Reléová ochrana a automatizácia výkonových olejových transformátorov 110 kV
Výkonové olejové transformátory sú najdrahším zariadením pre distribučné rozvodne. Transformátory sú navrhnuté na dlhú životnosť za predpokladu, že fungujú normálne a nie sú vystavené neprijateľnému prúdovému preťaženiu, rázom a iným nežiaducim prevádzkovým režimom.
Na zabránenie poškodeniu transformátora, predĺženie jeho životnosti a zabezpečenie jeho normálnej prevádzky sú potrebné rôzne ochranné a automatizačné zariadenia.
Zvážte, aké ochranné a automatizačné zariadenia sú poskytované v transformátoroch výkonového oleja.
Ochrana transformátorového plynu
Plynová ochrana je jednou z hlavných ochrán transformátora. Táto ochrana je určená na odpojenie transformátora 110 kV od siete v prípade vnútorných porúch v nádrži výkonového transformátora.
Toto ochranné zariadenie je inštalované v olejovom potrubí, ktoré spája nádrž transformátora s jeho konzervátorom.Hlavným konštrukčným prvkom plynového relé je plavák a dva páry kontaktov, ktoré sú spojené pri spustení plaváka. Pri normálnej prevádzke je plynové relé naplnené transformátorovým olejom a plavák je v hornej polohe s otvorenými oboma pármi kontaktov.
Pri otočnom skrate vo vinutí transformátora, alebo v prípade tzv. Horenie ocele (narušenie izolácie oceľových plechov magnetického obvodu), v nádrži sa objavujú plyny, ktoré vznikajú pri rozklade elektrických materiálov pod vplyvom elektrického oblúka.
Výsledný plyn vstupuje do plynového relé a vytláča z neho olej. V tomto prípade plavák klesne a zatvorí kontakty. V závislosti od množstva nahromadeného plynu sa môžu kontakty uzavrieť, čo ovplyvní signál alebo úplne odpojí transformátor od siete.
Aktivácia plynového relé môže byť tiež spôsobená výrazným znížením hladiny oleja v nádrži výkonového transformátora, čo naznačuje úplnú absenciu oleja v konzervátore. To znamená, že toto zariadenie funguje aj ako ochrana proti nadmernému zníženiu hladiny oleja v transformátore.
Ochrana nádrže s prepínaním zaťaženia
Výkonové transformátory 110 kV majú zvyčajne zabudovaný regulátor napätia pri zaťažení (OLTC). Prepínač pri zaťažení umiestnený v samostatnom oddelení nádrže transformátora, izolovaný od hlavnej nádrže vinutím. Preto je pre toto zariadenie k dispozícii samostatné ochranné zariadenie - reaktívne relé.
Všetky poruchy v nádrži prepínača odbočiek sú sprevádzané vypustením transformátorového oleja do konzervátora, preto sa v prípade prietoku oleja okamžite aktivuje prúdová ochrana, ktorá automaticky odpojí výkonový transformátor od siete.
Spínač hladiny oleja (RUM)
Plynové relé signalizuje úplnú absenciu oleja v konzervátore výkonového transformátora, ale je potrebné včas odhaliť neprijateľný pokles hladiny oleja - túto funkciu vykonáva relé hladiny oleja (RUM).
Spínač hladiny oleja je inštalovaný spravidla v konzervátore hlavnej nádrže transformátora, ako aj v konzervátore spínača záťaže. Zariadenie je nakonfigurované tak, že plavák, hlavný konštrukčný prvok relé, uzavrie kontakty relé, ak hladina oleja klesne pod minimálnu prípustnú hodnotu pre tento výkonový transformátor.
Toto bezpečnostné zariadenie poskytuje signál na aktiváciu alarmu, ktorý umožňuje včas rozpoznať pokles hladiny oleja.
Ochrana diferenciálneho transformátora (DZT).
Diferenciálna ochrana transformátora (DZT) je hlavnou ochranou transformátora a slúži na ochranu pred skratmi vinutia transformátora a prúdových vodičov, ktoré sa nachádzajú v oblasti pokrytia tejto ochrany.
Princíp činnosti tejto ochrany je založený na porovnaní zaťažovacích prúdov každého z vinutí transformátora. Pri normálnej prevádzke nie je na výstupe relé diferenciálnej ochrany žiadny nevyvážený prúd.V prípade dvojfázového alebo trojfázového skratu vzniká nevyvážený prúd — rozdielový prúd a relé pôsobia tak, že úplne odpoja transformátor od siete.
Rozsahom tejto ochrany sú prúdové transformátory na každej strane napätia výkonového transformátora. Napríklad v transformátore s tromi vinutiami 110/35/10 kV zóna ochranného náteru okrem samotného transformátora obsahuje zbernicu (kábel), ktorá prechádza z priechodiek transformátora na prúd 110 kV, 35 kV a 10 kV transformátory.
Prúdová skoková ochrana transformátorov
Pre väčšiu spoľahlivosť je okrem hlavnej ochrany výkonového transformátora zabezpečená aj záložná ochrana - stupňovitá prúdová ochrana pre každé z vinutí.
Pre každé z vinutí transformátora samostatne nadprúdová ochrana (MTZ) pár krokov. Každý stupeň ochrany má svoj vlastný čas vyzdvihnutia a odloženia.
Ak transformátor napája veľa spotrebičov vysokými nábehovými prúdmi, potom, aby sa predišlo nesprávnym operáciám, má nadprúdová ochrana takzvané blokovanie voltmetra - blokovanie napäťovej ochrany.
Pre selektivitu činnosti ochrany transformátora má každý z ochranných stupňov inú dobu odozvy, pričom vyššie uvedené základné ochrany transformátora majú dobu odozvy najkratšiu. V prípade poruchy transformátora alebo skratu v ochrannom pásme sa teda okamžite spúšťajú hlavné ochrany a v prípade poruchy alebo odberového stavu je transformátor chránený záložnými prúdovými ochranami.
MTZ výkonového transformátora si tiež zachovávajú ochranu odchádzajúcich spojení napájaných týmto transformátorom, ktoré sa vypínajú v prípade poruchy.
MTZ poskytuje ochranu pred dvoj- a trojfázovým skratom. Na ochranu pred jednofázovými zemnými poruchami má vysokonapäťové vinutie 110 kV ochranu proti prúdu nulovej sekvencie (TZNP).
Strednonapäťové vinutie výkonového transformátora 35 kV a nízkonapäťové vinutie 6-10 kV napájacie siete s izolovaným neutrálom, v ktorých sú jednofázové zemné poruchy zaznamenané transformátormi napätia.
Väčšina sietí 6-35 kV s izolovaným neutrálom pracuje v režime, v ktorom sa jednofázová zemná porucha nepovažuje za núdzovú, a preto nie je automaticky vylúčená z činnosti zemnej ochrany. Servisný personál dostane signál o prítomnosti jednofázovej zemnej poruchy a začne hľadať a odpájať od siete poškodenú oblasť, pretože predĺžená prevádzka v tomto režime je neprijateľná.
Výnimky sa robia v prípadoch, keď je z bezpečnostných požiadaviek nevyhnutné vylúčenie jednofázových porúch v sieťach. V tomto prípade môže ochrana proti zemnej poruche fungovať tak, že úplne odpojí transformátor alebo odpojí jedno z jeho vinutí.
Prepäťová ochrana transformátora
Na ochranu transformátora pred prepätím sú na zbernici na každej strane transformátora inštalované zvodiče prepätia alebo zvodiče prepätia (SPD).
Ak transformátor pracuje v uzemnenom neutrálnom režime na strane vysokého napätia 110 kV, neutrál je pripojený k zemi cez zvodič alebo zvodič prepätia, aby sa vinutie chránilo pred poškodením, ak napätie prekročí prípustné hodnoty v prípade poruchy zásobovacej siete.
Dodatočná ochrana transformátora
Na ochranu výkonového transformátora je k dispozícii množstvo dodatočných ochrán, aby sa vylúčil vývoj malých defektov, odchýlok od normálnej prevádzky vo väčšej núdzovej situácii.
Ochrana proti preťaženiu – pôsobí na signál, aby okamžite znížila zaťaženie transformátora.
Teplotné relé signalizuje zvýšenie teploty horných vrstiev oleja nad nastavené (prípustné) hodnoty. Táto ochrana automaticky zahŕňa dodatočné chladiace systémy transformátora, ak existujú. Súčasťou sú napríklad prefukovacie ventilátory a čerpadlá pre nútený obeh oleja v chladičoch. Ak teplota oleja stúpne ešte vyššie, potom relé odpojí transformátor od siete.
Prepäťová ochrana vypína istič sekundárneho vinutia transformátora v prípade poklesu napätia na neprijateľné hodnoty.
Automatizácia výkonových transformátorov 110 kV
Ak sú v rozvodni dva transformátory, potom keď napätie klesne na neprijateľné hodnoty alebo keď je transformátor odpojený, podpäťová ochrana ovplyvňuje automatický prepínač prevodu (ATS)… Toto zariadenie obsahuje sekčné alebo prípojnicové spínače, ktoré napájajú spotrebiteľov zo záložného zdroja energie – výkonového transformátora.
Na vstupe stredného a nízkeho napätia môžu byť implementované spínače transformátora automatické opätovné zapnutie ističa (AR), jednorazové obnovenie napájania transformátora v prípade odpojenia od pôsobenia jednej alebo druhej ochrany.
Ak je výkonový transformátor konštruktívny regulátor napätia pri zaťažení (OLTC), potom k nemu možno nainštalovať automatický regulátor napätia (AVR). Toto zariadenie monitoruje napätie vinutí transformátora a zabezpečuje automatické prepínanie prepínača odbočiek pod záťažou, aby sa zabezpečila požadovaná úroveň napätia vinutí.