Газовая защита трансформаторов

КРАТКАЯ ОЦЕНКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Основное преимущество дифференциальных защит трансфор­маторов состоит в том, что они обеспечивают быстрое и селектив­ное отключение повреждений как в самом трансформаторе, так и на его выводах и в токоведущих частях к его выключателям.

Основным видом защиты следует считать защиту с простым реле, включаемым через БНТ.

На маломощных трансформаторах можно для упрощения при­менять дифференциальные отсечки (без БНТ).

На трансформаторах с регулировкой под нагрузкой и трехобмоточных трансформаторах с двух- и трехсторонним питанием защиты простые реле с БНТ должны загрубляться до (2 ÷ 3) I _ном.

При необходимости повысить чувствительность защиты надлежит применять тормозные реле с БНТ (типа ДЗТ).

а) Принцип действия и устройство газового реле

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 иобразованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высо­кой частью трансформатора (рис. 16-37) 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 и движение масла в сторону расширителя могут служить призна­ком повреждения внутри трансформатора. Эти признаки исполь­зуются для выполнения специальной защиты при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и движение масла. Газовое реле 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.

Конструкции газовых реле имеют три разно­видности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов. Первоначально применялись реле с реагирующим эле­ментом в виде поплавка, затем появились реле, у которых реа­гирующим элементом служит лопасть, в последнее время при­меняются реле с реагирующим элементом, имеющим вид чашки.

Устройство поплавкового газового реле показано на рис. 16-38. Реле состоит из чугунного кожуха 1, имеющего вид тройного патрубка с фланцами для соединения с трубой к. расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка 2а и 26, выполненные в виде тонкостенных полых цилиндров, гер­метически запаянных и плавающих в масле. Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной на стойке. На торце поплавков располагаются ртутные контакты 3, представляющие собой стеклянные колбочки с впаянными в нее контактами и ртутью внутри.

При определенном положении поплавков ртуть замыкает кон­такты. Выводы от контактов на наружную сторону кожуха вы­полнены с помощью гибких и изолированных проводников, ко­торые не должны ограничивать свободного вращения поплавков. Контакты верхнего поплавка дей­ствуют на сигнал, а нижнего — на отключение трансформатора. Верх­ний поплавок находится в верхней части кожуха реле, нижний распо­лагается на уровне соединительной трубы к расширителю так, чтобы по­ток масла мог воздействовать на него.

Принцип действия реле. Кожух реле находится ниже уровня масла врасширителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стремясь всплыть, занимают самое верхнее положение, возможное по условиям их крепления на оси. При этом по­ложении поплавков контакты реле разомкнуты.

При небольших повреждениях образование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками подни­мается к расширителю трансформатора. Проходя через реле, пузырьки газа заполняют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время, зависящее от интенсивности газообразования, поплавок достигает такого положения, при ко­тором его контакт замыкается.

Если повреждение трансформатора зна­чительное, то под влиянием давления, создаваемого бурно образующимися газами, масло приходит в движение, сообщая толчок нижнему поплавку. Под его воздействием поплавок мгно­венно замыкает свои контакты, посылая импульс на отключение. Движение масла может носить толчкообразный характер, поэтому контакты нижнего поплавка замыкаются кратковременно. Чтобы обеспечить продолжительность импульса, достаточную для отклю­чения выключателя, применяется особая схема, обеспечивающая самоудержание выходного промежуточного реле П₁ на время, достаточное для отключения выключателей. Подобная схема при­ведена на рис. 16-39. Газовое реле подает кратковременный ток в шунтовую обмотку 1 промежуточного реле П₁, последнее срабатывает и удерживается последовательно включенными катушками 2 и 3 до отключения выключателей.

Из рассмотренного принципа действия газового реле следует, что оно способно различать степень повреждения в трансформа­торе. При малых повреждениях оно дает сигнал, при боль­ших — производит отключение. Сигнализация о небольших по­вреждениях вместо отключения позволяет дежурному персоналу перевести нагрузку на другой источник питания и отключить после этого трансформатор без ущерба для потребителей.

Газовая защита реагирует также на понижение уровня масла в трансформаторе. В этом случае первым сработает сигнальный контакт, а затем при продол­жающемся снижении уровня масла срабатывает отключаю­щий контакт, выключая транс­форматор. Действие последнего полезно в случае быстрой утеч­ки масла, угрожающей пониже­нием уровня масла ниже об­мотки трансформатора до того, как дежурный успеет принять меры к разгрузке и отключе­нию трансформатора, а также на автоматизированных под­станциях, не имеющих дежур­ных.

Отечественная промышлен­ность ранее выпускала реле ПГ-22, РГЗ-22 и ПГЗ-61, выполненные на описанном выше принципе с реагирующим органом в виде цилиндрических по­плавков. Реле ПГЗ-61 отличается конструкцией ртутных контак­тов, в меньшей степени реагирующей на вибрацию трансформа­тора и толчки масла при внешних к. з.

Лопастные реле (рис. 16-40, а). Сигнальный элемент этого реле выполнен в виде поплавка, как и у реле на рис. 16-38. Нижний отключающий элемент выполняется в виде поворотной лопасти (пластины) 1 или состоит из поплавка и лопасти. При движении масла или потока газов лопасть поворачивается на некоторый угол под воздействием силы, создаваемой движущимся потоком; при этом связанные с лопастью ртутные контакты 9 замыкаются, подавая импульс на отключение. Изменяя начальный угол наклона лопасти 1, регулируют чувствительность реле, т. е. изменяют скорость движения масла, при которой срабатывает лопасть реле. В реле, у которых нижний элемент состоит из лопасти и поплавка, последний предназначен для работы при снижении уровня масла. В конструкции на рис. 16-40, а нижнего поплавка нет. В этом реле на понижение уровня масла реагирует только сигнальный элемент. При таком исполнении исключается ложное дей­ствие отключающего элемента реле из-за нарушения герметично­сти поплавка и попадания в него масла, но при этом ухудшаются защитные свойства реле. Лопастные реле распространены за гра­ницей. Реле, показанное на рис. 16-40, а, разработано в Горэнерго.

замыкание контактов противодействуют пружины 8 и 9, тянущие чашки вверх. Для ограничения движения чашек под действием пружины предусмотрены упоры 10 и 11. На нижней чашке 2 имеется лопасть 12, вращающаяся на оси. Если в кожухе реле и в чашках нет масла, то момент пружины М _ппреодолевает рабочий момент М_раб, создаваемый весом корпуса чашки. В этом случае М_П > М_раб и контакты обоих элементов разомкнуты. Если кожух реле, а следовательно, и чашки заполнены мас­лом, то за счет потери веса тела, погруженного в жидкость, М_раб уменьшается и момент пружин М _пеще более превосходит М_раб. При понижении уровня масла момент М_раб увеличивается за счет веса находящегося в чашке масла, суммарная сила веса чашки и масла F_ч + F_мпреодолевает противодействие пружины (М_раб > М _п ), чашка опускается и замыкает свои кон такты. При бурном газообразовании под действием силы, созданной потоком масла или газов, лопасть 12 поворачивается и за­мыкает контакты 4 — 7.

Чашечные реле не имеют недостатка, присущего поплавковой конструкции, действующей ложно при нарушении герметичности поплавков. Реле работает при понижении уровня масла, имеет удобную регулировку чувствительности и в меньшей степени, чем реле со ртутными контактами, реагирует на вибрацию корпуса трансформатора. Завод ЗТЗ выпускает реле с чашечковыми эле­ментами типа РГЧЗ-66. Чувствительность нижнего элемента (ло­пасти) регулируется в пределах от 0,6 до 1,2 м/с. Время действия реле при работе лопасти колеблется от 0,5 до 0,05 с в зависимости от скорости движения масла.

б) Особенности газовой защиты

По своему принципу действия газовая защита может работать не только при повреждениях и опасных ненормальных режимах, но и при появлении в кожухе трансформатора воздуха, при толчках (движении) масла, вызванных любой при­чиной, и механических сотрясениях, имеющих место вследствие вибрации корпуса трансформатора. Воздух по­падает в кожух трансформатора при доливке масла, ремонте транс­форматора с перезаливкой масла и т. п. В дальнейшем при вклю­чении трансформатора под нагрузку температура масла начинает повышаться, находящийся в масле воздух прогревается и подни­мается к расширителю. Попадая в реле, воздух может вызвать срабатывание верхнего (сигнального) контакта, а при быстром движении — нижнего, который неправильно отключит трансфор­матор.

Для предупреждения неправильного отключения трансформа­тора отключающая цепь защиты после доливки масла или включе­ния нового трансформатора переводится на сигнал (на 2—3 суток) до тех пор, пока не прекратится выделение воздуха, отмечаемое по работе защиты на сигнал.

Толчки масла, не связанные с повреждением трансфор­матора, могут возникать при внешних коротких замыканиях, например, от смещения обмоток вследствие динамических усилий; при пуске и остановке насосов, обеспечивающих циркуляцию масла (у трансформаторов с искусственным охлаждением масла), и по ряду других причин.

Неправильная работа нижнего поплавка реле от толчков масла, но связанных с повреждением трансформатора, может быть устра­нена его загрублением.

Опыт эксплуатации защиты и ее исследования, проведенные ОРГРЭС и рядом энергосистем, показывают, что неправильная работа защиты от толчков масла наблюдалась на реле, реагирую­щих на движение масла со скоростью 20—15 см/с. Более грубые реле, реагирующие на скорость 50 см/с и выше, как правило, ложно не работают.

В настоящее время принято регулировать чувствительность нижнего поплавка на скорость 50—160 см/с.

На трансформаторах и автотрансформаторах большой мощно­сти (240—400 МВ·А) наблюдается повышенная вибрация кор­пуса. Реле ПГ-22 и РГЗ-22 недостаточно виброустойчивы и, как показал опыт эксплуатации, работают ненадежно на трансформа­торах с повышенной вибрацией.

В процессе эксплуатации необходимо следить за герметично­стью баллончиков у реле поплавкового типа. При ее нарушении масло попадает внутрь поплавка, он теряет плавучесть и опускается, замыкая контакты. Такие дефекты наблюдались в эксплуа­тации; в связи с этим у вновь включаемых реле и периодически у реле, находящихся в эксплуатации, герметичность баллончиков проверяется помещением их в нагретое масло при избыточном давлении (0,5—1 кгс/см²).

в) Требования к монтажу защиты

На трансформаторах, снабженных газовым реле, бак (кожух) трансформатора должен устанавливаться наклонно, так чтобы край трансформатора, связанный с расширителем, и сама труба к рас­ширителю имели подъем на 1,5—2% (рис. 16-36). Этим обеспечива­ется беспрепятственный проход газов в расширитель при повреж­дениях и предотвращается возможность скопления пузырьков воз­духа под крышкой кожуха трансформатора, которое может повлечь за собой ложное действие защиты.

Особое внимание должно обращаться на разделку кабеля, от­ходящего от выводов реле. Опыт показывает, что в разделку кабеля газовой защиты может попадать масло из трансформатора. Оно разъедает резиновую изоляцию жил кабеля, что приводит к замы­канию между ними и неправильному отключению трансформатора. Поэтому вывод из газового реле можно выполнять только кабелем с бумажной изоляцией (КСБ или КСГ).

На открытых подстанциях следует обеспечить надежную за­щиту выводов на крышке газовых реле от попадания на них влаги.

г) Оценка газовой защиты

Основными достоинствами газовой защиты являются: простота ее устройства, высокая чувствительность, малое время действия при значительных повреждениях, действие на сигнал или отклю­чение в зависимости от размеров повреждения.

Газовая защита является наиболее чувствительной защитой трансформатора от повреждений его обмоток и особенно при витковых замыканиях, на которые дифференциальная защита реаги­рует только при замыкании большого числа витков_, а максимальная защита и отсечка не реагируют совсем. В настоящее время все трансформаторы мощностью 1000 кВ·А и выше поставляются вместе с газовой защитой.

Газовая защита не действует при повреждениях на выводах трансформатора и должна выводиться из действия, когда имеется опасность выделения воздуха в кожухе трансформатора (т. е. после доливки масла, ремонта трансформатора и включения его вновь). По этим причинам газовая защита должна дополняться второй защитой от внутренних повреждений. Для маломощных трансфор­маторов такой защитой служат максимальная защита и токовая отсечка. Для мощных трансформаторов применяется более совер­шенная дифференциальная защита.

Газовая защита не только применяется для защиты трансфор­маторов и автотрансформаторов, но также считается обязательной на маслонаполненных реакторах и дугогасящих катушках.

Дата добавления: 2014-12-23