Повреждения и ненормальные режимы работы трансформаторов. Виды защиты и требования к ним

ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Оценка токовых направленных защит

Токовые направленные защиты являются основными защитами сетей напряжением до 35 кВ с двусторонним питанием. В сетях 110, 220 кВ ТНЗ применяются в основном как резервные, лишь иногда (в сочетании с отсечкой) как основные.

Достоинства

1. Обеспечивают селективную защиту сетей с двусторонним питанием.

2. Простой принцип действия.

3. Надежна в эксплуатации.

Недостатки

1. Большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания.

2. Недостаточная чувствительность в сетях с большими нагрузками и небольшими кратностями токов КЗ.

3. Мертвая зона при трехфазных КЗ.

4. Возможность неправильного выбора направления при нарушении цепей напряжения, питающих реле направления мощности.

Литература

1. Электротехнический справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – Т.3. – Кн. 1.

2. Шаббад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. – Л.: Энергоатомиздат, 1985.

3. Беркович М. А. и др. основы техники релейной защиты / М. А. Беркович, В. В. Молчанов, В. А. Семенов. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций / А. А. Антюшин, А. Е. Гомберг, В. П. Караваев и др.; Под ред. Э. С. Мусаэляна. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

6. Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 1991.

7. Чернобровов Н. В. Релейная защита. – М.: Энергия, 1974.

По предмету РЗиА

3 курс 1-я ступень обучения

Разработал преподаватель ГПЭК

Столяров И.Е

2009г.

Виды повреждений. Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются: замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора (трехфазного) и на наружных выводах обмоток; замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания); замыкание на землю обмоток или их наружных выводов; повреждение магнитопровода трансформатора, приводящие к появлению местного нагрева и «пожару стали». Опыт показывает, что КЗ на выводах и витковые замыкания в обмотках происходят наиболее часто. Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возни кают 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 между обмотками фаз практически невозможны.

При витковых замыканиях (рис.1) токи, идущие к месту повреждения от источников питания, могут быть небольшими. Чем меньше число замкнувшихся витков wα, тем меньше будет ток Iк. приходящий из сети.

Для ограничения размера разрушения РЗ от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро (t=0,05÷0,1c).

Защита от повреждений. В качестве таких РЗ применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты. На трансформаторах мощностью 200 МВ*А и более предусматривается автоматическое пожаротушение водой.

Все изложенное далее в равной мере относится к трансформаторам и автотрансформаторам. Особенности РЗ автотрансформаторов будут оговариваться особо.

Виды ненормальных режимов. Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является появление сверхтоков, т.е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних КЗ, качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей увеличения нагрузки в результате отключения параллельного подключения нагрузки при действии АВР и т.п.

Внешние КЗ. При внешнем КЗ, вызванным повреждением на шинах трансформатора или не отключившимся повреждением на отходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи КЗ Iк > Iном, которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь РЗ от внешних КЗ, отключающую трансформатор.

Защита от внешних КЗ осуществляется при помощи МТЗ, МТЗ с блокировкой минимального напряжения, дистанционной РЗ, токовых РЗ нулевой и обратной последовательности. В зону действия РЗ от внешних КЗ должны входить шины подстанции (I участок) и присоединения, отходящие от шин (II участок). Эти РЗ являются также резервными от повреждений в трансформаторе.

Перегрузка. Время действия РЗ от перегрузки определяются только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку на 5 %. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах:

Кратность перегрузки ……………………...1,3 1,6 1,75 2 3

Допустимое время перегрузки………….…200 45 20 10 1,5

Из этих данных видно, что перегрузку порядка (1,5-2) Iном можно допускать в течении значительного времени, измеряемого десятками минут. Наиболее часто возникают кратко- временные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непродолжительности, например перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т.п.). отключение трансформатора при таких перегрузках не требуется. Более длительные перегрузки, вызванные, на пример, автоматическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего трансформатора и др., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который располагает для этого достаточным временем. На подстанциях без обслуживающего персонала ликвидация длительной перегрузки должна производиться автоматически от РЗ отключением менее ответственных потребителей или перегрузившегося трансформатора.

Таким образом, РЗ трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение только в том случае, когда перегрузка не может быть устранена персоналом или автомати- чески.

Повышение напряжения. Опасное для трансформаторов повышение напряжения возникает в сетях 500-1150 кВ при одностороннем отключении длинных ЛЭП с большой емкостной проводимостью. Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, вследствие чего нарастают ток намагничивания и вихревые токи. Эти токи нагревают обмотки трансформатора, что может привести к повреждению изоляции обмоток и «пожару железа» сердечника. Чем больше уровень напряжения, тем меньше время, в течение которого оно допускается.

Неполнофазный режим. На автотрансформаторах (АТ) предусматриваются РЗ от неполнофазного режима, возникающего при отключении (или включении) не всеми фазами сторон высшего (ВН) или среднего (СН) напряжений. Эта РЗ должна действовать на отключение АТ. Необходимость установки такой РЗ обусловлена возможностью отключения в указанном режиме второго, параллельного работающего АТ той же подстанции.

Понижение уровня масла в баке трансформатора ниже уровня обмоток, что возможно при течи в баке или резком понижении температуры наружного воздуха, может привести повреждению обмотки.

Особенности автотрансформаторов.

Автотрансформаторы имеют некоторые особенности, которые нужно учитывать при расчете уставок и выполнении РЗ. На (рис. 2) представлены схемы понижающего трансформатора и АТ. Последний можно рассматривать как трансформатор, у которого вторичная обмотка; совмещена с первичной АХ (рис 2,б)

Распределение токов в АТ и трансформаторе различно. В трансформаторе первичный ток I1 проходит по первичной обмотке w1, а вторичный I2 - по вторичной w2. В АТ I1 проходит только по части первичной обмотки АТ w1 - w2, называемой последовательной (обмотка аА). Во вторичной обмотке w2, называемой общей, проходит ток Iобщ = I2-I1, меньший, чем во вторичной обмотке трансформатора на значение тока I1. Вторичным то ком АТ является I2 = I1 + Iобщ. Ниже отмечены особенности АТ, имеющие значение для РЗ.

1.В отличие от трансформаторов АТ характеризуются двумя значениями мощности:
Sп и Sт.

Проходной называется предельная рабочая мощность, передаваемая с первичной на вторичную сторону трансформатора или АТ:

S общ=U1I1 = U2I2.

Расчетной называется мощность, по которой рассчитываются параметры обмоток и магнитопровода трансформатора и АТ. Она определяется токами, проходящими по обмоткам, и напряжениями на зажимах, т.е. Sрасч = Uобм Iобм.

Расчетная мощность общей части обмотки Sобщ = U2 (I2 – I1), а последовательной части Sпосл = (U1 -U2)I1. Сопоставляя оба выражения, можно установить, что Sобщ = Sпосл. Это означает, что общая и последовательная обмотки АТ должны рассчитываться по одной и той же расчетной мощности:

Sрасч = I1(U1-U2) = I1U1(1-U2/U1) = Sпрох(I-I/Ка) = Sпрох kвыг,

где Ка - коэффициент трансформации АТ, равный U1/U2 = W1/W2; kвыг - коэффициент выгодности, показывающий, во сколько раз Sрасч, определяющая размеры АТ, меньше Sпрох, номинальной мощности АТ:

kа = (I - I/Ка) = (U1 – U2)/U1 = (w1 – w2)/w1.

Трансформатор такой же номинальной мощности рассчитывается по Sпрох, т.е. по мощности в 1/ kвыг раз больше, чем АТ. В результате этого размеры магнитопровода и обмоток АТ меньше, чем у трансформатора равной мощности, а ток намагничивания АТ при расчете параметров РЗ определяется по Sрасч.

2. В АТ вторичная цепь электрически связана с первичной, поэтому при замыкании на землю одной фазы в сети ВН автотрансформатора потенциал (по отношению к земле) не поврежденных фаз сети СН повышается на значение фазного напряжения сети ВН (рис.З) Для предупреждения такого повышения напряжений нейтраль АТ обязательно заземляете (рис.З).

3. Трехфазные силовые АТ дополняются третьей обмоткой, соединений в треугольник (обмотка 3, рис.З), которая служит для замыкания третьих и кратных трем гармоник магнитных потоков и улучшении симметрии напряжений в сети. Дополнительная обмотка 3 имеет магнитную связь с обмотками АТ 1 и 2. Она выполняется на напряжение 6-35 кВ и используется для подключения потребителей, генераторов и СК. Автотрансформатор с дополни тельной обмоткой аналогичен трехобмоточному трансформатору. При наличие третьей об мотки в некоторых режимах (см. рис. 16,в) 1общ равен не разности, а сумме I1+I2. Номинальная мощность третьей обмотки принимается равной расчетной мощности АТ.

Дата добавления: 2014-01-04