Защита силовых трансформаторов

Устройства релейной защиты для силовых трансформаторов предусматривают от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

а) многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

б) однофазных замыканий на землю в обмотках и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

в) витковых замыканий в обмотках;

г) токов в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями;

д) токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

е) понижением уровня масла в баке;

ж) однофазных замыканий на землю в сетях 6 – 10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает, в которой отключение однофазных замыканий необходимо по требованиям безопасности.

Виды защит трансформатора определяются его мощностью, назначением режимом работы, местом установки, схемой включения.

Максимальная токовая защита (МТЗ) действует при повышении тока на защищаемом участке выше установленного значения. Может действовать на сигнал и отключение. Применяется для защиты трансформаторов, электродвигателей и линий электропередачи с односторонним питанием.

Токовой отсечкой  называется максимальная токовая защита, выполненная с мгновенным действием или с выдержкой времени и предназначенная для обеспечения селективности в пределах зоны действия. Она отстраивается от токов замыкания на стороне низшего напряжения трансформатора, в конце линии или в начале следующего участка, от пусковых токов двигателей и т.п.

Дифференциально-токовая защита Основана на принципе сравнения в начале и в конце защищаемого участка. На трансформаторах она применяется для защиты от повреждений на выводах и от внутренних повреждений с целью селективного отключения поврежденного трансформатора.

Газовая защита применяется для защиты от повреждений внутри трансформатора, сопровождающихся выделением газа или при понижении уровня масла в баке.

Защиту трансформаторов небольшой и средней мощности (не более 1000 кВА) от коротких замыканий в его обмотках, на выводах и в соединениях до выключателей выполняют в виде токовой отсечки без выдержки времени или токовой защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени. Защиту устанавливают со стороны источника питания, непосредственно у выключателя. В зону действия защиты при этом попадет как сам трансформатор, так и его соединения с выключателями.

Для трансформатора мощностью 1000 кВА и более может быть предусмотрена продольная дифференциальная защита.

Наряду с защитами, действующими при повреждениях в самом трансформаторе и на его соединениях, предусматривают резервные защиты от внешних коротких замыканий. Они являются одновременно защитами шин, на которые работает трансформатор, если на шинах отсутствует собственная защита.

В качестве защит от внешних коротких замыканий применяют токовые защиты с выдержкой времени с включением реле на полные токи фаз и на их симметричные составляющие. Эти защиты реагируют также на внутренние короткие замыкания и могут использоваться даже как основные защиты трансформатора.

Для понижающих трансформаторов мощность 400 кВА и более с высшим напряжением до 35 кВ и соединением обмоток звезда-звезда с заземленной нейтралью на стороне низшего напряжения предусматривают специальную защиту от однофазных коротких замыканий на землю на стороне низшего напряжения, если защита от внешних замыканий не реагирует на эти повреждения. Такая защита обязательна для блоков трансформатор – магистраль низшего напряжения, но может не применяться на подстанциях с распределительными щитами, если они находятся от трансформатора не далее 30 м и соединение между трансформатором и щитом выполнено кабелем. В этом случае однофазное короткое замыкание переходит в многофазное, а отключение междуфазного короткого замыкания осуществляется защитой трансформатора.

Обязательным видом защиты всех масляных трансформаторов мощностью 6300кВАи более является газовая защита. Она также предусматривается для масляных трансформаторов мощностью 630 кВА и более, установленных на внутрицеховых подстанциях.

В качестве основной защиты трансформатора ГПП 35/10 кВ применяется МТЗ.

Ток срабатывания защиты

где К_зап =1,1 – 1,2– коэффициент запаса, учитывающий погрешность реле, неточности расчета;

  К_сз =2,5 – 3 – коэффициент самозапуска, учитывающий возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания

  К_в =0,8 – 0,85 – коэффициент возврата токового реле;

I_р.мах - максимальный ток первичной обмотки трансформатора в нормальном режиме работы.

I_р=S"_р /   U_ном

Ток срабатывания реле

где К_i – коэффициент трансформации трансформатора тока;

  К_сх – коэффициент схемы зависит от способа соединения трансформаторов тока: К_сх =1 при соединении в полную и неполную звезду, К_сх =  при включении реле на разность токов двух фаз.

Выбранная защита должна быть проверена по чувствительности

К_ч=I_{к min}/I_сз

где I_{к min} – минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемого или резервируемого участка.

Чувствительность защиты считается достаточной, если при коротком замыкании она составляет

К_ч ≥1,5

Селективность защиты обеспечивается выбором выдержки времени по условию

t₂=t₁ +Δ t

где t₂ – выдержка времени защиты расположенной, ближе к источнику питания по сравнению защитой, имеющей меньшую выдержку времени t₁;

Δ t – ступень избирательности, в расчетах принимается Δ t =0,6 – 1с для защит с ограниченно зависимой от тока короткого замыкания характеристикой времени срабатывания и Δ t =0,3 – 0,6с для защит с независимой характеристикой времени срабатывания.

Максимальный ток первичной обмотки трансформатора ГПП в нормальном режиме работы.

I_р=S"_р/  U_ном =7997,8/ √3 35=132 А

Номинальный первичный ток выбранного трансформатора тока по составляет 150 А

Ток срабатывания защиты

= 1466 А

Коэффициент трансформации трансформатора тока

К_I =150/5=30

Ток срабатывания реле

= 31,2А

Минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемого участка

I_{к min} =0,8 I_к =0,8 2600=2080 А

Проверка защиты по чувствительности

К_ч=I_{к min}/I_сз =2080/466=4,76>1,5