Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов

Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются:

а) замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора и на наружных выводах обмоток;

б) замыкания в обмотках между витками одной фазы (так называемые витковые замыкания);

в) замыкания на землю обмоток или их наружных выводов.

Опыт показывает, что к. з. на выводах и витковые замыкания в обмотках трансформаторов происходят наиболее часто.

Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они хотя и не исключены, но маловероятны вследствие большой прочности между фазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, замыкания между обмотками фаз практически невозможны.

При витковых замыканиях токи, идущие к месту повреждения от источников питания, могут быть небольшими.

В случае замыкания на землю обмотки трансформатора, подключенной к сети с малым током замыкания на землю, ток повреждения определяется величиной емкостного тока сети. Поэтому защиты трансформатора, предназначенные для действия при витковых замыканиях, а также при замыканиях на землю в обмотке, работаю щей на сеть с изолированной нейтралью, должны обладать высокой чувствительностью.

Для ограничения размера разрушения защита от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро. Повреждения, сопровождающиеся большим током к. з. должны отключаться без выдержки времени с t=0,05÷0,1 сек.)

Защиты от повреждений. В качестве таких защит применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты. В последнее время применяется довольно простая защита от замыкания на корпус (кожух) трансформатора.

Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является появление в них сверхтоков, т. е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних к. з., качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключения параллельно работающего трансформатора, автоматического подключения нагрузки при действии АВР и т. п.

Внешние к. з.При внешнем к. з., вызванном повреждением на шинах трансформатора или неотключившимся повреждением на от ходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи к. з. которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь защиту от внешних к. з., отключающую трансформатор для прекращения протекающего по нему тока повреждения. Поскольку внешнее к.з. сопровождается понижением напряжения в сети, защита должна действовать с минимальной выдержкой времени, необходимой для селективности.

Защита от внешних к. з. осуществляется при помощи максимальной токовой защиты, максимальной защиты с блокировкой минимального напряжения, токовой защиты нулевой последовательности и защиты обратной последовательности. В зону действия защиты от внешних к. з., как правило, должны входить шины под станций (I участок защиты) и все присоединения, отходящие от этих шин (II участок защиты). Защиты от сверхтоков являются также резервными от повреждений в трансформаторе.

Перегрузка.Перегрузки обычно не сопровождаются значительным понижением напряжения в сети. Поэтому требование ко времени действия защиты от перегрузки определяется только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку по току на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах.

Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непродолжительности. Например, перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т. п.). Отключения трансформатора при таких пере грузках не требуется.

Более длительные перегрузки, вызванные, например, автоматическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего трансформатора и т. п., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который имеет для этого достаточное время. На подстанциях без дежурного персонала ликвидация длительной перегрузки должна производиться автоматически от защиты отключением менее ответственных потребителей или перегрузившегося трансформатора.

Таким образом, защита трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение, только когда перегрузка не может быть устранена персоналом. Во всех остальных случаях защита должна действовать на сигнал.

Защита от перегрузки выполняется, как правило, реагирующей на ток с действием на сигнал или отключение в зависимости от характера обслуживания подстанции.

Повышение напряжения.Кчислу опасных для трансформаторов ненормальных режимов, возникающих в сетях 500—750 кВ, относится повышение напряжения. Оно возникает при одностороннем отключении длинных линий с большой емкостной проводимостью или при резонансе, вызванном определенным сочетанием емкости линии и индуктивности шунтирующих реакторов.

Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, вследствие чего происходит возрастание тока намагничивания и вихревых .токов. Эти токи нагревают обмотку и сердечник трансформатора, что может привести к повреждению изоляции обмоток и «пожару железа» сердечника.

Дата добавления: 2016-04-11 ; просмотров: 2239 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Содержание материала

1-2. Виды ненормальных режимов работы трансформаторов
Ненормальными режимами работы трансформаторов являются:
сверхтоки при перегрузках;
сверхтоки, вызванные внешними к. з.;
понижение уровня масла (для масляных трансформаторов);
повышение напряжения (для сетей 110 кВ и выше).
Таблица 1-1
Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов [4]

Перегрузка по току, %

Допустимая
длительность
перегрузки,
мин

В процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах и на их соединениях с коммутационными аппаратами. Могут также быть опасные ненормальные режимы работы, не связанные с повреждением трансформатора или его соединений.

Основными видами повреждений трансформаторов являются одно- и многофазные замыкания в обмотках и на выводах трансформатора, а также «пожар стали» магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятны однофазные и многофазные замыкания на выводах трансформатора и однофазные замыкания в обмотках. Значительно реже возникают многофазные замыкания в обмотках. Защита от коротких замыканий выполняется с действием на отключение поврежденного трансформатора. Для ограничения размеров разрушений её выполняют быстродействующей.

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформатора появляются большие токи или сверхтоки. Особенно опасны токи, появляющиеся при внешних коротких замыканиях; эти токи могут значительно превышать номинальный ток трансформатора. В случае длительного прохождения тока возможны интенсивный нагрев изоляции обмоток и её повреждение. Вместе с этим при коротком замыкании снижается напряжение в сети. Поэтому в трансформаторе должна предусматриваться защита от сверхтоков, обусловленных неотключившимся внешним коротким замыканием.

Перегрузка трансформаторов не влияет на систему электроснабжения в целом, так как она не сопровождается снижением напряжения. Кроме того, токи перегрузки обычно невелики и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы персонал принял необходимые меры к разгрузки трансформатора. Согласно нормам перегрузку током можно допускать в течение 45 мин.

К ненормальным режимам работы также относится недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти, например, вследствие повреждения бака.

ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
1. Виды повреждений трансформаторов
Электротехническая промышленность постоянно проводит большую работу по улучшению конструкций и повышению качества изготовления трансформаторов. Тем не менее многолетний опыт эксплуатации силовых трансформаторов в распределительных сетях 6—110 кВ указывает на относительно большую вероятность отказа (повреждения) трансформаторов по сравнению с другими элементами сети (шинами, ячейками распределительных устройств). Например, параметр потока отказов (прежний термин — удельная повреждаемость) для трансформаторов воздушных сетей 6 и 10 кВ выше, чем для ячеек КРУ и КРУН этого же напряжения.
К основным видам повреждения трансформаторов относятся [1-3]:
трехфазные и двухфазные к. з. между обмотками внутри бака (корпуса) трансформатора или между наружными выводами обмоток, расположенными на крышке бака;
однофазные замыкания обмотки или ее наружного вывода на корпус трансформатора, т. е. на землю; возможны также двухфазные к. з. на землю (для трансформаторов, работающих в сети с глухозаземленной нейтралью) и двойные замыкания на землю в двух разных точках, из которых одна — в трансформаторе или на его наружном выводе (для сетей с изолированной или компенсированной нейтралью);
замыкания между витками одной фазы обмотки, называемые витковыми замыканиями.
Анализ повреждений трансформаторов говорит о том, что наибольшее число отказов происходит из-за повреждений на наружных выводах, из-за нарушений витковой изоляции обмоток и из-за ненадежной работы переключателей ответвлений обмоток. Причинами к. з. на наружных выводах обмоток, называемых высоковольтными вводами, могут быть перекрытия внутренней изоляции из-за увлажнения трансформаторного масла, которым заполнен ввод, а также перекрытия по внешней стороне высоковольтного ввода из-за загрязнения фарфора, случайного попадания посторонних предметов или животных, атмосферных перенапряжений.
Наиболее опасными для самого трансформатора и для элементов прилегающей электрической сети являются междуфазные к.з. — трехфазные и двухфазные. Они сопровождаются большими токами, как правило, во много раз превосходящими номинальный ток трансформатора, и могут вызывать глубокие понижения напряжения в сети. При возникновении таких повреждений трансформатор должен быть немедленно отключен от всех источников питания, чтобы предотвратить дальнейшее развитие повреждения и, в особенности, возникновение пожара трансформатора. Наряду с этим быстрое отключение поврежденного трансформатора предотвращает распространение аварии на другие участки сети, обеспечивает нормальное электроснабжение потребителей. Для этих целей все трансформаторы оборудуются устройствами защиты либо в виде плавких предохранителей, либо в виде релейной защиты [1].
Междуфазные к. з. наиболее вероятны на наружных выводах обмоток трансформатора. Двухфазное, а в особенности трехфазное к.з. внутри бака трансформатора считается весьма маловероятным из-за большой прочности междуфазной изоляции.
Однофазные к.з. в сетях с глухозаземленными нейтралями (110 кВ и выше) также сопровождаются большими токами, соизмеримыми с токами трехфазных к. з. В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью (6—35 кВ) замыкания на землю сопровождаются малыми токами (как правило, не более 30 А).
Значения токов при витковых замыканиях зависят от числа замкнувшихся витков. Чем меньше число замкнувшихся витков, тем меньше ток повреждения, приходящий со стороны источника питания. При малой доле замкнувшихся витков по отношению к общему числу витков обмотки ток повреждения может быть меньше номинального тока трансформатора. Например, при замыкании одного витка ток к.з. со стороны источника питания может находиться по современным данным в пределах 0,4—0,7 от номинального тока трансформатора. Поэтому витковые замыкания трудно обнаружить. В настоящее время из всех применяемых стандартных защит трансформаторов только газовая защита реагирует на витковые замыкания, поскольку они сопровождаются, как правило, горением электрической дуги или местным нагревом, а это приводит к разложению трансформаторного масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Эти газы вытесняют масло из бака трансформатора в расширитель и вызывают действие газовой защиты (§ 7-1). Ведутся разработки новых защит повышенной чувствительности, способных реагировать на витковые замыкания в обмотках трансформаторов.
Причинами возникновения витковых замыканий могут быть частые междуфазные к. з. в питаемой сети (внешние к. з. или сквозные, как их называют), во время которых динамическое действие больших токов вызывает деформацию обмоток трансформатора и механическое разрушение витковой изоляции. Причиной повреждения витковой изоляции также может быть длительная перегрузка трансформатора током выше номинального. Перегрузки и внешние к. з. относятся к ненормальным режимам, которые рассматриваются ниже.

-2. Виды ненормальных режимов работы трансформаторов
Ненормальными режимами работы трансформаторов являются:
сверхтоки при перегрузках;
сверхтоки, вызванные внешними к. з.;
понижение уровня масла (для масляных трансформаторов);
повышение напряжения (для сетей 110 кВ и выше).
Таблица 1-1
Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов [4]

Сверхтоки при перегрузках. В соответствии с Инструкцией по эксплуатации трансформаторов [4] допустимые значения тока перегрузки и длительность его прохождения через трансформатор определяются по-разному для перегрузок, вызванных неравномерностью графика нагрузки и аварийными ситуациями. Аварийные перегрузки допускаются в исключительных случаях, например при выходе из строя одного из параллельно работающих трансформаторов подстанции или при срабатывании устройств АВР на подстанции или в сети, в результате чего к работающему трансформатору подключается дополнительная нагрузка. Допустимые аварийные перегрузки, в отличие от режимных, указываются вне зависимости от предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды, места установки и системы охлаждения трансформатора (табл. 1-1).
Для выявления и предотвращения недопустимых перегрузок выполняется максимальная токовая защита, действующая при увеличении тока через трансформатор сверх заданного значения тока срабатывания защиты. Учитывая, что перегрузка является,
как правило, симметричным режимом, т. е. во всех трех фазах трансформатора проходят одинаковые токи перегрузки, эта защита выполняется с помощью одного максимального реле тока, включенного на ток одной из фаз трансформатора.
На подстанциях с дежурным персоналом защита от перегрузки действует на сигнал, а на подстанциях без постоянного дежурства — должна действовать на разгрузку трансформатора путем автоматического отключения части менее ответственных потребителей.
Сверхтоки, вызванные внешними к. з. При близких к. з. на элементах питаемой сети низшего или среднего напряжения через понижающий трансформатор проходят токи, намного превышающие его номинальный ток. Эти токи, называемые сверхтоками к. з., оказывают вредное термическое и динамическое воздействие на обмотки трансформатора. Для ограничения длительности термического воздействия тока к. з. необходимо отключать трансформатор, причем тем быстрее, чем больше значение сверхтока внешнего к. з. Эту задачу выполняет максимальная токовая защита или плавкие предохранители.
В соответствии с новым ГОСТ 11677—75 (переиздание 1978 г.) продолжительность к. з. на зажимах (выводах) трансформатора не должна превышать значения tK, определяемого для масляных и заполненных диэлектриком трансформаторов по формуле:

где kp — кратность максимального расчетного тока к. з. по отношению к номинальному току трансформатора.
Для трансформаторов мощностью менее 1 MB-А максимальное расчетное значение тока трехфазного к. з. за трансформатором (/к3)Макс) определяется по значению напряжения к. з. (ик), которое всегда указывается на паспортном щитке трансформатора, а также в соответствующих ГОСТ и справочниках. При этом предполагается, что трансформатор подключен к шинам энергосистемы бесконечной мощности, или, иначе говоря, к шинам неизменного напряжения. Расчет производится по выражению
(1-2)
Напомним, что напряжение к. з. «к определяется при опытах к. з., когда на вторичной стороне трансформатора устанавливается трехфазная закоротка, а на первичную сторону подается напряжение. Значение первичного напряжения, при котором ток к. з. через трансформатор равен номинальному току трансформатора, называется напряжением к. з. Оно выражается в относительных единицах или чаще всего в процентах к номинальному первичному напряжению трансформатора.
Для трансформаторов мощностью 1 MB-А и более значение /к3)макс определяется с учетом влияния питающей системы в сторону уменьшения тока к. з. (§ 2-2).
Однако указанный новый ГОСТ ограничивает наибольшую продолжительность к. з. на выводах трансформатора следующими значениями:
при к. з. на сторонах трансформатора с номинальным напряжением 35 кВ и ниже —U ^4 с;
при к. з. на сторонах с номинальным напряжением 110 кВ и выше — tK

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9398 – | 7311 – или читать все.