Произведен анализ по основным видам защит трансформаторов. Выявлены особенности и недостатки.
Ключевые слова: силовые трансформаторы, системы защиты, микропроцессорные устройства релейной защиты автоматики.
The analysis of the main types of protections of transformers. The peculiarities and shortcomings
Keywords: power transformers, system protection, microprocessor devices of relay protection of automatics
Силовой трансформатор является главной частью электрической подстанции. Так как стоимость его оснащения достаточно большая, следует немедленно реагировать на возникающие в нем изменения работы, сбои и повреждения. С помощью быстродействующих и чувствительных защит на стороне высокого и низкого напряжения, можно избежать поломок. В данной статье будут кратко разобраны основные виды защит, зоны их работы и особенности, а также микропроцессорная защита силовых понижающих трансформаторов/
Существует два типа защит трансформатора резервная и основная. К основным относится дифференциальная и газовая защита трансформатора. Дифференциальная работает без выдержки времени. Это защита с абсолютной селективностью, то есть она реагирует на все виды двухфазных и трехфазных КЗ в зоне действия. Зона работы дифференциальной защиты ограничена трансформаторами тока по сторонам высокого и низкого напряжения. [1]
Газовая защита трансформатора (мощностью от 630кВа) также относится к основным. Такая защита работает без выдержки времени и защищает силовой трансформатор от внутрибаковых повреждений. Газовая защита имеет две ступени. Первая ступень срабатывает при плавном снижении уровня масла в баке трансформатора. При этом отключение силового оборудования не происходит, и срабатывает лишь соответствующее указательное реле. Вторая ступень срабатывает уже на отключение силового трансформатора. Работает эта защита при возникновении серьезного повреждения внутри бака силового трансформатора и выброса масла, а также в случае снижения уровня масла в оборудовании ниже уровня газового реле. Максимальная токовая защита является самой важной резервной защитой. Преимуществом которой является возможность дальнего резервирования при протекании короткого тока замыкания. Такая защита будет чувствительной не только при КЗ на силовом трансформаторе, но и в случае возникновении аварии на отходящем присоединении. Время срабатывания защиты выбирается, исходя из принципов селективности, и может составлять от 0,5 до 4 секунд. [1]
Токовая резервная защита воздействует на отключение силового трансформатора. Назначение данного устройства, построенного на блоках предохранителей 4700 или на релейной защите трансформатора, и заключается в резервировании основных защит при их отказе или в случае потери опертока. Основным преимуществом данной защиты является полная независимость от оперативного тока на подстанции. Время срабатывания токовой резервной защиты обычно максимальное (от 3 до 6 секунд). Защита минимального напряжения (ЗМН) работает в случае обесточения силового трансформатора и воздействует на отключение выключателя низкой стороны перед действием автоматического включения резерва. Время работы ЗМН может различным — от 6 до 20 секунд, в зависимости от типа нагрузки и требований потребителя. Защита от перегруза работает в случае превышения номинальной мощности трансформатора в среднем на 25 %. Время срабатывания такой защиты составляет обычно 9 секунд. При повышении температуры масла в баке силового трансформатора будет работать защита от перегрева. При этом установка по температуре зависит от вида охлаждения силового трансформатора. Защита также работает на сигнал. Время срабатывания также эквивалентно времени срабатывания предупредительной сигнализации на подстанции. [1]
Развитие цифровой техники и применение ее в широком спектре направлений промышленности и электроэнергетики, дало начало проникновению ее все уровни автоматизации энергообъектов. Устройства релейной защиты автоматики (РЗА), выполненные на традиционной элементной базе, не способны обеспечить решение ряда актуальных эксплуатационных и технических проблем.
Согласно ПУЭ [3] понижающие трансформаторы должны обеспечиваться защитами от:
‒ многофазных замыканий в обмотках и на выводах;
‒ однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;
‒ витковых замыканий в обмотках;
‒ токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;
‒ токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;
‒ понижения уровня масла;
‒ однофазных замыканий на землю в сетях 3–10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности. [3]
С развитием отрасли электроэнергетики, стало необходимо внедрять все новые и современные новшества, тогда стали появляться защиты на базе микропроцессорной техники. Такие защиты имеют ряд преимуществ:
1) точные данные измерений и сверхчувствительность;
2) такие защиты могут фиксировать аварийные события, а также более детально вести расследования об поломках и повреждениях системы;
3) защитами на базе микропроцессорной техники можно управлять дистанционно и вести мониторинг за защищаемым объектом. Таким образом, снижаются материальные затраты на выезды оперативных бригад;
4) высокая надежность и ремонтопригодность.
В связи с экономическими условиями, приоритетным направлением для развития систем релейной защиты РЗА, является создание свободного рынка конкурентно способных технических средств систем РЗА.
Научно-техническая политика РАО «ЕЭС России» ориентирована как на внедрении микропроцессорных систем РЗА отечественного производства, так и других фирм, соответствующих требованиям РАО «ЕЭС России» по функционированию и условиям эксплуатации.
Задача о внедрении современных микропроцессорных устройств остается актуальной в условиях острого дефицита квалифицированного персонала. За последние несколько лет в России заметно выросли отечественные разработки, что сейчас создает конкуренцию европейским фирмам. На Российский рынок современных технических средств РЗА претендуют также разработчики и производители Украины, Республики Беларусь, Литвы, Польши, Словении и др. [2]
Достоинства микропроцессорных устройств релейной защиты автоматики (МУП РЗА):
1) Уменьшение расходов на эксплуатацию, за счет системы самодиагностики, автоматической регистрации режимов и событий, за счет уменьшения времени на выяснение причин неисправностей
2) Возможность диагностики первичного оборудования.
3) Снижение потребления по цепи оперативного постоянного тока и напряжения.
4) Сокращение расходов на монтаж, уменьшение габаритов
Недостатки микропроцессорные устройства релейной защиты автоматики (МУП РЗА):
1) Высокая стоимость оборудования по сравнению с электротехнической частью.
2) Переход на МУП РЗА требует переподготовки персонала.
3) Требуется время на перезагрузку в системе питания после перерыва в энергоснабжении.
Хотя устройства МУП РЗА являются весьма дорогостоящими, однако их применение позволяет достичь более высокой экономической эффективности за счет снижения эксплуатационных затрат и ущерба от недоотпуска электроэнергии.
Использование в автоматизированных системах АСУ электростанций и подстанций влияет не только на экономический эффект, но и на организацию труда персонала.
Литература:
- Копьев В. Н. Релейная защита // Принцип выполнения и применения, 2009. С. 7–115.
- Романюк, Ф. А. Микропроцессорная защита силовых понижающих трансформаторов / Ф. А. Романюк, С. П. Королев, М. С. Ломан // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ — Энергетика: международный научно-технический журнал. — 2011. — № 5. — С. 5–10.
- Правила устройства электроустановок. Издание 7,2017.
