Релейная защита и автоматика силовых масляных трансформаторов 110 кВ
Силовые масляные трансформаторы – самые дорогостоящие элементы оборудования распределительных подстанций. Трансформаторы рассчитаны на продолжительный срок службы, но при условии, что они будут работать в нормальном режиме, и не будут подвергаться недопустимым токовым перегрузкам, перенапряжениям и другим нежелательным режимам работы.
Для предотвращения повреждения трансформатора, продления его срока службы и обеспечения его работы в нормальном режиме нужны различные устройства защиты и автоматики.
Рассмотрим, какие устройства защиты и автоматики предусмотрены в силовых масляных трансформаторах.
Газовая защита трансформатора
Газовая защита является одной из основных защит трансформатора. Данная защита предназначена для отключения трансформатора 110 кВ от сети в случае возникновения внутренних повреждений в баке силового трансформатора.
Данное защитное устройство устанавливается в маслопроводе, который соединяется бак трансформатора с его расширителем. Основной конструктивный элемент газового реле — поплавок и две пары контактов, которые соединяются при опускании поплавка. При нормальном режиме работы газовое реле заполнено трансформаторным маслом, и поплавок находится в верхнем положении, при этом обе пары контактов разомкнуты.
В случае возникновения межвитковых коротких замыканий обмоток трансформатора, либо в случае так называемого горения стали (нарушения изоляции листов стали магнитопровода) в баке появляются газы, образующиеся при разложении электротехнических материалов под воздействием электрической дуги.
Образующийся газ попадает в газовое реле и вытесняет из него масло. При этом поплавок опускается и замыкает контакты. В зависимости от количества скапливаемого газа могут замыкаться контакты, действующие на сигнал либо на полное отключение трансформатора от сети.
Срабатывание газового реле может быть также по причине значительного снижения уровня масла в баке силового трансформатора, что свидетельствует о полном отсутствии масла в расширителе. То есть данное устройство также выступает в роли защиты от чрезмерного снижения уровня масла в трансформаторе.
Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН). Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство — струйное реле.
Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.
Газовое реле сигнализирует о полном отсутствии масла в расширителе силового трансформатора, но необходимо вовремя обнаружить недопустимое снижение уровня масла — эту функцию выполняет реле уровня масла (РУМ).
Реле уровня масла устанавливается, как правило, в расширителе основного бака трансформатора, а также расширителе бака РПН, Устройство настраивается таким образом, чтобы поплавок — основной конструктивный элемент реле, замыкал контакты реле в случае снижения уровня масла ниже минимально допустимого значения для данного силового трансформатора.
Данное защитное устройство дает сигнал на срабатывание аварийной сигнализации, что позволяет вовремя обнаружить снижение уровня масла.
Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ)
Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ) является основной защитой трансформатора и служит для защиты от коротких замыканий обмоток трансформатора и токопроводов, находящихся в зоне действия данной защиты.
Принцип действия данной защиты основан на сравнении токов нагрузки каждой из обмоток трансформатора. В нормальном режиме на выходе реле дифференциальной защиты отсутствует ток небаланса. В случае возникновения двух или трехфазного короткого замыкания возникает ток небаланса – дифференциальный ток и реле действует на полное отключение трансформатора от сети.
Зона действия данной защиты — трансформаторы тока каждой из сторон напряжения силового трансформатора. Например, в трехобмоточном трансформаторе 110/35/10 кВ зона действия защиты помимо самого трансформатора включается в себя ошиновку (кабель), которая идет от вводов трансформатора до трансформаторов тока 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ.
Токовая ступенчатая защита трансформаторов
Для большей надежности помимо основных защит для силового трансформатора предусматривается резервная защита – ступенчатая токовая защита каждой из обмоток.
Для каждой из обмоток трансформатора предусматривается отдельная максимально токовая защита (МТЗ) на несколько ступеней. Для каждой ступени защиты устанавливается своя уставка срабатывания по току и времени срабатывания.
Если трансформатор питает нагрузки потребителей с большими пусковыми токами, то для предотвращения ложных срабатываний максимальная токовая защита имеет так называемую вольтметровую блокировку – блокировку защиты по напряжению.
Для селективности работы защит трансформатора каждая из ступеней защиты имеет разное время срабатывания, при этом наименьшее время срабатывания имеют вышерассмотренные основные защиты трансформатора. Таким образом, в случае повреждения трансформатора или возникновения короткого замыкания в зоне действия защит сразу срабатывают основные защиты, а в случае их отказа или выведенного состояния защиту трансформатора осуществляют резервные токовые защиты.
Также МТЗ силового трансформатора резервируют защиты отходящих присоединений, питающихся от данного трансформатора, срабатывая в случае их отказа.
МТЗ осуществляет защиту от двух- и трехфазных коротких замыканий. Для защиты от однофазных замыканий на землю обмотка высокого напряжения 110 кВ имеет токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).
Обмотка среднего напряжения силового трансформатора 35 кВ и низкого напряжения 6-10 кВ питает сети с изолированной нейтралью, в которых однофазные замыкания на землю фиксируют трансформаторы напряжения.
Большинство сетей 6-35 кВ с изолированной нейтралью работают в режиме, при котором однофазное замыкание на землю не считает аварийным и соответственно не отключается автоматически действием защиты от замыкания на землю. Обслуживающему персоналу поступает сигнал о наличии однофазного замыкания на землю, и он приступает к поиску и отключению от сети поврежденного участка, так как продолжительное время работы в таком режиме недопустимо.
Исключение составляют случаи, когда отключение однофазных замыканий в сетях необходимо по требованиям безопасности. В таком случае защита от замыканий на землю может работать на полное отключение трансформатора либо обесточивание одной из его обмоток.
Защита трансформатора от перенапряжений
Для защиты трансформатора от перенапряжения на ошиновке с каждой стороны трансформатора устанавливают разрядники или ограничители напряжения (ОПН).
Если трансформатор работает в режиме разземленной нейтрали по стороне высокого напряжения 110 кВ, то нейтраль соединяется с заземлением через разрядник или ОПН для того, чтобы защитить обмотку от повреждения в случае превышения напряжения выше допустимых значений при авариях в питающей сети.
Дополнительные защиты трансформатора
Для защиты силового трансформатора предусматривают ряд дополнительных защит, позволяющих исключить развитие незначительных дефектов, отклонений от нормального режима работы в более масштабную аварийную ситуацию.
Защита от перегрузки – действует на сигнал с целью своевременного снижения нагрузки на трансформаторе.
Реле контроля температуры сигнализирует о повышении температуры верхних слоев масла выше установленных (допустимых) значений. Данная защита автоматически включает дополнительные системы охлаждения трансформатора, если таковые имеются. Например, включаются вентиляторы обдува, насосы принудительной циркуляции масла в охладителях. Если температура масла поднимается еще выше, то реле действует на отключение трансформатора от сети.
Защита минимального напряжения осуществляет отключение выключателя вторичной обмотки трансформатора в случае падения напряжения до недопустимых величин.
Автоматика силовых трансформаторов 110 кВ
Если на подстанции работает два трансформатора, то при падении напряжения до недопустимых величин, либо при обесточивании трансформатора защита минимального напряжения воздействует на устройство автоматического включения резерва (АВР). Данное устройство осуществляет включение секционных или шиносоединительных выключателей, обеспечивая питание потребителей от резервного источника питания – силового трансформатора.
На вводных выключателях среднего и низкого напряжения трансформатора может быть реализовано автоматическое повторное включение выключателя (АПВ), одноразово восстанавливающее питание трансформатора в случае его отключения действием той или иной защиты.
Если силовой трансформатор конструктивно имеет устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН), то для него может быть установлено устройство автоматической регулировки напряжения (АРН). Данное устройство осуществляет контроль напряжения на обмотках трансформатора и обеспечивает автоматическое переключение устройства РПН для обеспечения требуемого уровня напряжения на обмотках.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Схема и принцип работы РПН трансформатора
В трансформаторах и автотрансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) применена схема и система контактов, которая позволяет переключать число витков обмотки без разрыва электрической цепи.
Регулирование напряжения в трансформаторах под нагрузкой производится на стороне высшего напряжения в пределах ±10% от номинального напряжения восемью ступенями по 2,5%, т. е. в диапазоне ±4х2,5%.
При РПН переход с одного ответвления обмотки на другое без разрыва тока в питающей сети возможен благодаря применению системы двух параллельных переключающих ответвлений (П1 и П2), замкнутых на токоограничивающий реактор Р, средняя точка которого включена в обмотку трансформатора. Реактор представляет собой трехфазную индуктивную катушку со стальным сердечником, имеющим зазоры. Он устанавливается внутри бака трансформатора на верхних или нижних консолях ярма.
На рис. 1 показана принципиальная схема встроенного РПН для обмоток высшего напряжения 35 кВ для одной фазы трансформатора. Схема для обмоток 110 кВ отличается тем, что регулировочные катушки находятся не в середине обмотки, а в нейтрали и звезда образуется соединением средних точек реакторов трех фаз.
Рис. 1. Кольцевой контакт: а — рабочее положение, б — промежуточное положение, 1 — контактное кольцо, 2 — спиральная ленточная пружина, 3 — ось пружины, 4 — коленчатый вал, 5 — контактный стержень
Следует отметить, что встроенное регулирование напряжения под нагрузкой в автотрансформаторах осуществляется в средней части обмоток, а не со стороны нейтрали.
На рис. 2 показана последовательность переключения о одного ответвления на другое (с контакта А6 на контакт А7) без разрыва питающей сети.
Работа РПН трансформатора
Вначале размыкается контактор К2, затем обесточенная ветвь переключателем П2 переводится на контакт А7. После этого вновь включается контактор К2, в результате чего переключающая секция, через контакты А6 и А7 теперь оказывается замкнутой на себя. Для ограничения тока в этой секции и служит реактор Р. Затем размыкается контактор K1 верхней параллельной ветви и обесточенный переключатель П1 тоже переводится на контакт А7. После этого включается контактор K1 и процесс переключения одной ступени заканчивается.
Три сдвоенных переключателя П1 — П6 помещаются внутри бака трансформатора, так как они работают без тока. Контакторы K1 — К6 помещаются в отдельном баке с маслом, укрепленном на боковой стенке бака трансформатора. Каждая группа из трех переключателей и контакторов приводится в действие одновременно при помощи одного общего вала. Переключение производится одновременно на трех фазах.
Необходимая последовательность работы контактора и переключателей достигается соответственной установкой кулачковой шайбы.
Рис. 2. Схема и работа встроенного регулирования под нагрузкой (РПН): а — принципиальная схема, б — схема соединений, П1, П2 — переключатели, K1, К2 — контакторы, Р — реакторы, А — А11 — ответвления от регулировочных катушек
Устройства РПН снабжают приводным механизмом, который приводится в действие электродвигателями постоянного или переменного тока.
Переключение ступеней РПН производится дистанционно со щита управления, а также может производиться автоматически под действием реле напряжения. Кроме того, предусматривается возможность ручного управления при помощи рычажной рукоятки в случае неисправности моторного привода или отсутствия электропитания.
При работе переключающего устройства от моторного привода одно полное переключение на соседнюю ступень продолжается около 3 секунд.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Устройство и обслуживание РПН трансформаторов
Устройства регулирования напряжения трансформаторов (ПБВ и РПН)
При регулировании напряжения переключением ответвлений обмоток трансформаторов изменяют их коэффициенты трансформации
где WBH И WНH — числа включенных в работу витков обмоток ВН и НН соответственно.
Это позволяет поддерживать на шинах НН (СН) подстанций напряжение, близкое к номинальному, когда первичное напряжение отклоняется по тем или иным причинам от номинального.
Переключают ответвления на отключенных от сети трансформаторах устройствами ПБВ (переключение без возбуждения ) или на работающих трансформаторах под нагрузкой устройствами РПН (регулирование под нагрузкой) .
Устройствами ПБВ снабжаются почти все трансформаторы. Они позволяют изменять коэффициент трансформации ступенями в пределах ±5% номинального напряжения. Применяются ручные трехфазные и однофазные переключатели.
Трансформаторы с РПН имеют большее число регулировочных ступеней и более широкий диапазон регулирования (до ±16 %), чем у трансформаторов с ПБВ. Применяемые схемы регулирования напряжения на трансформаторах показаны на рис. 1. Часть обмотки ВН с ответвлениями называется регулировочной обмоткой.
Рис. 1. Схема регулирования на трансформаторах без реверсирования (а) и с реверсированием (б) регулировочной обмотки: 1, 2 — первичная и вторичная обмотки соответственно, 3 — регулировочная обмотка, 4 — переключающее устройство, 5 — реверсор
Расширение регулировочного диапазона без увеличения числа отводов достигается применением схем с реверсированием (рис. 1,б). Переключатель — реверсор 5 позволяет присоединять регулировочную обмотку 3 к основной 1 согласно или встречно, благодаря чему диапазон регулирования удваивается. У трансформаторов устройства РПН обычно включаются со стороны нейтрали, что позволяет выполнять их с пониженной на класс напряжения изоляцией.
Регулирование напряжения автотрансформаторов, осуществляемое на стороне СН или ВН, показано на рис. 2. Устройства РПН в этих случаях изолируются на полное напряжение вывода, со стороны которого оно установлено.
Устройства РПН состоят из следующих основных частей: контактора, размыкающего и замыкающего цепь рабочего тока в процессе коммутации, избирателя, контакты которого размыкают и замыкают электрическую цепь без тока, приводного механизма, токоограничивающего реактора или резистора.
Рис. 2. Схема регулирования на автотрансформаторах: а — на стороне ВН, б — на стороне СН
Последовательность работы устройств РПН с реактором (серий РНО, РНТ) и с резистором (серий РНОА, РНТА) показана на рис. 3. Необходимая очередность в работе контакторов и избирателей обеспечивается приводным механизмом с реверсивным пускателем.
В устройстве РПН с реактором реактор рассчитан на длительное прохождение номинального тока. В нормальном режиме через реактор проходит только ток нагрузки. В процессе переключения ответвлений, когда часть регулировочной обмотки оказывается замкнутой реактором (рис. 3,г), он ограничивает до приемлемых значений ток I, проходящий в замкнутом контуре.
Рис. 3. Последовательность работы переключающих устройств РПН с реактором (а—ж) и резистором (з—н): К1—К4 — контакторы, РО — регулировочная обмотка, Р — реактор, R1 и R2 — резисторы, П — переключатели (избиратели)
Реактор и избиратель, на контактах которого дуги не возникает, обычно размещают в баке трансформатора, а контактор помещают в отдельном масляном баке, чтобы не допускать разложения электрической дугой масла, находящегося в трансформаторе.
Действие переключающих устройств РПН с резистором во многом сходно с работой РПН с реактором. Отличие состоит в том, что в нормальном режиме работы резисторы зашунтированы или отключены и ток по ним не проходит, а в процессе коммутации ток проходит в течение сотых долей секунды.
Резисторы не рассчитаны на длительную работу под током, поэтому переключение контактов происходит быстро под действием мощных пружин. Резисторы имеют небольшие размеры и являются, как правило, конструктивной частью контактора.
Устройства РПН приводятся в действие дистанционно со щита управления и автоматически от устройств регулирования напряжения. Предусмотрено переключение приводного механизма с помощью кнопки, расположенной в шкафу привода (местное управление), а также с помощью рукоятки. Переключение РПН рукояткой под напряжением не рекомендуется выполнять оперативному персоналу.
Один цикл работы РПН разных типов происходит за время от 3 до 10 с. Процесс переключения сигнализируется красной лампой, которая загорается в момент подачи импульса и продолжает гореть все время, пока механизм не закончит весь цикл переключения с одной ступени на другую. Независимо от длительности одного импульса на пуск устройства РПН имеют блокировку, разрешающую переход избирателя только на одну ступень. По окончании движения переключающего механизма заканчивают перемещение дистанционные указатели положения, показывая номер ступени, на которой остановился переключатель.
Для автоматического управления устройства РПН снабжаются блоками автоматического регулирования коэффициента трансформации (АРКТ) . Структурная схема автоматического регулятора напряжения показана на рис. 4.
Регулируемое напряжение подается на зажимы блока АРКТ от трансформатора напряжения. Кроме того, устройством токовой компенсации ТК учитывается еще падение напряжения от тока нагрузки. На выходе блока АРКТ исполнительный орган И управляет работой приводного механизма РПН. Схемы автоматических регуляторов напряжения весьма разнообразны, но все они, как правило, содержат основные элементы, указанные на рис. 4.
Рис. 4. Структурная схема автоматического регулятора напряжения: 1 — регулируемый трансформатор, 2 — трансформатор тока, 3 — трансформатор напряжения, ТК — устройство токовой компенсации, ИО — измерительный орган, У — орган усиления, В — орган выдержки времени, И — исполнительный орган, ИП — источник питания, ПМ — приводной механизм
Обслуживание устройств регулирования напряжения
Перестановка переключателей ПБВ с одной ступени на другую в эксплуатации производится редко — 2—3 раза в год (это так называемое сезонное регулирование напряжения). При длительной работе без переключения контактные стержни и кольца переключателей барабанного типа покрываются пленкой окиси.
Чтобы разрушить эту пленку и создать хороший контакт, рекомендуется при каждом переводе переключателя предварительно прокручивать его (не менее 5—10 раз) из одного крайнего положения в другое.
При пофазном переводе переключателей следует проверять их одинаковое положение. Приводы переключателей после перевода фиксируются стопорными болтами.
Устройства РПН должны постоянно находиться в работе с включенными автоматическими регуляторами напряжения. При осмотрах РПН сверяют показания указателей положения переключателей на щите управления и на приводах РПН, так как по ряду причин возможно рассогласование сельсина-датчика и сельсина-приемника, являющихся приводами для указателей положения. Проверяют также одинаковое положение переключателей РПН всех параллельно работающих трансформаторов и отдельных фаз при пофазном управлении.
Наличие масла в баке контактора проверяется по маслоуказателю. Уровень масла следует поддерживать в допустимых пределах. При пониженном уровне масла время горения дуги на контактах может быть недопустимо большим, что опасно для переключающего устройства и трансформатора. Отклонение от нормальной отметки уровня масла обычно наблюдается при нарушении уплотнений отдельных узлов масляной системы.
Нормальная работа контакторов гарантируется при температуре масла не ниже —20 °С. При более низкой температуре масло сильно густеет и контактор испытывает значительные механические нагрузки, которые могут привести к его поломке. Кроме того, возможно повреждение резисторов из-за увеличения времени переключения и более длительного пребывания их под током. Чтобы избежать указанных повреждений, при понижении температуры окружающего воздуха до —15 °С должна включаться система автоматического обогрева бака контакторов.
Приводные механизмы РПН являются наиболее ответственными и в то же время наименее надежными узлами этих устройств. Их необходимо предохранять от попадания пыли, влаги, трансформаторного масла. Дверца шкафа приводного механизма должна быть уплотнена и надежно закрыта.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
