"Исследование работы основных защит трансформаторов"

1 Назначение и состав основных защит трансформаторов

Основными защитами для трансформаторов являются газовая и дифференциальная защиты ,которые предназначены выявлять повреждения в трансформаторе и без выдержки времени создавать команды на отключение выключателей со всех сторон трансформатора. Эти защиты защищают трансформаторы от внутренних повреждений, сопровождающихся многофазными или однофазными к.з.,от «пожаров стали». Последний образуется в результате местного перегрева магнитопровода вихревыми токами при его повреждениях.

К числу повреждений относится и понижение уровня масла при образовании течи в баке трансформатора, сильных снижениях температуры окружающего пространства. При недостаточном уровне масла ухудшаются условия охлаждения обмоток, что может стать причиной повреждения трансформатора. Основными устройствами газовых защит являются газовые реле,конструкция которых рассматривается в данной работе. Также в лабораторной работе изучается дифференциальная защита с реле типа РНТ: РНТ-562, РНТ-563, РНТ-563/2, РНТ-564, РНТ-565, РНТ-566, РНТ-566/2, РНТ-567, РНТ-567/2. При коротком замыкании в защищенной зоне, когда возникает апериодическая составляющая тока, защита действует с замедлением на более двух периодов на время насыщения магнитопровода НТТ. Реле РНТ-565 имеет большую МДС срабатывания (100 А×вт), чем реле РНТ-562 (60 А×вт), и большее число отпаек у первичных обмоток, что позволяет более широко и точно регулировать ток срабатывания защиты и степень выравнивания токов в платах защиты. Первичные обмотки (рабочая и уравнительная) реле РНТ-562 и РНТ-565 выдерживают длительный ток 10 А и в нормальном режиме суммарный магнитный поток в сердечнике НТТ, создаваемый этими обмотками близок к нулю. 2 Конструкция и принципы действия основных защит

2.1 Газовая защита трансформаторов

Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов. Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель, который является самой высокой частью трансформатора и имеет сообщение с атмосферой. При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных повреждениях бурно расширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя. Таким образом, образование газов в кожухе трансформатора могут служить признаком повреждения внутри трансформатора.

ВН

НН

KSG

Бак

Рисунок 2.1 – Газовое реле

Газовое реле KSG (рис.2.1) устанавливается в трубе, соединяющей кожух трансформатора с расширителем так, чтобы через него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в расширитель при повреждениях в трансформаторе. В трубе предусмотрена задвижка, которая закрывает ее автоматически при срабатывании газового реле, предотвращая поступление масла из расширителя в бак поврежденного трансформатора.Реле заполнено маслом. Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены зажимы для подключения кабеля к контактам, находящимся внутри кожуха.Конструкция газовых реле имеют три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов, в виде : поплавка, лопасти, чашки.У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющих собой полые металлические цилиндры. В поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные гибкими проводниками с выводными зажимами на крышке реле.Ртутный контакт представляет собой стеклянную запаянную колбочку с впаянными в ее верхнюю часть двумя контактами. Колбочка содержит небольшое количество ртути, которая при определенном положении колбочки замыкает между собой оба контакта, чем создается цепь через реле.

сигнал

отключение

Рисунок 2. 2 - Поплавковое реле (ПГ-22)

Конструкция наиболее распространенного газового реле типа ПГ-22 показана на рис.2.2 Верхний поплавок является сигнальным элементом защиты. Нормально, когда реле заполнено маслом, поплавок всплывает и его контакт при этом разомкнут. При медленном газообразовании газы, поднимающиеся к расширителю, постепенно заполняют верхнюю часть реле и вытесняют масло. С понижением уровня масла в реле поплавок, опускаясь, поворачивается на своей оси, вследствие чего происходит замыкание ртутных контактов в цепи предупредительной сигнализации. При дальнейшем медленном газообразовании реле подействовать на отключение не может, так как оно заполняется газом лишь до верхней кромки отверстия маслопровода, после чего газы будут выходить в расширитель. Аналогично работает сигнальный элемент и при понижении уровня масла в реле по другим причинам, например из-за утечки масла из бака трансформатора или понижения температуры.Нижний поплавок, расположенный против отверстия маслопровода, является отключающим элементом реле. При бурном газообразовании вследствие повышения давления в баке трансформатора (автотрансформатора) возникает сильный поток газа и масла в расширитель через газовое реле. При скорости движения потока газов и масла порядка 0,5 м/с нижний поплавок, находящийся на пути движения потока, опрокидывается, и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения. Благодаря тому, что при к. з. в трансформаторе (автотрансформаторе) сразу возникает бурное газообразование, газовая защита производит отключение с небольшим временем порядка 0,1—0,3 с. Отключающий элемент работает так же при большом понижении уровня масла в корпусе реле. У чашечных реле вместо поплавков используются открытые металлические чашки и вместо ртутных контактов обычные открытые контакты, работающие непосредственно в масле. Принцип действия отключающего элемента чашечного реле показан на рис. 2.3.

1

2

3

5

4

6

7

Рисунок 2.3 - Чашечное реле (РГЧЗ-66)

Открытая чашка 1 может поворачиваться на оси 3. К чашке прикреплен подвижный контактный мостик 4, нижняя грань чашки сцеплена с нижним концом пружины 6. Верхний конец пружины и неподвижные контакты укреплены на неподвижной части газового реле. Сигнальный и отключающие элементы помещены в корпус (такой же, как у газового реле типа ПГ-22). Нормально, когда корпус реле полностью заполнен маслом, верхняя и нижняя чашки тоже заполнены маслом и удерживаются в исходном положении пружинами 6. При понижении уровня масла в корпусе реле вследствие скопления газа в его верхней части, верхняя чашка под воздействием момента, создаваемого весом масла, находящегося в чашке и превышающего момент пружины, поворачивается на оси 3. При этом контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты в цепи предупредительной сигнализации. Аналогично срабатывают сигнальный и отключающий элементы при понижении уровня масла в корпусе реле по другим причинам, например при утечке масла из бака трансформатора (автотрансформатора) или понижении температуры. При этом отключающий элемент, расположенный ниже сигнального, срабатывает при более глубоком понижении уровня масла в реле. При повреждениях внутри бака трансформатора (автотрансформатора), сопровождающихся бурным газообразованием, поток масла и газов, устремляющийся в расширитель через газовое реле, воздействует на лопасть 7 отключающего элемента (нижней чашки).

При этом, колодка поворачивается на оси 3, и контактный мостик 4 замыкает неподвижные контакты в цепи отключения выключателей поврежденного трансформатора (автотрансформатора). Реле Бухгольца устанавливается в соединительной трубе межу баком трансформатора и расширителем. В ходе нормальной работы оно заполнено изоляционной жидкостью. Поплавки в результате вытеснения находятся в наивысшей позиции. Если внутри трансформатора появляются нарушения, то газовые реле реагируют следующим образом:

1. Нарушение: В изоляционной жидкости присутствует свободный газ.

Реакция: Газ в изоляционной жидкости поднимается вверх, собирается в газовом реле и вытесняет изоляционную жидкость. С падении уровня жидкости верхний поплавок опускается. В результате движения поплавка задействуется переключающий контакт. Срабатывает предупредительный сигнал. На нижний поплавок воздействие не оказывается, т.к. начиная с определенного объема газа последний вытекает через трубопровод к расширителю. Нарушение: потери изоляционной жидкости в результате не герметичности Реакция: С падением уровня жидкости нижний поплавок опускается сначала вниз. Срабатывает сигнализация. При продолжающейся потере жидкости расширитель , трубопровод и газовое реле опорожняются. С падением уровня жидкости нижний поплавок опускается. В результате движения поплавка задействуется переключающий контакт, после чего трансформатор отключается. Нарушение: значительное повреждение трансформатораРеакция: Масло приходит в движение, сообщается толчком нижнему поплавку с поперечной пластиной, реагирующей на скорость потока масла.Струйное реле изображено на рис.2. 5.

Рисунок 2.4 - Реле Бухгольца (BF-80)

Нарушение: В результате спонтанного события возникает ударная волна, движущаяся в направлении расширителя.

Реакция: Течение поступает на расположенный в протоке жидкости клапанный затвор. Если скорость течения превышает порог срабатывания клапанного затвора, то он начинает двигаться в сторону течения. В результате этого движения задействуется переключающий контакт и производится выключение трансформатора. Верхняя и нижняя система коммутации в однопоплавковом газовом реле функционально представляют единое целое, так что в случае течения производится немедленное отключение трансформатора от сети.

Рисунок 2. 5 - Струйное реле

2.2 Дифференциальная защита трансформаторов

Дифференциальная защита реагирует на повреждения внутри трансформатора, на его выводах и в соединениях с выключателями. Защита является быстродействующей. Она применяется на параллельно работающих трансформаторах мощностью 4000 кВ·А и выше и на одиночных трансформаторах мощностью 6300 кВ·А и выше. Правильность включения трансформаторов тока проверяется путем снятия векторной диаграммы во вторичных цепях трансформаторов тока (т.е. токов i`<sub>A</sub>, i`_B, i`<sub>C</sub> и i<sub>a</sub>, i<sub>b</sub>, i<sub>с</sub>). При правильном включении токи i`_A и i_a (и соответственно других фаз) почти равны по величине и совпадают по направлению, т.е. имеет место циркуляция вторичных токов по проводам, соединяющим трансформаторы тока.

U/i	UAB	UBC	UCA
ia	60	-20	-40

Рисунок 2.8 – Пример построения векторной диаграммы для тока i_a­­.