9.1.2. Ненормальные режимы трансформаторов и защита от них

К ненормальным режимам трансформаторов относят появление в их обмотках сверх токов при внешних КЗ, качаниях и перегрузках и повышение напряжения.

1. Внешние КЗ

При КЗ на шинах или отходящей от шин линии через трансформатор протекает ток КЗ, существенно превышающий ток нормального режима. При длительном протекании сверх тока обмотки трансформатора недопустимо нагреваются.

Для защиты трансформатора в этом случае используется максимальные токовые защиты (обычная, или с блокировкой минимального напряжения), направленная защита, токовая защита нулевой последовательности. В зону действия данных защит должны входить шины подстанции (1-ая зона защиты) и все присоединения, отходящие от этих шин (2-ая зона защиты). Эти защиты резервируют действие основных защит сборных шин и отходящих линий, а также являются резервными защитами при повреждении самого трансформатора.

2. Перегрузка

Перегрузку трансформатора порядка 1,5 – 2 от номинального значения можно допускать в течение десятков минут. Мощные трансформаторы имеют меньшее допустимое время перегрузки. Кратковременные перегрузки возникают при самозапуске двигателей напряжением 6-10 кВ, подключении мощной нагрузки и др., отключения трансформатора при этом не требуется. Более длительная перегрузка при подключении нагрузки от АВР, отключения параллельно работающего трансформатора, могут быть в течение десятков минут устранены персоналом или автоматикой.

Защита трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение только в том случае, когда перегрузка не может быть устранена персоналом или автоматикой. В остальных случаях защита действует на сигнал.

Защита от перегрузки выполняется с помощью токовых реле.

3. Повышение напряжения

В сетях 500-750 кВ при одностороннем отключении длинных линий с большой емкостной проводимостью вероятно опасное для трансформаторов повышение напряжения. При повышении напряжения увеличивается магнитная индукция в магнитопроводе трансформатора. Возрастает ток намагничивания и вихревые токи, что может вызвать пожар железа сердечника.

9.2. Дифференциальная защита трансформаторов

9.2.1. Назначение и принцип действия дифференциальной защиты

Дифференциальная защита (ДЗ) предназначена для защиты от КЗ между фазами, на землю и от витковых замыканий. Принцип действия ДЗ такой же как у продольной дифференциальной защиты линий – основан на сравнении величин и направлении токов до и после защищаемого элемента. Распределение токов при КЗ в трансформаторе и вне его продемонстрировано на рис. 9.2.1.

Задачей при проектировании защиты является уравновешивание вторичных токов в плечах защиты так, чтобы ток в реле отсутствовал и ДЗ не работала при нагрузке и внешних КЗ (рис. 9.2.1. а)). При КЗ в трансформаторе (рис. 9.2.1. б)), если I_P>I_C.P. – реле сработает и отключит трансформатор.

9.2.2. Особенности дифференциальной защиты трансформаторов

Дифференциальная защита трансформаторов имеет ряд особенностей по сравнению с продольной дифференциальной защитой линий.

1. Первичные токи обмоток трансформатора не равны по величине и в общем случае не совпадают по фазе.

В режиме нагрузки и внешнего КЗ: I_II>I_I, отношение токов - равно коэффициенту трансформации силового трансформатора.

2. В трансформаторе с соединением обмоток Y/ - токи I_I и I_II различаются и по величине и по фазе: угол сдвига зависит от группы соединения обмоток трансформатора. Наиболее распространённое соединение обмоток Y/–11 гр. Векторные диаграммы распределения токов в обмотках трансформатора с такой группой соединения показаны на рис. 9.2.2.

В связи с вышеизложенным необходимы специальные меры по выравниванию вторичных токов по величине: , а при разных схемах соединения обмоток и по фазе, с тем, чтобы поступающие в реле токи в нормальном режиме и при внешнем КЗ были равны.

Пояснение к рис.:

I_AI, I_BI, I_CI – токи в фазах обмотки, соединенной в звезду;

I_A, I_B, I_C - токи в фазах обмотки, соединенной в треугольник.

Фазные токи сдвига не имеют. Однако, в месте установки трансформатора ТА2 проходят токи, равные геометрической разности фазных токов, так в фазе А проходит ток: I_AII = I_A – I_B. Ток I_AII сдвинут относительно I_AI на угол 330.