Повреждения и ненормальные режимы раб оты трансформаторов и автотрансформаторов, виды защит и требования к ним

Виды повреждений. Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются: замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора (трехфазного) и на наружных выводах обмоток; замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания); замыкания на землю обмоток или их наружных выводов; повреждения магнитопровода трансформатора, приводящие к появлению местного нагрева и "пожару стали". Опыт показывает, что к.з. на выводах и витковые замыкания в обмотках происходят наиболее часто. Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они хотя и не исключены, но маловероятны вследствие большой прочности междуфазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, замыкания между обмотками фаз практически невозможны.

При витковых замыканиях (рисунок 16.1) токи, идущие к месту повреждения от источников питания, могут быть небольшими. Чем меньше число замкнувшихся витков ω_a, тем меньше будет ток I_к, приходящий из сети.

Для ограничения размера разрушения РЗ от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро (t = 0,05 -:- 0,1 сек).

Защита от повреждений. В качестве таких РЗ применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты.

На трансформаторах мощностью 200 MB∙А и более предусматривается автоматическое пожаротушение водой.

Все изложенное далее в равной мере относится к трансформаторам и автотрансформаторам. Особенности РЗ автотрансформаторов будут оговариваться особо.

Ненормальные режимы и защита от них

Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является появление в них сверхтоков, т. е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних к.з., качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключения параллельно работающего трансформатора, автоматического подключения нагрузки при действии АВР и т. п.

Внешние к.з. При внешнем к.з., вызванном повреждением на шинах трансформатора или неотключившимся повреждением на отходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи к.з. I_к.з > I_ном, которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь РЗ от внешних к.з., отключающую трансформатор.

Защита от внешних к.з. осуществляется при помощи МТЗ, МТЗ с блокировкой минимального напряжения, дистанционной РЗ, токовых РЗ нулевой и обратной последовательностей. В зону действия РЗ от внешних к.з. должны входить шины подстанций (I участок) и присоединения, отходящие от этих шин (II участок). Эти РЗ являются также резервными от повреждений в трансформаторе.

Перегрузка. Время действия РЗ от перегрузки определяется только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах:

Из этих данных видно, что перегрузку порядка (1,5-:-2) I_ном можно допускать в течение значительного времени, измеряемого десятками минут.

Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непродолжительности, например перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т. п.). Отключения трансформатора при таких перегрузках не требуется.

Более длительные перегрузки, вызванные, например, автоматическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего трансформатора и др., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который располагает для этого достаточным временем. На подстанциях без дежурного персонала ликвидация длительной перегрузки должна производиться автоматически от РЗ отключением менее ответственных потребителей или перегрузившегося трансформатора.

Таким образом, РЗ трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение только в том случае, когда перегрузка не может быть устранена персоналом или автоматически.

Повышение напряжения. К числу опасных для трансформаторов ненормальных режимов, возникающих в сетях 500-750 кв, относится повышение напряжения. Оно возникает при одностороннем отклю­чении длинных линий с большой емкостной проводимостью или при резонансе, вызванном определенным сочетанием емкости линии и индуктивности шунтирующих реакторов.

Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной индук­ции в магнитопроводе трансформатора, вследствие чего происходит возрастание тока намагничивания и вихревых токов. Эти токи на­гревают обмотку и сердечник трансформатора, что может привести к повреждению изоляции обмоток и «пожару железа» сердечника. Чем больше уровень повышения напряжения, тем меньше время t_доп, в течение которого оно допускается.

В трансформаторе первичный ток I₁ проходит по первичной обмотке ω₁ а вторичный - I₂ по вторичной ω₂.

В автотрансформаторе первичный ток I₁ проходит только по части первичной обмотки автотрансформатора ω₁-ω₂, называемой последовательной (обмотка аА). Во вторичной обмотке ω₂, называемой общей, проходит ток I_общ = I₂ - I₁.

Ниже отмечены особенности автотрансформатора, имеющие значения для релейной защиты.

1. В отличие от трансформаторов автотрансформаторы характеризуются двумя значениями номинальной мощности: проходной S_npox и расчетной S_расч, называемой также типовой.

Проходной называется мощность, передаваемая с первичной на вторичную сторону трансформатора или автотрансформатора:

S_прох = U₁I₁ = U₂I₂

Расчетной S_paсч называется мощность, по которой рассчитываются параметры обмоток и магнитопровода трансформатора и автотрансформатора. Она определяется токами, проходящими по обмотке, и напряжениями на их зажимах, т.е.

Расчетная мощность общей части обмотки S_общ = U₂ (I₂ – I₁), а после­довательной части S_посл = (U₁ – U₂) I₁.

Сопоставляя оба выражения, можно установить, что S_общ = S_посл. Это означает, что общая и последовательная об­мотки автотрансформатора должны рассчитываться по одной и той же расчетной мощности:

где S_npox = I₁U₁ – проходная мощность; n_а – коэффициент трансформации автотрансформатора, равный U₁/U₂; k_выг – коэффициент выгодности, показываю­щий, во сколько раз S_pacч меньше S_npox,