1.2.2. Защита трансформаторов
Трансформаторы могут быть повышающими и понижающими. По числу обмоток – двухобмоточными и трехобмоточными. К трехобомточным относятся трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения. По виду охлаждения трансформаторы выпускаются сухими и масляными. Трансформаторы характеризуются схемой и группой соединений. Трехфазная обмотка силового трансформатора может иметь схему звезды или треугольника. Группа соединений трансформатора определяет фазовые соотношения между векторами первичных и вторичных токов.
Автотрансформатор в отличие от трансформатора характеризуется двумя значениями мощности:
- проходной Sт прох (номинальной),
- расчетной Sт расч (типовой).
Проходная мощность – это наибольшая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную обмотку трансформатора или автотрансформатора. Для однофазной схемы
.
Расчетная мощность определяет параметры обмоток и магнитопровода трансформатора и автотрансформатора. Для однофазной схемы
,
где Uобм и Iобм – напряжение и ток обмоток.
На рис. 1.2.3 показана схема однофазного автотрансформатора. В соответствии со схемой можно записать
,
где nт – коэффициент трансформации автотрансформатора, равный
,
где w1 и w2 – числа витков первичной и вторичной обмоток.
Коэффициент Kв называется коэффициентом выгодности
.
Рис. 1.2.3. Схема автотрансформатора
Этот коэффициент показывает во сколько раз Sт расч, которая определяет размеры автотрансформатора, меньше Sт прох, т. е. автотрансформатор тем выгоднее, чем ближе к единице коэффициент трансформации.
Схема автотрансформатора – звезда-звезда-треугольник, нейтраль обязательно заземляется во избежание повышения напряжения при однофазном коротком замыкании на стороне высшего напряжения. Третья обмотка, соединенная в схему треугольника, применяется для компенсации третьей гармоники магнитного потока.
Требования ПУЭ к защите трансформаторов и автотрансформаторов
В соответствии с п. 3.2.58 ПУЭ для трансформаторов и автотрансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от повреждений и ненормальных режимов следующих видов:
- междуфазных коротких замыканий (КЗ);
- однофазных КЗ на землю в сети с глухозаземленной нейтралью;
- витковых замыканий;
- внешних КЗ;
- перегрузки;
- понижения уровня масла;
- частичного пробоя изоляции вводов 500 кВ;
- однофазных замыканий на землю в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью, если отключение требуется по требованиям безопасности.
Газовая защита от повреждений внутри кожуха и от понижения уровня масла должна применяться:
- для трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 6,3 МВ∙А и более;
- для внутрицеховых трансформаторов мощностью 630 кВ∙А и более.
ПУЭ допускает установку газовой защиты на трансформаторах мощностью 1-4 МВ∙А.
Газовая защита должна действовать на сигнал при слабом газообразовании и при понижении уровня масла, а при сильном газообразовании – на отключение.
Возможно применение реле давления и реле уровня.
Для защиты контакторного устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) должно применяться отдельное газовое реле и реле давления, если избиратели РПН установлены в отдельном баке, то необходимо применять отдельное газовое реле.
В качестве защиты от внутренних повреждений и повреждений на выводах должна предусматриваться продольная дифференциальная защита без выдержки времени на трансформаторах и автотрансформаторах мощностью 6,3 МВ∙А и более, а также на трансформаторах мощностью 4 МВ∙А при их параллельной работе для селективного отключения поврежденного трансформатора.
Продольная дифференциальная защита может быть установлена на трансформаторе меньшей мощности, но не менее 1 МВ∙А если:
- токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с;
- трансформатор установлен в районе подверженном землетрясениям.
Если дифференциальная защита не предусматривается, то должна устанавливаться токовая отсечка без выдержки времени со стороны источника питания.
Указанные защиты должны действовать на отключение всех выключателей.
Устройство контроля изоляции вводов (КИВ) 500 кВ должно действовать на сигнал при частичном пробое изоляции вводов и на отключение при повреждении изоляции до полного пробоя. Должна быть предусмотрена блокировка от ложных срабатываний при обрывах в цепях присоединения КИВ к выводам.
На трансформаторах мощностью 1 МВ∙А и более в качестве защиты от внешних междуфазных КЗ должны быть предусмотрены защиты с действием на отключение:
- на повышающих трансформаторах с двусторонним питанием - максимальная токовая защита (МТЗ) обратной последовательности от несимметричных КЗ и МТЗ с пуском минимального напряжения от симметричных КЗ или МТЗ с комбинированным пуском напряжения;
- на понижающих трансформаторах – МТЗ с комбинированным пуском напряжения или без него; на мощных понижающих трансформаторах при двухстороннем питании возможно применение МТЗ обратной последовательности от несимметричных КЗ и МТЗ с пуском минимального напряжения от симметричных КЗ.
На трансформаторах мощностью менее 1 МВ∙А повышающих и понижающих должна предусматриваться МТЗ с действием на отключение.
На трансформаторах мощностью 0,4 МВ∙А и более в зависимости от вероятности и значения перегрузки нужно предусматривать МТЗ от токов перегрузки с действием на сигнал для подстанции с постоянным дежурством персонала и с действием на отключение или на разгрузку для подстанций без постоянного дежурства персонала.
МТЗ понижающего трансформатора от сверхтоков при внешних коротких замыканиях обычно выполняется по схеме рис. 1.2.4,а. Реле максимального тока КА1 и КА2 включены на трансформаторы тока, вторичные обмотки которых соединены в треугольник, это делается с целью предотвращения ложной работы МТЗ при однофазном КЗ на стороне 110-220 кВ при глухозаземленной нейтрали трансформатора. Защита с выдержкой времени действует на выключатели Q1 и Q2. В случае, когда схема соединения обмоток защищаемого трансформатора Δ/Y или Y/Δ применяется схема соединения вторичных обмоток трансформаторов тока в неполную звезду, как это показано на рис. 1.2.4,б. Применяется два реле тока КА1, КА2 и в случае треугольника на стороне низшего напряжения силового трансформатора для повышения чувствительности включается в нулевой провод третье реле тока КА3.
а) б)
Рис. 1.2.4. Максимальная токовая защита трансформатора
На повышающих трансформаторах применяется МТЗ обратной последовательности, дополненная защитой от трехфазных КЗ с пуском по напряжению. Такое решение вызвано тем, что повышающие трансформаторы получают питание от генераторов той же мощности что и трансформатор и сверхток через трансформатор – при КЗ на шинах высшего напряжения оказывается недостаточно большим. Схема такой защиты приведена на рис. 1.2.5, где КА1 – реле максимального тока МТЗ с пуском минимального напряжения от реле минимального напряжения KV, включенного на вторичную обмотку трансформатора напряжения TV, ZА2 – фильтр токов обратной последовательности, на выход которого включено реле тока КА2. Защита обратной последовательности имеет высокую чувствительность при несимметричных КЗ, а при трехфазных симметричных КЗ работает МТЗ с пуском минимального напряжения, при этом ввиду симметрии достаточного одного реле тока КА1.
Рис. 1.2.5. Максимальная токовая защита трансформатора
Чувствительность защиты при несимметричных КЗ обеспечивается фильтром токов обратной последовательности, а чувствительность при симметричном КЗ обеспечивается за счет пуска по напряжению, а этого может оказатьтся недостаточно. Для достижения высокой чувствительности как при симметричных, так и при несимметричных КЗ применяется схема МТЗ с комбинированным пуском по напряжению и по току обратной последовательности. Схема такой защиты приведена на рис. 1.2.6.
Рис. 1.2.6. Максимальная токовая защита трансформатора
На рис. 1.2.6 KV2 – реле максимального напряжения включенное на выход фильтра напряжений обратной последовательности ZV2; KV1 – реле минимального напряжения.
Дифференциальная защита трансформатора в настоящее время применяется с торможением на цифровой элементной базе с блокировкой ее действия при бросках тока намагничивания за счет токов второй гармоники.