Образующийся газ попадает в газовое реле и вытесняет из него масло. При этом поплавок опускается и замыкает контакты. В зависимости от количества скапливаемого газа могут замыкаться контакты, действующие на сигнал либо на полное отключение трансформатора от сети.
Срабатывание газового реле может быть также по причине значительного снижения уровня масла в баке силового трансформатора, что свидетельствует о полном отсутствии масла в расширителе. То есть данное устройство также выступает в роли защиты от чрезмерного снижения уровня масла в трансформаторе.
Струйная защита бака РПН.
Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН). Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство - струйное реле.
Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.
Реле уровня масла (РУМ).
Газовое реле сигнализирует о полном отсутствии масла в расширителе силового трансформатора, но необходимо вовремя обнаружить недопустимое снижение уровня масла - эту функцию выполняет реле уровня масла (РУМ).
Реле уровня масла устанавливается, как правило, в расширителе основного бака трансформатора, а также расширителе бака РПН, Устройство настраивается таким образом, чтобы поплавок - основной конструктивный элемент реле, замыкал контакты реле в случае снижения уровня масла ниже минимально допустимого значения для данного силового трансформатора.
Данное защитное устройство дает сигнал на срабатывание аварийной сигнализации, что позволяет вовремя обнаружить снижение уровня масла.
Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ).
Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ) является основной защитой трансформатора и служит для защиты от коротких замыканий обмоток трансформатора и токопроводов, находящихся в зоне действия данной защиты.
Принцип действия данной защиты основан на сравнении токов нагрузки каждой из обмоток трансформатора. В нормальном режиме на выходе реле дифференциальной защиты отсутствует ток небаланса. В случае возникновения двух или трехфазного короткого замыкания возникает ток небаланса - дифференциальный ток и реле действует на полное отключение трансформатора от сети.
Зона действия данной защиты - трансформаторы тока каждой из сторон напряжения силового трансформатора. Например, в трехобмоточном трансформаторе 110/35/10 кВ зона действия защиты помимо самого трансформатора включается в себя ошиновку (кабель), которая идет от вводов трансформатора до трансформаторов тока 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ.
Токовая ступенчатая защита трансформаторов.
Для большей надежности помимо основных защит для силового трансформатора предусматривается резервная защита - ступенчатая токовая защита каждой из обмоток.
Для каждой из обмоток трансформатора предусматривается отдельная максимально токовая защита (МТЗ) на несколько ступеней. Для каждой ступени защиты устанавливается своя уставка срабатывания по току и времени срабатывания.
Если трансформатор питает нагрузки потребителей с большими пусковыми токами, то для предотвращения ложных срабатываний максимальная токовая защита имеет так называемую вольтметровую блокировку - блокировку защиты по напряжению.
Для селективности работы защит трансформатора каждая из ступеней защиты имеет разное время срабатывания, при этом наименьшее время срабатывания имеют вышерассмотренные основные защиты трансформатора. Таким образом, в случае повреждения трансформатора или возникновения короткого замыкания в зоне действия защит сразу срабатывают основные защиты, а в случае их отказа или выведенного состояния защиту трансформатора осуществляют резервные токовые защиты.
Также МТЗ силового трансформатора резервируют защиты отходящих присоединений, питающихся от данного трансформатора, срабатывая в случае их отказа.
МТЗ осуществляет защиту от двух- и трехфазных коротких замыканий. Для защиты от однофазных замыканий на землю обмотка высокого напряжения 110 кВ имеет токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).
Обмотка среднего напряжения силового трансформатора 35 кВ и низкого напряжения 6-10 кВ питает сети с изолированной нейтралью, в которых однофазные замыкания на землю фиксируют трансформаторы напряжения.
Большинство сетей 6-35 кВ с изолированной нейтралью работают в режиме, при котором однофазное замыкание на землю не считает аварийным и соответственно не отключается автоматически действием защиты от замыкания на землю. Обслуживающему персоналу поступает сигнал о наличии однофазного замыкания на землю, и он приступает к поиску и отключению от сети поврежденного участка, так как продолжительное время работы в таком режиме недопустимо.
Защита трансформатора от перенапряжений.
Для защиты трансформатора от перенапряжения на ошиновке с каждой стороны трансформатора устанавливают разрядники или ограничители напряжения (ОПН).
Если трансформатор работает в режиме разземленной нейтрали по стороне высокого напряжения 110 кВ, то нейтраль соединяется с заземлением через разрядник или ОПН для того, чтобы защитить обмотку от повреждения в случае превышения напряжения выше допустимых значений при авариях в питающей сети.
Дополнительные защиты трансформатора.
Для защиты силового трансформатора предусматривают ряд дополнительных защит, позволяющих исключить развитие незначительных дефектов, отклонений от нормального режима работы в более масштабную аварийную ситуацию.
Реле контроля температуры сигнализирует о повышении температуры верхних слоев масла выше установленных (допустимых) значений. Данная защита автоматически включает дополнительные системы охлаждения трансформатора, если таковые имеются. Например, включаются вентиляторы обдува, насосы принудительной циркуляции масла в охладителях. Если температура масла поднимается еще выше, то реле действует на отключение трансформатора от сети.
2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Назначение и конструктивное устройство высоковольтного выключателя 35кВ
К основному электрооборудованию напряжением выше 1 кВ электростанций, сетей и систем относятся высоковольтные выключатели, разъединители, токоограничивающие реакторы, выключатели нагрузки, силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы тока и напряжения, высоковольтные плавкие предохранители.
Выключатели являются важнейшим электрооборудованием распределительных устройств. Они представляют собой коммутационный аппарат, предназначенный для включения, отключения и повторного включения электрических цепей. Эти операции выключатели способны выполнять в нормальных режимах, а также при коротких замыканиях, когда ток может превосходить нормальный в десятки и сотни раз. Выключатели имеют электромагнитный, пружинный и другой вид привода для неавтоматического и автоматического управления.
Вместе с соответствующими автоматическими устройствами выключатели обеспечивают отключение и включение генераторов, трансформаторов, линий в нормальном режиме, а также в случае их повреждения. Кроме того, высоковольтные выключатели применяются для изменения состояния высоковольтной линии «включено -- выключено» с целью оперативного управления имеющейся системой электроснабжения и для отключения электрооборудования или участка электрической сети в аварийных и при необходимости в нештатных ситуациях.
Выключатели, разделяющие сборные шины на секции, называют секционными. В распределительных устройствах электростанций секционные выключатели, как правило, замкнуты. При повреждениях в зоне сборных шин они должны автоматически размыкаться вместе с другими выключателями поврежденной секции. В распределительных устройствах распределительных подстанций секционные выключатели при нормальной работе отключены, что делает работу секций шин независимой друг от друга, ограничивает ток короткого замыкания и упрощает релейную защиту электрической сети.
При повреждении одной из двух линий, питающих подстанцию, она отключается с обеих сторон релейной защитой, затем подается сигнал на работу устройства автоматического включения резерва (АВР) и включается секционный выключатель. После этого восстанавливается электроснабжение той части потребителей, которые потеряли питание при отключении поврежденной линии. Таким образом, питающие линии в нормальном режиме работают раздельно (секционный выключатель отключен) и резервируют друг друга при повреждении. Пропускная способность каждой линии должна быть рассчитана на обеспечение электроэнергией потребителей обеих секций.
Самый тяжелый режим для всех типов высоковольтных выключателей -- коммутация токов короткого замыкания. И хотя эти режимы при надежной схеме питания достаточно редки, выключатели должны эффективно с ними справляться в условиях эксплуатации. Рост мощностей и классов напряжений энергосистем привел к увеличению значений токов коротких замыканий и скорости восстановления напряжения в них. Как следствие, разработчики и производители высоковольтных выключателей не только снизили время отключения токов короткого замыкания выключателей, но и повысили стойкость их работы во всех режимах и звеньях системы электроснабжения. Примером тому могут служить вакуумные и элегазовые выключатели.
К выключателям высокого напряжения предъявляются особые требования, они должны:
надежно отключать токи любой величины, на которую они рассчитаны;
обеспечивать быстроту действия при отключении, т.е. гасить дугу в возможно меньший промежуток времени, что является необходимым для сохранения устойчивости параллельной работы электростанций при коротком замыкании;
быть пригодными для автоматического повторного включения, т.е. они должны быстро включаться после отключения релейной защитой электрической цепи;
иметь возможность пофазного управления (для выключателей напряжением 110 кВ и выше);
быть удобными для ревизии и осмотра контактов и механической части;
быть взрыво- и пожаробезопасными;
быть удобными при транспортировке и обслуживании.
На электрических станциях, сетях и системах применяются выключатели различных типов и конструкций. Они имеют различные принципы гашения дуги, в них используются различные дугогасящие среды (сжатый воздух, трансформаторное масло, вакуум, элегаз и др.). Вначале преимущественное применение имели масляные выключатели с большим и малым объемом масла. В настоящее время более востребованными выключателями становятся вакуумные и элегазовые выключатели.
Все выключатели можно разделить на следующие виды (свое название они получили за состав среды гашения дуги между контактами выключателя, которая возникает при коммутации высоких напряжений):
масляные;
воздушные;
электромагнитные;
вакуумные;
элегазовые.
Основными конструктивными частями выключателей всех типов являются: токоведущие и контактные системы с дугогасительными устройствами, изоляционные конструкции, корпуса и вспомогательные элементы (указатели положения, газоотводы, предохранительные клапаны и др.).
Масляные выключатели -- это одни из первых коммутационных аппаратов в электроустановках высокого напряжения, которые не потеряли своего значения и широко используются в настоящее время. Основное назначение масляных выключателей заключается в оперативном включении и отключении электрооборудования и электроустановок на электрических станциях, в электрических сетях и системах в нормальных и аварийных режимах, при неавтоматическом и автоматическом управлении.
Высоковольтные масляные выключатели по назначению делят:
на сетевые напряжением от 6 кВ и более, которые применяются в электрических цепях (за исключением цепей электрических машин и электротермических установок) и применяются для пропускания и коммутирования тока в нормальных условиях работы, а также для пропускания в течение заданного времени и коммутирования тока в заданных ненормальных условиях, таких как короткие замыкания;
генераторные на напряжение от 6 до 20 кВ, применяемые в цепях электрических машин (генераторов, синхронных компенсаторов, мощных электродвигателей) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в пусковых режимах и при коротких замыканиях;
выключатели для электротермических установок на напряжение от 6 до 220 кВ, применяемые в цепях крупных электротермических установок (например, сталеплавильных, рудотермических и других печах) и предназначенные для пропускания и коммутаций тока в нормальных условиях, а также в различных эксплуатационных режимах и при коротких замыканиях;