14. Основные защиты силовых трансформаторов

Основными видами к.з. в силовых трансформаторах являются замыкания между фазами внутри бака и на выводах, витковые замыкания обмоток, замыкания на землю обмоток или их выводов.

В связи с этим должны быть предусмотрены защиты от данных к.з., а также резервные защиты трансформатора, отключающие его при к.з. во внешней сети и отказе защиты элементов внешней сети. На всех трансформаторах устанавливается защита от перегрузки, действующая на сигнал и на отключение, если снять перегрузку невозможно и она превышает допустимые нормы.

В качестве основной защиты трансформаторов от всех видов к.з. внутри бака и на его выводах применяется продольная дифференциальная защита. Трансформаторы тока (ТА) устанавливаются с обеих сторон трансформатора: зона действия охватывает весь трансформатор и его выводы.

Рис. 97 Дифференциальная защита трансформатора

Дифзащита действует на отключение трансформатора со всех сторон без выдержки времени. Дифзащита трансформаторов имеет ряд особенностей, которые рассматри-ваются ниже.

Первичные токи силового трансформатора не равны по величине и не совпадают по фазе. Например, для понижающего трансформатора с соединением обмоток токииразличаются по величине и между ними существует сдвиг по фазе (рис. 97).

Для того, чтобы снизить (см. рис. 97), протекающий по реле в нормальном режиме и при внешнем к.з. в точке К1, необходимо выровнять I' и I" по величине. Это осуществляется с помощью выбора коэффициентов трансформации ТА .

Компенсация фазного сдвига выполняется соединением вторичных обмоток трансформаторов тока в со сторонысилового трансформатора и в- со сторонысилового трансформатора. Тогда один из вторичных токов, подаваемых в реле, разворачивается на 30° иI' и I" протекают по реле в нормальном режиме и в режиме внешнего к.з. под углом 180°. Поясняющие векторные диаграммы приведены на рис. 98. Распределение токов по трансформаторам тока и реле приведено для нормального режима на рис. 99.

Добиться уменьшения до 0 практически невозможно. Величинасказывается на чувствительности защиты, т.к., где;- ток небаланса, протекающий по реле КА (см. рис. 97) при внешнем к.з.

Ток небаланса силовых трансформаторов состоит из нескольких составляющих:

Рис. 98 Векторные диаграммы токов в дифзащите трансформатора:

а) первичные токи трансформатора Т; б) вторичные токи трансформаторов тока; в) токи, подаваемые в реле

Рис. 99 Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле продольной дифференциальной защиты трансформатора

где - ток небаланса, обусловленный погрешностями ТА, он получается большой величины, поскольку ТА, используемые в дифзащите, различны по исполнению (различной марки, имеют различныеn_т); появляется при изменении коэффициента трансформации силового трансформатора под нагрузкой;появляется из-за невозможности точно компенсировать неравенство токовI' и I" (округление числа витков на обмотках реле РНТ, ДЗТ-11 и коэффициентов трансформации регулировочных автотрансформаторов ДЗТ-21).

При расчете дифзащит трансформаторов на реле серии РНТ и ДЗТ-11 снижается величина , поскольку апериодическая слагающая токаотфильтровывается и в реле не попадает.

Ток выбирается из условия отстройки отпри внешнем к.з.:,а также по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора:,k_н = 1,3. За окончательное значение выбирается большее. Схема подключения реле РНТ-565 к трансформаторам тока в защите трансформатора приведен на рис. 100.

По выбранному определяют, а затем рассчитывают число витков, необходимых для установки на обмотках реле РНТ-565, исходя из того, что реле срабатывает при 100 А-витках.

Обмотки реле подключаются к обмоткам ТА таким образом, чтобы в нормальном режиме магнитные потоки, а следовательно, и намагничивающие силы, создаваемые токами высокой, средней и низкой сторон, были уравновешены. Поскольку вторичные токи сторон защищаемого трансформатора сбалансировать абсолютно точно невозможно, выравнивают намагничивающие силы . Для трехобмоточного трансформатора (рис. 100) баланс намагничивающих сил в нормальном режиме записывается следующим образом

.

Рис. 100 Схема включения реле РНТ в дифференциальной защите трехобмоточного трансформатора с односторонним питанием

У трехобмоточного трансформатора для выравнивания намагничивающих сил используют все три обмотки реле. Для двухобмоточного трансформатора можно использовать две обмотки, например, иили и .

Схема выполнения защиты на реле ДЗТ-11 приведена на рис. 101. Тормозная обмотка подключена на сторону СН. Ток определяется по условию отстройки от броска тока намагничивания, затем рассчитывают необходимое для установки число витков. Выборпроизводится исходя из требования недействия защиты при внешних к.з.

Следует отметить, что k_ч для защит с реле ДЗТ-11 получается выше, чем у защит с реле РНТ-565.

Для трансформаторов малой мощности (S<6300 кВА) может быть использована токовая отсечка. Она работает при междуфазных к.з., и в зону ее действия попадает не весь трансформатор. От витковых к.з. в таком случае используется газовая защита.

Газовая защита установлена на всех трансформаторах, она действует при к.з. внутри бака и отключает трансформатор без выдержки времени при сильном выделении газа. При слабом выделении газа газовая защита действует на сигнал.

В качестве резервной защиты от к.з. во внешней сети применяются МТЗ, МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению, фильтровая токовая защита обратной последовательности, реагирующая на несимметричные к.з. На трансформаторах большой мощности и на автотрансформаторах применяется дистанционная защита. Все защиты выполняются таким образом, чтобы в зону их действия попадал трансформатор или автотрансформатор. Схема подключения резервных защит для двухобмоточного трансформатора приведена на рис. 102

В качестве резервной защиты используется МТЗ с пуском по напряжению (реле КА1, КА2, КА3 и реле времени KT)

.

Рис. 101 Схема включения реле ДЗТ в дифференциальной защите трехобмоточного трансформатора с двухсторонним питанием

Рис. 102 Токовые защиты понижающего трансформатора

Напряжение срабатывания защиты рассчитывается также как для аналогичных защит генератора. Время согласуется с временем отходящих от шин низкого напряжения присоединений.

Рис.103 Размещение токовых защит от межфазных к.з. и перегрузок