Особенности защиты трансформаторов

Понижающие трансформаторы с первичным напряжением 110 - 220 кВ оборудуют следующими видами защит дифференциальной и газовой — от внутренних повреждений, максимальной токовой с блокировкой по напряжению от внешних коротких замыканий, максимальной токовой с выдержкой времени — перегрузок. Кроме того, устанавливают специальные защиты - от застревания механизма регулятора напряжения под нагрузкой и температурную (от перегрева) с автоматическим включением дутьевого искусственного охлаждения. Сигнал о превышений температуры подается при нагреве масла до 75—80 °С. При температуре масла выше 55 °С независимо от нагрузки включается дутьевое охлаждение. Когда ток трансформатора достигает 0,7 номинального, независимо от температуры масла также включается дутьевое охлаждение.

Газовая защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень действует на сигнал, вторая на отключение трансформатора со стороны всех обмоток.

Дифференциальная защита выполняется с отстройкой от бросков тока намагничивания срабатывания вычисляют по формулам (4), (5).

Коэффициент чувствительности проверяется по формуле (9) току к.з. на вводах первичной обмотки. Он должен быть не менее 2. Дифференциальная защита выполняется без выдержки времени, действует на отключение выключателей со стороны всех обмоток.

Максимальная токовая защита со стороны обмотки высшего напряжения выполняется в трехрелейном исполнении и действует на отключение выключателей со стороны всех обмоток. Уставки срабатывания защиты выбираются по условию (7). Чувствительность проверяется по двухфазному к.з. на выводах обмоток среднего и низшего напряжений по формуле (9). Коэффициент чувствительности должен быть не менее 1.5. При необходимости такая защита выполняется с комбинированным пуском. Параметры ее срабатывания вычисляются по формулам (2), (3). Выдержку времени выбирают на одну ступень больше, чем у защиты вторичных обмоток.

Максимальная токовая защита от перегрузки выполняется в однорелейном исполнении в одной фазе со стороны обмотки высшего напряжения. Ток срабатывания вычисляют по формуле (7) при Выдержку времени принимают 9 с.

Максимальная токовая защита от перегрева масла, действующая на включение обдува трансформатора, выполняется так же одним реле в одной фазе со стороны обмотки высшего напряжения. Ее уставку выбирают по условию:

, (1)

где I — номинальный ТОК трансформатора, приведенный к напряжению той обмотки, на стороне которой установлена за щита.

На стороне обмотки 27,5 кВ понижающего трансформатора устанавливается максимальная токовая защита с выдержкой времени в двухрелейном исполнении с комбинированным пуском по напряжению. Эта защита реагирует на все к.з. на шинах 27,5 кВ и, кроме того, резервирует защиты присоединений 27,5 кВ (фидера контактной сети, линий ДПР и др.). Желательна установка второй ступени в виде дистанционной защиты, которая может более эффективно резервировать защиты фидеров контактной сети.

Уставка срабатывания максимальной токовой защиты 4 должна отвечать условию:

, (2)

где S — номинальная мощность тяговой обмотки понижающего трансформатора, кВ (4, — номинальное напряжение этой обмотки, В; 7 — сопротивление подстанции в режиме минимума энергосистемы.) Коэффициенты запаса, возврата и чувствительности принимают равными: к 1,15—1,25, к 0,85, к 1,5.

Дистанционную защиту устанавливают в фазах А и В. 1 танку выбирают по условию:

, (3)

где — наибольшая уставка срабатывания второй или третьей ступени дистанционной защиты фидера контактной сети, подключенного к данной фазе.

На однопутном участке принимают n = 1, на многопутных участках где n – число фидеров контактной сети, находящихся в работе, подключенных к этой же фазе.

Если понижающий трансформатор является трехобмоточным, то на обмотке 10—35 кВ, питающей районные потребители, устанавливают максимальную токовую защиту с выдержкой времени в двухфазном двухрелейном исполнении. Если необходимо, то она дополняется комбинированным пуском по напряжению.

Электронный комплекс «Сейма» содержит такой же набор защит, однако дифференциальная защита в нем имеет особенности. В плечи этой защиты (рис. 1) во все три фазы включены низкоомные выравнивающие резисторы R1 и R2. Падения напряжения на этих резисторах пропорциональны токам соответственно верхнего и нижнего плеч защиты. Защита реагирует на разность падений напряжения на этих резисторах. Резисторы выполняются переменными. Их сопротивления подбирают так, чтобы в нормальном режиме падения напряжения на резисторах были примерно одинаковы. Таким образом, осуществляется компенсация неравенства вторичных токов трансформаторов тока.

Рис. 1 Структурная схема дифференциальной защиты трансформатора в комплексе «Сейма»

Разность падений напряжения на резисторах R1 и R2 подается через потенциометры RЗ и R4 на входы пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2. Последовательно с потенциометрами RЗ и R4, которые служат для регулирования уставки срабатывания пороговых элементов, включены диоды. Поэтому ПЭI и ПЭ2 реагируют на входные сигналы различной полярности. Пороговые элементы устанавливаются во всех трех фазах.

При к.з. внутри зоны защиты ток в резисторе R2 исчезает (при одностороннем питании) либо меняет направление на противоположное (при двустороннем питании). В обоих случаях напряжение на входах ПЭ1 и ПЭ2 резко увеличивается, они срабатывают и подают в логическую часть защиты сигнал, который должен привести к срабатыванию короткозамыкателя и отключению трансформатора.

Блокировка защиты от неверных действий при внешних к.з. осуществляется датчиком сквозного тока ДСТ и фазосравнивающим органом ФС. Уставка срабатывания ДСТ выбирается по такому току внешнего к.з., который может вызвать ложное срабатывание пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2 из-за неравенства падений напряжений на резисторах R1 и R2. Орган ФС сравнивает направления токов в плечах защиты. При внешнем к.з. и в нормальном режиме эти токи имеют направление, показанное стрелками на рис. 1. Такое направление соответствует условию срабатывания органа ФС. Выходные сигналы органов ДСТ и ФС через ячейку И—НЕ поступают в логический орган И и запрещают действие защиты, даже если ПЭ1 и ПЭ2 сработали. При к.з. в зоне защиты направление тока в резисторе R2 изменяется на противоположное, ФС при этом не срабатывает и сигнал блокировки защиты в логический орган И не поступает.

Блокировка от неправильных действий защиты при включении осуществляется сравнением амплитуд тока в соседних полупериодах и в смежных фазах. Элемент ПЭ1 реагирует на ток одного, а элемент ПЭ2 — на ток другого полупериода. Оба элемента выполнены с временем возврата не менее 0,01 с, т. е., сработав в одном полупериоде, пороговый элемент остается в возбужденном состоянии еще и в следующем полупериоде. Логический орган И выдает сигнал на отключение лишь в том случае, если ПЭ1 и ПЭ2 одновременно находятся в возбужденном состоянии, а это происходит тогда, когда и положительная и отрицательная амплитуда напряжения на резисторах R1 и R2 больше уставки срабатывания пороговых элементов. Из-за большой апериодической составляющей броска тока намагничивания при включении (см. рис. 1) будет срабатывать только один пороговый элемент, поэтому логический орган И, контролирующий ток в данной фазе, команды на отключение выдавать не будет.

В описанной дифференциальной защиты достигает более эффективная отстройка от токов включения и внешних к.з., чем при использовании быстронасыщающихся трансформаторов. Если для реле РНТ и ДЭТ ток срабатывания защиты необходимо выбирать в соответствии с условием (3.4) больше номинального тока трансформатора, то для электронной дифференциальной защиты величину коэффициента принимают равным 0,3-0,5 и она, следовательно, является более чувствительной.

Понижающие трансформаторы с первичным напряжением 35кВ оборудуются продольной дифференциальной токовой защитой в трех фазах при мощности 6,3 МВ и более. Допускается ее применение для трансформаторов мощностью 4,0 МВА. Для защиты от к.з. в обмотках трансформатора и на его выводах применяются также токовая отсечка. Трансформаторы снабжаются газовой защитой, а также максимальными токовыми защитами от внешних к.з. и от перегрузки. Защита от внешних к.з. устанавливается в двух фазах, от перегрузки — в одной.

Трансформаторы собственных нужд оборудуются токовой отсечкой и максимальной токовой защитой с выдержкой времени, устанавливаемых на стороне ВН в 2 фазах. Установка срабатывания выбирается с учетом увеличения нагрузки при отключении параллельно работавшего трансформатора собственных нужд ( ).

Коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,5. Если это условие не выполняется, то допускается принимать , где — ток к.з. на выводах обмотки НН.

Кроме того, на стороне НН в одной фазе устанавливается защита от перегрузки в виде максимальной токовой защиты с выдержкой времени и действием на сигнал.

Трансформаторы питания ВЛ СЦБ (ТСЦБ). Высоковольтная линия 6—10 кВ питания устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) присоединяется ко вторичной обмотке повышающего трансформатора ТСЦБ. Первичная обмотка этого трансформатора выполняется на напряжение 0,23/0,4 кВ и подключается к шинам собственных нужд подстанции. При этом исключается электрическая связь с другими высоковольтными линиями и, следовательно, снижается величина тока однофазного замыкания на землю, влияющего на работу рельсовых цепей автоблокировки.

Защита трансформатора ТСЦБ на стороне 0,23 кВ может осуществляться плавкими предохранителями (ПР2, ПН2) с номинальным током плавкой вставки 250 А для трансформаторов ТМ-50 и 350 А для трансформаторов ТМ-100. Лучшие условия защиты обеспечиваются, если вместо предохранителей использовать автоматические выключатели с двумя защитными элементами: тепловым и электромагнитным (например, серии А 3100). Тепловой элемент защищает трансформатор с выдержкой времени от длительной перегрузки, электромагнитный — отключает трансформатор без выдержки времени при к.з.