Защита трансформаторов распределительных сетей - Виды ненормальных режимов работы трансформаторов

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]

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 <3 с.
Указания этого ГОСТ распространяются на трансформаторы, выпускаемые с 1 июля 1976 г. Для трансформаторов, выпущенных ранее, следует руководствоваться указаниями предыдущего ГОСТ 11677—65 [5]. Значения tK для сухих трансформаторов устанавливаются техническими условиями на конкретные типы и группы этих трансформаторов.
Уставки по времени максимальных токовых защит трансформаторов (tc. з) и время срабатывания плавких предохранителей, защищающих трансформатор, не должны превышать приведенных выше значений /к. Как правило, значения /с. з=4 с достаточны для обеспечения селективности действия максимальных токовых защит трансформаторов 110/35/6 кВ, 35/10 кВ и т. п.
Частые внешние к. з. представляют большую опасность для трансформаторов. Поэтому Инструкция [4] требует, чтобы при возникновении частых к. з. на отходящих линиях или на шинах были выяснены и устранены причины, вызывающие к. з., с целью предотвращения повреждений трансформаторов.
Понижение уровня масла. Трансформаторное масло обеспечивает не только электрическую изоляцию обмоток, но и их охлаждение. Поэтому понижение уровня масла в трансформаторе ниже допустимого представляет большую опасность. Причинами понижения уровня масла могут быть резкое снижение температуры окружающего воздуха или течь в баке трансформатора. О понижении уровня масла сигнализирует газовая защита, которой оборудуются трансформаторы мощностью 630 кВ-А и выше [1]. Если уровень масла быстро снижается из-за сильной течи в баке трансформатора, газовая защита действует на отключение. В дополнение к газовой защите на трансформаторах могут устанавливаться датчики низкого уровня масла, действующие на сигнал.
Повышение напряжения. Современные понижающие трансформаторы 110 (220) кВ могут иметь неполную изоляцию обмотки со стороны нулевого вывода (нейтрали) высшего напряжения. Для таких трансформаторов весьма опасно повышение напряжения выше номинального. Повышение напряжения происходит в том случае, если понижающий трансформатор с изолированной нейтралью 110 (220) кВ и с источником питания на стороне низшего (среднего) напряжения 6—35 кВ остается подключенным к участку сети 110 (220) кВ, где имеется однофазное замыкание на землю, а трансформаторы с глухозаземленной нейтралью отсутствуют. Правила [1] требуют, чтобы возникновение таких недопустимых режимов было исключено. Для этого, например, в комплекс сетевых АВР должны входить устройства делительной автоматики, действующей перед срабатыванием АВР и предотвращающей подачу напряжения со стороны сетей 6—35 кВ на понижающий трансформатор с высшим напряжением 110 или 220 кВ [5]. Для повышающих трансформаторов и трансформаторов с двух- и трехсторонним питанием (или существенной подпиткой от синхронных двигателей и синхронных компенсаторов) должна быть предусмотрена защита, обеспечивающая отключение трансформатора 110 (220) кВ с изолированной нейтралью или автоматическое заземление его нейтрали прежде, чем отключатся трансформаторы с глухозаземленными нейтралями, работающие на тот же участок сети с однофазным к. з. на землю [1,2].