Przewodnik po ochronie transformatora elektrycznego

Transformator elektryczny jest bardziej niezawodnym urządzeniem statycznym z szczególnie niskim ryzykiem awarii. Jednak uważa się, że większość transformatorów jest instalowanych na zewnątrz i może być narażona na obciążenia i zwarcia podczas pracy, co może prowadzić do różnych usterek i nietypowych warunków.

Daelim Transformer jest profesjonalnym producentem transformatorów. transformatory produkowane są głównie na rynek międzynarodowy. Posiadamy zespół techniczny specjalizujący się w projektowaniu międzynarodowych standardów, takich jak ANSI/IEEE/CSA/DOE/AS/NEMA itd. Ponadto rynek w Ameryce Północnej i Południowej jest stosunkowo dojrzały i zrealizowano wiele projektów przetargowych dla energii elektrycznej, co pomogło wielu klientom zdobyć projekty i osiągnąć wzrost wydajności. Osiągnięcie sytuacji win-win z klientami jest filozofią biznesową Daelim Enterprises.

Typy i charakterystyka uszkodzeń transformatorów elektrycznych

Transformator elektryczny składa się głównie z rdzenia żelaznego i uzwojeń nawiniętych na rdzeń. Aby zapewnić izolację między uzwojeniami oraz odprowadzanie ciepła z rdzenia żelaznego i uzwojeń, rdzeń żelazny i uzwojenia są umieszczone w zbiorniku olejowym wypełnionym olejem transformatorowym. Dwa końce uzwojeń transformatora są prowadzone na zewnątrz obudowy transformatora przez izolacyjne tuleje.

Dowiedz się więcej: Środki zapobiegawcze i leczenia usterki uziemienia rdzenia transformatora

Awaria transformator mocy. może być podzielona na dwie kategorie: wewnętrzne uszkodzenie zbiornika paliwa i zewnętrzne uszkodzenie zbiornika paliwa. Wewnętrzne awarie zbiornika paliwa obejmują głównie zwarcie międzyfazowe uzwojenia, zwarcie międzyzwojowe między niektórymi zwojami jednofazowego uzwojenia, jednofazowe zwarcie doziemne jednofazowego uzwojenia przez obudowę oraz uszkodzenie rdzenia żelaznego. Awaria w zbiorniku oleju transformatorowego jest bardzo niebezpieczna. Ponieważ zbiornik jest wypełniony olejem transformatorowym, silny prąd zwarciowy po awarii powoduje szybkie rozkładanie i gazowanie oleju transformatorowego, co może prowadzić do powstania dużej ilości łatwopalnego gazu, co łatwo może spowodować eksplozję zbiornika. Główne awarie na zewnątrz zbiornika to zwarcie fazowe oraz zwarcie doziemne, które wystąpiły na tulei i przewodach wyprowadzeniowych.

Transformator elektryczny nie działa prawidłowo

Abnormalny stan pracy transformatora mocy obejmuje głównie nadprąd spowodowany zewnętrzną awarią zwarciową transformatora, przeciążenie spowodowane obciążeniem przekraczającym nominał przez długi czas, spadek zdolności chłodzenia spowodowany awarią wentylatora lub wyciekiem oleju itp. Dla transformatorów, których punkt neutralny nie jest bezpośrednio uziemiony, zewnętrzne zwarcie doziemne może spowodować przepięcie w punkcie neutralnym transformatora, zagrażając izolacji transformatora. Dla transformatorów dużej mocy, ponieważ nominalna gęstość strumienia magnetycznego rdzenia żelaznego jest stosunkowo bliska gęstości nasycenia strumienia magnetycznego, nadmierne wzbudzenie może wystąpić, gdy zewnętrzne przepięcie jest zbyt wysokie lub częstotliwość jest zmniejszona.

Przeczytaj więcej:Trójfazowy Transformator zamontowany na płycie

Podstawowe zasady konfiguracji ochrony transformatora

1) Ochrona gazowa

Ochrona gazowa jest używana do działania w odpowiedzi na gaz lub przepływ oleju wytwarzany wewnątrz zbiornika transformatora. Może bronić przed różnymi awariami zwarciowymi oraz spadkiem poziomu oleju w zbiorniku transformatora i ma wysoką czułość. Ochrona gazowa dzieli się na gaz ciężki i gaz lekki. Zwykle gaz ciężki odzwierciedla prędkość przepływu oleju wewnątrz transformatora, a działanie ochrony polega na wyłączeniu wyłączników obwodów mocy po obu stronach transformatora. Ochrona gazu lekkiego odzwierciedla objętość gazu wewnątrz transformatora, a działanie ochrony to sygnał.

Zdobądź to teraz: Jak przeprowadzić analizę gazów i sprawdzić poziom oleju w transformatorze?

Transformatory zanurzone w oleju o mocy 800 kVA i wyżej powinny być wyposażone w ochronę gazową. Ochrona gazowa powinna być również zainstalowana na urządzeniu regulacyjnym ciśnienia transformatorów zanurzonych w oleju z regulacją obciążenia.

2) Ochrona różnicowa wzdłużna lub ochrona przed szybkim zanikaniem prądu

Transformatory o mocy 6300kVA i większe pracujące równolegle, transformatory o 10000 kVA i powyżej pracujące samodzielnie, oraz ważne transformatory o mocy 6300kVA i większe wykorzystywane w elektrowniach lub przedsiębiorstwach przemysłowych dla ich własnych potrzeb, powinny być wyposażone w ochronę różnicową. Inne transformatory mocy powinny być wyposażone w szybką ochronę prądową, a czas działania jej ochrony nadprądowej powinien być większy niż 0,5 s. Dla transformatorów powyżej 2000 kVA, gdy czułość szybkiej ochrony prądowej nie spełnia wymagań, powinna być również zainstalowana ochrona różnicowa podłużna. Ochrona różnicowa podłużna służy do reagowania na zwarcia w uzwojeniach transformatora mocy, tulejach i przewodach wyprowadzeniowych, a jej działanie ochronne polega na wyłączeniu wyłączników obwodów zasilających po każdej stronie transformatora i przesyłaniu odpowiednich sygnałów.

Wypróbuj za darmo: Niezrównoważony prąd w obwodzie ochrony różnicowej transformatorów UHV

3) Ochrona zapasowa dla zwarcia fazowego

Ochrona zapasowa dla zwarcia fazowego służy do reagowania na nadprąd transformatora spowodowany zewnętrznym zwarciem fazowym, a także służy jako ochrona zapasowa dla ochrony gazowej i ochrony różnicowej podłużnej (lub szybkiej ochrony prądowej). Działaniem jest wyłączenie wyłączników obwodów zasilających po każdej stronie transformatora i wysyłanie odpowiednich sygnałów. Zwykle stosuje się ochronę nadprądową, ochronę nadprądową przy starcie złożonego napięcia lub ochronę niskonapięciową jednofazową dla prądów biegu ujemnego.

4) Ochrona zerowej sekwencji zwarcia uziemienia

Dla transformatora w systemie bezpośrednio uziemionym powinno być zainstalowane zabezpieczenie zerosekwencyjne. Ochrona zerosekwencyjna służy do reagowania na wysokiego napięcia (lub średniego napięcia) transformatora i zwarcie doziemne zewnętrznych komponentów.

Dla autotransformatora i trójuzwojowego transformatora, którego punkty neutralne po stronie wysokiego i średniego napięcia są bezpośrednio uziemione, należy dodać element kierunkowy zerosekwencyjny, gdy istnieje wymóg selektywności.

Gdy tylko część linii środkowej transformatora w sieci energetycznej jest uziemiona, w celu zapobieżenia wystąpieniu zwarcia doziemnego, po wyłączeniu transformatora uziemiającego, transformator, którego punkt neutralny nie jest uziemiony (z zasilaniem po stronie niskiego napięcia), może kontynuować pracę z błędem uziemienia. W związku z tym powstaje przepięcie, które zagraża izolacji. Dlatego powinny być zainstalowane zabezpieczenia przed przepięciem zerosekwencyjnym i zabezpieczenia prądowe zerosekwencyjne według sytuacji.

Zdobądź to teraz: Kompletny przewodnik po transformatorach 1000kVA autorstwa Daelim Transformer

5) Ochrona przed nadmiernym wzbudzeniem

Transformatory dużej mocy o ultra wysokim napięciu muszą być wyposażone w ochronę przed nadmiernym wzbudzeniem. Ponieważ gęstość strumienia magnetycznego B w rdzeniu transformatora jest proporcjonalna do stosunku U/f napięcia i częstotliwości, gdy napięcie wzrasta, a częstotliwość maleje, transformator będzie nadmiernie wzbudzony, co powoduje, że prąd wzbudzający If wzrasta, straty żelaza rosną, a temperatura rdzenia i temperatura uzwojeń wzrastają, a w skrajnych przypadkach może dojść do lokalnych deformacji i uszkodzenia otaczających mediów izolacyjnych. Ochrona przed nadmiernym wzbudzeniem odzwierciedla stosunek rzeczywistej gęstości strumienia roboczego do nominalnej gęstości strumienia roboczego (wielokrotność nadmiernego wzbudzenia). W obrębie dopuszczalnego zakresu nadmiernego wzbudzenia transformatora, ochrona nadmiernego wzbudzenia działa na sygnał i może działać na wyłączanie, gdy nadmierne wzbudzenie przekracza wartość dopuszczalną.

6) Inna ochrona nieelektryczna

Transformator jest zazwyczaj również wyposażony w ochronę nieelektryczną, która odzwierciedla cechy oleju, gazu i temperatury w zbiorniku olejowym, obejmującą głównie ochronę temperaturową korpusu transformatora i części regulacji napięcia pod obciążeniem, ochronę uwolnienia ciśnienia transformatora, ochronę startową chłodzenia powietrzem po załadowaniu transformatora, wyłączenie przy przeciążeniu z ochroną regulacji napięcia pod obciążeniem itp.

Ochrona uziemienia transformatora

W stacji transformacyjnej podwyższającej znajduje się tylko jeden transformator, a transformator przyjmuje tryb pracy z bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym;

W stacjach transformacyjnych z kilkoma transformatorami pracującymi równolegle, część transformerów jest uziemiona w punkcie neutralnym stacji;

Dla dużych transformatorów o 220kV i więcej, uzwojenia wysokiego napięcia zazwyczaj wykorzystują izolację stopniową: punkt neutralny o niskim poziomie izolacji musi być bezpośrednio uziemiony w celu pracy; punkt neutralny o wysokim poziomie izolacji może być bezpośrednio uziemiony lub pracować bez utraty punktu uziemienia w systemie. Praca niezwiązana, gdy w systemie występuje zwarcie jednofazowe, powinno być możliwe, aby niezwiązana praca transformatora wytrzymała napięcie przyłożone bezpośrednio do punktu neutralnego i ziemi.

Czytaj dalej: Podstawowy przewodnik po transformatorze elektrycznym

Dlatego część transformatora jest ułożona do pracy z uziemieniem, a inna część transformatora jest ułożona do pracy bez uziemienia.

1) Ochrona prądów zerosekwencyjnych transformatora z bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym
Aby ograniczyć zakres wpływu awarii ziemi i poprawić szybkość oraz niezawodność późniejszych działań ochronnych, zazwyczaj konfiguruje się dwustopniową ochronę mocy prądów zerosekwencyjnych, a każdy etap ma również dwustopniowe opóźnienie.

2) Ochrona uziemiająca transformatora, gdy punkt neutralny może być uziemiony lub nie uziemiony
Izolacyjny transformator klasyfikowany z gniazdem rozładowującym w punkcie neutralnym
Izolacja stopniowa: Główna izolacja wokół punktu neutralnego ma niższy poziom izolacji niż końce izolacji.
Gniazdo rozładowujące: Używane jest do ochrony izolacji punktu neutralnego transformatora, gdy występują napięcia impulsowe i przetężenia napięcia o częstotliwości podstawowej. Gdy gniazdo się rozładowuje, czas rozładowania również powinien być unikany przez zbyt długi czas. Ochrona prądów i napięć zerosekwencyjnych powinna nadal być zainstalowana; celem jest szybkie odłączenie transformatora, aby zapobiec długoterminowemu rozładowaniu gniazda.

Dla izolacyjnego transformatora stopniowego z gniazdem rozładowującym, który może być lub nie być uziemiony w punkcie neutralnym, zapasowa ochrona uziemiająca składa się z:
A. Ochrony prądów i napięć zerosekwencyjnych z opóźnieniem działania ustawionym zgodnie z zasadą drabiny;
B. Natychmiastowej ochrony prądów zerosekwencyjnych w gnieździe rozładowującym;
C. Natychmiastowej ochrony napięcia zerosekwencyjnego
Powód instalowania gniazda rozładowującego w punkcie neutralnym transformatora polega na tym, że gdy w systemie występuje awaria ziemi, punkt neutralny transformatora będzie miał nadnapięcie o częstotliwości podstawowej, a izolacja punktu neutralnego będzie zagrożona.

Przeczytaj mój artykuł na temat: Odkrywanie najlepszych sposobów zakupu transformatorów elektrycznych

3) Transformator w pełni izolowany
Transformator w pełni izolowany: Poziom izolacji na początku i końcu uzwojenia jest taki sam, a punkt neutralny transformatora ma stosunkowo silną zdolność do znoszenia nadnapięć. W przypadku zwarcia uziemionego, działanie wymagające ochrony uziemiającej powinno najpierw wyzwolić transformator, którego punkt neutralny jest uziemiony, aby przerwać pętlę prądu zwarciowego i zmniejszyć szkodliwość prądu zwarciowego. transformator.

4) Ochrona w przypadku dotknięcia transformatora
W systemie elektroenergetycznym, aby zapewnić bezpieczne użytkowanie energii elektrycznej i uniknąć niebezpieczeństwa porażenia prądem z powodu uszkodzenia izolacji, podstawy i obudowy silników, transformatorów, urządzeń elektrycznych i opraw oświetleniowych w eksploatacji muszą być uziemione; w przypadku rdzeni transformatorów, aby zapobiec nadmiernemu wzrostowi indukowanego napięcia, musi również być uziemione.

Gdy transformator przyjmuje metodę ochrony polegającą na dotykaniu obudowy, inne części obudowy transformatora powinny być izolowane od ziemi.

Zalety ochrony przed kolizją transformatora to: prosta instalacja, szybka reakcja, elastyczność.
Wysoka czułość, szczególnie dla ochrony różnicowej longitudialnej transformatora, gdy używany jest transformator prądowy wtykowy, zasięg ochrony jest bardzo mały. Ochrona nie zadziała. W tym przypadku ochrona może być natychmiastowo uruchamiana w celu usunięcia usterki przez dotknięcie obudowy. W przeciwnym razie usterkę można usunąć tylko przez zapasową ochronę transformatora lub ochronę innych elementów zasilających, co wydłuża czas pracy i może nawet powodować działanie nieselektywne.

Przeczytaj więcej: Jak przetestować transformator mocy?

Wadą tej ochrony jest to, że nie może być używana jako zapasowa ochrona dla krótkich zwodów uziemiających poza transformatorem; ponadto, gdy ta metoda ochrony jest stosowana, obudowa transformatora nie może być podłączona do innych dodatkowych części, takich jak urządzenie uziemiające stacji transformacyjnej czy tor transportowy; w przeciwnym razie z powodu efektu bocznikowania zewnętrzna ochrona może działać nieselektywnie w przypadku krótkiego zwodu, a czułość ochrony będzie zmniejszona w przypadku krótkiego zwodu do obudowy do ziemi.

Urządzenie ochronne transformatora

Urządzenie ochronne transformatora obejmuje głównie konserwator oleju, pochłaniacz wilgoci, zawór bezpieczeństwa, przekaźnik gazowy, urządzenie pomiarowe temperatury i oczyszczacz oleju.

■ Zachowujący olej

Rola konserwatora oleju, znanego także jako poduszka olejowa lub ekspander, polega głównie na zmniejszeniu powierzchni kontaktu między olejem a powietrzem, redukcji stopnia wilgoci i utleniania oleju, spowolnieniu starzenia się oleju oraz przedłużeniu jego żywotności. Jednocześnie zapewnia przestrzeń buforową dla oleju transformatorowego w wyniku zmian obciążenia temperaturowego.

(1) Zwykły konserwator oleju.

Powierzchnia oleju w konserwatorze oleju ma bezpośredni kontakt z powietrzem, bez jakiegokolwiek urządzenia przeciwdziałającego starzeniu; powierzchnia oleju ma kontakt z atmosferą przez pochłaniacz wilgoci, co powoduje problem utleniania i wilgoci oleju transformatorowego. Dlatego jest on zazwyczaj stosowany tylko w małych transformatorach.

(2) Uszczelniony konserwator oleju.

W konserwatorze oleju zainstalowane jest urządzenie przeciwdziałające starzeniu. W zależności od jego różnych konstrukcji istnieją kapsułkowe konserwatory oleju, konserwatory oleju z przegrodą oraz konserwatory oleju z metalu. Olej transformatorowy jest izolowany od powietrza, tak aby wilgoć i tlen z powietrza nie miały kontaktu z olejem transformatorowym, co zapobiega wnikaniu tlenu i wilgoci z powietrza, co może przedłużyć żywotność oleju transformatorowego i ma dobry efekt przeciwdziałania starzeniu oleju.

Dowiedz się więcej: Ostateczny przewodnik po transformatorach stacji

■ Wchłaniacz wilgoci

(1) Rola pochłaniacza wilgoci.

Pochłaniacz wilgoci, znany również jako respirator, jest wyposażony w granulowany żel krzemionkowy (lub tlenek glinu) wewnątrz. Służy do usuwania i osuszania zanieczyszczeń i wilgoci w powietrzu wchodzącym do konserwatora oleju w wyniku zmian temperatury transformatora.

(2) Środki ostrożności przy użytkowaniu.

1) Podczas transportu, przechowywania i transportu transformatora, miska uszczelniająca olej jest uszczelniona pierścieniem gumowym, aby olej transformatorowy był odizolowany od atmosfery. Przed włączeniem transformatora do pracy pierścień uszczelniający musi być usunięty, a miska uszczelniająca olej musi być napełniona olejem dobrej jakości. olej transformatorowy.

2) Obserwować zmianę koloru żelu krzemionkowego i wymieniać go po odbarwieniu.

3) Regularnie wymieniać olej transformatorowy w misce uszczelniającej olej i czyścić brud osadzony na dnie miski uszczelniającej olej, aby zapewnić swobodne oddychanie.

■ Zawór bezpieczeństwa

Zawór bezpieczeństwa ma metalową przegrodę, która normalnie jest dociskana do siedziska zaworu przez sprężynę. W przypadku awarii transformatora i zwiększenia ciśnienia w zbiorniku, gdy ciśnienie w zbiorniku przekroczy ciśnienie sprężyny zaworu bezpieczeństwa, metalowa przegroda jest unoszona, a olej transformatorowy może być wypychany między przegrodą a siedziskiem zaworu, co umożliwia uwolnienie nadmiaru ciśnienia w zbiorniku olejowym i zabezpieczenie zbiornika olejowego. Gdy ciśnienie w zbiorniku paliwa jest szybko uwalniane, ciśnienie wewnętrzne maleje, metalowa przegroda powraca na swoje miejsce pod działaniem sprężyny, a zbiornik paliwa zostaje ponownie uszczelniony. Czas otwarcia zaworu bezpieczeństwa nie może być dłuższy niż 2 ms. Gdy zawór bezpieczeństwa działa, górny wskaźnik jest wypychany jako sygnał mechaniczny, a jednocześnie napędza się mikroswitch i może być generowany sygnał aktywacji.

Czytanie więcej: Przyrządy transformatora montowanego na padzie, wskaźniki i zawór.

■ Przekaźnik gazowy

Rola przekaźnika gazowego (znanego również jako przekaźnik gazowy) jest zazwyczaj stosowana w transformatorach o mocy 800 kVA i większej. Jest instalowany na rurze łączącej pokrywę transformatora z konserwatorem oleju jako główne urządzenie ochrony bezpieczeństwa dla wewnętrznych usterek transformatora. Gdy awaria wystąpi wewnątrz transformatora i nastąpi przepływ gazu lub oleju, sygnał lub obwód wyłączający jest podłączany, aby odpowiednie urządzenie wysłało sygnał lub transformator został odłączony od sieci energetycznej. Ponadto, gdy zbiornik olejowy wycieka, a poziom oleju spada do przekaźnika gazowego, przekaźnik gazowy również załączy obwód sygnałowy.

■ Urządzenie pomiarowe temperatury

Aby monitorować temperaturę roboczą transformatora, transformer musi być wyposażony w termometr. W zależności od różnych części pomiaru temperatury istnieją termometry do pomiaru temperatury górnego oleju oraz termometry do pomiaru temperatury uzwojeń. Wśród nich, termometry stosowane do pomiaru temperatury górnego oleju to termometry szklane, termometry ciśnieniowe oraz termometry oporowe. Elementy pomiarowe wszystkich termometrów powinny być umieszczone w gnieździe termometru na pokrywie skrzynki, a następnie do gniazda termometru powinien być wstrzyknięty olej transformatorowy i uszczelniony.

■ Oczyszczacz oleju

Oczyszczacz oleju to urządzenie ciągłej regeneracji dla transformatorów, wypełnione adsorbentami. Zazwyczaj waga porowatych adsorbentów z żelu krzemionkowego lub aktywowanego tlenku glinu wynosi około 0,5%-1% całkowitej wagi oleju transformatorowego. Filtry powinny być zainstalowane na wlocie i wylocie filtra olejowego, aby zapobiec dostawaniu się adsorbentów do zbiornika transformatora. Kiedy olej transformatorowy przepływa przez adsorbent, wilgoć, wolny kwas i tlenki przyspieszające starzenie izolacji w oleju są absorbowane.

Czytaj dalej: Przypadki projektów międzynarodowych Daelim.

Różne typy transformatorów będą miały różne wymagania dotyczące urządzeń ochronnych. Na przykład, transformatory suche nie potrzebują oleju transformatorowego, więc nie potrzebują zbiorników olejowych, transformatory montowane na padzie nie potrzebują konserwatorów oleju, a mały sprzęt nie wymaga konserwatorów oleju. Transformatory Daelim będą wyposażone w urządzenia ochrony transformatorów zgodnie z rodzajem transformatorów i wymaganiami klientów, aby pomóc klientom obniżyć koszty przy zachowaniu bezpiecznego działania transformatorów.

Daelim może zaprojektować i wyprodukować transformatorów dystrybucyjnych standardów IEEE/IEC/CSA/DOE/AS oraz innych, suchych transformatorów, zamontowanych transformatorów, transformatorów wysokiego napięcia i transformatorów jednostkowych. Daelim ma pełną gamę certyfikat UL dla transformatorów. Jeśli potrzebujesz wyceny transformatora, proszę skontaktować się z Daelim Transformer .