Система температурного контроля силовых трансформаторов (СТКТ)

НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ

Система контроля температуры силового трансформатора (STKT) предназначена для измерения, регистрации и отображения температуры наиболее нагретых точек электрических обмоток силовых трансформаторов с целью оптимизации рабочего режима и повышения надежности работы оборудования трансформатора.

Разновидности защит и их суть

Все защиты трансформатора должны быть достаточно быстрыми, чтобы вовремя выключить опасный режим. Так как при сверхбольших электрических величинах это легко приведет к разрушению изоляции, упрочнению металлов, возгоранию и другим неприятным последствиям.

Во избежание перегрузок на трансформаторе устанавливается тот или иной вид защиты. Тип защиты, применяемой на понижающих подстанциях, распределительном оборудовании, определяется местными условиями и характеристиками режима работы.

Продольная дифференциальная защита

Объем защиты от остаточного тока распространяется как на сам силовой трансформатор, так и на окружающие его соединения вплоть до измерителей тока. Нормальным режимом работы каждого трансформатора считается равномерное перераспределение нагрузки между всеми тремя фазами, когда электрический ток в каждой из них примерно одинаков.

Продольная дифференциальная защита сравнивает токовую нагрузку на всех фазах. Поскольку ток примерно одинаковый, их геометрическая сумма должна быть равна нулю. В результате сравнения выясняется, что реальный компонент отсутствует или слишком мал для реакции. Но, как только одна фаза замкнется или сразу между несколькими, токи в них перестанут компенсировать друг друга, и их сумма будет отличаться от нуля, сработает дифференциальное срезание.

Пример дифференциальной защиты
Рис. 3. Пример дифференциальной защиты

Релейная

Для предотвращения поломки трансформаторов используется достаточно большое количество релейных защит. Однако особого внимания заслуживает реле контроля уровня масла. Эта типология предусматривает мониторинг состояния изолирующей среды. Конструктивно реле представляет собой поплавок с контактами, который удерживается над контактами цепи срабатывания.

Если аварийный режим приведет к утечкам масла и последующему снижению ниже нормы, после чего может произойти поломка, произойдет отключение. Он может быть размещен в основном баке или иметь резервную релейную защиту в расширителе, которая заранее сигнализирует о начале процесса.

Тепловая

Основой тепловой защиты в трансформаторах является классическая термопара. Его расположение определяется типом устройства, его мощностью и габаритами, поскольку перегрев может привести к нарушению изоляционных свойств, привести к тепловому расширению масла.

К наиболее эффективным местам размещения относятся:

  • в верхней части бака;
  • к розеткам высокого напряжения;
  • в обмотках.

Он состоит из двух фаз: первая включает резервные вентиляторы или другие средства охлаждения. Второй, если первому не удалось восстановить перегрев ниже предельного значения, отключает трансформатор.

Токовая отсечка

Пример отключения по току
Рис. 4. Пример отключения электроэнергии

Этот тип защиты используется для отключения любых повреждений, которые могут возникнуть внутри трансформатора. Он расположен на стороне вводов трансформатора, который должен быть защищен, однако этот эффект распространяется на все обмотки, от которых может подаваться напряжение. Особенностью его применения является схема питания, которая используется в соответствующей линейке.

Таким образом, для трехфазных цепей с изолированной нейтралью отключение тока должно быть двухфазным. А при использовании цепей с глухозаземленной нейтралью защита должна применяться в каждом фазном соединении. Когда трансформатор выключен, задержки нет.

Недостатком отсечки является то, что она работает только при больших токах. Поэтому некоторые межфазные, межвитковые замыкания или замыкания на землю в изолированной цепи нейтрали могут остаться незамеченными. На практике это один из самых простых способов отключить трансформатор в аварийном режиме.

Газовая защита

Газовое реле как вид защиты нашло широкое применение в трансформаторах с масляной ванной, где роль диэлектрика, разделяющего токоведущие элементы и заземляющую структуру корпуса, играет трансформаторное масло. При нормальной работе понижающие трансформаторы не подвергаются воздействию диэлектрической жидкости, и масло остается в постоянном физическом состоянии.

Но в случае короткого замыкания между катушками, контакта проводов со сталью или других ситуаций внутри резервуара, горение дуги или нагрев металла приводит к локальному кипению масла. С этого момента начинается выделение газов, которые поднимаются к верхней точке емкости.

Пример газовой защиты
Рис. 5. Пример газовой защиты

Для всего бака верхней точкой является расширительный бачок, поэтому в соединительном патрубке между расширителем и баком трансформатора устанавливается газовое реле. Конструктивно газовая заслонка представляет собой поплавок с двумя контактами. При погружении в масло поплавок находится в открытом положении. Как только выделяющиеся газы поднимутся по трубке, поплавок упадет и замкнет контакты, масляный трансформатор отключится.

Струйная защита

Применяется в трансформаторах с первичной и вторичной обмотками на 110, 35, 10, 6, 3,3 кВ, где есть возможность переключать значение напряжения под нагрузкой. Устройство РПН обычно располагается в отдельном баке внутри основного, что изолирует его от обмоток высокого напряжения. Переключение положений устройства РПН под нагрузкой может вызвать как обычные, так и аварийные переключения. Последние приводят к выбросу масла из бака в расширитель.

Для реагирования на такое повреждение устанавливается струйная защита, поскольку поток масла из устройства РПН активирует измерительный датчик. После этого выключается выключатель, который обесточит обмотки трансформатора.

Максимальная токовая защита

Пример максимальной токовой защиты
Рис. 6. Пример максимальной токовой защиты

Защита от перегрузки по току используется для работы в ответ на токи короткого замыкания, расположенные в непосредственной близости от источника. Это включает в себя повреждение как обмоток, так и близлежащих сборных шин подстанции, окружающего оборудования и т.д.

На практике различают большое количество вариантов МТЗ:

  • От внутренних и внешних коротких замыканий;
  • МТЗ с комбинированным пуском напряжения;
  • МТЗ с пусковым напряжением и фильтром напряжения обратной последовательности;
  • Обратная последовательность совмещена с устройством трехфазного короткого замыкания;

Помимо аварийных режимов, вы можете установить режим защиты от перегрузки по максимальной токовой защите. Для этого рабочий ток устанавливается в определенных пределах. Настройка выбирается на основе максимального значения нагрузки, чтобы выключатель не срабатывал при нормальной работе.

Токовая защита нулевой последовательности

Пример максимальной токовой защиты нулевой последовательности
Рис. 7. Пример дифференциальной защиты

Предназначен для защиты трансформатора от возможных коротких замыканий как одной, так и двух фаз на землю. Это ситуации, когда в трехфазной системе нарушена симметрия нагрузки и сумма токов больше не будет равна нулю относительно нулевой точки.

Равновесие системы будет нарушено, что приведет к отключению электроэнергии через определенное время. Это часто сочетается с автоматическим повторным закрытием, поэтому через несколько секунд переключатель снова замыкается, если закрытие разблокировано.

Специальная резервная защита

Специальная резервная защита предназначена для автономного резервирования максимальной токовой защиты в токовых цепях. Его можно использовать как на высокой, так и на низкой стороне трансформатора. Их действие направлено на максимальные первичные и вторичные токи, которые могут возникнуть в непосредственной близости от защищаемого объекта. Работа СРЗ, как правило, имеет задержку по отношению к основным зонам максимальной токовой защиты на стороне 110 — 220 кВ.

Токовая ступенчатая защита

Как и в предыдущей версии, это своего рода защита от сверхтоков, в которую встроен ключ последовательности срабатывания различных обмоток. Он широко используется в цепях, где потребители подключены к источнику с высокими пусковыми токами. Однако чувствительность максимальной защиты имеет дополнительную привязку к напряжению, что гарантирует блокировку автоматического отключения в случае питания слишком мощной нагрузки, поскольку падение напряжения не достигает установленного предела.

Ступени реконструируются с таким интервалом времени, что воздействие на выключатели нагрузки происходит после основной максимальной токовой защиты.

ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМЫ

  • Использование системы позволяет увеличить производительность трансформатора и увеличить его срок службы;
  • Более точный мониторинг состояния трансформатора (по сравнению с системами, основанными на косвенных измерениях). Высокая точность измерения — обеспечение сохранности трансформатора при перегрузках;
  • Пассивные диэлектрические оптоволоконные датчики температуры;
  • Данные о температуре и тенденциях могут использоваться для определения необходимости обслуживания трансформатора;
  • Система надежна в эксплуатации, прочна и долговечна.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Схема и подключение основных компонентов системы контроля температуры силового трансформатора.
Принцип действия системы STKT основан на фтороптической технологии (с использованием люминесцентных свойств кристалла YAG (Cr)). К концу оптического волокна прикреплен термочувствительный фосфоресцентный датчик. Световые импульсы, излучаемые диодом, соответствующие красному свету в спектре, проходят через оптоволоконный зонд, и датчик возбуждается с последующей его фосфоресценцией. В свою очередь, время затухания фосфоресценции обратно пропорционально температуре сенсора. Электроника цифрового процессора сигналов определяет и рассчитывает время затухания фосфоресценции после каждого импульса, обеспечивая точные измерения температуры в месте расположения чувствительных к температуре датчиков.
Программа анализирует данные для выявления акустических событий, не соответствующих нормальной работе кабельной линии. Выявленные нарушения анализируются путем сравнения их с существующими шаблонами, чтобы интерпретировать характер нарушения и степень опасности для кабельной линии.

ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ

Система позволяет получать высокоточные, надежные и стабильные прямые измерения температуры наиболее горячих точек обмоток силового трансформатора в реальном времени.
Характеристики системы контроля температуры силовых трансформаторов:

  • Возможность проведения оперативного контроля систем охлаждения, сигнализации и защиты трансформатора;
  • Безопасная оптимизация режима работы трансформаторов, особенно в аварийном режиме;
  • Специальная конструкция оптических датчиков для позиционирования силовых трансформаторов в изоляционном масле;
  • Нет необходимости в калибровке (длительный срок службы компонентов системы);
  • Предназначен для высоковольтного оборудования;
  • Возможность интеграции с системами контроля частичных разрядов и анализа газов, растворенных в электроизоляционном масле трансформаторов;
  • Возможность установки до 16 каналов измерения.

Деление защит трансформаторов на основные и резервные

Любое повреждение трансформатора представляет собой потенциальную опасность как для целостности оборудования, так и для надежности всей энергосистемы. Поэтому крайне важно грамотно реконструировать работу защит на местных электростанциях, тяговых и трансформаторных подстанциях, КТП и ТП. С этой целью защиту трансформатора условно делят на две категории: основную и резервную.

Основная защита — это автоматика, предназначенная для анализа внутреннего состояния трансформатора (обмоток, железа, дополнительного оборудования). Этот тип охватывает как само устройство, так и соседние шины, кабели и т.д.

Резервная защита покрывает те неисправности, которые возникают вне трансформатора, но могут напрямую повлиять на его проводники и внутренние компоненты. Это всевозможные перегрузки, короткие замыкания и скачки в линиях, на соседних устройствах и т.д.

Базовая и резервная защита
Рис. 2. Базовая и резервная защита

КОМПЛЕКТАЦИЯ

В стандартную комплектацию системы входят:

  • Контроллер CTKT;
  • Волоконно-оптические датчики;
  • Удлинители для подключения датчиков к контроллеру;
  • Переходная пластина для трансформатора;
  • Блок обработки и передачи данных.
Источники

  • https://www.sedatec.org/resheniya/sistema-temperaturnogo-kontrolya-silovykh-transformatorov-stkt/
  • https://www.asutpp.ru/zashhita-transformatorov.html

Оцените статью
Блог о трансформаторах
Adblock
detector