Виды повреждений силовых трансформаторов, ненормальные режимы и защита от них

Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются:

а) замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора и на наружных выводах обмоток;

б) замыкания в обмотках между витками одной фазы (так называемые витковые замыкания);

в) замыкания на землю обмоток или их наружных выводов.

Опыт показывает, что к. з. на выводах и витковые замыкания в обмотках трансформаторов происходят наиболее часто.

Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они хотя и не исключены, но маловероятны вследствие большой прочности между фазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, замыкания между обмотками фаз практически невозможны.

При витковых замыканиях токи, идущие к месту повреждения от источников питания, могут быть небольшими.

В случае замыкания на землю обмотки трансформатора, подключенной к сети с малым током замыкания на землю, ток повреждения определяется величиной емкостного тока сети. Поэтому защиты трансформатора, предназначенные для действия при витковых замыканиях, а также при замыканиях на землю в обмотке, работаю щей на сеть с изолированной нейтралью, должны обладать высокой чувствительностью.

Для ограничения размера разрушения защита от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро. Повреждения, сопровождающиеся большим током к. з. должны отключаться без выдержки времени с t=0,05÷0,1 сек.)

Защиты от повреждений. В качестве таких защит применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты. В последнее время применяется довольно простая защита от замыкания на корпус (кожух) трансформатора.

Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является появление в них сверхтоков, т. е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних к. з., качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключения параллельно работающего трансформатора, автоматического подключения нагрузки при действии АВР и т. п.

Внешние к. з.При внешнем к. з., вызванном повреждением на шинах трансформатора или неотключившимся повреждением на от ходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи к. з. которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь защиту от внешних к. з., отключающую трансформатор для прекращения протекающего по нему тока повреждения. Поскольку внешнее к.з. сопровождается понижением напряжения в сети, защита должна действовать с минимальной выдержкой времени, необходимой для селективности.

Защита от внешних к. з. осуществляется при помощи максимальной токовой защиты, максимальной защиты с блокировкой минимального напряжения, токовой защиты нулевой последовательности и защиты обратной последовательности. В зону действия защиты от внешних к. з., как правило, должны входить шины под станций (I участок защиты) и все присоединения, отходящие от этих шин (II участок защиты). Защиты от сверхтоков являются также резервными от повреждений в трансформаторе.

Перегрузка.Перегрузки обычно не сопровождаются значительным понижением напряжения в сети. Поэтому требование ко времени действия защиты от перегрузки определяется только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку по току на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах.

Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непродолжительности. Например, перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т. п.). Отключения трансформатора при таких пере грузках не требуется.

Более длительные перегрузки, вызванные, например, автоматическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего трансформатора и т. п., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который имеет для этого достаточное время. На подстанциях без дежурного персонала ликвидация длительной перегрузки должна производиться автоматически от защиты отключением менее ответственных потребителей или перегрузившегося трансформатора.

Таким образом, защита трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение, только когда перегрузка не может быть устранена персоналом. Во всех остальных случаях защита должна действовать на сигнал.

Защита от перегрузки выполняется, как правило, реагирующей на ток с действием на сигнал или отключение в зависимости от характера обслуживания подстанции.

Повышение напряжения.Кчислу опасных для трансформаторов ненормальных режимов, возникающих в сетях 500—750 кВ, относится повышение напряжения. Оно возникает при одностороннем отключении длинных линий с большой емкостной проводимостью или при резонансе, вызванном определенным сочетанием емкости линии и индуктивности шунтирующих реакторов.

Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, вследствие чего происходит возрастание тока намагничивания и вихревых .токов. Эти токи нагревают обмотку и сердечник трансформатора, что может привести к повреждению изоляции обмоток и «пожару железа» сердечника.