ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

а) Принцип действия и устройство газового реле

Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов. Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов иобразованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высокой частью трансформатора (рис. 16-37) и имеет сообщение с атмосферой.

При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных повреждениях, бурно расширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя.

Таким образом, образование газов в кожухе трансформатора и движение масла в сторону расширителя могут служить признаком повреждения внутри трансформатора. Эти признаки используются для выполнения специальной защиты при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и движение масла. Газовое реле 1 устанавливается в трубе, соединяющей кожух трансформатора с расширителем так, чтобы через него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в расширитель при повреждениях в трансформаторе.

Конструкции газовых реле имеют три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов. Первоначально применялись реле с реагирующим элементом в виде поплавка, затем появились реле, у которых реагирующим элементом служит лопасть, в последнее время применяются реле с реагирующим элементом, имеющим вид чашки.

Устройство поплавкового газового реле показано на рис. 16-38. Реле состоит из чугунного кожуха 1, имеющего вид тройного патрубка с фланцами для соединения с трубой к. расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка 2а и26, выполненные в виде тонкостенных полых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в масле. Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной на стойке. На торце поплавков располагаются ртутные контакты 3, 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 и изолированных проводников, которые не должны ограничивать свободного вращения поплавков. Контакты верхнего поплавка действуют на сигнал, а нижнего — на отключение трансформатора. Верхний поплавок находится в верхней части кожуха реле, нижний располагается на уровне соединительной трубы к расширителю так, чтобы поток масла мог воздействовать на него.

Принцип действия реле. Кожух реле находится ниже уровня масла врасширителе, 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. Чтобы обеспечить продолжительность импульса, достаточную для отключения выключателя, применяется особая схема, обеспечивающая самоудержание выходного промежуточного реле П₁ на время, достаточное для отключения выключателей. Подобная схема приведена на рис. 16-39. Газовое реле подает кратковременный ток в шунтовую обмотку 1 промежуточного реле П₁, последнее срабатывает и удерживается последовательно включенными 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 дежурному персоналу 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-61, выполненные на описанном выше принципе с реагирующим органом в виде цилиндрических поплавков. Реле ПГЗ-61 отличается конструкцией ртутных контактов, в меньшей степени реагирующей на вибрацию трансформатора и толчки масла при внешних к. з.

Лопастные реле (рис. 16-40, а). Сигнальный элемент этого реле выполнен в виде поплавка, как и у реле на рис. 16-38. Нижний отключающий элемент выполняется в виде поворотной лопасти (пластины) 1 или состоит из поплавка и лопасти. При движении масла или потока газов лопасть поворачивается на некоторый угол под воздействием силы, создаваемой движущимся потоком; при этом связанные с лопастью ртутные контакты 9 замыкаются, подавая импульс на отключение. Изменяя начальный угол наклона лопасти 1, регулируют чувствительность реле, т. е. изменяют скорость движения масла, при которой срабатывает лопасть реле. В реле, у которых нижний элемент состоит из лопасти и поплавка, последний предназначен для работы при снижении уровня масла. В конструкции на рис. 16-40, а нижнего поплавка нет. В этом реле на понижение уровня масла реагирует только сигнальный элемент. При таком исполнении исключается ложное действие отключающего элемента реле из-за нарушения герметичности поплавка и попадания в него масла, но при этом ухудшаются защитные свойства реле. Лопастные реле распространены за границей. Реле, показанное на рис. 16-40, а, разработано в Горэнерго.

замыкание контактов противодействуют пружины 8 и 9, тянущие чашки вверх. Для ограничения движения чашек под действием пружины предусмотрены упоры 10 и 11. На нижней чашке 2 имеется лопасть 12, вращающаяся на оси. Если в кожухе реле и в чашках нет масла, то момент пружины М_ппреодолевает рабочий момент М_раб, создаваемый весом корпуса чашки. В этом случае М_П > М_раб и контакты обоих элементов разомкнуты. Если кожух реле, а следовательно, и чашки заполнены маслом, то за счет потери веса тела, погруженного в жидкость, М_раб уменьшается и момент пружин М_пеще более превосходит М_раб. При понижении уровня масла момент М_раб увеличивается за счет веса находящегося в чашке масла, суммарная сила веса чашки и масла F_ч + F_мпреодолевает противодействие пружины (М_раб > М_п), чашка опускается и замыкает свои кон такты. При бурном газообразовании под действием силы, созданной потоком масла или газов, лопасть 12 поворачивается и замыкает контакты 4—7.

Чашечные реле не имеют недостатка, присущего поплавковой конструкции, действующей ложно при нарушении герметичности поплавков. Реле работает при понижении уровня масла, имеет удобную регулировку чувствительности и в меньшей степени, чем реле со ртутными контактами, реагирует на вибрацию корпуса трансформатора. Завод ЗТЗ выпускает реле с чашечковыми элементами типа РГЧЗ-66. Чувствительность нижнего элемента (лопасти) регулируется в пределах от 0, 6 до 1, 2 м/с. Время действия реле при работе лопасти колеблется от 0, 5 до 0, 05 с в зависимости от скорости движения масла.

б) Особенности газовой защиты

По своему принципу действия газовая защита может работать не только при повреждениях и опасных ненормальных режимах, но и при появлении в кожухе трансформатора воздуха, при толчках (движении) масла, вызванных любой причиной, и механических сотрясениях, имеющих место вследствие вибрации корпуса трансформатора. Воздух попадает в кожух трансформатора при доливке масла, ремонте трансформатора с перезаливкой масла и т. п. В дальнейшем при включении трансформатора под нагрузку температура масла начинает повышаться, находящийся в масле воздух прогревается и поднимается к расширителю. Попадая в реле, воздух может вызвать срабатывание верхнего (сигнального) контакта, а при быстром движении — нижнего, который неправильно отключит трансформатор.

Для предупреждения неправильного отключения трансформатора отключающая цепь защиты после доливки масла или включения нового трансформатора переводится на сигнал (на 2—3 суток) до тех пор, пока не прекратится выделение воздуха, отмечаемое по работе защиты на сигнал.

Толчки масла, не связанные с повреждением трансформатора, могут возникать при внешних коротких замыканиях, например, от смещения обмоток вследствие динамических усилий; при пуске и остановке насосов, обеспечивающих циркуляцию масла (у трансформаторов с искусственным охлаждением масла), и по ряду других причин.

Неправильная работа нижнего поплавка реле от толчков масла, но связанных с повреждением трансформатора, может быть устранена его загрублением.

Опыт эксплуатации защиты и ее исследования, проведенные ОРГРЭС и рядом энергосистем, показывают, что неправильная работа защиты от толчков масла наблюдалась на реле, реагирующих на движение масла со скоростью 20—15 см/с. Более грубые реле, реагирующие на скорость 50 см/с и выше, как правило, ложно не работают.

В настоящее время принято регулировать чувствительность нижнего поплавка на скорость 50—160 см/с.

На трансформаторах и автотрансформаторах большой мощности (240—400 МВ·А) наблюдается повышенная вибрация корпуса. Реле ПГ-22 и РГЗ-22 недостаточно виброустойчивы и, как показал опыт эксплуатации, работают ненадежно на трансформаторах с повышенной вибрацией.

В процессе эксплуатации необходимо следить за герметичностью баллончиков у реле поплавкового типа. При ее нарушении масло попадает внутрь поплавка, он теряет плавучесть и опускается, замыкая контакты. Такие дефекты наблюдались в эксплуатации; в связи с этим у вновь включаемых реле и периодически у реле, находящихся в эксплуатации, герметичность баллончиков проверяется помещением их в нагретое масло при избыточном давлении (0, 5—1 кгс/см²).

в) Требования к монтажу защиты

На трансформаторах, снабженных газовым реле, бак (кожух) трансформатора должен устанавливаться наклонно, так чтобы край трансформатора, связанный с расширителем, и сама труба к расширителю имели подъем на 1, 5—2% (рис. 16-36). Этим обеспечивается беспрепятственный проход газов в расширитель при повреждениях и предотвращается возможность скопления пузырьков воздуха под крышкой кожуха трансформатора, которое может повлечь за собой ложное действие защиты.

Особое внимание должно обращаться на разделку кабеля, отходящего от выводов реле. Опыт показывает, что в разделку кабеля газовой защиты может попадать масло из трансформатора. Оно разъедает резиновую изоляцию жил кабеля, что приводит к замыканию между ними и неправильному отключению трансформатора. Поэтому вывод из газового реле можно выполнять только кабелем с бумажной изоляцией (КСБ или КСГ).

На открытых подстанциях следует обеспечить надежную защиту выводов на крышке газовых реле от попадания на них влаги.

г) Оценка газовой защиты

Основными достоинствами газовой защиты являются: простота ее устройства, высокая чувствительность, малое время действия при значительных повреждениях, действие на сигнал или отключение в зависимости от размеров повреждения.

Газовая защита является наиболее чувствительной защитой трансформатора от повреждений его обмоток и особенно при витковых замыканиях, на которые дифференциальная защита реагирует только при замыкании большого числа витков_, а максимальная защита и отсечка не реагируют совсем. В настоящее время все трансформаторы мощностью 1000 кВ·А и выше поставляются вместе с газовой защитой.

Газовая защита не действует при повреждениях на выводах трансформатора и должна выводиться из действия, когда имеется опасность выделения воздуха в кожухе трансформатора (т. е. после доливки масла, ремонта трансформатора и включения его вновь). По этим причинам газовая защита должна дополняться второй защитой от внутренних повреждений. Для маломощных трансформаторов такой защитой служат максимальная защита и токовая отсечка. Для мощных трансформаторов применяется более совершенная дифференциальная защита.

Газовая защита не только применяется для защиты трансформаторов и автотрансформаторов, но также считается обязательной на маслонаполненных реакторах и дугогасящих катушках.

⇐ Предыдущая 57 58 59 60 616263 64 65 66 Следующая ⇒