В соответствии с требованиями ПУЭ на трансформаторах 35/10 кВ мощностью 10 МВА должны быть установлены следующие защиты:
газовая защита для выявления повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа, и понижения уровня масла;
продольная дифференциальная токовая защита для выявления внутренних повреждений и повреждений на выводах;
МТЗ для выявления внешних КЗ;
МТЗ для выявления перегрузок.
Выбирается газовая защита на основе реле типа РГЧЗ-66, установленного заводом-изготовителем трансформатора. В защите используются контакты первой (на сигнал) и второй (на отключение) ступеней защиты.
Определяются величины, необходимые для выбора уставок устанавливаемой на трансформаторе Т1 дифференциальной защиты (табл. 3.7).
Средние значения первичных и вторичных номинальных токов в плечах защиты приведены в табл. 3.8.
Таблица 3.7
Окончание табл. 3.7
Проверяется возможность использования дифференциальной токовой отсечки на основе реле РТ-40.
Определяется первичный ток небаланса:
Таблица 3.8
Здесь k АПЕР - коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока КЗ (k АПЕР = 2 для дифференциальной токовой отсечки); k ОДН - коэффициент однотипности (k ОДН = 2); ε - максимальная допустимая погрешность ТТ (ε = 0,1); ΔU РЕГ - диапазон регулирования коэффициента трансформации трансформатора; Δf ВЫР - относительное значение составляющей тока небаланса от неточности выравнивания вторичных токов в плечах защиты:
Определяется максимальное значение первичного тока небаланса, приведенного к стороне 10 кВ:
Определяется значение тока срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса:
I
СЗ = k З × I НБ = 1,3 × 1521 = 1977 А.
По условию отстройки от броска тока намагничивания:
I
СЗ = (3–4) × I 1НН = (1732–2309) А.
Выбрано значение I C3 = 2309 А.
Проверяется чувствительность защиты. Коэффициент чувствительности:
Как видно, значение коэффициента чувствительности меньше допустимого (k Ч < 2). Поэтому простая токовая дифференциальная отсечка не может быть использована.
Проверяется возможность использования дифференциальной защиты с насыщающимися промежуточными трансформаторами без торможения (на основе реле РНТ-565).
Определяется максимальное значение первичного тока небаланса, приведенное к стороне 35 кВ (при предварительных расчетах принимается Δf ВЫР = 0):
I
НБ = (1 × 1 × 0,1 + 0,09) × 1460 = 277 А.
Здесь значение k АПЕР = 1, так как в реле РНТ-565 влияние апериодических составляющих в первичном токе на ток небаланса значительно снижено за счет насыщающихся промежуточных ТТ.
Значение первичного тока срабатывания защиты (приведенное к стороне 35 кВ) по условию отстройки от тока небаланса:
I
C3 = 1,3 × 277 = 360 А.
По условию отстройки от броска тока намагничивания при включении:
I
C3 = k O × I 1BH = 1,3 × 165 = 215 А.
Здесь k O - коэффициент отстройки защиты от броска тока намагничивания (при выполнении защиты на реле РНТ-565 принимается равным 1,3).
Оба условия будут выполнены, если принять: I C3 = 360 А (218 % среднего номинального тока трансформатора).
Проверяется чувствительность. Коэффициент чувствительности:
в реле на стороне ВН 35 кВ, соответствующий минимальному току КЗ, при котором дифференциальная защита должна срабатывать.
Требования по чувствительности при предварительных данных выполняются.
Определяется число витков обмоток реле (табл. 3.9).
Плечо защиты с большим вторичным током (сторона 10 кВ) можно принять за основную сторону и подключить к рабочей (дифференциальной) обмотке реле. Однако подключение может быть произведено только к уравнительным обмоткам реле (10).
Чувствительность дифференциальной защиты можно повысить, если ее выполнить с торможением на реле типа ДЗТ-11.
Таблица 3.9
Окончание табл. 3.9
Определяются параметры дифференциальной защиты с торможением.
Первичный ток небаланса, приведенный к стороне 35 кВ, без учета третьей составляющей тока небаланса, обусловленной неточностью выравнивания м.д.с. плеч защиты:
Ток срабатывания защиты выбирается только по условию отстройки от броска тока намагничивания при минимальном коэффициенте трансформации силового трансформатора, соответствующем крайнему положению регулятора:
I
СЗ ВН = 1,5 × I 1BH .
Определяются числа витков обмоток реле ДЗТ (табл. 3.10).
Таблица 3.10
Окончание табл. 3.10
Cхема включения обмоток реле показана на 11.
Определяется число витков тормозной обмотки реле дифференциальной защиты трансформатора, необходимое для того, чтобы реле не срабатывало при максимальном сквозном токе. Тормозная обмотка включается в плечо защиты на стороне НН 10 кВ.
Расчетное число витков тормозной обмотки:
Здесь I НБ - ток небаланса, приведенный к стороне ВН 35 кВ с использованием минимального коэффициента трансформации силового трансформатора:
w
P - расчетное число витков рабочей обмотки в плече защиты, где включена тормозная обмотка (w P = 17);
tgα - тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к тормозной характеристике реле (для реле ДЗТ-11 tgα = 0,87);
k
3 - коэффициент запаса (можно принять равным 1,5).
Выбирается w T = 5: в тормозной обмотке реле ДЗТ-11 может быть установлено только следующее количество витков: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 18, 24 .
Проверяется чувствительность защиты. Коэффициент чувствительности:
Здесь I P M1N = 23,6 А - ток в реле на стороне ВН 35 кВ, соответствующий минимальному току КЗ, при котором дифференциальная защита должна срабатывать; I CP - ток срабатывания реле.
Как видно, k Ч > 2, и можно констатировать, что дифференциальная защита трансформатора Т1 на основе реле ДЗТ-11 удовлетворяет требованиям по чувствительности и чувствительность ее выше, чем на реле РНТ-565.
Ток срабатывания МТЗ трансформатора Т1 для выявления внешних КЗ определяется по условиям отстройки от токов в максимальных рабочих режимах и от токов самозапуска, возникающих в послеаварийном режиме в обмотках трансформатора Т1:
где I РАБ МАХ Т1 и I СЗАП Т1 - максимальный рабочий ток и максимальный ток самозапуска в послеаварийном режиме в обмотке ВН трансформатора соответственно;
k
З и k В - коэффициент запаса и возврата соответственно.
Максимальный рабочий ток трансформатора:
I
РАБ МАХ Т1 = k ПЕР × I НОМ Т1 = 1,4 × 165 = 231 А.
Здесь k ПЕР - коэффициент допустимой перегрузки трансформатора (можно принять k ПЕР = 1,4).
Максимальный ток самозапуска в обмотке трансформатора Т1 возникает в послеаварийном режиме после отключения защитой линии W6 и восстановления напряжения на шинах 10 кВ подстанции № 2. Этот ток самозапуска обусловлен электродвигателями в нагрузках Н1 и Н2:
Здесь U НОМ - номинальное напряжение (для стороны ВН трансформатора U НОМ = 35 кВ); k СЗ Н1 и k СЗ Н2 - коэффициенты самозапуска для нагрузок Н1 и Н2 соответственно.
Ток самозапуска на стороне 35 кВ трансформатора
Оба указанных условия выполняются, если ток срабатывания определить так:
Кроме этого, МТЗ от внешних КЗ должна быть согласована с защитами, установленными на линии W6 и на линиях, отходящих к нагрузкам Н1 и Н2, по току и по времени:
Здесь k O - коэффициент отстройки (k O = 1,1); Δt - ступень селективности (Δt = 0,5 с).
По условию согласования тока срабатывания
I
СЗ Т1 = 1,1 × 370 × 10/35 = 116 А; t CЗ Т1 = 5,5 + 0,5 = 6 с.
С учетом этого выбираются
I
СЗ Т1 = 356 А; t CЗ Т1 = 5,5 + 0,5 = 6 с.
Ток срабатывания реле МТЗ от внешних КЗ (РТ-40 при схеме соединения вторичных обмоток ТТ и катушек реле «неполная звезда - неполная звезда»):
Выбирается реле РТ-40/10 с диапазоном уставок от 2,5 А до 10 А.
Коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором:
Требование по чувствительности выполняется.
Выбираются вспомогательные реле.
Реле времени для МТЗ от внешних КЗ - ЭВ-132 с диапазоном выдержек времени от 0,5 до 9 секунд и номинальным напряжением питания 220 В.
Промежуточные реле - РП-221 с номинальным напряжением питания 220 В.
Указательные реле - РУ-21/0,01.
Выбираются параметры МТЗ трансформатора Т1 от перегрузки.
Первичный ток срабатывания определяется по условию отстройки от максимального рабочего тока трансформатора на стороне ВН 35 кВ, где установлена защита:
где k 3 - коэффициент запаса (принимается равным 1,05).
Защита подключена к тем же ТТ, что и МТЗ от внешних КЗ.
Ток срабатывания реле РТ-40:
Выбирается реле РТ-40/6.
Выдержка времени защиты от перегрузки должна быть согласована с выдержками времени МТЗ, установленных на всех присоединениях к шине 10 кВ трансформатора (так же как и МТЗ от внешних КЗ): t СЗП Т1 = t СЗ Т1 = 6 с.
Реле времени для МТЗ от перегрузок - ЭВ-132 с диапазоном выдержек времени от 0,5 до 9 секунд и номинальным напряжением питания 220 В.
Промежуточные реле - РП-221 с номинальным напряжением питания 220 В.
Указательные реле - РУ-21/0,01.
Схема защиты трансформатора Т1 с дифференциальной защитой на основе реле ДЗТ-11 приведена на 12. На 12, а показаны схемы силовых и вторичных цепей, а на 12, б - схема оперативных цепей защиты.
Кроме того, другие специализированные функции защиты, такие как упомянутая дифференциальная и продольная защита от замыканий на землю, несмотря на большой прогресс в цифровой технологии, по-прежнему не обеспечивают требуемой надежности и селективности обнаружения повреждений. Силовые выключатели - современные автоматические выключатели, открытые самыми быстрыми защитами для прерывания потока тока короткого замыкания в течение времени, не короче 60 мс, что не гарантирует ограничение воздействия электрической дуги.
Аналогичным образом были эффективны традиционные методы предотвращения взрыва сосудов и тушения нефтяных пожаров. Задача этой технологии заключается в уменьшении давления масла в чане за несколько миллисекунд до риска его разрыва, отделения отброшенных газов от масла и воздуха и направления горючих газов в безопасное место вдали от трансформатора. Благодаря этим эффектам устройство быстро доставляется в безопасное состояние, сводя к минимуму риски для обслуживания людей и аварийных служб, сокращения разливов нефти и загрязнения окружающей среды.
Очень часто приходится сталкиваться с тем, что люди не совсем понимают, что такое основная и резервная защита присоединения. Что интересно, это не только новички, но и некоторые уже состоявшиеся специалисты.
Вот несколько мифов с которыми встречался лично я:
- Основная защита – это защита с абсолютной селективностью, обычно дифференциальная
- Основная защита есть только на напряжении 35 кВ и выше, т.е. на присоединениях 0,4-10 кВ есть только резервные защиты
- Есть присоединения, для которых нет резервных защит, только основные
- Основная защита только одна, а резервных может быть несколько
Все, что написано выше – неправда. Давайте сегодня поговорим о основных и резервных защитах для того, чтобы понимать некоторые определения и общаться с коллегами релейщиками корректно.
Защита трансформаторов от сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями
Значительно сокращен диапазон повреждений трансформатора, снижая затраты и время ремонта. Основными элементами системы, показанной на рисунке, являются блок разгрузки вата, содержащий предохранительный клапан диафрагмы и декомпрессионную камеру для выбрасываемых газов, систему подавления азота, блок разделения газа из масла, автоматический запорный клапан для консерватора после вскрытия ковша, панель управления в диспетчерская. Работа системы следующая. После увеличения давления в чане блок разгрузки вата работает без задержки, и клапан автоматически отключает масляный поддон от консерватора.
Основная защита присоединения
Согласно определению ПУЭ (п. 3.2.14) – “На каждом из элементов электроустановки должна быть предусмотрена основная защита, предназначенная для ее действия при повреждениях в пределах всего защищаемого элемента с временем, меньшим, чем у других установленных на этом элементе защит.”
Таким образом на любом присоединении всегда есть основная защита (см. Миф 2). Это любая защита, которая защищает весь участок и действует быстрее, чем другие защиты. Все просто и понятно. Теперь примеры.
Масляно-газовая смесь течет в разделительную камеру двух компонентов. Он запускается автоматически или вручную, подавая азот внутрь чана. Легковоспламеняющиеся газы после отделения от масла и охлаждения выходят снаружи без риска воспламенения. Азотная инъекция длится до 45 минут, чтобы остыть от потушенного устройства. Температура вспышки масла относительно низкая. Низкая температура воспламенения минерального масла происходит из горючих газов, образующихся при термическом разложении. Некоторым трансформаторам требуется много масла и, следовательно, очень серьезная опасность пожара.
Для линии 0,4, 6 или 10 кВ основная защита – это максимальная токовая защита (МТЗ). Защищает всю линию и работает быстрее остальных защит. Токовая отсечка срабатывает быстрее, чем МТЗ, но она защищает только часть линии, т.е. не может являться основной защитой. То же самое с защитой от перегрузки – хоть и реагирует на повреждения на всем участке, но срабатывает намного медленнее, чем МТЗ.
Поскольку масло не может иметь свободный доступ к воздуху, трансформаторные резервуары закрываются и, таким образом, подвергаются разрыву. Разрыв резервуара с легковоспламеняющейся жидкостью в присутствии электрической дуги приводит к серьезной катастрофе. Известны случаи не только разрушения трансформатора, но и всей силовой подстанции из-за взрыва в трансформаторном резервуаре.
Причины пожаров и взрывов трансформаторов
Это одна из причин большого интереса к вопросам, связанным с пожарами и взрывами трансформаторов. Трансформатор представляет собой электрическое устройство и может испытывать пожароопасные явления, характерные для других устройств. Поскольку текущий путь трансформатора находится в чане, мы различаем внутренние и внешние причины. Внутренняя причина - прокол изоляции и зажигания дуги - как правило, эта причина, которая в основном является вторичной, вызывает разрыв горелки. В этом случае основной причиной является повреждение системы защиты - автоматический выключатель.
МТЗ вообще является основной защитой для большей части присоединений 0,4-6 кВ, за исключением генераторов и мощных двигателей, там основная защита – дифференциальная. Как это получается? МТЗ остается на присоединении, она реагирует на все виды КЗ, но появляется еще одна защита – дифференциальная. Дифференциальная защита двигателя или генератора также реагирует на КЗ на всем участке, но срабатывает быстрее, чем МТЗ. Звание основной защиты переходит ей, а МТЗ становится резервной.
Для каждого электрического устройства чрезмерный ток является неблагоприятным и должен быть временно ограничен. В трансформаторе из-за масла, не отключая чрезмерный ток, своевременно приводит к разрушению изоляции. Масло разлагается и образует легковоспламеняющиеся газы, которые вызывают повышение давления в ковше. Также может быть полное разрушение изоляции и зажигания дуги. Повышенное давление в ковше может привести к разрыву диафрагмы выхлопной трубы или повреждению водопропускных труб или чанов.
Защита трансформатора дифференциальная
Масло, выбрасываемое из бака, обычно имеет температуру, превышающую температуру вспышки, поэтому она воспламеняется. Короткие замыкания или перегрузки, возникающие вне трансформатора, отключенного с помощью защитных устройств в нужное время, теоретически не могут вызвать пожары или взрывы.
Еще один пример с защитой силовых трансформаторов. Трансформаторы мощностью до 6,3 МВА имеют в качестве основной защиты МТЗ, а вот начиная с 6,3 МВА и выше добавляется дифференциальная. Она и становится основной вместо МТЗ, а МТЗ переходит в разряд резервных.
Таким образом не важно на каком принципе работает защита (см. Миф 1), главное, чтобы выполнялись условия п.3.2.14.
Параметры силовых трансформаторов
В некоторых случаях электрическая дуга загорается на водопропускных трубах. Причиной такой аварии могут быть птицы или животные, перенапряжения, плохой контакт между линейным зажимом и водопропускной трубой или заводские дефекты водопропускной трубы. В этом случае отказ влияет только на изоляторы, вызывая растрескивание фарфора, разбрызгивание масла и зажигание. Электрическая дуга может воспламениться на водопропускниках внутри ковша. Чаще всего между нижней частью водопропускной трубы и ковшом есть короткий промежуток.
Может ли быть несколько основных защит на одном присоединении? (см. Миф 4) Да, может.
Например, для масляных силовых трансформаторов 6,3 МВА и больше обычно 2 основных зашиты – дифференциальная и газовая. Обе подходят под определение по п.3.2.14 потому, что работают без выдержки времени и на всем защищаемом участке. Иногда на присоединении ставят по 3 основных защиты, например, для АТ 220 кВ и выше большой мощности (две дифференциальные и газовая)
Основные защиты трансформатора
В этом случае керамическая крышка водопропускной трубы может быть разрушена, и масло будет выбрасываться за пределы ковша через отверстие на водопропускной трубе. На крышке трансформатора загорается нагретое масло. Из-за необходимости регулировать напряжение в сети, в некоторых силовых трансформаторах используются устройства переключения передач. Во многих случаях они вызывают пожары из-за возможности зажигания электрической дуги между переключающими элементами. На начальном этапе в камере переключателя накапливаются газы, за которым следует взрыв и воспламенение масла.
Резервная защита присоединения
Опять же давайте сначала посмотрим определение (ПЭУ п.3.2.15) – “Для действия при отказах защит или выключателей смежных элементов следует предусматривать резервную защиту, предназначенную для обеспечения дальнего резервного действия.
Если основная защита элемента обладает абсолютной селективностью (например, высокочастотная защита, продольная и поперечная дифференциальные защиты), то на данном элементе должна быть установлена резервная защита, выполняющая функции не только дальнего, но и ближнего резервирования, т. е. действующая при отказе основной защиты данного элемента или выведении ее из работы…”
Причиной взрыва и огня масляного трансформатора может быть так называемая железный огонь. Это явление вызвано вихревыми токами, которые в случае коротких замыканий в листах сердечника перегревают этот элемент. Температура в части поврежденного сердечника может достигать температуры плавления железа и, следовательно, интенсивного газирования масла и возможности разрыва ковша.
Оценка газовой защиты
Трансформаторы представляют собой элементы с низкой частотой отказа. Повреждение обмоток - 51%, повреждение ответвителей - 19%, повреждение изоляторов втулок - 9%, повреждение сердечника - 2%, другие повреждения - 13%. Трансформатор - это электрическое устройство, используемое для преобразования электричества данного напряжения в электричество с другим значением напряжения. Трансформатор состоит из первичной и вторичной обмотки и магнитного сердечника. Принцип работы трансформатора основан на использовании закона электромагнитной индукции, который вызывает индуцирование напряжения под воздействием изменяющегося магнитного потока в электрических обмотках.
Таким образом резервная защита присутствует также всегда и для любого присоединения (см. Миф 3).
Просто запомните одну простую вещь – на любом участке энергосистемы, на любом классе напряжения, есть как минимум 2 защиты – основная и резервная. Всегда!
Чаще всего резервной защитой присоединения является основная защита вышестоящего присоединения. Получается последовательная цепочка защит в которой все ступени “наползают” друг на друга.
Масляные трансформаторы и сухие трансформаторы
В процессе производства используются самые современные технологии и материалы самого высокого качества. Мы постоянно расширяем ассортимент, чтобы удовлетворить даже самые нестандартные ожидания наших клиентов. Выбранные модели могут использоваться под землей или в морских условиях. Цена трансформатора зависит от выбранных параметров. Мы готовим индивидуальное предложение для каждого запроса.
Обмотки из алюминиевой фольги пропитаны вакуумом, что позволяет получить оптимальные тепловые параметры. Трансформаторы доступны по специальному заказу. Цены на сухой трансформатор смолы можно получить после отправки запроса на цитату. Цена трехфазного трансформатора может быть получена после отправки запроса на котировку.
Однако, если основная защита присоединения выполняется в виде дифференциальной или дифференциально-фазной защиты, то нужна еще одна защита, чтобы выполнить резервирование нижестоящего участка. Эта защита должна быть ступенчатой потому, что только ступенчатые могут выполнять дальнее резервирование. Об этом мы говорили в нашей прошлой .
Трансформаторы с повышенным первичным напряжением
Стандартные трансформаторы изготавливаются с уровнями изоляции 17, 5 кВ, 24 кВ и 36 кВ. По специальному заказу мы можем сделать трансформатор с уровнем изоляции до 52 кВ.
Трансформаторы для взаимодействия с 6 - и 12-импульсными инверторами
Часто необходимо использовать специальную конструкцию трансформатора из-за работы при увеличенных гармониках или переменных нагрузках. Мы предлагаем трансформаторы с дополнительной изоляцией, позволяющие использовать такой блок для питания инверторных и преобразовательных цепей.Итак, давайте подведем итоги:
- На любом присоединении есть как минимум одна основная защита
- На любом присоединении есть как минимум одна резервная защита
- Основной может быть защита, выполненная на любом принципе (МТЗ, ДЗ ДЗТ, ДФЗ и т.д.)
- Резервной может быть только ступенчатая защита (МТЗ или ДЗ)
- На присоединении может быть несколько основных и резервных защит
Думаю, теперь у вас не будет затруднений с определением какой именно, основной или резервной, является та или иная защита. Четкость и понятность определений в релейной защите очень важна и мы будем периодически уделять внимание основным терминам.
Очень часто необходимо защитить трансформатор от внешних факторов, а также защитить его и защитить людей от прямого контакта. В ситуации, когда ожидается изменение напряжения, использование переключающего трансформатора является популярным решением. В этом типе трансформатора можно переключать напряжение от одного уровня к другому с помощью перемычки. Благодаря такому виду конструкции нет необходимости приобретать новый трансформатор для другого напряжения.
Трансформаторы с устройством РПН
Стандартные трансформаторы изготавливаются с помощью непереключателя ответвлений, отрегулированного по требованиям заказчика. Хотя такого решения обычно достаточно для распределительных и распределительных трансформаторов, при более высоких мощностях часто возникает необходимость в устройстве РПН.
Если будут вопросы или найдете какие-либо неточности — пишите в комментариях. Все обсудим. Ну а пока — удачной рабочей недели!