Reléová ochrana a automatizace výkonových olejových transformátorů 110 kV

Výkonové olejové transformátory jsou nejdražším zařízením pro rozvodny. Transformátory jsou navrženy pro dlouhou životnost za předpokladu, že pracují normálně a nejsou vystaveny nepřijatelnému proudovému přetížení, rázům a jiným nežádoucím provozním režimům.

Aby se zabránilo poškození transformátoru, prodloužila se jeho životnost a zajistila se jeho normální funkce, jsou zapotřebí různá ochranná a automatizační zařízení.

Zvažte, jaká ochranná a automatizační zařízení jsou k dispozici v transformátorech výkonového oleje.

Ochrana transformátorového plynu

Plynová ochrana je jednou z hlavních ochran transformátoru. Tato ochrana je určena k odpojení transformátoru 110 kV od sítě v případě vnitřních poruch v nádrži výkonového transformátoru.

Toto ochranné zařízení je instalováno v olejovém potrubí, které spojuje nádrž transformátoru s jeho konzervátorem.Hlavním konstrukčním prvkem plynového relé je plovák a dva páry kontaktů, které jsou spojeny při spuštění plováku. V normálním provozu je plynové relé naplněno transformátorovým olejem a plovák je v horní poloze s otevřenými oběma páry kontaktů.

V případě otočného zkratu ve vinutí transformátoru, nebo v případě tzv. Spalování oceli (narušení izolace ocelových plechů magnetického obvodu), v nádrži se objevují plyny, které vznikají při rozkladu elektromateriálů pod vlivem elektrického oblouku.

Výsledný plyn vstupuje do plynového relé a vytlačuje z něj olej. V tomto případě plovák klesne a sepne kontakty. V závislosti na množství nahromaděného plynu se mohou kontakty sepnout, což ovlivní signál nebo úplně odpojí transformátor od sítě.

Aktivace plynového relé může být také způsobena výrazným poklesem hladiny oleje v nádrži výkonového transformátoru, což naznačuje úplnou absenci oleje v konzervátoru. To znamená, že toto zařízení funguje i jako ochrana proti nadměrnému snížení hladiny oleje v transformátoru.

Ochrana nádrže s přepínáním zátěže

Výkonové transformátory 110 kV mají obvykle vestavěný regulátor napětí při zatížení (OLTC). Přepínač při zatížení umístěn v samostatném oddělení nádrže transformátoru, izolovaném od hlavní nádrže vinutím. Proto je pro toto zařízení k dispozici samostatné ochranné zařízení - reaktivní relé.

Všechny poruchy v nádrži přepínače odboček jsou doprovázeny vypouštěním transformátorového oleje do konzervátoru, proto se v případě průtoku oleje okamžitě aktivuje proudová ochrana, která automaticky odpojí výkonový transformátor od sítě.

Spínač hladiny oleje (RUM)

Plynové relé signalizuje úplnou absenci oleje v konzervátoru výkonového transformátoru, ale je nutné včas detekovat nepřijatelný pokles hladiny oleje - tuto funkci plní relé hladiny oleje (RUM).

Spínač hladiny oleje je zpravidla instalován v konzervátoru hlavní nádrže transformátoru a také v konzervátoru spínače zátěže. Zařízení je konfigurováno tak, že plovák, hlavní konstrukční prvek relé, sepne kontakty relé, pokud hladina oleje klesne pod minimální přípustnou hodnotu pro tento výkonový transformátor.

Toto bezpečnostní zařízení dává signál k aktivaci alarmu, který umožňuje včas detekovat pokles hladiny oleje.

Ochrana diferenciálního transformátoru (DZT).

Diferenciální ochrana transformátoru (DZT) je hlavní ochranou transformátoru a slouží k ochraně před zkraty vinutí transformátoru a proudových vodičů, které jsou v oblasti pokrytí této ochrany.

Princip činnosti této ochrany je založen na porovnání zatěžovacích proudů každého z vinutí transformátoru. V normálním provozu není na výstupu diferenciální ochrany žádný nesymetrický proud.V případě dvoufázového nebo třífázového zkratu vzniká nesymetrický proud — rozdílový proud a relé působí tak, že úplně odpojí transformátor od sítě.

Předmětem této ochrany jsou proudové transformátory na každé napěťové straně výkonového transformátoru. Například u transformátoru se třemi vinutími 110/35/10 kV zóna ochranného povlaku kromě samotného transformátoru zahrnuje sběrnici (kabel), která prochází z průchodek transformátoru na proud 110 kV, 35 kV a transformátory 10 kV.

Proudové skokové jištění transformátorů

Pro větší spolehlivost je kromě hlavní ochrany výkonového transformátoru zajištěna záložní ochrana - stupňovitá proudová ochrana pro každé z vinutí.

Pro každé z vinutí transformátoru samostatně nadproudová ochrana (MTZ) pár kroků. Každý stupeň ochrany má svůj vlastní čas vyzvednutí a odložení.

Pokud transformátor napájí velké množství spotřebičů vysokými zapínacími proudy, pak má nadproudová ochrana, aby se zabránilo chybným operacím, tzv. blokování voltmetrem — blokování napěťovou ochranou.

Pro selektivitu činnosti ochrany transformátoru má každý z ochranných stupňů jinou dobu odezvy, přičemž nejkratší dobu odezvy mají výše uvedené základní ochrany transformátoru. Při poruše transformátoru nebo zkratu v ochranném pásmu se tedy okamžitě spouští hlavní ochrany a při poruchovém nebo odebíracím stavu je transformátor chráněn záložními proudovými ochranami.

Také MTZ výkonového transformátoru si zachovávají ochranu odchozích spojení napájených tímto transformátorem, které se v případě poruchy vypnou.

MTZ poskytuje ochranu proti dvou a třífázovým zkratům. Pro ochranu proti jednofázovým zemním poruchám má vysokonapěťové vinutí 110 kV ochranu proti proudu nulové složky (TZNP).

Vysokonapěťové vinutí výkonového transformátoru 35 kV a vinutí nízkého napětí 6-10 kV napájecí sítě s izolovaným neutrálem, ve kterých jsou napěťovými transformátory zaznamenány jednofázové zemní poruchy.

Většina sítí 6-35 kV s izolovaným neutrálem pracuje v režimu, ve kterém se jednofázová zemní porucha nepovažuje za nouzový stav, a proto není automaticky vyloučena z činnosti zemní ochrany. Servisní pracovníci obdrží signál o přítomnosti jednofázové zemní poruchy a začnou hledat a odpojovat od sítě poškozenou oblast, protože dlouhodobý provoz v tomto režimu je nepřijatelný.

Výjimky jsou v případech, kdy je vyloučení jednofázových poruch v sítích nutné pro bezpečnostní požadavky. V tomto případě může zemní ochrana fungovat tak, že úplně odpojí transformátor nebo odpojí jedno z jeho vinutí.

Přepěťová ochrana transformátoru

Pro ochranu transformátoru před přepětím jsou na sběrnici na každé straně transformátoru instalovány svodiče přepětí nebo svodiče přepětí (SPD).

Pokud transformátor pracuje v uzemněném neutrálním režimu na straně vysokého napětí 110 kV, je neutrál připojen k zemi přes svodič nebo svodič přepětí, aby bylo vinutí chráněno před poškozením, pokud napětí překročí přípustné hodnoty v případě poruchy v zásobovací síť.

Dodatečná ochrana transformátoru

K ochraně výkonového transformátoru je zajištěna řada doplňkových ochran pro vyloučení rozvoje malých závad, odchylek od běžného provozu při větší nouzové situaci.

Ochrana proti přetížení — působí na signál, aby rychle snížila zatížení transformátoru.

Teplotní regulační relé signalizuje zvýšení teploty horních olejových vrstev nad nastavené (přípustné) hodnoty. Tato ochrana automaticky zahrnuje další chladicí systémy transformátoru, pokud existují. Součástí jsou například ofukovací ventilátory a čerpadla pro nucený oběh oleje v chladičích. Pokud teplota oleje stoupne ještě výše, pak relé odpojí transformátor od sítě.

Přepěťová ochrana vypíná jistič sekundárního vinutí transformátoru v případě poklesu napětí na nepřijatelné hodnoty.

Automatizace výkonových transformátorů 110 kV

Pokud jsou v rozvodně dva transformátory, pak když napětí klesne na nepřijatelné hodnoty nebo když je transformátor odpojen, podpěťová ochrana ovlivňuje automatický převodový spínač (ATS)… Toto zařízení obsahuje sekční nebo přípojnicové spínače zajišťující napájení spotřebitelů ze záložního zdroje energie – napájecího transformátoru.

Na vstupech středního a nízkého napětí mohou být implementovány spínače transformátoru automatické opětovné zapnutí jističe (AR), jednorázové obnovení napájení transformátoru v případě odpojení od působení jedné nebo druhé ochrany.

Pokud je výkonový transformátor konstruktivní regulátor napětí při zatížení (OLTC), pak k němu lze nainstalovat automatický regulátor napětí (AVR). Toto zařízení monitoruje napětí vinutí transformátoru a zajišťuje automatické spínání přepínače odboček při zatížení pro zajištění požadované úrovně napětí vinutí.