Особенности применения и срабатывания разных защит трансформатора

Реле чашечковое РГЧЗ-66

Реле газовое чашечковое, выпускавшееся Запорожским трансформаторным заводом до 1978 г. (РГЧЗ-66), отличается от поплавковых реле ПГ-22 главным образом инструкцией выемной части. Последняя состоит из двух элементов — сигнального и отключающего. Сигнальный элемент представляет собой плоскодонную чашку из анодированного алюминия с жестко прикрепленным контактом, который передвигается при повороте чашки навстречу неподвижному контакту. В нормальном, верхнем, положении чашка удерживается пружинкой, при этом контакты разомкнуты. Когда происходит повреждение трансформатора со слабым газообразованием, газ накапливается в верхней части газового реле и вытесняет из него масло. При понижении уровня масла ниже дна чашки сигнального элемента она опускается под воздействием собственного веса и веса оставшегося в пей масла. Опускаясь, чашка поворачивается вокруг своей оси и сигнальные контакты при этом замыкаются.
Отключающий элемент также представляет собой чашку с контактом, которая удерживается в верхнем положении пружинкой. В отличие от сигнального отключающий элемент имеет пластину (лопасть), расположенную против входного отверстия газового реле. При серьезном повреждении в трансформаторе, сопровождающемся бурным газообразованием, поток масла устремляется через газовое реле и поворачивает пластину. При этом замыкаются контакты, действующие на отключение трансформатора. Сама чашка при повороте пластины не поворачивается. Такая конструкция обеспечивает быстродействие газовой защиты: не более 0,2 с при скорости потока масла не менее чем на 25% выше уставки. В комплекте реле РГЧЗ имеются три разные пластины, каждая из которых откалибрована на соответствующую скорость потока масла (уставку): 0,6; 0,9; 1,2 м/с. Уставка 0,6 м/с рекомендуется для трансформаторов до 40 MB-А с масляным охлаждением и естественной циркуляцией масла и с дутьем и естественной циркуляцией масла (буквенные обозначения соответственно М и Д). Уставка 0,9 м/с — для трансформаторов свыше 40 MB-А с дутьем (Д). Уставка 1,2 м/с — для трансформаторов любой мощности с масляно-водяным охлаждением с принудительной циркуляцией масла (Ц) и масляным охлаждением с дутьем и принудительной циркуляцией масла (ДЦ) .
При аварийной утечке масла из бака трансформатора масло из газового реле уходит и обе чашки опускаются. Контакты газового реле действуют на сигнал и на отключение. Таким образом, отключающие контакты могут замыкаться и при повороте пластины и при опускании отключающей чашки, причем в последнем случае поворачивается также пластина. Подробное описание реле РГЧЗ-66, указания по наладке и обслуживанию газовой защиты с этим реле приведены в .

Измерение температуры термопарами

Принцип работы тепловой защиты трансформатора заключается в измерение температуры термопарами представляет большое удобство при проведении испытаний на нагрев, главным образом в тех случаях, когда возникает необходимость в определении температур отдельных точек конструкции трансформатора.

При помощи термопары может быть измерена температура не только на поверхности магнитопровода, но и в любой точке внутри его. Может быть также измерена наибольшая температура обмотки с помощью термопары, установленной в месте предполагаемого наибольшего нагрева обмотки. Можно сказать, что для измерения температуры термопарой недоступных мест нет. Но вместе с тем измерение термопарами бывает часто связано и с большими затруднениями, которые вызываются наличием в трансформаторах высокого напряжения. Поэтому установка термопар в обмотке и других узлах, находящихся под напряжением, не всегда возможна, так как она связана с опасностью для обслуживающего персонала во время испытания трансформатора.

Термопары могут быть широко использованы при измерении температуры магнитопровода и других заземленных узлов трансформаторов. Надо только проследить, чтобы провода термопар на своем пути были достаточно удалены от токоведущих частей трансформатора.
Установка термопар в обмотке (даже на изоляции) при наличии высокого напряжения практически невозможна.

В тех случаях, когда это вызывается особой необходимостью, измерение температуры обмоток термопарами допускается проводить только при испытании методом короткого замыкания. При этом возможность прикосновения обслуживающего персонала к измерительному прибору должна быть исключена.

Чтобы убедиться в надежности изоляции термопар после установки их и оборки трансформатора, перед началом испытаний на нагрев, изоляцию трансформатора следует испытать приложенным и индуктированным напряжениями на 30—40% больше того, которое будет при испытании.

Термопара состоит из двух проводников разнородных металлов. При нагреве места спая обоих проводников образуется э. д. с., величина которой зависит от примененных металлов и температуры нагрева спая.

В табл. 9-3 приводится э. д. с. термопар, выполненных из спая различных проводников.
При испытании трансформаторов обычно применяются термопары из проводников константана и меди К—Си диаметром 0,4—0,7 мм и длиной 5—20 м, хорошо изолированных друг от друга бумажной, шелковой или другой изоляцией.

Элементы газового реле

Повторимся, что газовая защита трансформатора осуществляется посредством реле. Другими словами принцип действия защиты основан на работе этого устройства. Одним из основополагающих элементов защиты выступают алюминиевые чашки плоскодонного типа, которые осуществляют вращательное движение в такт с контактами подвижного типа, вокруг оси чашки.

Данные провода могут замыкаться с недвижущимися в том случае, если чашки начнут опускаться. А во время правильного процесса эксплуатации (когда объем масла в кожухе реле находится на приемлемом уровне) эти основные элементы защиты удерживаются в определенном положении, при котором они не замыкают ни один из контактов.

При понижении уровня масла в кожухе чашки также начинают опускаться вместе с контактами, которые замыкаются с другими, неподвижными. Причем при небольших повреждениях будет опускаться лишь верхняя чашка, и замыкание ее контактов приведет к тому, что устройство газовой защиты трансформатора подаст лишь сигнал о поломке.

Если интенсивность газообразования высока, то поток масла и газа будут также воздействовать и на лопасть, которая при замыкании контактов вместе с опущенной чашкой вызовет отключение, работающего трансформатора.

При нормальной работе агрегата, скорость масла внутри имеет значения — 0,6/0,9/1,2 м/с. Данный показатель зависит от качества охлаждения объекта. При возникновении неполадки, скорость отклика газовой защиты трансформатора занимает от 0,05 с до 0,5 с. Можно добавить, что на территории Российской Федерации наибольше распространение получило газовое реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавками BF80/Q.

Струйная защита бака РПН

Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН).

Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство — струйное реле.

Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.

Ремонт переключающих устройств (РПН трансформатора)

При ремонте устройств переключения без возбуждения (ПБВ) тщательно осматривают все контактные соединения переключателя и отводов; определяют плотность прилегания контактов, проверяя зазор между ламелями щупом; измеряют переходное электрическое сопротивление.

Особое внимание обращают на состояние контактной поверхности. При наличии подгаров или оплавлений устройство заменяют (в зависимости от характера или степени повреждения устройство иногда восстанавливают)

При наличии подгаров или оплавлений устройство заменяют (в зависимости от характера или степени повреждения устройство иногда восстанавливают).

Для удаления налета, образующегося при работе в масле, контактную часть переключателя тщательно протирают технической салфеткой, смоченной в ацетоне или бензине. Остальную часть устройства промывают чистым трансформаторным маслом.

При ремонте переключающих устройств регулирования под нагрузкой (РПН) кроме общих работ по очистке, протирке и промывке наружных и внутренних поверхностей деталей и частей устройства проверяют контактные поверхности избирателя ступеней, контакторов и электрической части приводного механизма. Подгоревшие контакты избирателя, главные контакты контактора и привода тщательно зачищают и проверяют на плотность прилегания, после чего выясняют и устраняют причину подгорания.

Отказ в работе привода переключателя может быть вызван попаданием влаги из-за плохой герметичности дверцы шкафа, а также из-за значительных люфтов соединительных валов. Выявленные  дефекты устраняют. Со дна бака контактора удаляют осадки, оставшиеся после слива масла, а также выполняют другие работы в соответствии с инструкцией по эксплуатации устройства РПН.

Газовая защита трансформатора

Газовая защита является одной из основных защит трансформатора. Данная защита предназначена для отключения трансформатора 110 кВ от сети в случае возникновения внутренних повреждений в баке силового трансформатора.

Реле РЗТ является защитным реле для изолированных или охлаждаемых жидкостью аппаратов с расширительным сосудом (трансформаторы, многоступенчатые переключатели, конденсаторы, дроссельные катушки и т.д.) и монтируется на соединительном трубопроводе между корпусом и расширительным сосудом.

Реле защиты трансформатора предназначено для коммутации сигнала «ОТКЛЮЧЕНИЕ» в случае превышения скорости жидкости в соединительном трубопроводе выше заданного порогового значения. Реле имеет механический фиксатор замкнутого состояния контактов.

Данное защитное устройство устанавливается в маслопроводе, который соединяется бак трансформатора с его расширителем. Основной конструктивный элемент газового реле – поплавок и две пары контактов, которые соединяются при опускании поплавка. При нормальном режиме работы газовое реле заполнено трансформаторным маслом, и поплавок находится в верхнем положении, при этом обе пары контактов разомкнуты.

В случае возникновения межвитковых коротких замыканий обмоток трансформатора, либо в случае так называемого горения стали (нарушения изоляции листов стали магнитопровода) в баке появляются газы, образующиеся при разложении электротехнических материалов под воздействием электрической дуги.

Образующийся газ попадает в газовое реле и вытесняет из него масло. При этом поплавок опускается и замыкает контакты. В зависимости от количества скапливаемого газа могут замыкаться контакты, действующие на сигнал либо на полное отключение трансформатора от сети.

Срабатывание газового реле может быть также по причине значительного снижения уровня масла в баке силового трансформатора, что свидетельствует о полном отсутствии масла в расширителе. То есть данное устройство также выступает в роли защиты от чрезмерного снижения уровня масла в трансформаторе.

Реле Бухгольца (ГДР)

Газовое реле Бухгольца выпускается Магдебургским заводом электротехники и приборостроения (EGEM) в Германской Демократической Республике. В СССР поставляется с начала 1970-х годов одна из модификаций реле Бухгольца: двухпоплавковое реле BF-80/Q. Индекс В указывает на наличие двух элементов (поплавков), F — на способ крепления — фланцем, Q— на квадратную форму фланца, цифра 80 обозначает внутренний диаметр в миллиметрах трубопровода, в который врезается газовое реле. Присоединительные размеры этого реле такие же, как у реле РГЧЗ-66.
Реле Бухгольца, в том числе BF-80/Q, состоит из металлического корпуса, крышки и встроенного блока. Для осмотра встроенного блока в корпусе имеются застекленные отверстия с откидными крышками, На крышке реле закреплены: встроенный блок, пробный кран, контрольная клавиша для опробования действия реле путем имитации ухода масла из трансформатора. Здесь же расположены зажимы для присоединения электрических цепей. Рис. 7-3. Двухпоплавковый блок газового реле Бухгольца (ГДР)
Встроенный блок двухпоплавкового реле (рис. 7-3) состоит из двух элементов: верхнего (сигнального) и нижнего (отключающего). К верхнему поплавку 3 сигнального элемента жестко прикреплен постоянный магнит 6. При уходе масла из корпуса реле верхний поплавок 3 поворачивается в направлении, показанном стрелкой, магнит 6 приближается к магнитоуправляемому контакту 5, что вызывает замыкание цепи сигнализации (два правых зажима 4). Принцип действия и устройство магнитоуправляемых контактов (герконов) описаны в работе . Нижний (отключающий) элемент состоит из поплавка 9, жестко прикрепленного к нему постоянного магнита 7, магнитоуправляемого контакта 8, а также напорного клапана (заслонки)
1, который удерживается в исходном состоянии батареей постоянных магнитов 2. Зазор между магнитами и напорным клапаном может изменяться в зависимости от того, при какой скорости потока масла (уставке) должно срабатывать реле. Уставки отключающего элемента реле Бухгольца несколько отличаются от уставок реле РГЧЗ-66 (§ 7-3). Уставка 0,65 м/с у реле Бухгольца принимается для тех трансформаторов, для которых на реле РГЧЗ-66 устанавливается 0,6 м/с. Во всех остальных случаях используется уставка 1 м/с. Уставку 1,5 м/с у реле BF-80/Q применять не рекомендуется . При серьезном повреждении трансформатора, которое сопровождается бурным газообразованием и сильным перетоком масла из бака в расширитель, поток масла входит в газовое реле и опрокидывает напорный клапан (заслонку) / (на рис. 7-3 направление потока масла показано стрелкой). При этом поворачиваются нижний отключающий поплавок 9 и жестко прикрепленный к нему постоянный магнит 7. После приближения магнита 7 к магнитоуправляемому контакту 8 замыкается цепь отключения газовой защиты (два левых зажима 4).
Время срабатывания реле Бухгольца на отключение при скорости потока масла, на 25% превышающей уставку, составляет по данным завода-изготовителя 0,22 с — для ранее выпускавшихся реле и 0,09 с — для новых реле с измененной конструкцией напорного клапана (заслонки). При уходе масла из бака трансформатора и, следовательно, из газового реле отключающий поплавок 9 опускается, поворачиваясь таким образом, что постоянный магнит 7 приближается к магнитоуправляемому контакту 5, в результате чего замыкается цепь отключения газовой защиты.
Проверка исправности сигнального элемента на установленном реле Бухгольца производится с помощью испытательного насоса, который навинчивается на пробный кран, расположенный на крышке реле. Проверка работы сигнального и отключающего элементов реле производится путем нажатия контрольной клавиши. За движением поплавков можно наблюдать через застекленное окно в корпусе реле. При проверке электрической прочности изоляции жил контрольного кабеля газовой защиты с реле Бухгольца необходимо помнить, что электрическая прочность магнитоуправляемых контактов составляет 500—600 В, и поэтому это реле на время проверки необходимо отсоединять. Измерение сопротивления изоляции контактов реле Бухгольца следует производить мегаомметром на 500 В . В 1979 г. Минэнерго СССР выпустило инструкцию по обслуживанию реле BF80/Q.

• Назад
• Вперёд

Принцип действия газовой защиты

Расширитель масляного бака

Так как трансформаторное масло, использующееся для изоляции и охлаждения, имеет высокий коэффициент температурного расширения, а температура масла в процессе эксплуатации аппарата может изменяться в широких пределах (-45 °С…+95 °С), объём масла в баке также изменяется. Для компенсации изменения объёма масла служит расширительный бак — резервуар, соединенный с баком трубопроводом и частично заполненный маслом. Объём расширителя выбран таким образом, чтобы во всем диапазоне изменения температур уровень масла в расширителе находился в допустимых пределах. Расширитель оборудуется индикатором уровня масла, воздухоосушителем для поступающего воздуха, трубопроводом для доливки в бак масла.

Газовое реле

В рассечку маслопровода, соединяющего бак и расширитель, устанавливается газовое реле (например, ранее выпускавшиеся типа РГЧЗ-66, ПГ-22, немецкого производства BF-50,BF-80 (реле Бухгольца), или отечественные РЗТ-50, РЗТ-80). Газовое реле имеет герметичный корпус со смотровыми окошками. Сверху на корпусе реле имеется специальный вентиль, предназначенный для выпуска воздуха и отбора проб газа. Газовое реле имеет два поплавковых элемента, действующих при срабатывании на замыкание механически связанных с ними контактов и реагирующих на снижение уровня масла в реле, а также струйный элемент (подвешенная на пути масла пластинка с калиброванным отверстием), срабатывающим при интенсивном движении потока масла из бака в расширитель. В нормальном режиме корпус газового реле заполнен маслом, и контакты, связанные с его поплавковыми и струйным элементами, разомкнуты.

Работа газовой защиты

При внутреннем повреждении в баке защищаемого аппарата — горение электрической дуги или перегрев внутренних элементов — трансформаторное масло разлагается с выделением горючего газа, содержащего до 70 % водорода. Выделяющийся газ поднимается к крышке, и так как аппарат устанавливается с наклоном 1-2 % в сторону расширителя, движется в расширитель. Проходя через газовое реле, газ вытесняет из него масло. При незначительном выделении газа или снижении уровня масла в расширителе до уровня верхнего поплавкового элемента газового реле, он срабатывает, и замыкаются контакты, действующие на сигнал (1-я ступень газовой защиты). При значительном выделении газа срабатывает нижний поплавковый элемент газового реле и замыкаются контакты, действующие на отключение (2-я ступень газовой защиты). При интенсивном движении потока масла из бака в расширитель срабатывает струйный элемент газового реле, действующий на отключение, аналогично нижнему поплавковому элементу. Реле ПГ-22 имеет поплавковые сигнальные элементы, реле РГЗЧ-66 — чашечные. Для газовой защиты регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой (РПН) используются струйные реле (например, типа РЗТ-25, RT-25, RS-1000), не имеющие поплавковых элементов и реагирующие только на интенсивное движение потока масла из бака РПН в расширитель. Струйное реле не имеет вентиля для спуска воздуха, и его корпус может быть не полностью заполнен маслом. У некоторых типов струйных реле при срабатывании в смотровом окошке появляется сигнальный флажок. Струйное реле может сработать при доливке масла в бак РПН снизу. После срабатывания струйного реле его контакты остаются замкнутыми, и для возврата реле в исходное положение необходимо нажать кнопку «Возврат». Срабатывание газового реле по скорости потока для струйного газового реле может выбрано установкой лопасти из комплекта.

Проверка работы газовых реле при пуске и останове циркуляционных насосов и вентиляторов системы охлаждения трансформаторов

У трансформаторов с естественной циркуляцией масла и дутьем (Д) и с принудительной циркуляцией масла через масло-воздушные или масло-водяные охладители (ДЦ и Ц) при новом включении, полных плановых проверках и после работ в масляной системе или заменах и ремонтах вентиляторов требуется проверка несрабатывания газовой защиты при пуске и останове вентиляторов и циркуляционных насосов. Аналогичная проверка требуется при всех возможных в эксплуатации переключениях вентилей в системе маслопроводов.

Проверка поведения газовой защиты требуется в связи с тем, что у многих трансформаторов с системами охлаждения Д и ДЦ имеет место значительная вибрация вентиляторов за счет дебаланса их крыльчаток, что ведет к быстрому износу подшипников электродвигателей вентиляторов и частым ремонтам.

Подшипники электродвигателей насосов также подвержены значительному износу. Все эти факторы, а также ослабление в процессе эксплуатации крепления вентиляторов к корпусу охладителя или трансформатора могут приводить к срабатыванию газового реле от значительных сотрясений при пуске и останове вентиляторов и циркуляционных насосов.

Для повышения срока службы оборудования и для предотвращения работы газовой защиты в указанных режимах должна периодически выполняться балансировка крыльчаток вентиляторов обдува трансформаторов с системами охлаждения Д и ДЦ.

По окончании любых работ в системе охлаждения следует проверить ее несрабатывание при пяти-шестикратном пуске и останове двигателей. Если при этом газовая защита сработает, то нужно выявить и устранить причину ее срабатывания и повторить проверку, как указано выше.

Следует отметить, что в отчетах энергосистем о работе релейной защиты и электроавтоматики практически отсутствуют сведения об отключении трансформаторов газовой защитой с реле РГЧЗ-66 при неисправностях или пусках и остановах двигателей системы охлаждения. По-видимому, указанные проверки несрабатывания реле РГЧЗ-66 сохранены отчасти по традиции, как и для газовых реле ПГЗ-22, менее устойчивых к сотрясениям и вибрациям.

Осмотр газовых реле.

Осмотр газовых реле производится одновременно с осмотром трансформаторов без их отключения в сроки, предусмотренные ПТЭ: — в установках с постоянным дежурством персонала или с местным персоналом: главных трансформаторов и основных трансформаторов собственных нужд — один раз в сутки, остальных трансформаторов — один раз в неделю;
— в установках без постоянного дежурства персонала — не реже одного раза в месяц, а в трансформаторных пунктах — не реже одного раза в 6 месяцев.

С учетом местных условий и состояния трансформаторов сроки осмотра могут изменяться по решению главного инженера предприятия.

Устройство для отбора газов из газового реле

При появлении газа в газовом реле полагается определять его состав:
наличие в нем горючих газов свидетельствует о разложении масла под действием повышенной температуры, а наличие СО — о разложении твердой изоляции; отсутствие таковых говорит о нарушениях герметичности конструкции и попадании в нее воздуха.

Устройство состоит из двух индикаторных стеклянных трубок, закрытых резиновыми пробками и скрепленных между собой скобой. Первая трубка имеет резьбовой патрон для его подсоединения к обратному клапану газового реле.

После подсоединения устройства к газовому реле и открытия соответствующего крана, газ попадает из реле в первую трубку, наполненную индикаторной жидкостью раствора нитрата серебра. Если газ содержит продукты распада масла (соединения углеводородов), то в индикаторной жидкости образуется белый конденсат, который, под действием света, постепенно становится коричневым. Далее газ поступает во вторую трубку с индикатором (щелочной раствор нитрата серебра) При наличии в газе окиси углерода (СО), как следствия распада твердой изоляции, в трубке образуется конденсат темно-коричневого или темного цвета.