Дифференциальная защита трансформатора

Это основная быстродействующая защита от внутренних повреждений трансформатора (автотрансформатора). Включается она на встроенные или выносные трансформаторы тока со всех сторон защищаемого трансформатора (обычно на встроенные).

Принцип действия ДЗТ заключается в следующем. В нормальном режиме нагрузки или режиме внешнего КЗ первичные токи текут через трансформатор следующим образом:

А при КЗ внутри трансформатора распределения первичных токов будет следующее:

Исполнительный орган ДЗТ – дифференциальное реле, на которое заведены токовые цепи со всех перечисленных выше трансформаторов тока. Реле настроено таким образом, что при токах любой величины, но проходящих сквозь трансформатор (что говорит об отсутствии внутреннего КЗ) реле не работает. Но если токи меняют свое направление и со всех сторон текут в трансформатор, реле срабатывает, и защита действует на отключение трансформатора со всех сторон.

ДЗТ действует на:

• на отключение всех выключателей стороны с запретом ТАПВ;

• на пуск УРОВ всех ВЛ , имеющих присоединения на шинах высокого и низкого напряжения, на которых находится наш трансформатор;

• на пофазный пуск пожаротушения.

Оперативные указания по обслуживанию ДЗТ:

• Дифференциальная защита может быть отключена только при включенной газовой защите;

• При выводе дифзащиты вводится оперативное ускорение резервных защит.

Газовая защита

Газовая защита – это вторая основная защита трансформатора, она более универсальная и более ценная, нежели дифференциальная.

Защита реагирует на повреждения внутри бака трансформатора, при которых происходит выделение газа или ускоренное перетекание масла или смеси масла с газом из бака в расширитель, а также на снижение уровня масла ниже допустимого как вследствие течи масла, так и по другим причинам (междуфазные КЗ, межвитковые замыкания в обмотках,, замыкание обмотки на корпус, пожар в стали магнитопровода, неисправности переключателей напряжения).

Наибольшее распространение получили газовые реле трех типов: реле производства ЧЕАЗ типа РГЧЗ-66, реле производства г. Магдебург (Германия) типа BF-80/Q Бухгольца, реле производства г. Магдебург (Германия) типа ÜRF-25/10 струйное.

Изучим принципы работы каждого из них.

Реле Бухгольца

Расшифровка аббревиатуры реле:

В – реле с двумя элементами;

F – с фланцами;

80 – внутренний диаметр фланца;

Q – фланец квадратной формы.

Газовое реле имеет сигнальный элемент 1 и отключающие элементы 2,3 (1,3 – поплавки, 2 – пластина). В нормальных условиях работы корпус реле заполнен маслом, и все элементы занимают положение, при котором их контакты разомкнуты. При незначительном газообразовании в баке трансформатора газ по трубопроводу проходит в расширитель, скапливаясь в верхней части реле, где помещен сигнальный элемент 1.

При скоплении в реле определенного количества газа уровень масла в нем снижается так, что поплавок сигнального элемента 1 опускается под действием силы тяжести и сигнальный контакт замыкается; так же срабатывает сигнальный элемент и на уход масла по другим причинам.

При дальнейшем снижении уровня масла, когда корпус реле опорожняется практически полностью, поплавок 3 отключающего элемента также опускается под действием силы тяжести и отключающий контакт замыкается.

При внутренних повреждениях трансформатора в месте КЗ происходит бурное разложение масла и поток масла или смеси масла с газом устремляется из бака в расширитель. Под действием этого потока отклоняется на определенный угол пластина 2 отключающего элемента и отключающий контакт замыкается.

В зависимости от вида и развития повреждения трансформатора возможна последовательная работа сигнального и отключающего элементов или их одновременная работа.

Сигнальным и отключающим контактами являются герконы (магнитоуправляемые реле), которые запаяны в стеклянные колбы и срабатывают от приближения к ним постоянного магнита, укрепленного на поплавках. Конструкция реле достаточно сложная, но приближенно это выглядит так:

Сигнальный геркон срабатывает от приближения к нему своего сигнального поплавка, а отключающий геркон срабатывает от приближения своего отключающего поплавка. Отключающий поплавок опускается либо сам по себе при наличии соответствующих условий, либо от давления отключающей пластины.

Такая конструкция определяется необходимостью выполнить электрический контакт при наличии маслонаполненного реле.

В начальном положении поплавки удерживаются за счет разницы в плотности воздуха и масла, а отключающая пластина – за счет постоянного магнита, силу которого должен будет преодолеть поток масла.

Пластина имеет круглое отверстие для прохождения части масла во избежание повреждения реле при бурных процессах. Пластина настраивается на одну из возможных скоростей протекания масла: 0,65 м/с, 1,0 м/с и 1,5 м/с. Уставка по скорости меняется с помощью изменения расстояния между постоянным магнитом и отключающей пластиной.

В газом реле имеется устройство для контроля исправности реле. Оно состоит из кнопки 1, рейки 2 с выступами 5 и 6, возвратной пружины 3 и рамки 4. В условиях эксплуатации кнопка закрыта колпачком.

При нажатии на кнопку 1 рейка 2 перемещается вниз по направляющей рамке 4 и верхний выступ 6 нажимает на держатель сигнального поплавка, который опускается и замыкает сигнальный контакт реле. При дальнейшем нажатии на кнопку опускается отключающий поплавок под действием выступа 5 и отключающий контакт реле замыкается. Отключающая пластина от устройства контроля не опробуется.

В крышке реле имеется кран для отбора пробы газа из реле и для выпуска газа; в нижней части реле есть два отверстия для слива загрязненного масла (эти отверстия закрыты пробками).

Верхние смотровые стекла имеют отметки уровня масла с цифрами ( от250 до 450 см³ ), обозначающие объем газа в корпусе реле.

Реле должно устанавливаться в трубопроводе с внутренним диаметром 80 мм, если диаметр будет меньше, то на дне реле будет оставаться часть масла после его ухода и реле не сможет сработать на отключение.

По такой схеме подключения реле Бухгольца может быть использовано как струйное (при отсутствии струйных реле типа ÜRF- 25/10), в этом случае используется только отключающая лопатка реле, а поплавки – нет.

Крышка трансформатора должна иметь подъем по направлению к расширителю и, следовательно, к газовому реле, не менее 1-1,5%, а трубопровод от бака трансформатора также должен иметь подъем на менее 2-4%. Для подъема крышки трансформатора со стороны расширителя применяют металлические подкладки под катки трансформатора.

Указанный подъем выполняется для того, чтобы выделяющийся из масла газ не скапливался под крышкой бака (в произвольном месте), а, оказавшись в наиболее высоком месте бака, проходил по трубопроводу в газовое реле. После заполнения верхней части корпуса реле газ продолжает накапливаться, проходит в расширитель и далее через дыхательную трубку в атмосферу.

Реле должно быть установлено на таком уровне трубопровода, чтобы при любых температурах уровень масла в расширителе был на 50 мм выше верхней крышки реле.

Для обслуживания газовой защиты трансформатор снабжается стационарной лестницей с площадкой наверху, стоя на которой оперативный персонал может отбирать пробы газа, наблюдать за уровнем масла в газовом реле, а также возвращать отсечной клапан.

Струйное реле ÜRF- 25/10

Расшифровка аббревиатуры реле:

Ü – контрольное;

R – реле;

F – с фланцем;

25 – внутренний диаметр фланца в мм;

10 – давление в месте крепления фланца в кгс/см².

При нормальной работе контактора устройства РПН (регулирование напряжения под нагрузкой) под воздействием электрической дуги в момент переключения происходит разложение незначительного количества масла и выделение из него газа, который по трубопроводу проходит в свой расширитель или в отсек общего расширителя и далее через его дыхательные пути выходит в атмосферу. Небольшое количество газа, выделяющегося из масла в процессе работы контактора является нормальным явлением.

Нарушение нормальной работы контактора может быть вызвано повреждением изоляции, ослаблением пружин механизма, старением керамических силовых контактов, что ведет к замедлению и нечеткости переключения. Затянувшаяся дуга сопровождается (с учетом небольшого количества масла в баке контактора бурным разложением масла. Струя масла в смеси с газом направляется из бака контактора в расширитель.

При таких повреждениях требуется отключение трансформатора и устройства РПН для принятия мер по устранению повреждения, поэтому струйное реле, срабатывающее при заданной скорости струи масла срабатывает сразу на отключение трансформатора.

В отличие от газового реле струйное не будет реагировать на газообразование и уход масла из трансформатора.

Струйное реле является одноэлементным. Реагирующий элемент реле – это стальная пластина 1, подобная пластине газового реле. Пластина расположена со стороны бака контактора и в нормальных условиях удерживается в определенном положении грузом 2. Струя масла создает давление на пластину, что приводит к повороту ее на определенный угол. Груз 2 при этом поднимается и постоянный магнит 3 приближается к магнитоуправляемому геркону 4, который замыкается.

По окончании движения пластина оказывается зафиксированной в положении срабатывания с помощью защелки 5, поэтому контакт реле остается замкнутым до возврата вручную. Это не дает возможность включить в работу трансформатор, отключившийся от газовой защиты РПН. Таким образом, можно сделать вывод о том, что такие повреждения считаются самыми опасными и требуют внимательного к себе отношения.

Для возврата сработавшего реле в нормальное положение в нем имеется устройство возврата, которое служит также и для контроля работоспособности реле.

Устройство контроля-возврата струйного реле конструктивно похоже на устройство контроля газового реле Бухгольца и состоит из подвижной рейки 6 с возвратной пружиной 7 и выступом 8. Устройство контроля-возврата управляется, как и у газового реле кнопкой 9 на крышке реле.

При медленном нажатии кнопки рейка, двигаясь в направляющей рамке, опускается примерно на половину своего хода и отводит пружинную защелку из прорези установочной скобы 10, что приводит под действием силы тяжести груза 2 к возврату пластины 1 в нормальное положение и размыканию геркона 4. (сквозь смотровое стекло видно, что груз опускается в горизонтальное положение).

При дальнейшем нажатии кнопки вниз до упора происходит нажатие выступа 8 рейки 6 на закругленный край держателя груза 11 и груз вновь поднимается, как при давлении струи масла (сквозь смотровое стекло мы это можем увидеть).

Таким образом оперативному персоналу следует обратить внимание, что возврат реле происходит нажатием кнопки до половины хода, а срабатывание – до конца хода.

Реле выпускается двух исполнений:

• 1 диапазон уставок – 0,9; 1,2; 1,5 м/с;

• 2 диапазон уставок – 1,5; 2,0; 2,5 м/с.

Изменение уставок производится перемещением груза вверх или вниз вдоль оси закрепления.

У струйного реле нет крана для отбора газа, нет делений шкалы на смотровых стеклах.

Реле должно быть установлено в трубопроводе между баком контактора и его расширителем (трубопровод диаметром 25 мм) по направлению движения потока масла. Подъем трубопровода от контактора к расширителю должен быть 2-4%, так же как и газового реле.

Реле РГЧЗ-66

Расшифровка аббревиатуры реле:

Р – реле;

Г – газовое;

Ч – чашковое.

Реле реагирует на все виды внутренних повреждений трансформатора, сопровождающихся выделением газа и уходом масла из трансформатора.

Реле может быть установлено для защиты объекта с диаметром трубы 3".

Конструкция реле состоит из трех элементов – одного сигнального и двух отключающих.

Сигнальный и один из отключающих элементов – это чашки. В нормальном режиме, когда реле заполнено маслом, чашки удерживаются в определенном положении пружинками и контакты сигнальный и отключающий разомкнуты. Если у нас идет газообразование, газ скапливается сначала под крышкой реле сигнальная чашка получается окружена газом, плотность которого, естественно, меньше плотности масла. При этом в самой чашке масло осталось, и под весом этого масла чашка опускается, пружинка растягивается и контакт надежно замыкается. Если количество газа в реле продолжает увеличиваться, то же самое происходит со второй чашкой – уже отключающей. Для предотвращения излишнего растягивания пружины и перекоса чашек, под ними установлены упорные площадки, которых чашки касаются в конце хода чашки после надежного замыкания контакта. И третий элемент – то же отключающий – это пластина, реагирующая на поток масла определенной скорости. Пластина удерживается в нормальном положении постоянным магнитом. При превышении скорости потока масла в реле установленной уставки пластина отклоняется на определенный угол и надавливает сверху на отключающие контакты, при этом чашку слегка перекашивает. Уставки по скорости масла могут быть 0,6 м/с, 0,9 м/с и 1,2 м/с. Уставка на сигнал по газу – 400 см³.

Действия оперативного персонала при срабатывании газовой защиты на сигнал:

• определить по сигнализации, на какой фазе АТ сработала газовая защита и сообщить об этом вышестоящему оперативному персоналу;

• немедленно осмотреть трансформатор, при обнаружении у АТ явных признаков повреждения (потрескивание, необычный гул, щелчки, выброс масла из выхлопной трубы, сильная течь масла и т..д.) он должен быть немедленно отключен;

• в любом случае для обеспечения безопасности персонала при отборе газа из газового реле должны быть произведены разгрузка и отключение АТ.

• При наличии в газовом реле газа необходимо проверить его количество и цвет, а также отобрать пробу газа для химического анализа и отправить его в химическую лабораторию.

• По цвету и горючести газа можно сделать заключение о характере повреждения АТ или о попадании в АТ воздуха, пользуясь следующей таблицей:

Цвет газа	Горючесть газа	Вероятная причина появления газа
Бесцветный	Негорючий	Выделение воздуха
Беловато-серый	Негорючий	Разложение бумажной изоляции
Желтый	Горючий, но плохо воспламеняющийся	Разложение дерева
Черный	Горючий и легко воспламеняющийся	Разложение масла
Бесцветный	Горючий и легко воспламеняющийся	Была дуга в масле

• Если газ окажется горючим или в нем содержатся продукты разложения изоляции, трансформатор должен быть выведен в ремонт для проведения на нем измерений и испытаний.

• Если газ негорючий и в нем отсутствуют продукты разложения изоляции, трансформаторы 330 кВ и выше должны быть отключены для выяснения и устранения причины срабатывания сигнального элемента газового реле на срок, установленный главным инженером.

• По результатам анализа газа из газового реле, хроматографического анализа масла, других измерений (испытаний) необходимо установить причину срабатывания газового реле на сигнал, определить техническое состояние АТ и возможность его нормальной эксплуатации.

Действия оперативного персонала при срабатывании газовой защиты на отключение:

• по сигнализации определить, на какой фазе АТ сработало газовое реле;

• сообщить вышестоящему диспетчеру;

• на отключенном АТ определить количество и цвет газа, скопившегося в газовом реле, взять пробу газа и отправить ее в химическую лабораторию.

• Если будет установлено, что причиной работы газовой защиты является выделение горючего газа или сильная течь масла, АТ можно включать в работу только после устранения повреждения.

• Если причиной работы газовой защиты окажется выделение воздуха из кожуха АТ, трансформатор можно включить в работу без проверок с разрешения руководства МП МЭС и диспетчера ЦДУ.

• При ложном действии газовой защиты (появление сигнала или отключение АТ при отсутствии газа в газовом реле) газовую защиту необходимо отключить и сообщить диспетчеру ЦДУ и в СРЗА.

Отключающие элементы газовой защиты переводятся на “сигнал” в следующих случаях:

• на время проверки газовой защиты;

• при неисправности газовой защиты;

• при доливке масла, если его уровень оказывается ниже газового реле; после доливки масла отключающий элемент газовой защиты переводится на отключение;

• при наличии в масляной системе АТ неисправностей, не представляющих опасности повреждения АТ, но угрожающих ложным действием газовой защиты (например, подъем масла в выхлопной трубе до уровня диафрагмы);

• при открытии отсечного клапана на работающем АТ.

Газовая защита на сигнал не переводится:

• При медленном снижении уровня масла из-за понижения температуры воздуха или снижении нагрузки масло доливается в расширитель АТ. При этом отключающие элементы газовой защиты на “сигнал”не переводятся. По окончании доливки проверяется отсутствие воздуха в газовом реле, при необходимости воздух удаляется.

• При быстром снижении уровня масла в АТ из-за сильной течи переводить газовую защиту на “сигнал”запрещается.

• При взятии проб масла газовую защиту отключать не требуется.

На работающем АТ газовую защиту разрешается отключать только в том случае, если включена дифференциальная защита АТ.

Газовая защита должна быть включена на “отключение” при включении АТ под напряжение и не должна переводиться на “сигнал” на время выделения воздуха из трансформаторного масла. Контроль за выделением воздуха и своевременный выпуск его из газового реле производится оперативным персоналом.

КИВ

КИВ – это устройство контроля изоляции высоковольтных маслонаполненных вводов трансформаторов. Устанавливается на вводах 500кВ и 750кВ.

Рассмотрим конструкцию ввода и процессы, в нем происходящие.

В нормальном режиме, когда изоляция высоковольтного ввода хорошая, существуют токи утечки, которые протекают от токоведущей части с напряжением к нулевому потенциалу – т.е. к баку трансформатора. Эти токи, во-первых, очень маленькие, во-вторых, они растекаются по всей площади фольги на цилиндрах, поэтому никакого нарушения изоляции ввода не происходит. Если у нас что-то случилось с маслом или с конструкцией цилиндров, токи утечки начинают увеличиваться, начинается постепенное разрушение изоляции ввода. Как схема КИВ определяет этот процесс?

Комплект КИВ состоит из блок-реле КИВ-500Р (или КИВ-5Р на старых подстанциях), согласующего трансформатора (ТПС), защитных разрядников, блокирующего реле.

Принцип действия основан на измерении суммы трехфазной системы токов, протекающих под воздействием рабочего напряжения через изоляцию трех вводов, включенных в разные фазы АТ.

Подключением соответствующих ответвлений первичной обмотки согласующего трансформатора ток небаланса в реле КИВ-500Р регулируется минимальным.

При повреждении изоляции одного из вводов баланс суммы токов в реле КИВ-500Р нарушается.

Реле КИВ-500Р состоит из сигнального, отключающего и измерительного элементов.

Срабатывание сигнального элемента происходит при токе в первичной обмотке ТПС 5÷7% номинального емкостного тока ввода. Время срабатывания сигнального элемента – 9 секунд. При этом срабатывает указательное реле 1РУ в комплекте КИВ-500Р и загорается табло «Сработал КИВ».

Срабатывание отключающего элемента происходит при токе в первичной обмотке ТПС 20÷25% номинального емкостного тока ввода. Отключающий элемент автоматически вводится в работу после срабатывания сигнального элемента. Выдержка времени отключающего элемента 1,3 секунды. При срабатывании отключающего элемента срабатывает указательное реле 2РУ в комплекте КИВ-500Р, АТ отключается со всех сторон.

Блокирующее реле предназначено для предотвращения ложной работы отключающего элемента при изменении тока в первичной обмотке ТПС скачком, например, из-за нарушения контакта в цепях первичной обмотки ТПС. Блокирующее реле срабатывает при токе в первичной обмотке 60-70% номинального емкостного тока ввода и запрещает действие отключающего элемента на отключение АТ.

Миллиамперметр измерительного элемента КИВ-500Р отградуирован по току первичной обмотки ТПС. По его показаниям оценивается степень и интенсивность процесса повреждения изоляции вводов. Таблицы перевода показаний миллиамперметра КИВ-500Р в первичные емкостные токи вводов находятся на соответствующих комплектах КИВ-500Р.

На работающем АТ отключающий элемент КИВ должен быть введен на отключение.

Отключающий элемент переводится на сигнал:

• При неисправности КИВ;

• При проверке КИВ;

• При замере емкостных токов высоковольтных вводов.

Оперативный персонал обязан раз в сутки записывать показания миллиамперметра КИВ-500Р в специальный журнал.

Действия оперативного персонала при срабатывании КИВ на сигнал:

• При срабатывании сигнального комплекта КИВ оперативный персонал должен замерить небаланс по прибору КИВ-500Р и в течение 3-5 минут непрерывно наблюдать за его изменением, нажимая при этом кнопку. Если в течение этого времени не обнаруживается увеличение тока небаланса, необходимо в дальнейшем измерять значение тока небаланса через каждые 15 минут до выяснения и устранения причины увеличения тока небаланса или до отключения АТ.

• Записать результаты измерений в оперативный журнал и сообщить вышестоящему оперативному персоналу значение тока небаланса, скорость его увеличения и о возможной необходимости отключения АТ;

• Сообщить о срабатывании сигнального комплекта КИВ руководству МП МЭС, персоналу РЗА (персонал РЗА должен измерить емкостные токи вводов и определить фазу, на которой начинает повреждаться изоляция);

• Потребовать у вышестоящего диспетчера немедленного отключения АТ после срабатывания устройства КИВ на сигнал при постоянном росте тока небаланса или при величине тока небаланса выше 10% номинального емкостного тока ввода.