ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина VIII, брой 2, 2016

Принципи в трансформаторните защити

Принципи в трансформаторните защити

снимка: ELECAN

Трансформаторите са едни от най-критичните и скъпи компоненти в електроенергийната система. Поради продължителния срок за ремонт или подмяна, основната цел е опазването им и ограничаване на щетите в повредения трансформатор.
Някои функции за защита, като защита от превъзбуждане и температурна защита, могат да подпомогнат тази цел, като определят условията за работа, които могат да причинят повреда в трансформатора. Комбинираната трансформаторна защита се осигурява от няколко функционални защитни релета, подходящи при критични трансформатори за всички приложения.


Видът на защита на трансформаторите варира в зависимост от приложението и значението на трансформатора. Трансформаторите са защитени предимно срещу неизправности и претоварване. Защитата, която се използва, трябва да сведе до минимум времето за прекъсване вследствие на неизправности в трансформатора и да намали риска от катастрофална повреда, за да опрости евентуален ремонт. Всяка продължителна работа на трансформатора в анормално състояние, като разломи или претоварвания, компрометира живота на трансформатора, което означава, че трябва да се осигури подходяща защита за по-бърза изолация на трансформатора при такива условия.

Трансформаторни повреди
Повредите в трансформатори могат да бъдат класифицирани в няколко групи. Повреди в намотките в следствие на късо съединение, повреди в ядрото на трансформатора (например нарушена изолация). Повреди в изводите се предизвикват от открити проводници, разхлабени връзки и къси съединения. Последната голяма група повреди възникват в стъпалният регулатор – механични, електрически, къси съединения, прегряване. Извънредните условия на работа също могат да доведат до неизправности като превъзбуждане, претоварване или пренапрежения.

Главното оперативно предизвикателството към трансформаторните диференциални защити е поддръжката на сигурността от външни неизправности по време на насищане като е необходимо да се следи за запазване на чувствителността към откриване на вътрешни повреди. Насищането намалява вторичният ток като предизвиква отчитането на фалшив диференциален ток от релето.

Диференциални защити
Диференциалните релета посрещат предизвикателствата чрез ограничаване на тока, базирано на максималният измерен ток в намотката, за разлика от традиционните релета отчитащи сумата от токовете. По този начин се гарантира много добро следене на тока и съответно показва действителното състояние на повредата, балансиране на чувствителността и сигурността. Диференциалните елементи могат да бъдат настроени да отчитат както DC и AC насищане на трансформатора, гарантирайки сигурността, като същевременно поддържат чувствителността.

Енергизирането на трансформатора напомня на състояние на вътрешна повреда. Ако не е предвиден механизъм за подтискане, диференциалният елемент ще изключи. Намагнитващият пусков ток е със значително съдържание на втора хармонична съставяща. Нивото на този ток може да се използва, за да се прави разлика между пускане и повреда.

Традиционно блокиране на втори хармоник - Традиционно втората хармонична съставяща отговаря на съотношението на величините на 2-ри хармоник и основните токове.

Адаптивното блокиране на 2-ри хармоник отговаря, както за двете величини, така и за фазовите ъгли на втори хармоник и на основният ток. Диференциалният елемент правилно разграничава възникнала повдера или грешка от енергизиране на трансформатора, когато вторият хармоник е по-малък от въведената настройка. Въпреки че нивата на 2-рият хармоник при пускане често не спадат под 20%, много трансформатори са податливи на генериране на ток с по-ниска втора хармонична съставяща по време енергизация. Настройки за намаляване на 2-ри хармоник под 20% могат да доведат до неправилно заработване на защитния елемент по време на вътрешни повреди. Адаптивната блокировка на втори хармоник позволява настройки в традиционния обхват от 20%, като същевременно запазва сигурността на диференциала елемент срещу неправилно сработване.

Съществува и алтернативен метод за пускови ограничения, където токът, напрежението или състоянието на прекъсвача, се използват за обозначаване на де-енергизиране на трансформатора. Прагът може да бъде занижен по време на пускане на трансформатора, като се осъществява чрез контактите на прекъсвача, наблюдение на тока или напрежението. Това позволява настройка на по-малко от 20% за пусковото ограничение по време на пускане на трансформатора.

Земни съединения
Диференциалните и токови защити не осигуряват достатъчна защита на намотките със заземена неутрала. Функциите за ограничаване на заземяването могат да се използват за осигуряване на диференциална защита от земни съединения. Защитата от земно съединение може да бъде диференциална функция с ниско съпротивление или диференциална функция с висок импеданс. Функцията с ниско съпротивление притежава предимството да позволява настройка с много голяма точност, която да отговаря на определените за обекта изисквания. Тази чувствителна защита ограничава повредите на трансформатора като позволява по-бързо връщане към нормален режим на работа. Защитата от земно съединение използва адаптивна система за обезопасяване базирана на симетрични компоненти, гарантиращи сигурността по време на външни фазови повреди. По този начин се позволява увеличение на чувствителността на функцията без закъснение.

Пренасищане
Трансформаторното пренасищане може да бъде резултат от претоварване или от ниска мрежова честота. Трансформаторът е предназначен за работа с плътност на тока близка до максималната в ядрото на трансформатора (магнитопровода). Над тази стойност вихровите токове в ядрото и близките проводими компоненти ще причинят прегряване, което в рамките на много кратък период от време може да причини сериозни щети. Магнитния поток в ядрото е пропорционален на напрежението, приложено към намотката, разделено на съпротивлението на намотката. Потокът в магнитопровода нараства с увеличаване на напрежението или намаляване на честотата. По време на пускане или спиране на трансформатор-генераторната група, или след отпадане на товар, трансформаторът може да се превъзбуди. Когато един трансформатор е превъзбуден, ядрото работи в нелинейната магнитна област, и създава хармонични компоненти в намагнитващия ток. Значително изразен 5-ти хармоник е признак за превъзбуждане.

Най-гореща точна на намотката
Най-горещата точка на намотката е друга величина, която може да се използва за анализ на текущото състояние на трансформатора. Чрез защита на базата на тази точка е възможно потенциално да се предотврати късо съединение и катастрофални за трансформатора повреди, тъй като увеличаването на температурата в тази определена точка предизвиква деградация и би причинила повреда в изолацията на намотката. Температурата на околната среда, трансформаторното натоварване и вида на трансформатора са определящи за температурата на намотката. Защити базирани на температурата подават алармен сигнал и изключват, когато са изпълнени определени температурни условия. Релета използват съвместими термични модели за изчисляване на температурата на намотката в горещата точка и намаляването на живота на изолацията на намотката.

Най-горещата точка на трансформаторното масло може да се измерва директно или да се изчисли чрез температурата на околната среда, тока и трансформаторните характеристики. В допълнение, изчисленията могат да се използват за създаване на месечен модел на околната температура, което премахва необходимостта от външни връзки към трансформатора и релето. Най-горещата тока на намотката и информацията за загубата на живот на трансформатора се използват в защита от термично претоварване за подаване на алармен сигнал или изключване, когато е налице неприемливо влошаване на качеството на изолацията на намотката.