Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Справка >> Защитные устройства трансформаторов

Газовое реле - Защитные устройства трансформаторов

Оглавление
Защитные устройства трансформаторов
Газовое реле

Масляные трансформаторы с расширителями мощностью 1000 кВ-А и более снабжаются газовыми реле для защиты от всех видов внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газа и ускоренным перетоком масла из бака трансформатора в расширитель, а также от утечки масла из трансформатора и попадания воздуха в бак (ГОСТ 11677-75). По требованию заказчика трансформаторы мощностью 400 и 630 кВ-А, предназначенные для питания собственных нужд станций и подстанций или для установки внутри промышленных или общественных зданий, также должны снабжаться газовыми реле.
Реле предназначено для установки в маслопровод с условным проходом 50 и 80 мм, соединяющий бак трансформатора с расширителем, и может надежно работать при температуре окружающего воздуха от —45 до +40°С.
а) Принцип действия реле. При внутренних повреждениях трансформатора (витковом замыкании в обмотках, электрическом пробое изоляции, «пожаре в стали» магнитопровода и т. и.) происходит разложение масла, электроизоляционных материалов и выделяется газ. Газ поднимается в верхнюю часть бака и попадает в трубопровод, соединяющий бак с расширителем, в котором установлено реле, а затем в верхнюю часть реле, которая несколько возвышается над трубопроводом. Скопившийся газ вытесняет из верхней части реле масло. При этом опускается верхний элемент реле (сигнальный) и замыкаются контакты сигнальной цепи. Это также имеет место при попадании в бак воздуха или снижении уровня масла при вытекании его из бака.
В случае дальнейшего развития аварии в баке повышается давление и масло из него устремляется в расширитель. Поток масла воздействует на нижний элемент реле (отключающий), который расположен на уровне трубопровода. При этом замыкаются контакты цепи отключения трансформатора. Трансформатор отключается и в том случае, если уровень масла в реле понижается до уровня трубопровода расширителя.
Достоинство газовой защиты состоит в том, что она дает знать о развитии аварии в ее начальной стадии.
При витковых замыканиях в большинстве случаев газовая защита оказывается более чувствительной, чем дифференциальная токовая. Кроме того, газовая защита практически единственная, реагирующая на «пожар в стали» магнитопровода.
Наряду с высокой чувствительностью к внутренним повреждениям трансформатора реле должно быть нечувствительным к явлениям, не связанным с авариями в баке, т. е. не должно иметь «ложных» срабатываний. Например, оно не должно реагировать на сквозные КЗ. Контакты реле не должны замыкаться при сотрясениях с ускорением до 5g в диапазоне частот 20—100 Гц.
б) Технические данные реле. Верхний элемент (сигнальный) срабатывает при скоплении под крышкой реле газа или воздуха в объеме не менее 400 см3. Нижний элемент реле (отключающий) обеспечивает возможность настройки на любую из трех (по желанию потребителя) фиксированных скоростей (уставок) потока масла во входном патрубке реле: 0,6; 0,9 и 1,2 м/с. Допускаемый разброс скорости потока масла при срабатывании реле на любой из указанных уставок находится в пределах ±15% уставки. Длительность замкнутого состояния контакта не менее 0,05 с.

Время срабатывания реле новой конструкции не превышает 0,1 с при скорости потока масла через реле, кратной 1,25 минимальной (пороговой) скорости потока срабатывания реле на любой уставке. Время срабатывания реле существующей конструкции не превышает 0,2 с. Элементы реле не должны срабатывать при скорости обратного перетока масла из расширителя в бак менее 1,5 уставки. Элементы реле и весь его механизм имеют самовозврат в исходное положение после восстановления нормальной работы трансформатора.
Контакты реле должны выдерживать не менее 1000 срабатываний на замыкание и размыкание цепи постоянного или переменного тока до 0,2 А напряжением 220 В без ухудшения их работы. Электрически связанные разомкнутые контакты отключающего и сигнального элементов должны выдерживать испытательное напряжение 1000 В переменного тока частоты 50 Гц в течение 1 мин на полностью собранном реле, заполненном трансформаторным маслом с температурой 20—30°С и электрической прочностью не более 40 кВ.
Реле газовое РГЗ-61
Рис. 1. Реле газовое типа РГЗ-61.

  1. — поплавок сигнального контакта;
  2. — поплавок отключающего контакта; 3 — ртутный стеклянный переключатель типа ГР; 4 — регулировочный груз; 5 — кольцо.

Герметизированные контакты должны выдерживать испытательное напряжение 500 В. Изоляция реле должна в течение 1 мин выдерживать без пробоя или перекрытия испытательное напряжение 2000 В переменного тока частоты 50 Гц, приложенное между любыми, электрически не связанными токоведущими частями реле и между ними и корпусом реле. При этом выводы отключающего и сигнального элементов должны быть порознь замкнуты между собой. Указанные технические данные соответствуют ГОСТ 10472-71.
в) Конструкции реле. Первым реле отечественного производства считается реле типа ПГ-22. На протяжении длительного времени конструкция реле незначительно изменялась. Применялись реле типов ПГЗ-22, ПГ-54, РГЗ-61 и др. Однако во всех этих реле сигнальными и отключающими элементами служили полые цилиндрические металлические поплавки с закрепленными на них ртутными контактами (рис. 1).
В последнее время основным являлось реле типа РГЧЗ-66 (рис. 2,а). В чугунном герметичном корпусе на раме установлены два элемента — сигнальный и отключающий. Каждый элемент состоит из широкой плоскодонной чашки, которая имеет возможность поворачиваться вокруг оси 3. Внутри чашки помещена изоляционная стойка 1, на выступе которой закрепляется подвижный контакт 2.
Устройство газового реле
Рис. 2. Устройство газового реле.
а — реле типа РГЧЗ-66: 1 — изоляционная стойка, 2— подвижный контакт; 3 — 4 — неподвижный контакт, 5 — лопатка, б — изоляционная пластина, 7— стойка, 8 — пружина, 9— вывод коробки зажимов; б — реле производства ГДР: 1 — верхний подшинок, 2 — нижний поплавок, 3 — магнитные трубки управления (герконы), 4 — магниты, 5 — подпорная задвижка, о — контакты сигнал — отключение, 7 — подпорная заслонка.

На корпусе реле установлена изоляционная пластина 6, на которой смонтированы неподвижные контакты 4. Когда корпус реле заполнен маслом, чашки верхнего и нижнего элементов своими незакрепленными концами при помощи пружин 8 приподнимаются несколько кверху (на 5—10°), при этом контакты 2 и 4 разомкнуты. Когда уровень масла в реле понизится, вращающий момент, создаваемый весом масла в чашке, заставит ее опуститься и надежно замкнуть контакты 2 и 4. Нижний элемент, кроме того, снабжен органом, воспринимающим энергию потока масла из трансформатора в расширитель. В связи с этим нижний элемент работает при возникновении динамического напора струи масла от трансформатора к расширителю, когда к лопатке 5 оказывается приложенным вращающий момент, который и вызывает поворот стойки 7 и замыкание контактов. При этом чашка может остаться и неподвижной.
В комплект поставки реле входят три лопатки 5 для настройки на срабатывание при скорости масла, равной 0,6; 0,9 и 1,2 м/с. Выемная часть реле строго фиксирована относительно его корпуса, а механизм реле выполняется стойким к вибрации трансформатора. На крышке реле имеется стрелка, указывающая направление потока масла через реле к расширителю.
Выводы от контактов реле при помощи проводов подсоединяются к зажимам, расположенным в коробке зажимов 9. Зажимы допускают присоединение к ним кабеля сечением до 4 мм2. Кабель выходит из коробки через сальник, находящийся в нижней части коробки. После присоединения кабеля к зажимам коробку плотно закрывают крышкой. Зажимы реле имеют цифровое обозначение, выполненное способом, обеспечивающим их коррозионную стойкость и долговечность. Зажимы отключающего элемента маркируют цифрами 1 и 2, а сигнального — 3 и 4.
На боковой стенке корпуса реле имеется смотровое окно, на стекле которого нанесена шкала, позволяющая определить объем скопившегося в реле газа. Смотровые окна закрывают съемными заслонками, предохраняющими масло внутри корпуса реле от воздействия солнечной радиации. На крышке реле расположен кран для взятия пробы газа; кран открывается вручную. Кроме того, на крышке укреплена табличка, на которой указаны тип реле и товарный знак завода-изготовителя. В дне корпуса находится пробка для спуска масла из корпуса реле.
Корпус реле и все уплотнения должны быть герметичными и выдерживать избыточное давление масла при 70—90°С, равное 105 Па, в течение не менее 20 мин. Полые элементы реле испытывают предварительно до сборки избыточным давлением масла при 70—90°С; они должны выдерживать следующие испытательные давления: поплавки из металла — 1,5 -105 Па в течение 24 ч, поплавки из синтетического материала—10е Па в течение 24 ч, герметизированные контакты — 4-105 Па в течение 72 ч.
Широко применяются газовые реле, изготовленные в ГДР (рис. 2,6). Они состоят из корпуса, внутреннего устройства и крышки. Корпус и крышка изготовлены из сплава легкого металла, стойкого против атмосферных влияний. Для контроля работы внутреннего устройства в корпусе имеются два смотровых стекла, закрепленных посредством резьбового кольца из пластмассы. Верхние стекла имеют градуированную шкалу. Для защиты от загрязнения стекла прикрыты откидными крышками. К крышке реле прикреплены внутреннее устройство, пробный краник, контрольный клавиш, зажимы для подключения.
При нормальном состоянии работающего трансформатора оба поплавка 1 и 2 находятся в верхнем положении. Если возникает утечка масла из бака трансформатора, то уровень масла в реле соответственно понижается и верхний поплавок 1 опускается. Примерно на полпути движения поплавка магнит 4, механически связанный с поплавком, проходит магнитные трубки управления 3, вследствие чего включается сигнальная система.
Если и дальше последует понижение уровня масла в реле, то срабатывает отключающая система нижнего поплавка и трансформатор отключается.
Реле реагирует также и на газообразование. Газ, образующийся при аварии трансформатора, поднимается в верхнюю часть реле и, вытесняя масло, опускает верхний поплавок — подается сигнал. При бурном выделении газа поток газа попадает на подпорную задвижку 5, которая изменяет свое положение в направлении потока, заставляя срабатывать нижний магнит и отключая трансформатор.
г)  Испытания реле. Каждое газовое реле, выпускаемое заводом-изготовителем, подвергается приемо-сдаточным испытаниям в следующем объеме: на герметичность; на электрическую прочность изоляции; проверка срабатывания сигнального и отключающего элементов при снижении уровня масла; проверка работы реле при протекании масла через корпус; измерение времени срабатывания; на динамическую прочность в потоке масла. Периодические испытания реле проводят 1 раз в 3 года. При этом помимо приемо-сдаточных дополнительно проводят следующие испытания: при обратном потоке масла; на коммутационную способность; на электрическую износоустойчивость контактов при многократном срабатывании; на устойчивость к сотрясениям; на вибростойкость (ГОСТ 10472-71).
д)  Установка реле на трансформаторе. Для того чтобы газовое реле срабатывало своевременно, нужно, чтобы по возможности весь газ, выделяющийся при повреждении в активной части трансформатора, попадал в корпус реле. Для этого трансформатор устанавливают на фундаменте так, чтобы один его край (со стороны газового реле) был приподнят на угол 1—1,5°. Таким образом, получается, что маслопровод, соединяющий расширитель с баком, присоединен к крышке бака в наивысшей ее точке. Кроме того, маслопровод вместе с реле также имеет наклон на угол 2—4° к горизонтали. Чтобы газ, поднимающийся под крышку трансформатора, не уходил в выхлопную трубу, в адаптеры вводов и т. и., у люков этих устройств делают бортики, преграждающие путь газу в эти устройства.
Газовое реле устанавливают в рассечку маслопровода, соединяющего расширитель с баком, и закрепляют на фланцах маслопровода болтами. Уплотнением между фланцами служит резиновая шайба. Установку реле производят так, чтобы острие стрелки на крышке реле было направлено в сторону расширителя. После заливки маслом и выпуска воздуха из верхнего крана реле оба элемента должны быть в крайнем верхнем положении и их контакты при этом должны быть разомкнуты. Для правильной работы реле все полости, в которых над маслом находится воздух (например, надмасляное пространство выхлопной трубы), должны быть соединены с надмасляным пространством расширителя.



 
« Защита трансформаторов 35-220 кВ   Избиратель »
электрические сети