33.Поперечная дифференциальная токовая направленная защита. Зона каскадного действия. Схема подачи оперативного тока. Расчет тока срабатывания. Комбинированный пуск по напряжению.

Поперечная дифференциальная токовая направленная защита

Если в схему поперечной дифференциальной защиты включить реле направления мощности, то она определяет поврежденную линию.

Защита имеет два измерительных органа:

1. Тока. Он является пусковым. Используется реле тока максимального действия.

2. Направления мощности. Он называется избирательным.

Используется измерительный орган направления мощности двустороннего действия. При малых углах между током и напряжением реле замыкает одни контакты, а при больших – другие. Обмотка тока которого включается последовательно с обмоткой реле тока на разность токов фаз. Обмотка напряжения включается по 90-градусной схеме. Защита устанавливается с обеих сторон двух параллельных линий.

Векторные диаграммы

1. КЗ в точке К1

2. КЗ в точке К2

При КЗ в точке К1 реле направления мощности КW1 и КW2 имеют положитель­ные вращающие моменты, под действием которых они замыкают контакты, действующие с двух сторон на отключение линии Л1.

При повреждении линии Л2 в точке K2 углы между токами и напряжениями, подводимыми к реле, изменяются на угол p. Реле мощности имеют отрицательные вращающие моменты, под действием которых они замыкают контакты, действующие с двух сторон на отключение линии Л2.

Зона каскадного действия

Дифференциальная защита имеет мертвую зону по току.

Защиты трансформаторов.

ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

4-1. Типы релейной защиты трансформаторов

Для защиты понижающих трансформаторов от повреждений и ненормальных режимов в соответствии с Правилами [1] и на основании расчета применяются следующие основные типы релейной защиты.

1. Продольная дифференциальная защита — для защиты при повреждении обмоток, вводов, ошиновки трансформаторов, от коротких замыканий в обмотках и на их наружных выводах, для трансформаторов мощностью, как правило, 6,3 MB-А и выше; с действием на отключение трансформатора.

2. Токовая отсечка без выдержки времени — для защиты трансформатора при повреждении его ошиновки, вводов и части обмоток со стороны источника питания, от коротких замыканий на наружных выводах ВН трансформатора со стороны питания и в части обмотки ВН, для трансформаторов, не оборудованных продольной дифференциальной защитой; с действием на отключение.

3. Газовая защита — от всех видов повреждений внутри бака (кожуха) трансформатора, сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также от понижения уровня масла, для масляных трансформаторов мощностью, как правило, 6,3 MB-А и выше; с действием на сигнал и на отключение.

4. Максимальная токовая защита (с пуском или без пуска по напряжению) — от сверхтоков, обусловленных внешними междуфазными короткими замыканиями на сторонах НН или СН трансформатора, для всех трансформаторов, независимо от мощности и наличия других типов релейной защиты; с действием на отключение.

5. Специальная токовая защита нулевой последовательности, устанавливаемая в нулевом проводе трансформаторов со схемой соединения Y/У и Л/У — от однофазных к.з. на землю в сети НН, работающей с глухозаземленной нейтралью (как правило, 0,4 кВ); с действием на отключение.

Максимальная токовая защита в одной фазе — от сверхтоков, обусловленных перегрузкой, для трансформаторов начиная с 400 кВ-А, у которых возможна перегрузка после отключения параллельно работающего трансформатора или после срабатывания местного или сетевого АВР; с действием на сигнал или на автоматическую разгрузку.

Сигнализация однофазных замыканий на землю в обмотке* ВН или на питающем кабеле трансформаторов, работающих в сетях с изолированной нейтралью (с малым током замыкания на землю), к которым относятся сети 3—35 кВ.

Наиболее важные защиты — дифференциальная и газовая — могут применяться и на трансформаторах мощностью менее 6,3 MB-А. Так, например, Правила [1] разрешают предусматривать дифференциальную защиту на трансформаторах 1 —

MB-А в тех случаях, когда токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности (§ 5-2), а максимальная токовая защита имеет выдержку времени tc. з ^ 0,6 с. Газовую защиту также стремятся устанавливать на трансформаторах меньшей мощности: от 1 до 4 MB-А, а на внутрицеховых трансформаторах — начиная с 630 кВ-А.

Таким образом, на понижающих трансформаторах релейная защита осуществляется с помощью нескольких типов защит, дополняющих и резервирующих друг друга. Такое резервирование называется ближним [14]. Оно осуществляется не только установкой на трансформаторе (или на другом элементе) двух защит, действующих при одних и тех же видах повреждений, но и путем разделения их цепей, например включения продольной дифференциальной и максимальной токовых защит на разные трансформаторы тока, применения разных источников оперативного тока, установки двух выходных реле [14]. Для повышения эффективности ближнего резервирования следует стремиться к повышению чувствительности защит, к применению более совершенных типов защиты, например дифференциальной защиты вместо токовой отсечки для трансформаторов мощностью менее MB*А.

Перечисленные типы защит рассматриваются в соответствующих главах. Примеры сочетания нескольких типов защит на трансформаторе приведены на рис. 4-1.

Наряду с ближним резервированием защита понижающего трансформатора должна осуществлять дальнее резервирование, т. е. действовать при к.з. в сети НН или СН в случаях отказа собственной защиты или выключателя поврежденного элемента этих сетей. Осуществлять дальнее резервирование способны лишь защиты с относительной селективностью [2]. Из перечисленных защит трансформаторов к ним относятся только максимальная токовая защита от внешних междуфазных к. з. (п. 4) и специальная токовая защита нулевой последовательности от однофазных к.з. на землю в сети 0,4 кВ (п. 5). При разработке схем этих защит и при выборе параметров срабатывания (уставок) следует стремиться к увеличению их чувствительности. Для повышения эффективности дальнего резервирования могут применяться и более сложные типы защит: дистанционные, фильтровые токовые защиты обратной последовательности, как это сейчас делается для мощных трансформаторов и автотрансформаторов.

Несмотря на то, что у трансформаторов отсутствуют движущееся и вращающееся части в процессе эксплуатации возможны и практически имеют место повреждения и нарушение нормальных режимов работы. Поэтому трансформаторы и автотрансформаторы должны оснащаться релейной защитой.

В обмотках трансформаторов могут возникать К.З. между фазами, одной или двух фаз на землю, между витками одной фазы и замыкания между обмотками. На вводах трансформаторов, ошиновок также могут возникать замыкания между фазами и на землю. Кроме указанных повреждений, в условиях эксплуатации могут происходить нарушение нормальных режимов работы трансформаторов, к которым относятся:

прохождение через трансформатор сверхтоков при повреждении других элементов, связанных с трансформатором;

перегрузка;

выделение из масла горючих газов;

понижение уровня масла, повышение его температуры.

Из выше изложенного следует, что защита трансформаторов должна удовлетворять следующим условиям:

Отключать трансформатор от всех источников питания при его повреждении.

Отключить трансформатор от поврежденной части установки при прохождении через него сверхтоков в случаях повреждения шин или другого оборудования, связанного с трансформатором, а также при повреждении смежного оборудования и отказа защиты на нем или выключателе.

Подавать предупредительный сигнал дежурному подстанции при перегрузке трансформатора, выделении газа из масла, понижения уровня масла, повышении его температуры.

В соответствии с назначением для защиты трансформаторов при их повреждениях и сигнализации о нарушении нормальных режимов работы применяются следующие типы защит:

Дифференциальная защита – для защиты при повреждении обмоток, вводов, ошиновки трансформаторов.

Токовая отсечка мгновенного действия для защиты трансформатора при повреждении его ошиновки, вводов и части обмоток со стороны источника питания.

Газовая защита для защиты при повреждениях внутри бака трансформатора, сопровождающихся выделением газа, а также при понижении уровня масла.

Максимальная токовая защита, максимальная направленная защита или МНЗ с пуском минимального напряжения для защиты от сверхтоков, проходящих через трансформатор при повреждении, как самого трансформатора, так и элементов связанных с ним.

Защита от перегрузки, действующая на сигнал на подстанции с обслуживающим персоналом и на отключение – без обслуживающего персонала.

Кроме того, в отдельных случаях на трансформаторах устанавливаются другие виды защит.

Рис. а) Типы защит понижающих трансформаторов с высшим напряжением 35—110 кВ

Рис. б) Типы защит понижающих трансформаторов с высшим напряжением 6—35 кВ

ТД - токовая дифференциальная защита (продольная)

ТНВ - максимальная токовая защита с пуском по напряжению с выдержкой времени

Г – газовая

Т_ОВ - специальная токовая защита нулевой последовательности от к. з. на землю

ТО/ТВ – токовая отсечка

Однако до сего времени в целом проблема дальнего резервирования полностью не решена. Современные защиты трансформаторов далеко не во всех случаях обладают достаточной чувствительностью при к. з. на отходящих реактированных кабельных линиях 6 и 10 кВ или при удаленных к.з. на длинных сельских линиях 6 и 10 кВ. В свою очередь, повреждения внутри и за понижающими трансформаторами относительно малой мощности очень часто не резервируются защитами питающих линий. Это вынужденно допускается Правилами [1]. Тем большее значение приобретает надежное функционирование собственных защит каждого элемента и их взаимное резервирование.

Релейная защита трансформаторов может выполняться с помощью вторичных реле прямого или косвенного действия. Вторичными называются реле, включенные через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Реле прямого действия выполняют функции измерительного органа тока (напряжения) и одновременно — электромагнита отключения выключателя (50). В СССР выпускаются вторичные токовые реле прямого действия мгновенные (РТМ) и с выдержкой времени (РТВ). Они используются для защиты понижающих трансформаторов с высшим напряжением 6 и 10 кВ, имеющих на стороне ВН выключатель. В некоторых случаях с помощью реле прямого действия осуществляется защита трансформаторов 35 кВ также при наличии выключателя на стороне ВН.

Токовые реле прямого действия используются для выполнения токовой отсечки и максимальной токовой защиты (без пускового органа напряжения) на трансформаторах мощностью, как правило, не более 1 MB-А. Это объясняется тем, что реле прямого действия менее точные, чем реле косвенного действия, имеют меньший коэффициент возврата и, следовательно, защита с реле прямого действия получается менее чувствительной (§ 8-4). Схема защиты с реле прямого действия очень проста (рис. 4-3,

ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

6-1. Принцип действия и область применения

Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты известен уже более 70 лет. Принципиальная схема дифференциальной защиты (в дальнейшем будем опускать слово «продольная») с циркулирующими токами показана на рис. 6-1 для одной фазы какого-то элемента, имеющего в начале и в конце одинаковые по значению первичные токи (/ы = /1-2). С обеих сторон защищаемого элемента установлены трансформаторы тока ITT и 2ТТ, ограничивающие зону действия дифференциальной защиты. Вторичные обмотки ITT и 2ТТ соединяются последовательно (конец ITT с началом 2ТТ), а токовое реле дифференциальной защиты ТД подключается к ним параллельно.

При к. з. в точке К за пределами зоны действия дифференциальной защиты (такое к.з. называется внешним или сквозным), а также в нормальном режиме нагрузки вторичные токи трансформаторов тока соответственно /2-1 и /2-2 циркулируют по соединительным проводам (плечам) защиты (рис. 6-1,а). При одинаковых коэффициентах трансформации трансформаторов

Рис. 6-1. Принципиальная схема продольной дифференциальной зашиты с циркулирующими токами: а — токораспределение при внешнем к. з.; б — то же при к. з. в зоне действия защиты

тока ITT и 2ТТ и их работе без погрешностей значения вторичных токов /2-I и /2-2 равны между собой, а направления их в реле ТД — противоположны. Следовательно, в рассматриваемом идеальном случае ток в реле ТД (6-1)

Таким образом, по принципу действия дифференциальная защита не реагирует на повреждения вне ее зоны действия, т. е. на соседних элементах (линиях, двигателях и т.п.), и поэтому может быть выполнена без выдержки времени. Эта защита относится к группе защит с абсолютной селективностью [2].

Практически в режиме нагрузки, и особенно при внешнем к. з., ток в реле ТД не может быть равен нулю, поскольку трансформаторы тока ITT и 2ТТ имеют разные значения погрешностей, и даже при равных первичных токах вторичные токи /2-1 и /2-2 не равны между собой. Ток в реле ТД в режимах нагрузки

и внешнего к. з. называется током небаланса Iнб. И выражение (6-1) следует изменить:

(6-1 а)

Для обеспечения несрабатывания дифференциальной защиты в этих режимах ток срабатывания реле ТД выбирается большим, чем ток небаланса: (6-2)

где k_Н — коэффициент надежности, принимаемый для современных дифференциальных защит около 1,3.

При к. з. в зоне действия дифференциальной защиты (рис. 6-1,6) в случае двустороннего питания защищаемого элемента, направления первичного тока /1-2 и вторичного тока /2-2 изменяются на 180°. При этом в реле ТД проходит сумма токов к. з.:

и реле ТД срабатывает на отключение поврежденного элемента от источников питания. В случае одностороннего питания в реле ТД проходит один из токов к. з.: I_2-1 или I_2-2. При этом дифференциальная защита также должна срабатывать на отключение. Режим одностороннего питания является расчетным при оценке чувствительности дифференциальной защиты, которая производится с помощью коэффициента чувствительности [1] (6-3)

где Iр. мин = I_2-1 ИЛИ I_2-2 (рис. 6-1,6).

В соответствии с Правилами [1] продольная дифференциальная защита должна устанавливаться на трансформаторах мощностью 6,3 MB-А и более, а также на трансформаторах 4 MB-А при их параллельной работе. Кроме того, дифференциальная защита устанавливается на трансформаторах 1—2,5 MB-А в тех случаях, когда токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности (§ 5-2), а максимальная токовая защита имеет время срабатывания более 0,6 с. Дифференциальная защита предусматривается также для трансформаторов 1—2,5 MB-А, устанавливаемых в районах, подверженных землетрясениям (поскольку газовая защита здесь может использоваться только с действием на сигнал).

Особенности выполнения дифференциальной защиты трансформаторов

Силовой трансформатор, в отличие от линии, генератора, двигателя, имеет несколько характерных особенностей, влияющих на выполнение его продольной дифференциальной защиты.

В силовом трансформаторе в обмотке со стороны источника питания проходит ток намагничивания, отсутствующий в других обмотках и поэтому попадающий в реле ТД - как ток небаланса.

В нормальном режиме значение тока намагничивания не превышает нескольких процентов номинального тока. Например, для трансформаторов 110 кВ (ГОСТ 12965—74) ток намагничивания от 1,5 до 0,55% номинального тока. Но при включении трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения близкого к. з. бросок тока намагничивания может в 5—8 раз превысить номинальный ток трансформатора. Поэтому отстройка дифференциальной защиты (обеспечение ее несрабатывания) от бросков тока намагничивания является самой сложной задачей, не решенной до конца и в настоящее время.

В силовом трансформаторе первичные токи обмоток ВН, СН и НН не равны между собой, а коэффициенты трансформации стандартных трансформаторов тока таковы, что практически невозможно с их помощью сделать равными между собой вторичные токи в плечах дифференциальной защиты (12-\ и /2-2 на рис. 6-1). Неравенство значений вторичных токов вызывает ток небаланса, как это видно из выражения (6-1а).

Неравенство значений вторичных токов и ток небаланса могут также возникнуть за счет:

различных погрешностей, с которыми работают разнотипные трансформаторы тока (ITT и 2ТТ на рис. 6-1);

регулирования напряжения на одной из сторон трансформатора, на которой и будут изменяться значения первичного и вторичных токов при неизменных значениях токов на других сторонах;

углового сдвига между первичными токами в фазных выводах трансформатора при стандартной группе соединения обмоток У/Д-11 (рис 1-3); если не принять специальных мер, этот же угловой сдвиг будет и между вторичными токами.

Перечисленные особенности силового трансформатора определяют и особенности его дифференциальной защиты, для выполнения которой должны быть решены две основные задачи: а) отстройка от бросков тока намагничивания, возникающих при включении трансформатора;

б) отстройка от токов небаланса при внешних к.з.

3. Способы отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение

Ток намагничивания при включении силового трансформатора под напряжение может достигать, как уже указывалось, 8-кратного значения номинального тока, но он быстро затухает и через 0,5—1 сек. становится уже намного меньше номинального. Эта особенность использовалась для выполнения грубых, но быстродействующих дифференциальных защит — так называемых дифференциальных отсечек. Ток срабатывания этой отсечки выбирается в 3—4 раза больше номинального тока трансформатора. Благодаря такой грубой настройке и с учетом некоторого замедления срабатывания (собственного времени выходного промежуточного реле) дифференциальная отсечка может быть отстроена от бросков тока намагничивания, но лишь за счет низкой ее чувствительности при к. з. в зоне действия. Именно из-за низкой чувствительности дифференциальная отсечка применяется крайне редко и не предусматривается в новых Правилах [1].

Для отстройки от броска тока намагничивания применялась и выдержка времени 0,5—1 сек., однако с начала 1950-х годов в СССР такое выполнение дифференциальной защиты не допускается, независимо от типа и места включения защищаемого

Рис. 6-2.

Характерная кривая броска тока намагничивания в одной из фаз при включении силового трансформатора под напряжение (а) и кривая тока к. з. (б)

трансформатора. Исключение составляют дифференциальные защиты, которые устанавливаются совместно с другими — быстродействующими дифференциальными защитами в роли вспомогательных, например, для защиты понижающего трансформатора от к.з. на стороне НН [5].

В настоящее время наиболее широко применяются дифференциальные защиты, в которых для отстройки от бросков тока намагничивания используются особенности несинусоидальной формы кривой тока в дифференциальной цепи при включении трансформатора под напряжение, а именно:

смещение кривой броска тока намагничивания в одну сторону от нулевой линии и отсутствие обратных полуволн (рис. 6-2,а);

наличие в броске тока намагничивания бестоковых пауз длительностью около 7—10 мс именно за счет отсутствия обратных полуволн в токах намагничивания (рис. 6-2,а);

большое содержание в броске тока намагничивания четных гармоник (главным образом второй).

Подавляющее большинство дифференциальных защит в СССР выполнено на отечественных реле серий РНТ и ДЗТ, в которых для отстройки от бросков тока намагничивания используется первая из перечисленных особенностей. В этих реле исполнительный орган (токовое реле) включен в дифференциальную цепь защиты через промежуточный трансформатор, работающий с повышенной индукцией в магнитопроводе. Когда в первичную обмотку такого трансформатора тока подается однополярный ток (рис. 6-2, а), апериодическая составляющая этого тока вызывает глубокое насыщение магнитопровода, весь первичный ток становится током намагничивания и, таким образом, в идеальном случае во вторичную обмотку не трансформируется. Следовательно, исполнительный орган, включенный на вторичную обмотку насыщенного трансформатора тока, не может сработать. Такой трансформатор тока называется быстронасыщающимся (БНТ) или насыщающимся (НТТ).

Если происходит к.з. в зоне действия защиты и через первичную обмотку НТТ проходит синусоидальный (двухполярный) ток к.з. (рис. 6-2,6), то НТТ трансформирует этот ток во вторичную обмотку и обеспечивает срабатывание исполнительного органа реле РНТ или ДЗТ. Надо отметить, что ток к. з. также может иметь апериодическую составляющую, которая насыщает НТТ и препятствует трансформации периодической составляющей. Но апериодическая составляющая тока к. з. быстро затухает, после чего реле срабатывает за счет периодической составляющей. Полное время срабатывания защиты с НТТ при самых неблагоприятных условиях не превышает 0,12 с [22].

В отличие от описанного идеального случая реальный НТТ трансформирует часть однополярного тока намагничивания. Кроме того, при включении трехфазного трансформатора под напряжение в одной из фаз может отсутствовать апериодическая составляющая броска тока намагничивания (так называемый периодический бросок тока намагничивания, который хорошо трансформируется НТТ). Такая форма кривой тока на входе НТТ может иметь место и в том случае, если основные трансформаторы тока дифференциальной защиты работают с большими погрешностями и трансформируют только периодическую составляющую броска тока намагничивания. Все эти возможные случаи не позволяют выполнить с помощью НТТ высокочувствительную дифференциальную защиту силовых трансформаторов. Практически принимается ток срабатывания для реле РНТ: Iс. з ≥ 1,3Iном гр, а для ДЗТ: Iс. з ≥ 1,5Iном гр, т. е. больше номинального тока защищаемого трансформатора.

Применяемый в основном в зарубежной практике способ отстройки от броска тока намагничивания с помощью второй гармоники позволяет выполнить дифференциальную защиту с током срабатывания, меньшим номинального тока трансформатора, но имеет известные недостатки: существенное замедление срабатывания при к. з. в зоне и даже возможность отказа при больших кратностях тока к. з., когда во вторичном токе глубоко насыщенных трансформаторов тока дифференциальной защиты появляются четные гармоники. Во избежание отказа отключения поврежденного трансформатора дополнительно устанавливается грубая дифференциальная отсечка.

С помощью полупроводниковых элементов появилась возможность использовать для отстройки от броска тока намагничивания и различие длительности бестоковых пауз в броске тока намагничивания и в токе к.з. при повреждении в трансформаторе (рис. 6-2,а и б). Исследования последних лет показали, что при всех основных вариантах формы кривой броска тока намагничивания имеется бестоковая пауза. Она фиксируется специальной схемой и сравнивается с заранее заданным значением паузы. Если зафиксированная пауза оказывается больше, чем заданное значение, действие защиты запрещается. Дифференциальное реле, использующее этот принцип, названо времяимпульсным [2, 21], и на его основе создана дифференциальная защита типа ДЗТ-21. При к.з. в зоне действия защиты бестоковые паузы в токе к. з. могут иметь место лишь при больших кратностях тока, когда происходит глубокое насыщение основных трансформаторов тока дифференциальной защиты. Учитывая возможность бездействия времяимпульсного реле, в защите на этот случай предусмотрена дополнительная дифференциальная токовая отсечка с большим током срабатывания.

Предлагаются и другие способы отстройки дифференциальных защит трансформаторов от броска намагничивающего тока, использующие описанные отличия формы кривой этого тока от синусоиды. Например, разработана полупроводниковая приставка к реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10, которая загрубляет эти реле при появлении паузы в первой производной броска дифференциального тока. Такая приставка могла бы значительно повысить чувствительность существующих дифференциальных защит трансформаторов к токам к. з.

В переходном процессе, возникающем в начальный момент внешнего к. з., кривая тока небаланса в дифференциальной цепи (реле ТД на рис. 6-1, а) аналогична по форме кривой броска тока намагничивания при включении трансформатора (рис. 6-2, а). Поэтому выбранный для защиты способ отстройки от броска тока намагничивания обеспечивает и отстройку от апериодического тока небаланса при внешнем к.з. В этом режиме наибольшую опасность представляет периодическая составляющая тока небаланса, практически прямо пропорциональная периодическому току внешнего к.з. Для выполнения чувствительной дифференциальной защиты необходимо в первую очередь устранить или ограничить ток небаланса, а затем надежно отстроить защиту от максимального значения тока небаланса, которое может иметь место в наиболее неблагоприятных условиях внешнего к. з.

Устранение углового сдвига между вторичными токами в плечах дифференциальной защиты. В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Д-П имеется угловой сдвиг на 30° между первичными токами соответствующих фаз на сторонах ВН и НН (рис. 1-3). Для устранения подобного сдвига между вторичными токами, который является причиной очень большого тока небаланса [2], принято вторичные обмотки трансформаторов тока ITT, установленных на стороне ВН (рис. 6-3,а), соединять в такой же треугольник, как и обмотка ЯЯ, а вторичные обмотки 2ТТ — в такую же звезду, как и обмотка ВН защищаемого трансформатора. При правильной сборке схемы трансформаторов тока ITT создается сдвиг вторичных токов в плече ВН (12вн на рис. 6-3, в) на такой же угол 30°, как и первичных токов в фазах стороны ЯЯ (Л нн на рис. 6-3, б) и, следовательно, вторичных токов в плече ЯЯ. Этим обеспечивается совпадение по фазе вторичных токов, подводимых к дифференциальным реле (рис. 6-3, в). Поэтому ток в дифференциальных реле всех фаз при отсутствии других причин возникновения тока небаланса

Правильность сборки схемы дифференциальной защиты трансформатора обязательно проверяется перед включением трансформатора и затем после его включения под нагрузку [15].

Устранение неравенства абсолютных значений вторичных токов в плечах дифференциальной защиты. Для того чтобы устранить или свести к минимуму ток небаланса, возникающий по причине неравенства вторичных токов, применяются в основном два способа:

выравнивание вторичных токов, подводимых к дифференциальному реле, с помощью промежуточных трансформаторов тока, включенных в плечи дифференциальной защиты;

выравнивание в самом дифференциальном реле магнитодвижущих сил (м. д. с.), создаваемых неодинаковыми по значению токами плеч дифференциальной защиты.

Первый из способов имеет ряд недостатков и сейчас практически не применяется. Второй способ широко используется благодаря тому, что в типовых дифференциальных реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10 предусмотрены специальные уравнительные обмотки с большим числом ответвлений. Если, например, у двухобмоточного трансформатора имеются два значения вторичных токов: 3 и 5 А (ток небаланса равен 2 А), то, подобрав для стороны с током 3 А число витков уравнительной обмотки, равное 10, а для стороны с током 5 А — число витков, равное 6, получим равенство абсолютных значений м. д. с., представляющих произведение числа витков данной обмотки и проходящего по ней тока:

Поскольку магнитодвижущие силы имеют такие же условные направления, что и создающие их токи, разность этих сил в обеих уравнительных (первичных) обмотках НТТ равна нулю (рис. 6-4), ток в его вторичной обмотке w2 равен нулю и, следовательно, ток небаланса в исполнительном органе ИО также равен нулю.

Рис. 6-3.

Схема соединения трансформаторов тока и реле дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора Y/∆-11 (а), векторные диаграммы первичных токов фаз А, В и С на сторонах ВН и НН трансформатора (б) и вторичных токов в плечах ВН и НН дифференциальной защиты (в).

В реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10 могут быть установлены лишь целые числа витков уравнительных обмоток, поэтому точного равенства м. д. с. удается добиться далеко не всегда. Рис. 6-4.

Выравнивание магнитодвижущих сил с помощью уравнительных обмоток дифференциального реле (для одной фазы) Wyp1 = 10 вит.; 0Уур2=6 вит.

Оставшееся неравенство (небаланс) м.д. с. приводит к появле-

нию тока небаланса, который должен учитываться при выборе тока срабатывания защиты.

Ограничение тока небаланса, вызванного полной погрешностью трансформаторов тока. Правила [1], требуют, чтобы все трансформаторы тока в схемах релейной защиты работали с полной погрешностью не более 10%. Для дифференциальных защит 10%-ная погрешность должна обеспечиваться при максимальном значении тока внешнего к. з. [2, 3 и 5]. В ряде случаев можно добиться, чтобы погрешность трансформаторов тока была ниже 10%, путем уменьшения сопротивления вторичной нагрузки (главным образом при увеличении сечения соединительных проводов) или последовательного включения двух трансформаторов тока на фазу. Однако полностью устранить ток небаланса, вызванный погрешностью трансформаторов тока, невозможно. Поэтому он должен учитываться при выборе тока срабатывания защиты.

Отстройка от тока небаланса. В дифференциальных защитах трансформаторов отстройка от тока небаланса с целью обеспечения несрабатывания защиты при внешних к.з. осуществляется в основном двумя способами:

путем выбора тока срабатывания большим, чем максимальное расчетное значение тока небаланса Iнб, по условию (6-2); этот способ используется для защит с реле серии РНТ-560;

путем торможения (загрубления) дифференциальной защиты вторичным током внешнего к.з., циркулирующим в плечах защиты; этот способ используется для защит с реле серии ДЗТ-10.

И в том и в другом случаях необходимо определить максимальное расчетное значение тока небаланса при внешнем к. з.

Расчетное значение тока небаланса. Расчетный ток небаланса в дифференциальных защитах трансформаторов принято представлять в виде суммы трех составляющих [2, 3, 5, 21—23]:

Дифференциальные реле серии РНТ-560 (РНТ-565, РНТ-566, РНТ-567) предназначены для использования в схемах дифференциальных токовых защит двух- трёхобмоточных трансформаторов, автотрансформаторов, сборных шин. Реле типа РНТ-565 предназначено для дифференциальной защиты одной фазы силовых трансформаторов. Реле состоит из исполнительного органа (реле тока РТ-40) и быстронасыщающегося трансформатора .На трёхстержневом магнитопроводе быстронасыщающегося трансформатора расположены обмотки: рабочая (вторичная), уравнительные (две шт.), короткозамкнутые (две шт.) и дифференциальная.

На среднем стержне магнитопровода расположены уравнительные, дифференциальные обмотки и первая секция короткозамкнутой обмотки; на правом стержне – вторая секция короткозамкнутой обмотки, а на левом – рабочая (вторичная).

Уравнительная и вторичная обмотки имеют отводы для регулирования числа витков. Изменение числа витков (тока срабатывания) можно производить при помощи регулировочных винтов, устанавливаемых в гнёздах, а также (в небольших пределах) с помощью сопротивления Rш, включённому параллельно обмотке исполнительного реле (РТ-40).

Числа, нанесённые у гнёзд, соответствуют числу витков. Отстройка от переходных режимов, а, следовательно от апериодической составляющей тока, осуществляется короткозамкнутыми обмотками и регулированием сопротивления Rк в их цепи.

Реле имеет один замыкающий контакт. Ток срабатывания реле должен быть в пределах 0,16-0,17А, при напряжении на обмотке 3,5-3,6В. Схема реле позволяет производить ступенчатую регулировку токов срабатывания в пределах 1,45- 12,5 А.

Реле РНТ-565 применяется в дифференциальных токовых отсечках для защиты трансформаторов. По обе стороны защищаемого трансформатора устанавливаются трансформаторы тока. При номинальном режиме сумма токов в уравнительных и дифференциальной обмотках регулируется и должно быть равно нулю (реле не срабатывает).

Быстронасыщающийся трансформатор служит для предотвращения срабатывания защиты от бросков намагничивающего тока при включении силового трансформатора, а также от увеличенных токов небаланса при переходных режимах со значительной апериодической составляющей (регулируется Rк).

При этом ток намагничивания защищаемого трансформатора практически не трансформируется, и выходное реле не срабатывает. Таким образом, наличие апериодической составляющей «тормозит» реле. При коротком замыкании баланс токов нарушается, создаётся электродвижущая сила (ЭДС) и выходное реле срабатывает.

Испытание реле ДЗТ-11

Основные понятия.

Реле серии ДЗТ с магнитным торможением применяются для дифференциальных защит силовых трансформаторов (автотрансформаторов), генераторов, крупных электродвигателей в тех случаях, когда применение реле серии РНТ недостаточно обеспечивает выполнение функций защиты.

Принцип действия реле серии ДЗТ аналогичен реле серии РНТ. Особенностью первых является наличие тормозных обмоток, которые включаются на токи отдельных групп трансформаторов тока дифференциальной защиты и обуславливают зависимость тока срабатывания защиты от тока в её плечах, то есть торможения, благодаря чему обеспечиваются лучшие характеристики реле.

Реле серии ДЗТ состоит из двух основных элементов: исполнительного органа (реле тока РТ-40) и промежуточного быстро-насыщающегося трансформатора тока (БНТ). Магнитопровод БНТ выполнен трёхстержневым. На среднем стержне расположены дифференциальная и уравнительная обмотки, а на крайних – вторичные и тормозные. Вторичная обмотка шунтируется сопротивлением Rк. К вторичной обмотке подсоединено исполнительное реле (РТ-40). Рабочие и тормозные обмотки имеют ответвления для регулирования токов срабатывания и степени торможения. Переключения числа витков осуществляется при помощи регулировочных витков (аналогично реле РНТ-565).

Принцип действия реле ДЗТ-11 аналогичен реле РНТ-565, за исключением наличия тормозной обмотки, в которой тормозной ток, создавая тормозной поток, «ухудшает» условия трансформации и тем самым увеличивает ток срабатывания («тормозит» срабатывание реле).

ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ К. 3.

1. Принцип действия и область применения

Токовой отсечкой называется быстродействующая максимальная токовая защита с ограниченной зоной действия. Применительно к понижающим трансформаторам в зону действия отсечки входит только часть обмотки трансформатора со стороны ВН, где включены реле отсечки (рис. 5-1). При к.з. за трансформатором (точка К1) отсечка ни в коем случае не должна приходить в действие. Это условие обеспечивается тем, что ток срабатывания отсечки выбирается большим, чем максимальный ток к. з. в точке К1. Благодаря этому токовая отсечка трансформатора не может сработать и при к. з. на отходящих линиях НН (точка К2) и, следовательно, может быть выполнена без выдержки времени.

На Рис. 5-1. Первичная схема, поясняющая зоны срабатывания и несрабатывания токовой отсечки (Т) понижающего трансформатора

Рис. 5-1

Токовая отсечка относится к группе защит с абсолютной селективностью [2]. Достоинством ее является быстродействие при отключении к. з. на выводах и в части обмотки ВН трансформатора (точка К₃) у т. е. там, где токи к. з. имеют наибольшие значения, поскольку они не ограничиваются сопротивлением самого трансформатора. Следует иметь в виду, что выполнение токовой отсечки на трансформаторе ускоряет отключение к. з. не только в защищаемом трансформаторе, а и на питающих линиях, поскольку максимальные токовые (или дистанционные) защиты этих линий по условиям селективности с отсечками трансформаторов могут иметь минимальные выдержки времени при срабатывании, а именно 0,4 с [5, 14]. Достоинством токовой отсечки является также простота выполнения (§ 5-2). Недостаток токовой отсечки в том, что она не защищает трансформатор при к. з. на выводах НН и в части обмотки, а также не способна резервировать к. з. на отходящих линиях НН.

В соответствии с Правилами [1] токовой отсечкой должны оборудоваться все понижающие трансформаторы с высшим напряжением 3 кВ и выше, мощностью до 6,3 MB-А, если отсечка имеет достаточную чувствительность. Чувствительность определяется расчетом при выборе тока срабатывания отсечки.

Схемы выполнения и расчет тока срабатывания

Из рассмотрения принципа действия токовой отсечки видно, что селективность (избирательность) ее работы обеспечивается только выбором тока срабатывания по условию (5-1), где I⁽³⁾к.макс.вн - -максимальное значение тока трехфазного к. з. за трансформатором, т. е. вне зоны действия отсечки, приведенного к стороне ВН, где установлена отсечка (A);

K_Н - коэффициент надежности, значения которого зависят от типа применяемых токовых реле: 1,3—1,4 —для реле типа РТ-40 и примерно 1,6 — для реле РТ-80 (ИТ-80) и РТМ [5].

Ток I⁽³⁾к.макс.вн. определяется при максимальном режиме питающей системы (когда сопротивление системы имеет минимально возможное значение), а для трансформаторов РПН дополнительно следует принимать и минимально возможное значение сопротивления защищаемого трансформатора при крайнем положении его регулятора напряжения (§ 2-5).

Ток срабатывания токовых реле отсечки (уставка) определяется по выражению, общему для всех вторичных токовых реле, т. е. реле, включенных через трансформаторы тока: (5-2)

где Iс. о — первичный ток срабатывания отсечки, выбранный по условию (5-1); пт — коэффициент трансформации трансформаторов тока ТТ на стороне ВН трансформатора; Ксх - коэффициент схемы при симметричном режиме, показывающий, во сколько раз ток в реле защиты (отсечки) больше, чем вторичный ток трансформаторов тока.

Для схемы соединения трансформаторов тока в звезду Ксх=1 для всех видов к. з. (рис. 5-2, а). Для схемы соединения трансформаторов тока на разность токов двух фаз (рис. 5-2, б) при симметричном нагрузочном режиме и при трехфазном к. з.

= л/з; но для двухфазных к. з. А — В и В — С значение kcx = 1. Из сравнения этих схем, применяемых для выполнения отсечки трансформаторов 6—35 кВ, видно, что при одинаковых значениях Iс. о и nт - ток срабатывания (уставка) токовых реле в схеме рис. 5-2, б, по условию (5-2), получится в √3 раз большим, чем для схемы рис. 5-2 а. Это имеет очень большое значение при оценке чувствительности, которая осуществляется с помощью так называемого коэффициента чувствительности

где Iр. мин — минимальное значение тока в реле при металлическом двухфазном к. з. на выводах ВН защищаемого трансформатора (точка К на рис. 5-2), А; Iс. р — ток срабатывания реле (уставка), вычисленный по условию (5-2).

Значение kч по Правилам [1] должно быть равно примерно 2.

Для схемы на рис. 5-2, а при всех вариантах двухфазного к. з. и для схемы на рис. 5-2, б при к. з. между фазами А и В, В и С kcx = 1 и, следовательно

(5-4)

где I⁽³⁾ к.мин — минимальное значение первичного тока при трехфазном к. з. на выводах ВН защищаемого трансформатора, вычисленное при наибольшем сопротивлении питающей системы.

Таким образом, при одном и том же значении /I? мин И flт для схем на рис. 5-2, а и б токи в реле при двухфазных к. з. между фазами А и В, В и С оказываются одинаковыми. Но, поскольку в схеме на рис. 5-2,6 ток срабатывания реле в д/3 раз больше, чем в схеме на рис. 5-2, а, у последней будет в раз более высокий коэффициент чувствительности. Это и определяет ее преимущественное применение.

Рис. 5-2. Схемы включения максимальных реле тока токовой отсечки

В настоящее время на всех трансформаторах 110 кВ стремятся устанавливать продольную дифференциальную защиту, имеющую значительно меньший ток срабатывания, чем токовая отсечка, и поэтому, обычно достаточно чувствительную к к. з. на стороне ВН и при двухрелейном исполнении.

Релейная защита трансформаторов. Газовая защита.

Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения.

В зависимости от степени повреждения защита действует на сигнал или отключение. Основным элементом газовой защиты является газовое реле. Обозначение - КSG. Наиболее совершенным реле является реле типа РГЧЗ-66. Это реле разработано в Челябэнерго - газовое реле РГЧ-61, промышленный выпуск которых освоил Запорожский трансформаторный завод (РГЧЗ-66). С начала 1970-х годов на отечественных трансформаторах устанавливается газовое реле Бухгольца типа BF-80/Q производства Германской Демократической Республики. В соответствии с ГОСТ 10472—71 все газовые реле должны иметь два элемента и обеспечивать замыкание двух независимых электрических цепей: сигнальной и отключающей.

Реле устанавливается в маслопроводе между баком и расширителем.

Элементы реле:

1, 2 - алюминиевые чашки;

3 – оси;

4 - подвижные контакты;

5 - неподвижные контакты;

6- пружины;

7- лопасть.

В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами. Контакты реле разомкнуты. При газообразовании масло из реле вытесняется, а в чашках остается. Под тяжестью масла чашки опускаются и контакты замыкаются. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. Контакты нижней чашки действуют на отключение трансформатора.

При интенсивном газообразовании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через газовое реле. На пути потока находится лопасть 7, действующая вместе с нижней чашкой на общий контакт. Если скорость движения масла и газов достигает значения уставки реле, лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, Предусмотрены три уставки срабатывания отключающего элементы по скорости потока масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с. При этом время срабатывания реле составляет tс.р==.0.,05... 0,5с. Уставка по скорости потока масла определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора.

В нашей стране широко используется газовое реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавками типа ВF80-Q. Реле имеет некоторые конструктивные особенности. Однако принцип действия его такой же, как и других газовых реле.

Схема газовой защиты

Действие газовой защиты на отключение выполняется с самоудерживанием, чтобы обеспечить отключение трансформатора в случае кратковременного замыкания или вибрации нижнего контакта газового реле, обусловленных толчками потока масла при бурном газообразовании.

В схеме защиты на переменном оперативном токе самоудерживание достигается путем шунтирования нижнего контакта газового реле KSG верхним замыкающим контактом реле KL. Самоудерживание автоматически снимается после разрыва цепи отключения вспомогательным контактом Q,1.2 выключателя Q.1.

Реле чашечковое РГЧЗ-66

Реле газовое чашечковое, выпускавшееся Запорожским трансформаторным заводом до 1978 г. (РГЧЗ-66), отличается от поплавковых реле ПГ-22 главным образом инструкцией выемной части. Последняя состоит из двух элементов — сигнального и отключающего. Сигнальный элемент представляет собой плоскодонную чашку из анодированного алюминия с жестко прикрепленным контактом, который передвигается при повороте чашки навстречу неподвижному контакту. В нормальном, верхнем, положении чашка удерживается пружинкой, при этом контакты разомкнуты. Когда происходит повреждение трансформатора со слабым газообразованием, газ накапливается в верхней части газового реле и вытесняет из него масло. При понижении уровня масла ниже дна чашки сигнального элемента она опускается под воздействием собственного веса и веса оставшегося в ней масла. Опускаясь, чашка поворачивается вокруг своей оси и сигнальные контакты при этом замыкаются.

Отключающий элемент также представляет собой чашку с контактом, которая удерживается в верхнем положении пружинкой. В отличие от сигнального отключающий элемент имеет пластину (лопасть), расположенную против входного отверстия газового реле. При серьезном повреждении в трансформаторе, сопровождающемся бурным газообразованием, поток масла устремляется через газовое реле и поворачивает пластину. При этом замыкаются контакты, действующие на отключение трансформатора. Сама чашка при повороте пластины не поворачивается. Такая конструкция обеспечивает быстродействие газовой защиты: не более 0,2 с при скорости потока масла не менее чем на 25% выше уставки.

В комплекте реле РГЧЗ имеются три разные пластины, каждая из которых откалибрована на соответствующую скорость потока масла (уставку): 0,6; 0,9; 1,2 м/с. Уставка 0,6 м/с рекомендуется для трансформаторов до 40 MB-А с масляным охлаждением и естественной циркуляцией масла и с дутьем и естественной циркуляцией масла (буквенные обозначения соответственно М и Д). Уставка 0,9 м/с — для трансформаторов свыше 40 MB-А с дутьем (Д). Уставка 1,2 м/с — для трансформаторов любой мощности с масляно-водяным охлаждением с принудительной циркуляцией масла (Ц) и масляным охлаждением с дутьем и принудительной циркуляцией масла (ДЦ) [24].

При аварийной утечке масла из бака трансформатора масло из газового реле уходит и обе чашки опускаются. Контакты газового реле действуют на сигнал и на отключение. Таким образом, отключающие контакты могут замыкаться и при повороте пластины и при опускании отключающей чашки, причем в последнем случае поворачивается также пластина.

Подробное описание реле РГЧЗ-66, указания по наладке и обслуживанию газовой защиты с этим реле - в паспорте.

Реле Бухгольца (ГДР)

Газовое реле Бухгольца выпускается Магдебургским заводом электротехники и приборостроения (EGEM) в Германской Демократической Республике. В СССР поставляется с начала 1970-х годов одна из модификаций реле Бухгольца: двухпоплавковое реле BF-80/Q. Индекс В указывает на наличие двух элементов (поплавков), F — на способ крепления — фланцем, Q— на квадратную форму фланца, цифра 80 обозначает внутренний диаметр в миллиметрах трубопровода, в который врезается газовое реле. Присоединительные размеры этого реле такие же, как у реле РГЧЗ-66.

Реле Бухгольца, в том числе BF-80/Q, состоит из металлического корпуса, крышки и встроенного блока. Для осмотра встроенного блока в корпусе имеются застекленные отверстия с откидными крышками,

На крышке реле закреплены: встроенный блок, пробный кран, контрольная клавиша для опробования действия реле путем имитации ухода масла из трансформатора. Здесь же расположены зажимы для присоединения электрических цепей.

Рис. 7-3.

Двухпоплавковый блок газового реле Бухгольца (ГДР)

Встроенный блок двухпоплавкового реле (рис. 7-3) состоит из двух элементов: верхнего (сигнального) и нижнего (отключающего). К верхнему поплавку 3 сигнального элемента жестко прикреплен постоянный магнит 6. При уходе масла из корпуса реле верхний поплавок 3 поворачивается в направлении, показанном стрелкой, магнит 6 приближается к магнитоуправляемому контакту 5, что вызывает замыкание цепи сигнализации (два правых зажима 4). Принцип действия и устройство магнитоуправляемых контактов (герконов) описаны в работе [2].

Нижний (отключающий) элемент состоит из поплавка 9, жестко прикрепленного к нему постоянного магнита 7, магнитоуправляемого контакта 8, а также напорного клапана (заслонки) 1, который удерживается в исходном состоянии батареей постоянных магнитов 2. Зазор между магнитами и напорным клапаном может изменяться в зависимости от того, при какой скорости потока масла (уставке) должно срабатывать реле. Уставки отключающего элемента реле Бухгольца несколько отличаются от уставок реле РГЧЗ-66 (§ 7-3). Уставка 0,65 м/с у реле Бухгольца принимается для тех трансформаторов, для которых на реле РГЧЗ-66 устанавливается 0,6 м/с. Во всех остальных случаях используется уставка 1 м/с. Уставку 1,5 м/с у реле BF-80/Q применять не рекомендуется [24].

При серьезном повреждении трансформатора, которое сопровождается бурным газообразованием и сильным перетоком масла из бака в расширитель, поток масла входит в газовое реле и опрокидывает напорный клапан (заслонку) / (на рис. 7-3 направление потока масла показано стрелкой). При этом поворачиваются нижний отключающий поплавок 9 и жестко прикрепленный к нему постоянный магнит 7. После приближения магнита 7 к магнитоуправляемому контакту 8 замыкается цепь отключения газовой защиты (два левых зажима 4).

Время срабатывания реле Бухгольца на отключение при скорости потока масла, на 25% превышающей уставку, составляет по данным завода-изготовителя 0,22 с — для ранее выпускавшихся реле и 0,09 с — для новых реле с измененной конструкцией напорного клапана (заслонки).

При уходе масла из бака трансформатора и, следовательно, из газового реле отключающий поплавок 9 опускается, поворачиваясь таким образом, что постоянный магнит 7 приближается к магнитоуправляемому контакту 5, в результате чего замыкается цепь отключения газовой защиты.

Проверка исправности сигнального элемента на установленном реле Бухгольца производится с помощью испытательного насоса, который навинчивается на пробный кран, расположенный на крышке реле. Проверка работы сигнального и отключающего элементов реле производится путем нажатия контрольной клавиши. За движением поплавков можно наблюдать через застекленное окно в корпусе реле.

При проверке электрической прочности изоляции жил контрольного кабеля газовой защиты с реле Бухгольца необходимо помнить, что электрическая прочность магнитоуправляемых контактов составляет 500—600 В, и поэтому это реле на время проверки необходимо отсоединять. Измерение сопротивления изоляции контактов реле Бухгольца следует производить мегаомметром на 500 В [14]. В 1979 г. Минэнерго СССР выпустило инструкцию по обслуживанию реле BF80/Q.

Обслуживание газовой защиты

Газовая защита существенно отличается от других (токовых) защит трансформатора, во-первых, своей высокой чувствительностью к внутренним повреждениям трансформатора и, во-вторых, тем, что после действия газовой защиты на сигнал или на отключение в газовом реле остается воздух или газ, вызвавшие это действие. По отличительным признакам отобранного из реле газа можно составить представление о характере повреждения в трансформаторе. Обслуживание газовой защиты также имеет ряд специфических особенностей и производится в соответствии с действующими инструкциями [24].

Выполнение операций с газовой защитой при первом включении нового (или вышедшего из капитального ремонта) трансформатора. Перед первым включением под напряжение нового трансформатора в соответствии с Инструкцией Главтрансформатора Минэлектротехпрома и Главтехуправления Минэнерго СССР (РТМ 16687000—73 для трансформаторов 110—500 кВ) необходимо контакт сигнального элемента газового реле включить параллельно контакту отключающего элемента этого же реле и направить действие обоих элементов на отключение. Такая временная схема должна сохраняться в течение первых 30 мин нахождения трансформатора под напряжением. Очевидно, что именно в эти первые минуты наиболее вероятно выявление возможных дефектов нового трансформатора и возникновение каких-либо повреждений, сопровождающихся выделением газа. В этих условиях сигнальный элемент произведет отключение трансформатора, прежде чем повреждение сможет развиться.

После этого 30-минутного периода трансформатор отключается для осмотра и контакт сигнального элемента газового реле должен быть возвращен в свою нормальную цепь сигнализации. Отключающий элемент должен оставаться в положении на отключение. Таким образом, при включении трансформатора под нагрузку сигнальный элемент действует на сигнал, а отключающий— на отключение (рис. 7-1 и 7-2).

Надо помнить, что при этом возникает вполне реальная опасность неправильного (излишнего) действия газовой защиты на отключение из-за скопления в газовом реле воздуха. Дело в том, что в свежем трансформаторном масле, а также между обмотками и деталями внутри нового трансформатора имеется определенное количество воздуха, который по мере нагрева трансформатора током нагрузки поднимается к верхней крышке трансформатора и скапливается в верхней части газового реле. Во избежание излишнего срабатывания газовой защиты на некоторых предприятиях было принято переводить действие отключающего элемента на сигнал на весь период выделения воздуха. Поскольку этот период может продолжаться от 1 до 3 сут, а оставлять работающий трансформатор без газовой защиты чрезвычайно опасно, Главтехуправление Минэнерго СССР в 1976 г. специально указало на то, что отключающий элемент не должен переводиться на сигнал на время выделения воздуха из трансформаторного масла. При этом необходимо обеспечить контроль за выделением воздуха и своевременный выпуск его из газового реле. Эти операции должны производиться оперативным персоналом подстанции или оперативно-выездной бригадой (ОВБ) в течение всего периода выделения воздуха [14]. Наблюдение за выделением воздуха ведется через смотровое стекло газового реле. Воздух должен периодически выпускаться через кран на крышке газового реле.

Обслуживание газовой защиты в нормальных условиях. Оперативный персонал подстанции или ОВБ должен периодически осматривать газовые реле и все элементы газовой защиты, обращая внимание на уровень масла в расширителях, на отсутствие течи масла из трансформатора, на отсутствие газа или воздуха в газовом реле. Необходимо следить за тем, чтобы отключающее устройство (накладка) находилось в положении, при котором отключающий элемент газовой защиты введен на отключение (как показано на рис. 7-1 и 7-2).

Действие отключающего элемента газовой защиты должно переводиться на сигнал только в следующих случаях: на время проверки газовой защиты; при неисправности газовой защиты;

при работах в масляной системе трансформатора, когда возможны толчки масла или попадание в масло воздуха, что может привести к срабатыванию газовой защиты (например, при заполнении элементов системы охлаждения маслом на работающем трансформаторе, при регенерации масла трансформатора под нагрузкой и др.);

при выводе в резерв трансформатора (имеющего газовую защиту со старыми газовыми реле типа ПГ-22 и ПГЗ-22), если на нем не введена автоматика включения резерва (АВР);

при доливке масла в трансформатор, если уровень масла оказывается ниже газового реле (после доливки масла отключающий элемент снова переводится на отключение).

После доливки масла в трансформатор и после включения трансформатора, который долго находился в отключенном состоянии, оперативный персонал должен вести наблюдение за выделением воздуха из трансформатора и периодически выпускать его через кран в крышке реле, не допуская срабатывания сигнального элемента газового реле.

Действия оперативного персонала при срабатывании газовой защиты. В соответствии с Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) при срабатывании газовой защиты на сигнал должен быть проведен наружный осмотр трансформатора, отобран газ из реле для анализа и проверки на горючесть. В случае если газ горючий или в нем содержатся продукты разложения изоляции, трансформатор должен быть немедленно отключен.

При автоматическом отключении трансформатора действием защит от внутренних повреждений (газовой и дифференциальной) трансформатор можно включать в работу только после осмотра, испытаний, анализа газа и устранения выявленных ненормальностей. При действии этих защит запрещается АПВ трансформатора.

Отбор пробы газа из газового реле и проведение на месте экспресс-анализа газа производятся по местной инструкции. Описание этих работ приведено в работе [24]. Там же даны рекомендации по выполнению и настройке отдельной газовой защиты устройства РПН трансформатора.

Достоинства газовой защиты:

1. Высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака;

2. Сравнительно небольшое время срабатывания;

3. Простота выполнения;

4. Защищает трансформатор при недопустимом понижении уровня масла любым причинам.

Недостатки.

1. Не реагирует на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателями.

2. Защита может действовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и др. Возможны также ложные срабатывания защиты на трансформаторах, установленных в районах, подверженных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал.

В связи с этим, газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.

Газовая защита обязательна для трансформаторов мощностью Рт>=6300 кВА. Допускается устанавливать газовую защиту и на трансформаторах меньшей мощности. Для внутрицеховых подстанций газовую защиту следует устанавливать на понижающих трансформаторах практически любой мощности, допускающих это по конструкции, независимо от наличия другой быстродействующей защиты.

Принцип действия и область применения

Газовая защита в соответствии с ГОСТ 10472—71 предназначена для защиты силовых трансформаторов с масляным заполнением, снабженных расширителями, от всех видов внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газа, ускоренным перетеканием масла из бака в расширитель, а также от утечки масла из бака трансформатора.

Измерительным органом газовой защиты является газовое реле. Газовое реле представляет собой металлический сосуд с двумя поплавками (элементами), который врезается в наклонный трубопровод, связывающий бак трансформатора с расширителем. При нормальной работе трансформатора газовое реле заполнено трансформаторным маслом, поплавки находятся в поднятом положении и связанные с ними электрические контакты— разомкнуты. При незначительном повреждении в трансформаторе (например, витковое замыкание) под воздействием местного нагрева из масла выделяются газы, которые поднимаются вверх, к крышке бака, а затем скапливаются в верхней части газового реле, вытесняя из него масло. При этом верхний из двух поплавков (элементов) опускается вместе с уровнем масла, что вызывает замыкание его контакта, действующего на предупредительный сигнал. При серьезном повреждении внутри трансформатора происходит бурное газообразование и под воздействием выделившихся газов масло быстро вытесняется из бака в расширитель. Поток масла проходит через газовое реле и заставляет сработать нижний поплавок (элемент), который дает команду на отключение поврежденного трансформатора. Этот элемент срабатывает также и в том случае, если в баке трансформатора сильно понизился уровень масла (например, при повреждении бака и утечке масла).

Газовая защита является очень чувствительной и весьма часто позволяет обнаружить повреждение в трансформаторе в самой начальной стадии. При серьезных повреждениях трансформатора газовая защита действует достаточно быстро: 0,1—0,2 с (при скорости потока масла не менее чем на 25% выше уставки). Благодаря этим достоинствам газовая защита обязательно устанавливается на всех трансформаторах мощностью 6,3 MB-А и более, а также на всех внутрицеховых понижающих трансформаторах, начиная с мощности 630 кВ-А. Допускается установка газовой защиты и на трансформаторах от 1 до 4 MB-А. На трансформаторах с РПН дополнительно предусматривается отдельная газовая защита устройства РПН [1].