Газовий захист - захист трансформаторів розподільних мереж

Сторінка 20 з 24

глава сьома
ГАЗОВА ЗАХИСТ

1. Принцип дії і область застосування

Газовий захист відповідно до ГОСТ 10472-71 призначена для захисту силових трансформаторів з масляним заповненням, забезпечених розширниками, від усіх видів внутрішніх пошкоджень, що супроводжуються виділенням газу, прискореним перетіканням масла з бака в розширювач, а також від витоку масла з бака трансформатора.
Вимірювальним органом газового захисту є газове реле. Газове реле являє собою металеву ємкість з двома поплавками (елементами), який врізається в похилий трубопровід, що зв'язує бак трансформатора з розширювачем. При нормальній роботі трансформатора газове реле заповнене трансформаторним маслом, поплавці знаходяться в піднятому положенні і пов'язані з ними електричні контакти- розімкнуті. При незначному пошкодженні в трансформаторі (наприклад, виткове замикання) під впливом місцевого нагріву з масла виділяються гази, які піднімаються вгору, до кришки бака, а потім скупчуються у верхній частині газового реле, витісняючи з нього масло. При цьому верхній з двох поплавців (елементів) опускається разом з рівнем масла, що викликає замикання його контакту, який діє на попереджувальний сигнал. При серйозному пошкодженні усередині трансформатора відбувається бурхливий газоутворення і під впливом виділилися газів масло швидко витісняється з бака в розширювач. Потік масла проходить через газове реле і змушує спрацювати нижній поплавець (елемент), який дає команду на відключення пошкодженого трансформатора. Цей елемент спрацьовує також і в тому випадку, якщо в баку трансформатора сильно знизився рівень масла (наприклад, при пошкодженні бака і витоку масла).
Газовий захист є дуже чутливою і вельми часто дозволяє виявити пошкодження в трансформаторі в самій початковій стадії. При серйозних пошкодженнях трансформатора газовий захист діє досить швидко: 0,1-0,2 с (при швидкості потоку масла не менше ніж на 25% вище за уставки). Завдяки цим перевагам газовий захист обов'язково встановлюється на всіх трансформаторах потужністю 6,3 MB-А і більше, а також на всіх внутріцехових понижуючих трансформаторах, починаючи з потужності 630 кВ-А. Допускається установка газового захисту і на трансформаторах від 1 до 4 MB-А. На трансформаторах з РПН додатково передбачається окрема газова захист пристрою РПН [1].

7-2. Типи газового реле та схеми газового захисту

Перші газові реле з'явилися близько 50 років тому. Це були так звані поплавкові реле. В СРСР вони мали позначення ПГ-22 і ПГЗ-22 (поплавковое газове Запорізького трансформаторного заводу). Як поплавців використовувалися порожнисті зупинено металеві циліндри. Контакти виконувалися у вигляді скляних колб, частково заповнених ртуттю. Кожен з цих ртутних контактів жорстко пов'язаний з відповідним поплавком. При опусканні верхнього поплавка або перекиданні потоком масла нижнього поплавка відповідний ртутний контакт повертається і ртуть всередині нього переливається таким чином, що замикає впаяні в колбу електричні контакти, створюючи ланцюг на сигнал або на відключення [2,3].
У зв'язку з великою кількістю неправильних дій газових захистів, в тому числі з-за конструктивних недоліків реле ПГ-22 і ПГЗ-22, в 1950-х роках було запропоновано кілька нових конструкцій газових реле. Найбільшого поширення набуло розроблене в Челябенерго газове реле РГЧ-61, промисловий випуск яких освоїв Запорізький трансформаторний завод (РГЧЗ-66). Конструкція цього реле описана в § 7-3.
З початку 1970-х років на вітчизняних трансформаторах встановлюється газове реле Бухгольца типу BF-80 / Q виробництва Німецької Демократичної Республіки. Конструкція цього реле описана в § 7-4.
Відповідно до ГОСТ 10472-71 всі газові реле повинні мати два елементи і забезпечувати замикання двох незалежних електричних ланцюгів: сигнальної і відключає. Правилами [1] передбачається можливість переведення дії відключає елемента газового захисту на сигнал. Про те, в яких випадках допускається цей переклад, йдеться в § 7-5.
Джерелами оперативного струму для газового захисту можуть служити: акумуляторна батарея, блоки живлення, попередньо заряджені конденсатори і трансформатор власних потреб (або трансформатор напруги). Використання в якості джерела змінного оперативного струму ТСН (або TJH) допустимо тільки в тому випадку, якщо для диференціальної і максимального струмового захисту цього ж трансформатора використовується інше джерело оперативного струму - трансформатор струму (§ 4-5) або попередньо заряджений конденсатор (§ 4 6). При такому поєднанні джерел оперативного струму підвищується надійність захисту трансформатора [23].
Використання для всіх захистів трансформатора, і в тому числі газової, як джерело оперативного струму тільки попередньо заряджених конденсаторів допустимо лише за умови забезпечення надійного їх заряду не тільки від джерела змінної напруги 6 або 10 кВ, а й від струму к.з. (§ 4-6).

Мал. 7-1. Частина принципової схеми вихідних оперативних ланцюгів захисту трансформатора, в тому числі газової, з попередньо зарядженими конденсаторами

На рис. 7-1 наведена частина принципової схеми вихідних ланцюгів захисту трансформатора, в якій джерелом оперативного струму служать попередньо заряджені конденсатори БК. Розряд конденсаторів на котушку вихідного проміжного реле РП відбувається при спрацьовуванні газового захисту (замикається контакт РГО), а також диференціальної ДЗ або максимального струмового захисту МТЗ. Одночасно з РП спрацьовує відповідне вказівний реле РУ або / РУ, забезпечуючи дію аварійної сигналізації. Проміжне реле діє своїми контактами на відключення вимикачів всіх сторін трансформатора, а також на включення короткозамикача або на запуск пристрою передачі відключає імпульсу. Джерелами оперативного струму при виконанні кожної з цих операцій служать окремі блоки конденсаторів (на схемі не показані). Крім того, один з замкнувшихся контактів реле РП забезпечує його самоудержіваніе.
Це необхідно тому, що при бурхливому газоутворення і великій швидкості потоку масла контакт відключає елемента РГО може замикатися лише на короткий час.
За допомогою пристрою, що вимикає (накладки) ОУ можна перевести дію відключає елемента РГО на сигнал (це положення 2 пристрої ОУ).
У ланцюзі відключає елемента РГО є розмикає контакт реле РПКЗ. Він розмикається після включення короткозамикача трансформатора, оскільки на цьому дія газового захисту повинно припинитися, незважаючи на те, що контакт РГО може залишитися в замкнутому положенні через конструктивних особливостей газового реле.
На рис. 7-2 приведена принципова схема відключають ланцюгів газового захисту на змінному оперативному струмі. Джерелом оперативного струму служить трансформатор власних потреб ТСН, включений з боку НН трансформатора 10 або 6 кВ. У цій схемі, як і в попередній, передбачена можливість переведення дії відключає елемента РГО на сигнал за допомогою перестановки пристрою, що вимикає ОУ в положення 1. Є також ланцюг самоудержіванія проміжного реле РП через його замикає контакт РП \ і розмикає контакт РПКЗ, який розмикається після включення короткозамикача, коли самоудержіванія вже не потрібно, але воно могло б тривати, якщо харчування ланцюгів оперативного напруги виробляється від ТСН сусіднього, неушкодженого трансформатора. Контакти РП2 і РЯ3 діють відповідно на електромагніт включення короткозамикача ЕВКЗ і на електромагніт відключення вимикача 10 (6) кВ ЕОВу а на трьохобмоткову трансформаторі - і на електромагніт відключення вимикача 35 кВ (на схемі не показаний). Все електромагніти призначені для живлення від джерела змінної напруги 220 В. У цих же комутаційних апаратів є й інші ЕВ та ЕО, призначені для роботи від трансформаторів струму або від попередньо заряджених конденсаторів при дії диференціальної або максимального струмового захисту трансформатора [23].

Мал. 7-2. Принципова схема відключають ланцюгів газового захисту на змінному оперативному струмі

3. Реле чашечково РГЧЗ-66

Реле газове чашечково, що випускалося Запорізьким трансформаторним заводом до 1978 р (РГЧЗ-66), відрізняється від поплавцевих реле ПГ-22 головним чином інструкцією виймальної частини. Остання складається з двох елементів - сигнального і відключає. Сигнальний елемент являє собою плоскодонну чашку з анодованого алюмінію з жорстко прикріпленим контактом, який пересувається при повороті чашки назустріч нерухомого контакту. В нормальному, верхньому, положенні чашка утримується пружинкою, при цьому контакти розімкнуті. Коли відбувається пошкодження трансформатора зі слабким газоутворенням, газ накопичується у верхній частині газового реле та витісняє з нього масло. При зниженні рівня масла нижче дна чашки сигнального елемента вона опускається під впливом власної ваги і ваги залишився в пий масла. Опускаючись, чашка повертається навколо своєї осі і сигнальні контакти при цьому замикаються.
Відключає елемент також є чашку з контактом, яка утримується в верхньому положенні пружинкою. На відміну від сигнального відключає елемент має пластину (лопать), розташовану проти вхідного отвору газового реле. При серйозному пошкодженні в трансформаторі, що супроводжується бурхливим газоутворенням, потік масла спрямовується через газове реле і повертає пластину. При цьому замикаються контакти, що діють на відключення трансформатора. Сама чашка при повороті пластини не повертається. Така конструкція забезпечує швидкодію газового захисту: не більше 0,2 с при швидкості потоку масла не менше ніж на 25% вище за уставки.
У комплекті реле РГЧЗ є три різні пластини, кожна з яких відкалібрована на відповідну швидкість потоку масла (уставку): 0,6; 0,9; 1,2 м / с. Уставка 0,6 м / с рекомендується для трансформаторів до 40 MB-А з масляним охолодженням і природною циркуляцією масла і з дуттям і природною циркуляцією масла (літерні позначення відповідно М і Д). Уставка 0,9 м / с - для трансформаторів понад 40 MB-А з дуттям (Д). Уставка 1,2 м / с - для трансформаторів будь-якої потужності з олійно-водяним охолодженням з примусовою циркуляцією масла (Ц) і масляним охолодженням з дуттям і примусової циркуляцією масла (ДЦ) [24].
При аварійному витоку масла з бака трансформатора масло з газового реле йде і обидві чашки опускаються. Контакти газового реле діють на сигнал і на відключення. Таким чином, відключають контакти можуть замикатися і при повороті пластини і при опусканні відключає чашки, причому в останньому випадку повертається також пластина.
Детальний опис реле РГЧЗ-66, вказівки з налагодження та обслуговування газового захисту з цим реле наведені в [24].

4. Реле Бухгольца (НДР)

Газове реле Бухгольца випускається Магдебурзьким заводом електротехніки та приладобудування (EGEM) в Німецькій Демократичній Республіці. В СРСР поставляється з початку 1970-х років одна з модифікацій реле Бухгольца: двопоплавковий реле BF-80 / Q. Індекс В вказує на наявність двох елементів (поплавців), F - на спосіб кріплення - фланцем, Q- на квадратну форму фланця, цифра 80 означає внутрішній діаметр в міліметрах трубопроводу, в який врізається газове реле. Приєднувальні розміри цього реле такі ж, як у реле РГЧЗ-66.
Реле Бухгольца, в тому числі BF-80 / Q, складається з металевого корпусу, кришки і вбудованого блоку. Для огляду вбудованого блоку в корпусі є засклені отвори з відкидними кришками,
На кришці реле закріплені: вбудований блок, пробний кран, контрольна клавіша для випробування дії реле шляхом імітації догляду масла з трансформатора. Тут же розташовані затиски для приєднання електричних ланцюгів.

Мал. 7-3. Двопоплавковий блок газового реле Бухгольца (НДР)
Вбудований блок двопоплавковий реле (рис. 7-3) складається з двох елементів: верхнього (сигнального) і нижнього (відключає). До верхнього поплавця 3 сигнального елемента жорстко прикріплений постійний магніт 6. При догляді масла з корпусу реле верхній поплавець 3 повертається в напрямку, показаному стрілкою, магніт 6 наближається до магнітокерованих контакту 5, що викликає замикання ланцюга сигналізації (два правих затиску 4). Принцип дії і пристрій магнітокерованих контактів (герконів) описані в роботі [2].
Нижній (відключає) елемент складається з поплавця 9, жорстко прикріпленого до нього постійного магніту 7, магнітокерованих контакту 8, а також напірного клапана (заслінки)
1, який утримується в початковому стані батареєю постійних магнітів 2. Зазор між магнітами і напірним клапаном може змінюватися в залежності від того, при якій швидкості потоку масла (уставці) має спрацьовувати реле. Уставки відключає елемента реле Бухгольца дещо відрізняються від уставок реле РГЧЗ-66 (§ 7-3). Уставка 0,65 м / с у реле Бухгольца приймається для тих трансформаторів, для яких на реле РГЧЗ-66 встановлюється 0,6 м / с. У всіх інших випадках використовується уставка 1 м / с. Уставку 1,5 м / с у реле BF-80 / Q застосовувати не рекомендується [24].
При серйозному пошкодженні трансформатора, яке супроводжується бурхливим газоутворенням і сильним перетіканням масла з бака в розширювач, потік масла входить в газове реле і перекидає напірний клапан (заслінку) / (на рис. 7-3 напрямок потоку масла показано стрілкою). При цьому повертаються нижній відключає поплавок 9 і жорстко прикріплений до нього постійний магніт 7. Після наближення магніту 7 до магнітокерованих контакту 8 замикається ланцюг відключення газового захисту (два лівих затиску 4).
Час спрацювання реле Бухгольца на відключення при швидкості потоку масла, на 25% перевищує уставку, становить за даними заводу-виготовлювача 0,22 с - для раніше випускалися реле і 0,09 с - для нових реле зі зміненою конструкцією напірного клапана (заслінки).
При догляді масла з бака трансформатора і, отже, з газового реле відключає поплавок 9 опускається, повертаючись таким чином, що постійний магніт 7 наближається до магнітокерованих контакту 5, в результаті чого замикається ланцюг відключення газового захисту.
Перевірка справності сигнального елемента на встановленому реле Бухгольца проводиться за допомогою випробувального насоса, який нагвинчується на пробний кран, розташований на кришці реле. Перевірка роботи сигнального і відключає елементів реле виробляється шляхом натискання контрольної клавіші. За рухом поплавців можна спостерігати через засклене вікно в корпусі реле.
При перевірці електричної міцності ізоляції жив контрольного кабелю газового захисту з реле Бухгольца необхідно пам'ятати, що електрична міцність магнітокерованих контактів становить 500-600 В, і тому це реле на час перевірки необхідно від'єднувати. Вимірювання опору ізоляції контактів реле Бухгольца слід проводити мегаомметром на 500 В [14]. У 1979 р Міненерго СРСР випустило інструкцію по обслуговуванню реле BF80 / Q.