4. Защита силовых трансформаторов

4.1 Дифференциальная защита

Выбираются трансформаторы тока (ТТ) для дифференциальной защиты (ДЗ) трансформатора мощностью 40000 кВА, с соединением обмоток звезда – треугольник. По номинальным токам на стороне высшего и низшего напряжения выбираются соответственно трансформаторы тока с коэффициентами трансформации:

- на стороне высшего напряжения k_ТТВ = 300/5, так как первичный номинальный ток равен:

- на стороне низшего напряжения k_ТТН = 4000/5 , так как вторичный номинальный ток равен

Определяется первичный ток небаланса:

где k_а – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ, для реле ДЗТ он равен 1;

k_о – коэффициент однотипности схемы, равный 1;

ε = 0,1 – относительное значение тока намагничивания трансформатора тока.

Выбирается ток срабатывания защиты. Этот ток отстраивается для реле ДЗТ только от тока намагничивания силового трансформатора:

Определяется число витков обмоток реле ДЗТ для выравнивания магнитодвижущих сил. Ток срабатывания реле:

Определяется число витков уравнительной обмотки, включенной на ВН:

где F_ср – магнитодвижущая сила, необходимая для срабатывания реле.

Принимаем ближайшее целое меньшее число витков:

Ток срабатывания защиты на стороне НН:

Определяется величина вторичного тока в плечах ДЗ:

• на стороне высшего напряжения

• на стороне низшего напряжения

Определяется число витков уравнительной обмотки, включенной на НН:

Принимается ближайшее целое число витков:

W_НН = 17 витков.

Определяется ток небаланса, обусловленный неточностью установки на коммутаторе реле ДЗТ расчетных чисел витков уравнительных обмоток:

Суммарный ток небаланса:

Проверяем условие равенства нулю результирующей магнитодвижущей силы реле в режимах нагрузки и внешних КЗ:

I_2н∙ W_НН ≈ I_2в∙ W_ВН ,

4.374∙17 ≈ 5.79∙12,

Условие не выполняется, поэтому окончательно принимаем:

W_ур1 = W_НН = 17 витков, W_ур2 = W_ВН = 13 витков.

4.374∙16 ≈ 5.79∙13,

Определяется число витков тормозной обмотки:

Окончательно принимается:

W_т = 9 витков.

Определяется коэффициент чувствительности защиты при КЗ в зоне действия защиты, когда ток повреждения проходит только через трансформаторы тока стороны 110 кВ и торможение отсутствует. При этом расчетный ток в реле:

Ток срабатывания реле:

Коэффициент чувствительности:

Коэффициент чувствительности больше требуемого по ПУЭ, равного 2, поэтому данная защита для эксплуатации пригодна.

Схема эксплуатации защиты приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Принципиальная схема дифференциальной защиты

4.2 Газовая защита

Для защиты от внутренних повреждений трансформаторов, сопровож-дающихся выделением газа и понижением уровня масла предусматривается (при мощности трансформатора 6300 кВА и выше) газовая защита с действием на сигнал при слабых газообразованиях и с действием на отключение при интенсивном газообразовании. Защита выполняется с помощью газовых реле.

Газовая защита является наиболее чувствительной к некоторым видам внутренних повреждений трансформатора, чем другие виды защит. Так, например, к витковым замыканиям, на которые дифференциальная защита реагирует только при замыкании большого числа витков, а токовая отсечка и максимальная токовая защита вообще не реагируют. Кроме того, газовая защита реагирует на некоторые виды повреждений и ненормальных режимов работы, как, например, понижение уровня масла, на которые другие виды защит вообще не реагируют. Для защиты маслонаполненных трансформаторов от «пожара стали» магнитопровода, возникающего при нарушении изоляции между листами стали сердечника, используется газовая защита; токовая и дифференциальная защиты на этот вид повреждения не реагируют. Газовая защита должна устанавливаться обязательно на трансформаторах мощностью 10000 кВА и выше, а также на трансформаторах мощностью 1000-6300 кВА, не имеющих дифференциальной защиты или максимальной токовой защиты с выдержкой времени менее 0,5 с. Для трансформаторов почти всех мощностей, установленных внутри цеха, газовая защита должна устанавливаться обязательно независимо от наличия других защит.

Газовая защита собирается на реле типа РГЧ-66. Верхний контакт работает на сигнал, а нижний – на отключение трансформатора без выдержки времени на все выключатели. В схеме должно предусматриваться переключающее устройство, позволяющее выводить нижний контакт на сигнал.

Схема газовой защиты с реле РГЧ-66 представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема газовой защиты с реле РГЧ-66

Газовые реле имеют герметически закрытый корпус, устанавливаемый в маслопроводе между баком трансформатора и расширителем. На рисунке 7 показан упрощенный эскиз варианта конструкции такого реле. Реагирующий блок реле имеет три основных элемента: сигнальный 1 и отключающие 2, 3 (элементы 1 и 3 – поплавки, 2 – напорная пластина), каждый из которых срабатывает при определенных условиях.

В нормальных условиях работы корпус реле заполнен маслом, и элементы занимают положение, при котором управляемые ими контакты (на рисунке не показаны) разомкнуты. При незначительном газообразовании в баке трансформатора газ по маслопроводу проходит в расширитель, скапливаясь в верхней части корпуса реле, где расположен сигнальный элемент 1.

Рисунок 7 - Газовое реле

При скоплении в реле определенного количества газа уровень масла в нем снижается, поплавок сигнального элемента 1 опускается под действием силы тяжести и сигнальный контакт замыкается; аналогично срабатывает сигнальный элемент реле при снижении уровня масла в реле по другим причинам.

При дальнейшем снижении уровня масла, когда корпус реле опорожняется более чем наполовину, поплавок отключающего элемента 3 также опускается под действием силы тяжести и замыкается отключающий контакт.