Повреждения и Ненормальные режимы работы трансформаторов и автотрансформаторов, Виды защит и требования к ним

ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

а) Виды повреждений трансформаторов и типы защит ¹

Виды повреждений. Основными видами поврежде­ний в трансформаторах и автотрансформаторах являются:

а) замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора и на наружных выводах обмоток;

б) замыкания в обмотках между витками одной фазы (так называемые витковые замыкания);

в) замыкания на землю обмоток или их наружных выводов;

г) повреждение магнитопровода трансформаторов, приводящее
к появлению местного нагрева и «пожару стали».

Опыт показывает, что к.з, иа выводах и витковые замыкания в обмотках трансформаторов происходят наиболее часто.

Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они хотя и не исключены, но маловероятны вследствие большой прочности меж­дуфазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансфор­маторов, замыкания междуоб­мотками фаз практически невозможны.

При витковых замыканиях токи, идущие к месту повреж­дения от источников питания, могут быть небольшими. Так, например, если принять, что в замкнувшихся накоротко витках w_а (рис. 16-1) ток к. з. равен I_kα, то ток повреждения I_k, проходящий от источника питания, можно найти из уравнения баланса н. с. трансфор­матора: I_kw₁ == I_{k а}w_а, откуда

I_k= . Отношение w_а/w₁ < 1, следовательно, ток I_k < I_kα. Чем меньше число замкнувшихся витков w_а, тем меньше будет ток 1_К, приходящий из сети.

В случае замыкания на землю обмотки трансформатора, под­ключенной к сети с малым током замыкания на землю, ток повре­ждения определяется величиной емкостного тока сети. Поэтому защиты трансформатора, предназначенные для действия при витковых замыканиях, а также при замыканиях на землю в об­мотке, работающей на сеть с изолированной нейтралью, должны обладать высокой чувствительностью.

Для ограничения размера разрушения защита от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро. Повреждения, сопровождающиеся большим током к. з. I_k, должны отключаться без выдержки времени с t = 0,05 ÷0,1 с.

Защиты от повреждений. В качестве таких защит применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты. За рубежом применяется довольно простая защита от замыкания на корпус (кожух ) трансформатора.

б) Ненормальные режимы и защита от них

Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформа­торов является появление в них с в е р х т о к о в, т. е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора. Сверхтокив трансформаторе возникают при внешних к. з., качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключения параллельно работающего трансформатора, автоматического под­ключения нагрузки при действии АВР и т. п.

¹ Все изложенное ниже в равной мере относится к трансформаторам и автотрансформаторам. Особенности защиты автотрансформаторов будут оговариваться особо.

Внешние к. з. При внешнем к. з., вызванном повреждением па шинах трансформатора или неотключившимся повреждением на отходящем от шин присоединении, по трансформатору про­ходят токи к. з. I_k > I _ном, которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению транс­форматора. В связи с этим трансформаторы должны иметь защиту от внешних к. з., отключающую трансформатор для прекращения протекающего по нему тока повреждения. Поскольку внешнее к. з. сопровождается понижением напряжения в сети, защита должна действовать с минимальной выдержкой времени, необхо­димой для селективности.

Защита от внешних к. з. осуществляется при по­мощи максимальной токовой защиты, маргинальной защиты с бло­кировкой минимального напряжения, токовой защиты нулевой последовательности и защиты обратной последовательности. В зону действия защиты от внешних к. з., как правило, должны входить шины подстанций (I участок защиты) и все присоединения, отхо­дящие от этих шин (II участок защиты). Защиты от сверхтоков являются также резервными от повреждений в трансформаторе.

Перегрузка. Перегрузки обычно не сопровождаются значитель­ным понижением напряжения в сети. Поэтому требование ко вре­мени действия защиты от перегрузки определяется только нагре­вом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку по току на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах [Л. 100]:

Из таблицы видно, что перегрузку порядка (1,5 ÷2) I _ном можно допускать в течение значительного времени, измеряемого десятками минут. Мощные трансформаторы имеют меньшее t _доп.

Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирую­щиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непро­должительности. Например, перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т. п.). Отключения трансформатора при таких пере­грузках не требуется.

Более длительные перегрузки, вызванные, например, автома­тическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего трансформатора и т. п., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который имеет для этого достаточное время. На подстанциях без дежурного персонала лик­видация длительной перегрузки должна производиться автомати­чески от защиты отключением менее ответственных потребителей или перегрузившегося трансформатора.

Таким образом, защита трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение только в том случае, когда перегрузка не может быть устранена персоналом или автоматически. Во всех остальных случаях защита должна действовать на сигнал или производить автоматическим способом его разгрузку.

Защита от перегрузки выполняется, как правило, реагирующей на ток.

Повышение напряжения. К числу опасных для трансформа­торов ненормальных режимов, возникающих в сетях 500—750 кВ, относится повышение напряжения. Оно возникает при односто­роннем отключении длинных л и н и й с большой емкостной проводимостью или при резонансе, вызванном определенным сочетанием емкости линии и индуктивности шунтирующих реакторов.

Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной ин­дукции в магнитопроводе трансформатора, вследствие чего про­исходит возрастание тока намагничивания и вихревых токов. Эти токи нагревают обмотку и сердечник трансформатора, что может привести к повреждению изоляции обмоток и «пожару железа» сердечника. Чем больше уровень повышения напряжения, тем меньше время t _доп, в течение которого оно допускается.

в) Особенности автотрансформаторов

Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов выполняется однотипно. Однако автотрансформаторы имеют не­которые особенности, которые необходимо учитывать при расчете, а в отдельных случаях и при выполнении их защит.

В результате этого размеры магнитопровода и обмоток автотрансформа­тора меньше, чем у трансформатора равной мощности, а ток намагничивания автотрансформатора при расчете параметров защиты определяется по S _расч.

2. В автотрансформаторе вторичная цепь электрически свявана с первичной, поэтому при замыкании на землю одной фазы в сети высшего напряжения автотрансформатора потенциал (по отношению к земле) неповрежденных фаз в сети среднего напряжения повышается по отношению к земле на величину фазного напряжения сети высшего напряжения (рис. 16-3). Например, напряжение фазы b относительно земли на стороне среднего напряжения U_b3 = _А + _b, фазы сU_СЗ = _А + _C.

Для предупреждения такого повышения напряжений нейтраль автотрансформатора должна обязательно заземляться, как показано на рис. 16-3.

3. Трехфазные силовые автотрансформаторы дополняются третьей обмоткой, соединенной в треугольник (обмотка 3 на рис. 16-3). Эта обмотка служит для компенсации третьих гармоник магнитных потоков, а следовательно, и фазных э. д. с. автотрансформатора.

Дополнительная обмотка 3 имеет магнитную связь с основными обмотками автотрансформатора 1 и 2. Она обычно, выполняется на напряже­нии 6—10—35 кВ и используется для питания потребителей или подключения генераторов и СК. Автотрансформатор с дополнительной обмоткой аналогичен трехобмоточном у трансформатору. При наличии третьей обмотки, в некоторых режимах (см. рис. 16-17, б) ток I _общ равен не разности, а сумме ₁ + _2. Дпя исключения перегрузки общей обмотки (выби­раемой по S _расч), например, в режиме передачи мощности из обмотки 3 только на сторону среднего напряжения номинальная мощность третьей обмотки принимается равной S _расч автотрансформатора.

Дата добавления: 2014-12-23