Релейная защита

Опасным внутренним повреждением является также «пожар стали» магнитопровода, который возникает при нарушении изоляции между листами магнитопровода, что ведёт к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи. Потери вызывают местный нагрев стали, ведущий к дальнейшему нарушению изоляции. Защиты, основанные на использование электрических величин, на этот вид повреждения, тоже не реагируют, поэтому возникает необходимость в применения специальной защиты от витковых замыканий и от «пожара стали».  Для маслонаполненных трансформаторов такой защитой является газовая, основанная на использовании явлений газообразования. Образование газа является следствием разложения масла и других изолирующих материалов под действием электрической дуги при витковых замыканиях или недопустимого нагрева при «пожаре стали». Электрическая дуга возникает и при многофазных коротких замыканиях в обмотках. Поэтому газовая защита является универсальной защитой от всех внутренних повреждений трансформатора.

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформатора появляются большие токи (сверхтоки). Особенно опасны токи, проходящие при  внешних коротких замыканиях; эти  токи могут значительно превышать  номинальный ток трансформатора. В случае длительного прохождения  тока возможны интенсивный нагрев изоляции обмоток и её повреждения. Вместе с этим при коротком замыкании  понижается напряжение сети Поэтому на трансформаторе должна предусматриваться защита, отключающая его при появлении сверхтоков.

Перегрузка трансформаторов  не влияет на работу системы электроснабжения в целом, так как она обычно не сопровождается снижением напряжения. Кроме того, сверхтоки перегрузки относительно не велики и их прохождение  допустимо в течении некоторого времени, так согласно нормам трансформатор можно перегрузить до 60% в течении 45 минут с учетом, того что в последующий период времени он будет недогружен. Поэтому защита трансформатора от перегрузки выполняется с действием на сигнал.

 

 

7.1. Газовая  защита.

Газовая защита, как указывалось  выше,  основана на использовании  явления газообразования в баке трансформатора. Интенсивность газообразования  зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность  выполнить газовую защиту, способную  различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать  на сигнал или отключение. Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем (рис. 4 а). Более совершенно реле РГЧЗ-66 с чашкообразными элементами 1 и 2 (рис. 4 б).

 

Рис.4. Газовое реле защиты трансформатора.

Элементы выполнены в  виде плоскодонных алюминиевых чашек, вращающихся вместе с подвижными контактами 4 вокруг осей 3 (рис. 4 б);. Эти контакты замыкаются с неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами 6 в положении, указанном на рисунке. Система отрегулирована так, что масса чашки с маслом является достаточной для преодоления силы пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. 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. Лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если скорость движения масла и газов достигает определенного значения, установленного на реле. Предусмотрены три уставки отключающего элементы по скорости потока масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с. При этом время срабатывания реле составляет t=0,05 ... 0,5 с.

Монтаж газовой защиты связан с выполнением некоторых  специфических требований: для беспрепятственного прохода газов в расширитель  должен быть небольшой подъем (1,0 — 1,5% у крышки трансформатора и 2 — 4% у  маслопровода) от крышки к расширителю (рис. 4 а); нижний конец маслопровода, входящий внутрь трансформатора, должен заделываться с внутренней поверхности крышки, а нижний конец выхлопной трубы — вдаваться внутрь трансформатора; контрольный кабель, используемый для соединения газового реле с панелью защиты или промежуточной сборкой зажимов, должен иметь бумажную, а не резиновую изоляцию, так как резина разрушается под действием масла; действие газовой защиты на отключение необходимо выполнить с самоудерживанием, чтобы обеспечить отключение трансформатора в случае кратковременного замыкания или вибрации нижнего контакта газового реле, обусловленных толчками потока масла при бурном газообразовании.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; сравнительно небольшое время срабатывания; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых — нереагирование ее на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателями. Защита может подействовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, что может быть, 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 всех трансформаторов мощностью  более 6,3МВА.

 

V.          Дифференциальная защита силового трансформатора

Расчет дифференциальной токовой защиты, выполненной с  реле серии ДЗТ.

 

  Определяем значения  первичных и вторичных токов

 

Наименование величины	Расчётная формула	Числовые значения для  сторон
		110 кВ	35 кВ	6 кВ
Первичный номинальный ток, А
Коэффициент трансформации  ТТ.
Схема соединения обмоток  ТТ, коэффициент схемы.		∆	∆	Y
Вторичные номинальные токи в плечах защиты, А

 

 

1	Ток срабатывания защиты
2	Ток срабатывания реле на неосновной стороне
3	Число витков обмотки НТТ  реле для неосновной стороны расчетное  принятое		вит. 19 вит.
4	Соответствующий ток в  реле, приведенный к неосновной стороне. При Wнеосн = 19 вит.
5	Ток срабатывания защиты (при  )
6	Расчетное число витков обмотки  НТТ реле для основных сторон, принятое
7	Первичный расчетный ток  небаланса с учетом IIIIнб для определения витков тормозной обмотки
8	Расчетное число витков тормозной  обмотки
9	Принятое число витков тормозной обмотки
10	Ток в реле в минимальном  режиме работы системы
11	Чувствительность защиты при 2-х фазных К.З. в зоне действия защиты

 

Направление токов при  двухфазном коротком замыкании.

Токи в трансформаторах  тока:

Фаза A:

Фаза B:

Фаза C:

В реле включённое в фазу A будет протекать ток:

 

В реле, включённое в фазу B будет протекать ток:

В реле, включённое в фазу C будет протекать ток:

           

 

 

VI.          Максимальная токовая защита.

 

Выбор уставок максимальной токовой защиты свидится к определению тока срабатывания и времени срабатывания.

МТЗ, установленная со стороны питания трансформатора имеет две выдержки времени. С меньшей выдержкой времени действует на отключение выключателя, установленного со стороны низшего напряжения с большой выдержкой времени действует на коммутационный аппарат, установленный со стороны высокого напряжения. Кроме того, устанавливается МТЗ со стороны низкого напряжения, действующая на отключение выключателя с низкой стороны.

 

Ток срабатывания МТЗ выбирается с учетом того, что в некоторых  режимах трансформатор может  быть загружен до 1,3∙I_1ном (при выведенном в ремонт втором трансформаторе).

,

где – коэффициент надежности;

, - коэффициент самозапуска;

- коэффициент возврата реле;

- номинальный рабочий ток.

Второе условие выбора тока срабатывания защиты: отстройка  от дополнительной нагрузки при срабатывании АВР, считая, что каждый трансформатор  загружен на 70%.

Найдем ток срабатывания защиты на стороне 110 кВ.

Выбираем ток:

Найдем ток срабатывания защиты на стороне 35,8 кВ.

Выбираем ток:

 

Найдем ток срабатывания защиты на стороне 11 кВ.

Выбираем ток:

 

Чувствительность защиты проверяется при раздельной работе трансформаторов при двухфазном коротком замыкании за трансформатором  в минимальном режиме работы системы. Если коэффициент чувствительности МТЗ выполняется с комбинированным пуском по напряжению.

Найдем коэффициент чувствительности на стороне 110 кВ.

, то есть  - защита нечувствительна.

Выбираем МТЗ и блокировкой  по напряжению.

Ксзп =1

Найдем коэффициент чувствительности на стороне 35кВ.

, то есть  - защита чувствительна

 Найдем коэффициент  чувствительности на стороне  6 кВ.

, то есть  - защита чувствительна

 Ток срабатывания реле: