Какие защиты устанавливаются на силовых трансформаторах, и от каких повреждений?
В соответствии с назначением для защиты трансформаторов (автотрансформаторов) при их повреждениях и сигнализации о нарушении нормальных режимов работы применяются следующие типы защит :
1. Дифференциальная защита для защиты при повреждениях обмоток, вводов и ошиновки трансформаторов (автотрансформаторов).
2. Токовая отсечка мгновенного действия для защиты трансформатора (автотрансформатора) при повреждениях его ошиновки, вводов и части обмотки со стороны источника питания.
3. Защита от замыканий на корпус.
4. Газовая защита для защиты при повреждениях внутри бака трансформатора (автотрансформатора),сопровождающихся выделением газа, а также понижением уровня масла.
5. Максимальная токовая защита или максимальная токовая защита с пуском минимального напряжения для защиты от сверхтоков, проходящих через трансформатор (автотрансформатор), при повреждении, как самого трансформатора (автотрансформатора), так и других элементов, связанных с ним. Эта защита действует, как правило, с выдержкой времени.
6. Защита от перегрузки, действующая на сигнал, для оповещения дежурного персонала или с действием на отключение на подстанциях без постоянного дежурного персонала.
Кроме того, в отдельных случаях на трансформаторах (автотрансформаторах) могут устанавливаться и другие виды защиты.
Виды оперативного тока используемые для защит силового трансформатора (автотрансформатора). Достоинства и недостатки. Блоки питания и заряда.
Защиты трансформаторов мощностью 6,3 и 10 МВА выполнены на переменном оперативном токе, а 16 и 25 МВА на выпрямленном оперативном токе.
Оперативным током называется ток питающий цепи дистанционного управления выключателями, оперативные цепи релейной защиты, автоматики, телемеханики и различные виды сигнализации.
Питание оперативных цепей и особенно тех ее элементов от которых зависит отключение поврежденных линий и оборудования должно отличаться особой надежностью. Поэтому главное требование, которому должен отвечать источник оперативного тока, состоит в том, чтобы во время к. з. и при ненормальных режимах в сети напряжение источника оперативного тока и его мощность имели достаточную величину как для действия вспомогательных реле защиты и автоматики, так для надежного отключения и включения соответствующих выключателей.
Для питания оперативных цепей применяются источники постоянного и переменного тока.
Постоянный оперативный ток
В качестве источника постоянного тока используются аккумуляторные батареи с напряжением 110-220 В, а на небольших подстанциях 24-48 В, от которых осуществляется централизованное питание оперативных цепей всех присоединений. Для повышений надежности сеть постоянного тока секционируется на несколько участков, имеющих самостоятельное питание от сборных шин батареи.
Аккумуляторные батареи обеспечивают питание оперативных цепей в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения
и мощности независимо от состояния основной сети и поэтому являются самым надежным источником питания.
В то же время аккумуляторные батареи значительно дороже других источников оперативного тока, для них требуются зарядные агрегаты, специальное помещение и квалифицированный уход.
Кроме того, из-за централизации питания создается сложная, протяженная и дорогостоящая сеть постоянного тока.
В связи с этим за последнее время получает широкое применение и переменный оперативный ток.
Переменный оперативный ток
Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение сети. В соответствии с этим в качестве источников переменного оперативного тока служат трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд.
Трансформаторы тока являются весьма надежным источником питания оперативных цепей для защит от к.з. При к.з. ток и напряжение на зажимах трансформаторов тока увеличиваются, поэтому в момент срабатывания защиты мощность трансформаторов тока возрастает, что и обеспечивает надежное питание оперативных цепей.
Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся увеличением тока на защищаемом присоединении. Поэтому их нельзя использовать для питания защит от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, защит от витковых замыканий в трансформаторах и генераторах или защит от таких ненормальных режимов, как повышение или понижение напряжения и понижение частоты.
Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд непригодны для питания оперативных цепей защит от к.з., так как при к. з. напряжение в сети резко снижается и может в неблагоприятных случаях стать равным нулю. В то же время при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся глубокими понижениями напряжения в сети, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут использоваться для питания таких защит, как, например, защиты от перегрузки, от замыканий на землю, повышения напряжения и т. д.
Заряженный конденсатор. Помимо непосредственного использования мощности трансформаторов тока и напряжения можно использовать энергию, накопленную в предварительно заряженном конденсаторе.
Разрядный ток конденсатора, имеющий необходимые величину и продолжительность, может питать оперативную цепь в момент действия защиты независимо от характера повреждения или ненор-
мального режима в сети. Предварительный заряд конденсатора обычно осуществляется в нормальном режиме от напряжения сети. При исчезновении напряжения на подстанции запасенная конденсатором энергия сохраняется. Поэтому заряженный конденсатор может использоваться также для питания защит и автоматов, которые должны работать при исчезновении напряжения на подстанции.
Питание цепей управления выключателей. Дистанционное управление выключателями и их автоматическое включение от АПВ или АВР должно производиться при любых нагрузках на присоединении и при отсутствии напряжения на шинах подстанции, чего не обеспечивают трансформаторы тока. Поэтому питание цепей дистанционного управления, АПВ и АВР производится от трансформаторов напряжения, трансформаторов собственных нужд и заряженных конденсаторов. Таким образом, каждый источник переменного оперативного тока имеет свою, рассмотренную выше, область применения. При этом возможность использования того или иного источника определяется мощностью, которую он может дать в момент производства операций.
Мощность источника питания должна некоторым запасом превосходить мощность, потребляемую оперативными цепями, основной составляющей которой является мощность, затрачиваемая приводом на отключение и включение выключателей.
Наибольшие затруднения из-за недостаточной мощности возникают при применении трансформаторов тока и трансформаторов напряжения. Учитывая, что включение и отключение выключателей является кратковременной операцией, можно допускать значительные перегрузки Какие реле используются для защиты силового трансформатора. Их устройство и назначение.
Дифференциальная защита с токовыми реле, включенными через быстронасыщающиеся трансформаторы
Схема и принцип действия. Применение быстронасыщающихся трансформаторов (БНТ) позволяет выполнить простую и быстродействующую дифференциальную защиту, надежно отстроенную от токов небаланса и бросков намагничивания. На рис. 16-30, а представлена схема дифференциальной защиты с реле типа РНТ-565. Переходные токи небаланса и броски намагничивающих токов силовых трансформаторов расположены асимметрично относительно оси времени и содержат вследствие этого значительную апериодическую составляющую, которая не трансформируется на вторичную сторону БНТ, а почти полностью идет на намагничивание его сердечника. В реле защиты попадает лишь переменная составляющая тока небаланса и броска намагничивающего тока силового трансформатора. Ток срабатывания защиты должен отстраиваться от переменной составляющей переходных токов намагничивания и небаланса. В результате этого чувствительность защиты с насыщающимися трансформаторами оказывается выше, чем токовой отсечки. Опыт эксплуатации показывает, что ток срабатывания можно выбирать в пределах (1-2) Iном.т. При этом предполагается, что трансформаторы тока подобраны по 10%-ным кривым. Выше отмечалось, что реле РНТ-565 совмещает в себе устройство для выравнивания вторичных токов защиты и БНТ, питающий реле.
Обмотки wД и w2 образуют насыщающийся трансформатор; первая из них включается по дифференциальной схеме (на разность токов), а вторая - питает реле Т (типа РТ-40). Уравнительные обмотки включаются в плечи защит и служат для уравнивания вторичных токов. В защитах двухобмоточных трансформаторов используется одна обмотка.
Число витков уравнивающей обмотки регулируется с помощью отпаек и подбирается так, чтобы при внешнем к. з. ток в реле, а следовательно, и в обмотке w2 отсутствовал, т. е. /р = /2 = 0. Для обеспечения этого условия намагничивающие силы уравнительной и дифференциальной обмоток должны уравновешиваться. Ток срабатывания защиты регулируется изменением числа витков обмотки wД. На магнитопроводе реле РНТ имеется коротко-замкнутая обмотка wK. Она повышает отстройку реле от токов небаланса и бросков намагничивающих токов силового трансформатора особенно, когда эти токи не полностью сдвинуты относительно нулевой линии.
Подобные токи имеют значительную периодическую составляющую и относительно небольшую апериодическую, что понижает эффективность действия БНТ. Короткозамкнутая обмотка wR ограничивает периодический ток, возникающей во вторичной обмотке РНТ, но не изменяет подмагничивающее действие апериодической составляющей.
Короткозамкнутая обмотка уменьшает трансформацию периодической составляюobй тока в реле и не влияет на величину и действие апериодической составляющей.
Реле с магнитным торможением.Реле состоит из трехстержневого насыщающегося трансформатора , питающего обмотку электромагнитного реле . Насыщающийся трансформатор имеет, как и обычный БНТ, первичную рабочую обмотку wР и вторичную обмотку w2, в цепь которой включено дифференциальное реле. Для осуществления торможения на магнитопровод насыщающегося трансформатора насажена третья - тормозная обмотка wT. Рабочая обмотка включается дифференциально, а тормозная - в рассечку плеча токовой цепи защиты, т. е. так же, как соответствующие обмотки обычного тормозного реле.
Тормозная и вторичная обмотки реле состоят из двух секций: А и В, расположенных на крайних стержнях магнитопровода. Рабочая обмотка помещена на среднем стержне.
Параметры трансформатора подбираются с таким расчетом, чтобы обеспечить коэффициент торможения kT = 30-1-60%; его величина остается постоянной в пределах 10—50 а, увеличиваясь при больших значениях тормозного тока. При отсутствии тока в тормозной обмотке рассматриваемое реле работает как обычное реле с БНТ.
При внешнем к. з. ток, проходящий по тормозной обмотке, насыщает крайние стержни магнитопровода, в результате чего ток срабатывания реле возрастает, одновременно с этим ухудшается трансформация тока небаланса, появляющегося в рабочей обмотке трансформатора токов небаланса.
Отечественная промышленность выпускает реле типа ДЗТ, основанные на рассмотренном принципе. Эти реле содержат в себе трансформатор для выравнивания токов в плечах защиты. Имеются реле с одной тормозной обмоткой ДЗТ-11, предназначенные для двухобмоточных трансформаторов, с тремя (ДЗТ-13) и четырьмя (ДЗТ-14) тормозными обмотками, применяемые на многообмоточных трансформаторах.
Конструкции газовых реле имеют три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов. Первоначально применялись реле с ревизующим элементом в виде поплавка, затем появились реле у которых реагирующим элементом служит лопасть, в последнее время применяются реле с реагирующим элементам имеющим вид чашки.
Устройство поплавкового газового реле. Реле состоит из чугунного кожуха имеющего вид тройного патрубка с фланцами для соединения с грубой к расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка, выполненные в виде тонкостенных полых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в масле. Каждый плавок свободно вращается на оси, закрепленной, на стойке. На торце поплавков располагаются ртутные контакты , 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 изолированных проводников, которые не должны ограничивать свободного вращения поплавков. Контакты верхнего поплавка действуют на сигнал а нижнего - на отключение транс-
форматора. Верхний поплавок находится вверхней части кожуха реле, нижний :раcполагается на уровне соединительной трубы к расширителю так, чтобы поток масла мог воздействовать на него. Принцип действия реле. Кожух реле находится ниже уровня масла в расширителе, 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. промежуточного реле П1, последнее срабатывает и удерживается сериесными 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 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-6Г. Реле ПГЗ-6Г отличается конструкцией ртутных контактов меньшей степени реагирующей на: вибрацию трансформатора; и толчки масла при внешних к.з.
Влияние показателей качества электроэнергии на работу сетей и электроприемников.
Для нормальной работы любого промышленного предприятия должно быть обеспечено надежное снабжение его приемников электрической энергией в необходимом количестве и определенного качества. Качество электрической энергии потребителей, присоединенных к электрическим сетям общего назначения, регламентируется ГОСТ. Показателями качества электрической энергии у приемников являются:
· при питании от электрических сетей однофазного тока — отклонения частоты напряжения, колебания частоты и напряжения и несинусоидальность формы кривой напряжения;
· при питании от электрических сетей трехфазного тока — отклонения частоты напряжения, колебания частоты и напряжения, несинусоидальность формы кривой напряжения, смещение нейтрали и несимметрии напряжений основной частоты;
· при питании от электрических сетей постоянного тока — отклонения напряжения, колебания напряжения и коэффициент пульсации напряжения.
Отклонение частоты - разность, усредненная за 10 мин между фактическим значением основной частоты и номинальным ее значением. Отклонения частоты от номинального значения в нормальном режиме работы допускаются пределах 0,1 Гц.
Колебание частоты - разность между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения частоты не меньше 0,2 Гц в секунду. Колебания частоты не должны превышать 0,2 Гц сверх допускаемых отклонений 0,1 Гц.
Отклонение напряжения - разность между фактическим значением напряженияи его номинальным значением для сети, возникающая при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость изменения напряжения меньше 1% в секунду.
Согласно ГОСТ на зажимах приборов рабочего освещения, установленных в производственных помещениях и общественных зданиях, где требуется значительное зрительное напряжение, а также в прожекторных установках наружного освещения допускаются отклонения напряжения в пределах от минус 2,5 до плюс 5% номинального.
На зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления допускаются отклонения напряжения в пределах от минус 5 до плюс 10% номинального. На зажимах остальных приемников электроэнергии допускаются отклонения напряжения в пределах ± 5% номинального.
Колебание напряжения - разность между наибольшими наименьшимдействующими значениями напряжения в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения напряжения не меньше 1% в секунду.
Отклонения и колебания напряжения в питающей сети нарушают нормальный режим работы промышленных установок, вызывают снижение их производительности, увеличивают удельные расходы электроэнергии, сырья и вспомогательных материалов, приводят к порче технологического оборудования и снижению межремонтных сроков работы. Эксперименты показали, что снижение напряжения по отношению к номинальному даже в технически допустимых пределах приводит к уменьшению производительности установленного оборудования, ведет к значительному убытку. Так, например, снижение напряжения от номинального на минус 2% в электрической сети 0,4 кВ узла фильтрации красного шлама глиноземного производства приводит к убытку. Напряжение в таких сетях должно быть 1 - 1,05 номинального.
Смещение нейтрали характеризуется напряжением нулевой последовательности основной частотыи выражается в процентах номинального фазного напряжения.
Несинусоидальность формы кривой напряжения характеризуется:
а) составом высших гармоник, каждая из которых определяется действующим значением;
б) действующим значением всех высших гармоник.
Наличие высокого уровня гармонических составляющих в сетях электроснабжения предприятий приводит к ряду отрицательных явлений:
1)появление дополнительных потерь активной мощности и электроэнергии в элементах сети;
2)снижение коэффициента мощности;
3)ограничение области применения косинусных конденсаторных батарей вследствие возможности появления резонансных или близких к ним режимов на частотах высших гармоник;
4)ускоренное старение изоляции электрооборудования как вследствие диэлектрического, так и дополнительного ее нагрева;
5)повышенная вероятность перехода однофазного замыкания в междуфазное вследствие увеличения полного тока или остаточного после компенсации тока замыкания на землю;
6)наличие высших гармоник тока в сети выпрямленного напряжения;
7)наличие высших гармоник токов и напряжений существенно увеличивает погрешности счетчиков для учета активной и реактивной энергии, а также вносит погрешности при измерениях токов и напряжений;
8)гармоники оказывают вредное действие на коммутацию трехфазных коллекторных двигателей;
9)токи высших гармоник вызывают неправильное действие некоторых видов релейных защит, ухудшают качество, а в некоторых случаях приводят к сбоям в работе систем контроля, автоматики, телемеханики и связи.
Устранение высших гармоник в электрической системе возможно за счет увеличения числа фаз или за счет применения средств, ограничивающих проникновение токов высших гармоник в электрическую сеть. Все средства, ограничивающие токи и напряжения высших гармоник, условно можно разделить на основные и дополнительные. К основным можно отнести средства, не требующие установки дополнительного оборудования, а к дополнительным - требующие таких установок, причем дополнительные средства применяются в тех случаях, когда в системе или в отдельных ее узлах напряжения или токи высших гармоник недопустимы по техническим или экономическим условиям.
Коэффициент пульсации постоянного (выпрямленного) напряжения - выраженное в процентах отношение действующего значения всех гармонических составляющих выпрямленного напряжения к постоянной составляющей того напряжения. Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на зажимах электродвигателей постоянного тока не должен превышать 8%. Высшие гармоники оказывают значительное влияние на технологический процесс и режим работы электролизеров и т. п. Наличие пульсирующего напряжения с большим содержанием высших гармоник способствует увеличению обратимых восстановительных процессов в электролите, влияет на подвижность ионов, на перенос заряда от катода к аноду и, следовательно, приводит к снижению коэффициента полезного действия электролизных установок, к ухудшению качества продукции
Состав собственных нужд тепловых электростанций твердого топлива.
В состав механизмов с. н. ТЭС входят рабочие машины, обслуживающие машинное и котельное отделения, а также обще станционные нагрузки.
Потребители с. н. электрических станций относятся к I категории пo надежности питания и требуют электроснабжения от двух независимых источников. В пределах I категории потребители с. н. тепловых электростанций делятся на группы ответственных и неответственных.
Ответственными являются темеханизмы с. н., кратковременная остановка которых приводит к аварийному отключению или разгрузке основных агрегатов станции. Кратковременное прекращение питания неответственных потребителей с. н. не приводит к немедленному аварийному останову основного оборудования. Однако чтобы не расстроить технологический цикл производства электроэнергии, их Электроснабжение спустя небольшой промежуток времени должно Быть восстановлено. В котельном отделении ответственными являются дымососы, дутьевые вентиляторы, питатели пыли. К неответственным относятся смывные и багерные насосы системы гидрозолоудаления, а также электрофильтры. К ответственным механизмам машинного отделения относятся питательные, циркуляционные и конденсатные насосы, маслонасосы турбин и генераторов, подъемные насосы газоохладителей генераторов и маслонасосы системы уплотнения вала генераторов, а к неответственным сливные насосы регенеративных подогревателей, дренажные насосы, энжекторные, на ТЭЦ также сетевые насосы, кон-денсатные насосы бойлеров и насосыподпитки теплосети. Прекращение электроснабжения дымососов, дутьевых вентиляторов, питателей пыли приводит к погасанию факела и остановке парового котла. Важное место в технологическом цикле станции занимают питательные насосы, подающие питательную воду в паровые котлы. Мощность электропривода питательных насосов высокого давления составляет до 40% общей мощности потребителей с. н. и достигает нескольких мегаватт. Остановка питательных насосов приводит к аварийному отключению паровых котлов технологическими защитами. Особенно тяжело переносят такую остановку прямоточные котлы блочных электростанций.
Отключение конденсатных и циркуляционных насосов приводит к срыву вакуума турбин и к их аварийной остановке.
К числу особо ответственных потребителей с. н., отказ которых может привести к повреждению основных агрегатов, следует отнести маслонасосы системы смазки турбогенератора и уплотнения вала генератора. Отказ во включении резервных масляных насосов во время аварийной остановки станции с потерей питания собственных нужд может привести к срыву масло снабжения подшипников турбины и генератора и выплавлению их вкладышей. Поэтому питание маслонасосов турбин и уплотнений вала генератора резервируется аккумуляторными батареями.
На ТЭС имеются многочисленные механизмы обще станционного назначения, необходимые для работы станции. Сюда относятся потребители топливо приготовления и топливоподачи: дробилки, мельницы для размола угля, мельничные вентиляторы, конвейеры и транспортеры топливоподачи и бункеров пыле завода, краны-перегружатели на складе угля, вагоноопрокидыватели. Кратковременная остановка этих механизмов обычно не приводит к расстройству технологического цикла производства электрической и тепловой энергии, и поэтому эти механизмы можно отнести к неответственным. Действительно, в бункерах всегда имеется запас сырого угля, и поэтому останов транспортеров или угледробильных устройств не приводит к прекращению подачи топлива в топочные камеры. Допускается останов и барабанных шаровых мельниц, так как при их использовании на электростанциях обычно имеются промежуточные бункеры с запасом угольной пыли, рассчитанным примерно на два часа работы котла с номинальной производительностью. В случае применения молотковых мельниц промежуточных бункеров обычно не предусматривают, но на каждый котел устанавливают не менее трех мельниц. При останове одной из них оставшиеся обеспечивают не менее 90% производительности.
К обще станционным механизмам относятся насосы химводоочистки и хозяйственного водоснабжения. Большинство из них можно 'отнести к неответственным потребителям, так как кратковременная остановка насосов химводоочистки не должна привести к аварийному режиму в снабжении водой котельных агрегатов. Исключением являются насосы подачи химически очищенной воды в турбинное отделение, так как при нарушении баланса между их производительностью и расходом питательной воды возможно возникновение аварийной ситуации на станции.
К электроприемникам общестанционного назначения относитcя также резервные возбудители, насосы кислотной промывки, противопожарные насосы (эти потребители при нормальных условиях эксплуатации агрегатов не работают), вентиляционные устройства, компрессоры воздушных магистралей, крановое хозяйство, часть электрического освещения, мастерские, зарядные устройства аккумуляторных батарей, потребители открытого распределительного устройства и объединенного вспомогательного корпуса. Большинство из этих потребителей можно классифицировать как неответственные. Ответственными являются некоторые из вспомогательных механизмов электрической части: двигатель-генераторы питателей пыли и двигатели охлаждения мощных трансформаторов, осуществляющие обдув маслоохладителей и принудительную циркуляцию.
Дата добавления: 2015-03-19; просмотров: 1676;