В электрических сетях широко применяются однофазные и трехфазные силовые трансформаторы различных уровней мощности, типов и марок. Основными видами повреждений в силовых трансформаторах и автотрансформаторах являются:
замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора (трехфазного) и наружных выводах обмоток;
замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания); замыкания на землю обмоток или их наружных выводов;
повреждения магнитопровода трансформатора, приводящие к появлению местного нагрева и «пожару стали».
Опыт показывает, что короткие замыкания на выводах и витковые замыкания в обмотках происходят наиболее часто. Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они, хотя и не исключены, но маловероятны вследствие большой прочности междуфазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, замыкания между обмотками фаз практически невозможны.
Для ограничения размера разрушения релейная защита от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро (t=0,05 — 0,1сек). Защита от повреждений. В качестве таких релейных защит применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты.
Основные принципы выполнения РЗ на ЛЭП с ответвлениями, трансформаторы которых подключены к ЛЭП без выключателей. Широкое распространение получили схемы с короткозамыкателями и отделителями. При этом важной частью РЗ трансформаторов является схема действия на короткозамыкатель и отделитель. Действие РЗ на короткозамыкатель и отделитель должно происходить в определенной последовательности, обеспечивающей работу отделителя в бестоковую паузу АПВ ЛЭП, в тот момент, когда по отделителю не проходит ток. Схема управления отделителя выполняется таким образом, чтобы импульс на его отключение подавался после срабатывания короткозамыкателя при условии, что питающая ЛЭП отключилась и ток короткого замыкания прекратился.
Отключение отделителя 110-220 кВ (рис.1) производится контактами промежуточного реле KL1при условии срабатывания следующих реле:
выходного промежуточного реле РЗ трансформатора KL3.1, фиксирующего его повреждение; реле, контролирующих факт отключения ЛЭП с питающих сторон (реле тока трехфазногоKА1 в цепи выводов ВН трансформатора и KА2в цепи короткозамыкателя);
реле напряжения KV1 и KV2, подключенных к трансформатору напряжения ТН и выводов НН трансформатора TV1.
Выходное промежуточное реле РЗ трансформатора самоудерживается для обеспечения отключения отделителя после отключения питающей ЛЭП, когда РЗ, подействовавшая на отключение трансформатора, может вернуться в исходное положение. Снятие самоудерживания выходных промежуточных реле РЗ трансформатора осуществляется контактом реле положения «включено» KQC1отделителя.
а)
б)
Рис. 1. Принципиальная схема отключения отделителя 110-220 кВ: а - поясняющая схема; б - цепи переменного тока и напряжения.
Наличие токового реле KА1предотвращает возможность неправильного действия схемы (отключения отделителя под током), которое могло бы иметь место при трехфазном КЗ в трансформаторе, сопровождающемся снижением напряжения ниже уставки срабатывания реле KV1 и KV2.РелеKА1принято трехфазным, а не однофазным для предотвращения отключения отделителя под током, которое может иметь место при указанном трехфазном КЗ из-за равновременности отключения фаз выключателя на питающем конце ЛЭП или отказе в отключении одной или двух фаз этого выключателя. Уставка реле KА1 принимается минимальной. Токовое реле KА2, установленное в цепи короткозамыкателя QK1, используется при установке на питающей ЛЭП выключателя с пофазным приводом. Наличие этого реле предотвращает отключение отделителя под током при отказе той фазы выключателя, питающей ЛЭП, на которой установлен короткозамыкатель.
Реле напряженияKV1 и KV2, уставка срабатывания которых принимается минимальной (около 15В), включены на междуфазные напряжения и предотвращают отключение отделителя под током до отключения питающей ЛЭП в случае, если повреждение трансформатора сопровождается токами, меньшими уставки срабатывания реле KА1 (например, при действии газовой защиты) [1].
Реле напряжения типа РН-50 применяется в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики. Реле напряжения реагирует на повышение напряжения в контролируемой цепи. В реле РН-50 использована одна из разновидностей электромагнитных систем, называемая системой с поперечным якорем (рис.2). Магнитная система реле состоит из «П»-образного шихтованного магнитопровода 5 и «Г»-образного стального якоря 3, вращающегося на двух осях 6. Якорь реле удерживается в начальном положении с помощью противодействующей спиральной пружины 7, один конец которой связан с якорем, а другой с указателем уставки 8. При повороте указателя уставки изменяется противодействующий момент пружины и соответственно напряжения срабатывания реле. Уставки напряжения срабатывания нанесены на шкале 9. На якоре закреплена пластмассовая колодка 10 с подвижным контактным мостиком 11. В верхней части скобы 2, связанной с якорем, закреплен полый барабанчик 1. Барабанчик 1 имеет внутри радиальные перегородки и заполнен кварцевым песком. При любом ускорении подвижной системы песчинки приходят в движение, часть сообщенной якорю энергии тратится на преодоление трения между песчинками. Это приводит к значительному снижению вибрации подвижной системы от переменной составляющей тяговой силы электромагнита и уменьшает вибрацию контактов при их соударении.
На магнитопроводе расположены катушки 4, концы которых выведены на зажимы цоколя реле. Перестановкой перемычек на этих зажимах можно осуществить параллельное и последовательное соединение катушек и, соответственно, изменить величину уставок срабатывания в два раза.
Рис. 2. Электромагнитная система реле напряжения РН-50
Цифры, нанесены на шкале, соответствуют последовательному соединению катушек. Все элементы смонтированы на рамке из алюминиевого сплава, укрепленной на пластмассовом цоколе и закрыты прозрачным кожухом.
Рис. 3. Схема внутренних соединений реле напряжения
У реле напряжения отсутствует барабанчик, гасящий вибрацию, так как обмотка реле подключается к контролируемой цепи через выпрямительной мост и добавочные резисторы «R1» и «R2». Тем самым исключается переменная составляющая в потоке. Схема внутренних соединений реле напряжения приведена на рис.3. Реле имеет два диапазона уставок. В диапазоне меньших уставок обмотка реле подключается к контролируемой цепи через добавочный резистор «R1», а в диапазоне больших уставок через последовательное соединение резисторов «R1» и «R2».
Нами предлагается в цепях релейных защит силового трансформатора более экономичных и энергосберегающих устройств, бесконтактное реле напряжения переменного тока, имеющее надежную и простую схему соединения. Потери электроэнергии при включении и отключении в цепях уменьшаются более чем в 2,5 раза, чем в предыдущих устройствах.
На чертеже (рис.4.) представлена принципиальная электрическая схема бесконтактного реле напряжения переменного тока. Реле содержит диодный мост 1, подключенный к сети последовательно с нагрузкой 3, в диагональ моста включен силовой тиристор 2, к управляющему электроду силового тиристора сигналы управления подаются через резистор 13 и тиристорную часть оптопары 8. Диодная часть оптопары 8 включается через резистор 4 на обкладку конденсатора 5, который подключается к сети через резистор 12 и два последовательно включенных маломощных управляемых тиристоров 6,7. Управляющий электрод маломощного тиристора 7 через последовательное соединение резистор 11 и диод 10 подключен к сети, а управляющий электрод маломощного тиристора 6 через резистор 9 подсоединен к первой обкладке конденсатора.
Бесконтактное реле напряжения работает следующим образом. При достижении определенного значения входного напряжения отпирающий сигнал на управляющем электроде будет достаточен для открывания тиристора 7. Рабочий ток тиристора открывает скачком тиристор 6 при угле 900. После открытия тиристоров 6, 7 конденсатор 5 заряжается. С обкладок конденсатора 5 через резистор 4 подается отпирающий сигнал на диодную цепь оптопары 8, который открывает тиристорную цепь оптопары 8, и подается сигнал на управляющий электрод силового тиристора 2. Так как на управляющий электрод 2 подается сигнал постоянного тока, то он остается постоянно открытым и по нагрузке 3 будет протекать ток синусоидальной формы. Момент срабатывания тиристоров 6, 7 регулируется при помощи подбора параметров резистора 11.
Рис. 4. Принципиальная схема бесконтактное реле напряжения переменного тока
Литература:
- Н.В. Чернобровов, В.А. Семенов. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат. 1998, 798с.
- А.С. Дорофеюка., А.П. Хечумяна. Справочник по наладке электроустановок. М.: Энергия, 1977.
- Д.В. Шопен. Бесконтактные электрические аппараты автоматики. М.: Энергоатомиздат, 1986.
- А.с. UZIAP 03954 30.06.2009, Бюл., № 6
