300 кВА и для параллельно работающих трансформаторов с общей мощностью не более 10000 кВА.

Для защиты маслонаполненных трансформаторов от «пожара стали» магнитопровода, возникающего при нарушении изоляции между листами стали сердечника, используется газовая защита; токовая и дифференциальная защиты на этот вид повреждения не реагируют.

Газовая защита должна устанавливаться обязательно на трансформаторах мощностью 10000 кВ-А и выше, а также на трансформаторах мощностью 1 000 — 6300 кВА, не имеющих дифференциальной защиты или максимальной токовой защиты с выдержкой времени менее 0,5 с. Для трансформаторов почти всех мощностей, установленных внутри цеха, газовая защита должна устанавливаться обязательно независимо от наличия других.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 16 ; Нарушение авторских прав

Источник

5.1 Защита трансформаторов и автотрансформаторов

При выполнении защит трансформаторов и автотрансформаторов должны быть учтены следующие режимы:

— многофазных замыканий в обмотках и на выводах; — однофазных замыканий в обмотках и на выводах; — витковых замыканий в обмотках; — внешних коротких замыканий;

— повышения напряжения на неповрежденных фазах ( для трансформаторов 110 кВ, работающих в режиме изолированной нейтрали);

— частичных пробоев изоляции вводов напряжением 500 кВ и более;

— понижения уровня масла или отключение принудительной системы охлаждения;

— «пожара» стали магнитопровода.

Защита трансформаторов и автотрансформаторов должна выполнять следующие функции:

— отключать трансформатор при его повреждении от всех источников пи-

— отключать трансформатор при внешних замыканиях в случае отказа защит или выключателей смежных присоединений;

— подавать сообщения дежурному персоналу о возникновении перегрузок или выполнять необходимые операции для их устранения. ЭЛТИ

5.1.1 Выбор типа защит

Для защиты трансформаторов от повреждений и ненормальных режимов должны быть предусмотрены следующие типы релейной защиты:

1. От повреждений на выводах и внутренних повреждений — токовая отсечка

или продольная дифференциальная защита .

Продольная дифференциальная защита ставится на трансформаторах мощностью 6300 кВА и более, на трансформаторах меньшей мощности — токовая отсечка.

2. От повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа и (или) понижением уровня масла, — газовая защита с действием на сигнал и отключение:

для трансформаторов мощностью 6300 кВА и более; для внутрицеховых понижающих трансформаторов мощностью 630 кВА и более;

для трансформаторов мощностью (1000 -4000) кВА, если отсутствует быстродействующая защита.

3. От токов внешних коротких замыканий должны быть установлены следующие защиты с действием на отключение:

максимальная токовая защита для трансформаторов мощностью до 1000 кВА ;

максимальная токовая защита или максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения или токовая защита обратной последователь-

ности для трансформаторов мощностью 1000 кВА и более; дистанционная защита на понижающих ТПУ автотрансформаторах напряжением 220 кВ и более, если это необходимо по условиям дальнего резервирования.

4. От возможной перегрузки на трансформаторах мощностью 400 кВА и более

5. От токов внешних замыканий на землю при наличии заземленной нейтрали для трансформаторов мощностью 1000 кВА и более устанавливается макси-

следует предусматривать максимальную токовую защиту с действием на сигнал или ЭЛТИ на разгрузку и на отключение.

мальная токовая защита нулевой последовательности, если это необходимо по условиям дальнего резервирования.

5.1.2 Защита от внутренних повреждений

Для защиты трансформаторов от внутренних повреждений и повреждений на выводах применяются

¾ продольная дифференциальная защита;

5.1.3 Токовая отсечка

Токовая отсечка устанавливается на трансформаторах со стороны питания, Рис.71. Для обеспечения требований селективности ее ток срабатывания от-

страивается от тока трехфазного короткого замыкания на шинах низшего напряжения:

ЭЛТИ Рис.72 Схема токовой отсечки трансформатора:

а) цепи переменного тока; б) цепи постоянного тока

Чувствительность отсечки проверяется по току двухфазного короткого замыкания на вводах трансформатора со стороны источника питания, точка К 2 :

.

Использование токовой отсечки позволяет отключать короткие замыкания с высоким быстродействием. К недостаткам следует отнести невысокую чувствительность и то, что отсечка защищает только часть трансформатора.

Читайте также:  Кельма своими руками для газоблока

5.1.4 Дифференциальная защита

Принцип действия защиты основан на сравнении токов по входам защищаемого трансформатора. Для выполнения защиты на каждой стороне трансформатора ставятся трансформаторы тока с такими коэффициентами трансформации, чтобы их вторичные токи в нормальном режиме были примерно равны между собой.

Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются между собой параллельно и к ним подключается токовое реле (Рис.72).

Рис.72 Принцип действия дифференциальной ТПУ защиты трансформатора: а) внешнее ЭЛТИ короткое замыкание; б) короткое замыкание в трансформаторе

В нормальном режиме и при внешнем коротком замыкании в точке К 1 ток в реле близок к нулю:

и защита не работает.

При повреждении трансформатора, короткое замыкание в т. К 2 , в реле проходит сумма вторичных токов

По сравнению с дифференциальной защитой линий, дифференциальная защита трансформаторов обладает повышенными погрешностями.

Причины появления погрешностей:

1. Возможная неодинаковость схем соединения обмоток силового трансформатора.

В большинстве случаев обмотки силовых трансформаторов имеют разные группы соединения. Тогда, даже при равенстве вторичных токов из-за наличия фазового сдвига в реле будет протекать ток небаланса (Рис.73 ).

Рис.73 Ток небаланса в реле из-за неодинаковости схем соединения обмоток силового трансформатора

Для устранения этого фактора трансформаторы тока на стороне треугольника силового трансформатора соединяют в звезду ТПУ , а на стороне звезды в треугольник.

2. Наличие броска тока намагничивания .

При включении трансформатора под напряжение в обмотке трансформатора со стороны ЭЛТИ источника питания возникает бросок намагничивающего тока, который в первый момент времени в 5 – 8 раз превышает номинальный и затухает в течение 1 – 2 сек.

К характерным признакам броска тока намагничивания можно отнести наличие апериодической слагающей и значительный процент высших гармоник, в первую очередь четных.

Поскольку броски тока намагничивания воздействуют на защиту как внутренние замыкания, от них необходимо отстраиваться. К основным способам отстройки можно отнести следующие:

— принять ток срабатывания больше максимального значения броска тока намагничивания.

Недостаток способа — существенное загрубление защиты;

— ввести замедление в действие защиты на время броска тока намагничивания. Недостаток — замедление времени ликвидации короткого замыкания;

— использовать признак наличия апериодической составляющей в токе намагничивания.

Практическая реализация этого способа состоит в том, что обмотка токового реле подключается к трансформаторам тока через специальный промежуточный трансформатор, называемый быстронасыщающимся трансформатором. За счет апериодической составляющей сердечник трансформатора насыщается и трансформации периодической составляющей в обмотку реле практически не происходит. Следовательно, на время существования броска тока намагничивания защита выводится из работы.

В начальный момент возникновения короткого замыкания также возникает апериодическая составляющая, но время ее протекания составляет доли секунды и практически замедления срабатывания защиты не происходит;

— идентифицировать момент включения по наличию второй гармоники. Использование данного признака предполагает введение дополнительного пускового элемента — реле отсечки, которое должно ТПУ работать при больших кратностях первичного тока. При внутренних повреждениях, связанных с глубоким насыщением трансформаторов тока, во вторичном токе появляется вторая гармоника, что может привести к отказу защиты.

3. Возможна ЭЛТИ неодинаковость вторичны токов в плечах защиты

Токи силовых трансформаторов со стороны обмоток высшего и низшего напряжений не равны между собой, поэтому трансформаторы тока, выбираемые по номинальному первичному току, будут иметь разные коэффициенты трансформации, различное конструктивное исполнение и, соответственно, различные погрешности.

Кроме того, номинальные токи силовых трансформаторов обычно не совпадают со шкалой номинальных токов трансформаторов тока. Вследствие этого в плечах дифференциальной защиты будут протекать разные по величине токи.

При внешнем коротком замыкании ток небаланса резко возрастает, что может привести к ложному срабатыванию защиты. Поэтому для снижения тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов, необходимо выровнять эти токи путем включения промежуточных выравнивающих автотрансформаторов тока или использовать в дифференциальном реле специальные уравнительные обмотки.

4. Наличие устройства автоматического регулирования напряжения силового трансформатора.

Устройства автоматического регулирования напряжения силовых трансформаторов меняют коэффициент трансформации защищаемого трансформатора, в результате чего меняется соотношения первичных токов и, соответственно, вторичные токи трансформаторов тока.

При выборе тока срабатывания дифференциальной защиты во внимание принимается два фактора:

1. Защита не должна работать от броска тока намагничивания в момент включения ненагруженного силового трансформатора под напряжение:

,

где k H = 0.3 – 1.5 — коэффициент надежности, учитывающий выполнение измерительного органа защиты.

2. Защита не должна работать от максимально возможного тока небаланса в

режиме внешнего замыкания:

где I’ НБ — составляющая тока небаланса, вызываемая погрешностью трансформато-

I» НБ — составляющая тока небаланса, вызываемая наличием устройства регулирования коэффициента трансформации силовых трансформаторов;

I»’ НБ — составляющая тока небаланса, вызываемая неточностью выравнивания вторичных токов в плечах защиты.

В ряде случаев при внешних замыканиях через реле проходят большие токи небаланса, учет которых существенно загрубляет защиту и может привести к отказу защиты при некоторых видах повреждений Для повышения чувствительности дифференциальной защиты в таких случаях используется пусковой орган с торможением. Принцип эффекта торможения можно рассмотреть на примере дифференциального реле с быстронасыщающимся трансформатором ( Рис.74 ) .

Читайте также:  Как сделать срез фрезой

При возникновении внешнего короткого замыкания в точке К 1 по рабочей обмотке w P протекают два приблизительно равных и направленных встречно друг другу тока I 1 ВТ и I 2 ВТ . За счет магнитодвижущих сил, создаваемых этими токами,

I 1 ВТ w P — I 2 ВТ . w P = I НБ w P ,

в сердечнике быстронасыщающегося трансформатора БНТ создается результирующий поток, который пронизывает витки выходной обмотки и может привести к срабатыванию реле. Тормозная обмотка w Т и ток I 2 ВТ создают дополнительный поток, который насыщает сталь сердечника и загрубляет защиту.

Рис.74 Принцип действия защиты ТПУ с торможением:

БНТ — быстронасышающийся трансформатор; w P — рабочая обмотка;

w — тормозная обмотка; w — выходная обмотка

При внутреннем коротком замыкании ток I 2 ВТ отсутствует, и реле КА сработает.

Сопоставление чувствительности защиты без торможения и с торможением показано на Рис.75.

Рис.75 Оценка чувствительности дифференциальной защиты:

1 — ток небаланса защиты в зависимости от величины тока короткого замыкания ; 2 — зависимость тока срабатывания защиты без торможения ;

Источник

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.

Читайте также:  Как проверить потребляемую мощность трансформатора

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

Оцените статью
toolgir.ru
Adblock
detector