Назначение и принцип действия газовой защиты силовых трансформаторов

Введение

    Системы электроснабжения – это сложный производственный комплекс, все элементы которого участвуют в одном производственном процессе, основными особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера – коротких замыканий в электрических установках.

      Для предотвращения развития аварий необходимо правильно спроектировать и организовать работу релейной защиты.

       В ряде случаев повреждение должно быть ликвидировано в доли секунд. Определение поврежденного элемента и воздействие на отключение соответствующих выключателей – вот задача релейной защиты. Короткое замыкание сопровождается изменением тока, напржения, частоты -  все эти параметры могут быть использованы для сигналов на отключение релейной защите.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначение и принцип действия газовой защиты силовых трансформаторов

Газовая защита применяется на трансформаторах, автотрансформаторах, реакторах и других электрических аппаратах, помещенных в заполненный маслом бак с расширителем; она реагирует на все повреждения внутри бака трансформатора, при которых происходит выделение газа, ускоренное перетекание масла или смеси масла с газом из бака в расширитель, а также на снижение уровня масла.

При некоторых опасных повреждениях трансформатора действует только газовая защита, в то время как «электрические» защиты трансформатора (дифференциальная, максимальная токовая и др.) не реагируют. К таким повреждениям трансформаторов относятся межвитковые замыкания в обмотках, пожар в стали магнитопровода, некоторые неисправности переключателей ответвлений и другие повреждения, при которых возникают значительные местные повышения температуры частей трансформатора.

Так, пожар в стали развивается в местах, где изоляция листов магнитопровода нарушена из-за дефектов сборки, или в местах, где изоляция стяжной шпильки нарушалась под воздействием вибрации трансформатора или по другим причинам. Замыкание между собой листов стали приводит к повышенному нагреву этого участка магнитопровода. Значительные повышения напряжения на трансформаторе также могут способствовать развитию очагов пожара в стали. Существенное повышение температуры происходит и при витковых замыканиях обмотки за счет возрастания тока в замкнувшихся витках. В области повышенного нагрева происходит перегрев и разложение трансформаторного масла и твердой изоляции, и образующиеся при этом газы, поднимаясь вверх, проходят по трубопроводу через газовое реле в расширитель трансформатора.

Важным обстоятельством является то, что газовая защита действует в начале возникновения повреждения, когда значения токов витковых замыканий обмотки или замыканий обмотки на корпус малы, поэтому действие газовой защиты предотвращает дальнейшее развитие повреждения трансформатора и в большинстве случаев позволяет сократить объем его ремонта.

Кроме рассмотренных выше повреждений трансформатора, развивающихся постепенно и не сопровождающихся возникновением динамических усилий и отдельных его частях, в трансформаторе возможны замыкания между обмотками различных фаз. При таких повреждениях по замкнувшимся обмоткам проходят большие токи, создающие динамические усилия. В результате сотрясения замкнувшихся обмоток и всего трансформатора в момент короткого замыкания (к. з.) происходит бросок некоторой части масла (или масла, смешанного с газом) из бака в расширитель. При междуфазных замыканиях в трансформаторе работают обычно и дифференциальная и газовая защиты трансформатора одновременно, показано на схеме в Приложении 1.

В реле имеются два элемента, работающие независимо друг от друга: верхний элемент — сигнальный и нижний — отключающий, у каждого элемента есть свой контакт. Когда реле заполнено маслом, оба его элемента как бы плавают в нем и находятся в положении, когда их контакты разомкнуты.

При повреждениях трансформатора, сопровождающихся незначительным газообразованием, происходит переток газа в расширитель; при этом газ, вытесняя масло, скапливается в верхней части корпуса газового реле.

При определенном снижении уровня масла в реле верхний сигнальный элемент оказывается уже не в масле и под действием силы тяжести опускается, замыкая сигнальный контакт.

Аналогично работает сигнальный элемент и в случаях, когда уровень масла в реле снизится из-за утечки масла из бака или вследствие сильного снижения температуры масла. В последнем случае сигнальный элемент работает, если уровень масла оказался ниже допустимого, поскольку масло не было своевременно долито.

В описанных случаях отключающий элемент остается в масле и не работает. При значительных повреждениях трансформатора из-за бурного образования газа происходит бросок масла (или смеси масла с газом) в расширитель, при котором под воздействием потока масла поворачивается отключающий элемент реле и его контакт замыкается.

При постепенном снижении уровня масла сначала без масла оказывается сигнальный элемент, затем отключающий, который под воздействием силы тяжести тоже опускается, замыкая отключающий контакт. В зависимости от вида и развития повреждения трансформатора возможна последовательная работа сигнального и отключающего элементов реле или их одновременная работа.

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 и образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высокой частью трансформатора (рисунок 12.1) 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 движения 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. В трубе предусмотрена задвижка, которая закрывает ее автоматически при срабатывании газовой защиты, предотвращая поступление масла из расширителя в бак поврежденного трансформатора (для ограничения пожара в баке).

Рисунок 1. Установка газового реле на трансформаторе.

1- газовое реле;

2- расширитель 

Конструкции газовых реле имеют три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов, в виде: поплавка, лопасти, чашки.

Устройство поплавкового газового реле показано на рисунке 12.2. Реле состоит из чугунного кожуха 1, имеющего вид тройного патрубка с фланцами для соединения с трубкой к расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка 2а и 2б, 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 них 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. Контакты верхнего поплавка действуют на сигнал, а нижнего - на отключение трансформатора. Кожух реле находится ниже уровня масла в расширителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стремясь всплыть, занимают верхнее положение, их контакты разомкнуты.

 

 

 

Рисунок 2. Устройство поплавкового газового реле.

 Схема выходных цепей газовой защиты 

При небольших повреждениях образование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками поднимается к расширителю. 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 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. Поскольку в схемах управления выключателями предусмотрено удерживание отключающих сигналов, даже кратковременного замыкания контактов газового реле оказывается достаточно для надежного отключения выключателя.

Сигнализация о небольших повреждениях вместо отключения позволяет дежурному персоналу перевести нагрузку на другой источник питания и отключить после этого трансформатор.

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.

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 повреждения его обмоток и особенно при витковых замыканиях. Все масляные трансформаторы мощностью 1000 кВА и выше поставляются вместе с газовой защитой.

Газовая защита не действует при повреждениях на выводах трансформатора, поэтому должна дополняться второй защитой от внутренних повреждений. Для маломощных трансформаторов такой защитой служат МТЗ и токовая отсечка. Для мощных трансформаторов применяется более совершенная дифференциальная РЗ.

 

2 Виды, объем и  периодичность технического обслуживания  газовой защиты 

Газовая защита должна проверяться в соответствии с действующими нормативными документами.

Установлены следующие виды планового технического обслуживания устройств релейной защиты в соответствии с РД 153-34.3-35.613-00 и РД 153-34.0-35.617-00 :

- проверка при новом  включении (Н);

- первый профилактический  контроль (К1);

- профилактический контроль (К);

- профилактическое восстановление (В).

Кроме того, в процессе эксплуатации могут проводиться следующие виды непланового технического обслуживания:

- внеочередная проверка;

- послеаварийная проверка.

Цикл технического обслуживания (срок между профилактическими восстановлениями) газовой защиты трансформаторов и защиты контакторов РПН принят равным 8 годам, при этом проведение предусмотренных видов планового технического обслуживания целесообразно совмещать с ремонтом трансформатора или его выключателей.

Неплановое техническое обслуживание следует производить после проведения каких-либо работ на трансформаторе, которые могут оказать влияние на работу газовой защиты, а также после случаев ее излишней или ложной работы.

Выявленные в процессе технического обслуживания неисправности реле должны устраняться персоналом службы РЗАИ (ЭТЛ), а неисправности отсечного клапана, крана на маслопроводе и прокладок фланцев реле - ремонтным персоналом подстанции или электроцеха электростанции.

При проведении технического обслуживания газовой защиты должны производиться следующие виды работ в соответствии с РД 153-34.3-35.613-00  и РД 153-34.0-35.617-00 :

а) подготовительные работы (Н, К1, К, В);

б) внешний осмотр (Н, К1, К, В); спуск из корпуса реле около 2 - 2,5 л загрязненного масла (только при К1, В);

в) внутренний осмотр, ревизия механической части (Н, К1, В).

Примечание - Изготовитель не рекомендует проведение внутреннего осмотра реле РГТ80 (РГТ50) и РСТ25 при Н и К1;

г) проверка правильности значения уставки, положения контактов (Н, К1, В);

д) проверка срабатывания отключающего и сигнального элементов спуском масла из корпуса реле (Н, К1, В);

е) измерение сопротивления (Н, К1, К, В) и испытания (Н, К1, В) изоляции электрических цепей реле по отношению к земле и (при отключенных контактах реле В F 80/ Q , В F 50/10 и Ü RF 25/10) между цепями. Проверка изоляции между разомкнутыми контактами указанных реле производится мегаомметром на 500 В;

ж) проверка срабатывания реле нажатием на кнопку контроля работоспособности для всех реле, кроме РГЧЗ-66;

з) проверка уставки срабатывания по скорости потока масла измерением действительной уставки только после ремонта механической части реле или замены отключающей пластины в реле РГЧЗ-66.

Рекомендуемые уставки срабатывания газовых и струйных реле по скорости потока масла приведены в таблицах 3 и 4. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Техническое обслуживание элементов  газовой защиты

3.1 Подготовительные работы

В подготовительные работы входят: подготовка и анализ схем защиты трансформатора, анализ выполнения цепей газовой защиты, связанных с другими устройствами РЗА данной электростанции или подстанции, выбор уставки срабатывания отключающего элемента реле по скорости потока масла (только при наладке), подготовка программы работ, а также инструментов, приборов и устройств, требующихся при техническом обслуживании.

3.2 Внешний осмотр

При внешнем осмотре реле должны проверяться правильность установки его в маслопроводе в соответствии со стрелкой на крышке реле, состояние корпуса, смотровых стекол, зажимов, наличие всех крепежных болтов и их затяжка.

Должны также проверяться правильность установки на крышке реле болта, головка которого окрашена в красный цвет (болта безопасности у реле серий В F , Ü RF , РГТ и РСТ), наличие уплотняющей прокладки в крышке коробки выводов реле, надежность крепления крышки, состояние разделки контрольного кабеля защиты, исправность крана для отбора газа и пробок спускных отверстий в дне корпуса, а также отсутствие течи масла из корпуса реле.

3.3 Внутренний осмотр

При осмотре реагирующего блока (выемной части) реле проверяются отсутствие видимых повреждений и надежность крепления всех внутренних элементов (затяжка всех болтов и гаек, наличие пружинящих шайб), значение люфтов осей реле (продольные люфты не должны превышать 0,5 мм, а поперечные должны практически отсутствовать), отсутствие «заедания» движущихся частей и отсутствие на них продуктов разложения масла (желеобразных масс).

Кроме того, проверяется правильность установки прокладок между фланцами реле (они не должны сужать проходное отверстие маслопровода) и регулировка контактной системы реле (кроме реле РСТ80, РСТ50 и РСТ25). В реле RS -1000 проверяется:

- отсутствие трещин в  стеклянном баллончике ртутных  контактов с помощью лупы не  менее чем с пятикратным увеличением;