Пример расстановки цифровых защит на трехобмоточном понижающем трансформаторе.

При использовании реле MiCOM (рис.19.2) защита трансформатора выполняется на реле MiCOM Р124 на вводе ВН, Р122 на вводах НН и Р124 на вводе СН. ДЗТ выполнена на реле MiCOM Р633. Газовая защита подключается на дискретный вход первого устройства MiCOM Р122. Использование функций показано в табл. 19.2.

Взамен MiCOM Р122 могут быть использованы реле MiCOM Р123. Для ввода ВН во всех случаях целесообразно применить устройство MiCOM Р124, имеющее автономное питание и независящее от наличия оперативного тока.

Предусматривается возможность резервного питания по стороне СН. В этом режиме нейтраль трансформатора должна быть заземлена. Защиты трансформатора и отходящих линий выполнены целиком на реле серии MiCOM. ДЗТ выполнена на реле MiCOM Р633. На вводах СН и НН установлена защита MiCOM Р122, ВН и СН – Р124. Газовая защита подключается на дискретный вход устройства MiCOM Р122 стороны ВН и должна действовать на MiCOM Р122 и Р124 сторон НН и СН. Для выполнения защиты от замыканий на землю стороны ВН, в режиме питания трансформатора со стороны СН, используется трансформатор тока со стороны нейтрали трансформатора, подключенный к устройству MiCOM Р124 стороны ВН.

Защита линии 35 кВ, которая может быть питающей, выполнена направленной с помощью устройства MiCOM Р127.

Рис. 19.2. Расстановка защит на трехобмоточном трансформаторе.

Указанной аппаратурой не исчерпывается возможный перечень ЦР. Номенклатура фирм производителей значительно шире. Исходя из конкретных требований к защите, автоматике и управлению можно подобрать и другую аппаратуру, часто более простую и дешевую.

19.4. Автоматическое повторное включение трансформаторов. На однотрансформаторных подстанциях с односторонним питанием при отключении трансформатора электроснабжение потребителей прекращается. Для повышения надежности электроснабжения потребителей предусматривают автоматическое повторное включение трансформатора после его аварийного отключения. Иногда устройства АПВ устанавливают на подстанциях с двумя трансформаторами, работающими параллельно. Пуск устройства АПВ обычно выполняют так, чтобы исключить включение трансформатора при внутренних повреждениях, которые, как правило, не самоустраняются. При всех внутренних повреждениях, как известно, срабатывает газовое реле. Поэтому целесообразно пуск устройства АПВ производить при всех аварийных отключениях трансформатора, но запрещать его повторное включение при срабатывании газового реле. При этом в действие устройства АПВ вводится некоторое замедление, которое исключает повторное включение трансформатора при внутренних КЗ, сопровождающихся бурным газообразованием, когда отключающий элемент газового реле срабатывает раньше, чем срабатывает его сигнальный элемент. В остальном требования к устройству АПВ и схемы его осуществления аналогичны рассмотренным ранее для линий.

Автоматическое включение резервного трансформатора. Устрой­ства АВР широко, применяются не только для автоматических
включений линий, но и для трансформаторов. Схемы подстанций и распределительных, пунктов выполняются так, что при наличии двух и
более трансформаторов шины низшего напряжения секционируют.
Каждый трансформатор подключается к своей секции шин. В нормальном режиме, секционный выключатель отклю­чен. В такой схеме при аварийном отключении одного из трансформаторов электроснабжение потребителей сохраняется благодаря автоматическому включению секционного выключателя устройством АВР.

Автоматическое отключение и включение одного из параллель­но работающих трансформаторов необходимо для уменьшения потерь энергии.

В процессе эксплуатации нагрузка парал­лельно работающих
трансформаторов не остается постоянной. При ее снижении мо­жет оказаться целесо­образным один из трансформаторов отключить, а при восста­новлении нагрузки включить снова. Это диктуется желанием иметь минимальные по­тери электроэнергии в трансформаторах. От­ключение и включение трансформатора можно производится автоматически.

На рис. 19.3 пока­зана схема устройства автоматики с двумя то­ковыми пусковыми ор­ганами: минимальным 1КА и максимальным 2КА. Токовые реле включены на сумму токов (I₁ + I₂) параллельно работающих трансформаторов (рис. 19.3, а).

От защиты, ключей управления и телемеханики

Рис. 19.3. Схема устройства автоматического отключения и включения трансформаторов для уменьшения потерь электроэнергии. а – токовые цепи, б – цепи автоматики, в – цепи включения и отключения выключателей.

При полной загрузке трансформаторов оба реле тока держат свои контакты разомкнутыми. Снижение суммарной нагрузки до критической величины (I_кр= (0,6…0,8) I_ном) вызывает срабатывание минимального пускового органа тока 1КА и его контакт замыкает цепь обмотки промежуточного реле 1КL (рис. 19.24,б). Это реле при сра­батывании своим контактом 1КL₁ разрывает цепь обмотки реле 2КL, контактом 1КL₂ приводит в действие реле времени KT и контактом 1КL₃ подготовляет цепь на отключение выключателей одного из трансформаторов. По истечении заданной выдержки времени за­мыкается, контакт реле времени KT в цепи обмотки промежуточного реле 3КL, а последнее, срабатывая, отключает трансформатор.

При увеличении нагрузки выше критической срабатывает мак­симальный пусковой орган тока 2КА и приходят в действие реле 2КL, KT и 4КL: трансформатор включается. В схеме автоматики реле 1КL; и 2КL имеют взаимную блокировку. Этим исключается возможное одновременное действие автоматики на отключение и на вклю­чение.

Устройство автоматики с помощью реле 5КL выводится из работы при отключении любого из выключателей трансформаторов
ключом управления, средствами телемеханики или релейной защитой. При этом цепь обмотки этого реле замыкается, контактами
реле ПВ (реле положения «включено»), фиксирующими положение
выключателей трансформаторов. Автоматика вводится в действие только при включении всех четырех выключателей.

Токи срабатывания пусковых органов определяются из следую­щих соотношений:

Для реле 1КА

I _ср1 = I_кр / К_зап К_I;

Для реле 2КА

I _ср2 = К_зап I_кр / К_I,

где коэффициент К_зап =1,05…1,1.

В качестве пусковых органов в схеме автоматики необходимо использовать реле с высоким коэффициентом возврата (К_B =0,19…0,195).

Для исключения одновременного срабатывания реле 1КА и 2КА не­обходимо выполнить следующие условия:

I_ср1 < I_вр2 и I_вр1 < I_ср2,

где I_вр2 = Кв I_ср2 и I_вр1 = Iср1/Кв.

Выдержка времени реле КТ принимается равной 3…5 с. Возмож­ны и другие принципы выполнения устройства отключения и
включения трансформатора, например, в соответствии с заданной
программой, разработанной на основе действительного графика на­грузки.

Автоматическая разгрузка трансформаторов В условиях экс­плуатации из-за изменения схемы электроснабжения (отключение параллельно работающего трансформатора, действие АВР и т.п.) трансформатор может перегрузиться сверх допустимой величины. На обслуживаемых подстанциях разгрузку трансформатора может осуществить дежурный персонал, а на автоматизированных подстанциях эта операция возлагается на устройство автоматической разгрузки.

Принцип действия такой же, как принцип действия защиты от перегрузки. При этом вместо обычного реле времени используется многопозиционное реле, имеющее несколько контактов и позволяющее регулировать выдержку времени до 10 мин и более. При действии автоматики ^;потребители отключаются ступенями. Выдержка времени первой, ступени принимается равной 5…10 минут. Если перегрузка трансформатора при этом не устраняется, то пус­ковой орган остается в сработанном состоянии и автоматика про­должает отключать потребителей других ступеней с выдержкой времени на 30 с выше предыдущей.

При определении величины отключаемой нагрузки исходят из
того, чтобы с оставшейся нагрузкой трансформатор мог работать
1,5…2 часа. За это время обслуживающий персонал примет меры по разгрузке трансформатора.

Ток срабатывания токового пускового органа принимают порядка (1,3…1,4) I_номтр.

Автоматическое регулирование напряжения трансформаторовпроизводится за счет автоматического изменения коэффициента трансформации трансформаторов.

Нормальная работа электроприемников обеспечивается при опре­деленной величине напряжения. Отклонение напряжения в ту или иную сторону приводит к снижению качества продукции, сокращению срока службы электротехнического оборудования, повышению его повреждаемости и т. д. Этим определяется необходимость поддерживать напряжение у потребителя на заданном уровне. Требуемые условия и экономичность всей системы электроснабжения наиболее полно обеспечиваются при автоматическом регулировании напряжения. При наличии на подстанциях и в трансформаторных пунктах трансформаторов, снабжаемых устройствами для регулирования под нагрузкой (РПН), появляется возможность регулировать напряжение путем переключения числа витков одной из обмоток трансформатора без его отключения. Обычно переключающее устройство располагают на стороне высшего напряжения.

Схемы автоматического регулирования напряжения на подстанциях изменением коэффициента трансформации трансформаторов применяются практически на всех трансформаторах, оснащенных устройствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Согласно требованиям ПТЭ, все трансформаторы должны работать с введенной автоматикой РПН, а отказ от применения автоматики должен быть обоснован. Причиной отказа может быть неисправность РПН, толчковая нагрузка, приводящая к недопустимо частому переключению РПН, исчерпание ресурса переключателя, необходимость его ревизии или замены масла.

Электромоторный привод РПН предназначен для ступенчатого переключения отпаек обмоток трансформатора. Привод обеспечивает следующие режимы управления:

• местное (кнопками на приводе);

• дистанционное (ключом со щита управления);

• автоматическое (устройством АРНТ);

• ручной (механическое переключение при помощи специальной рукоятки на приводе).

Ручное управление РПН применяется при его наладке, при отсутствии питающего напряжения, или при неисправности электромоторного привода. Из условий безопасности персонала, ручное управление приводом РПН под напряжением запрещается.

Чаще всего, привод РПН имеет 16 или 10 ступеней регулирования. Как правило, переключаются отпайки обмотки ВН, тогда максимальному количеству витков, т.е. минимальному напряжению соответствует «1-е» положение привода РПН, а минимальному количеству витков и максимальному напряжению соответствует «n-е». У двухобмоточных трансформаторов напряжением 110/10кВ подстанций «глубокого ввода» «1-е» положение привода РПН соответствует максимальному напряжению, а «n-е» - минимальному. Текущее положение РПН определяется по лимбу указателя положения на приводе, или по электрическому указателю положения на щите управления. При получении команды «Прибавить» («Убавить») привод РПН начинает переключение, при этом замыкаются контакты контроллера, обеспечивающие переключение на одну ступень, и выдающие для блока автоматики сигнал «Идет переключение».

Необходимо отметить, что при длительной эксплуатации РПН, в результате износа деталей его привода, загрязнения магнитопроводов и замедления отпадания установленных в нем пускателей, привод может не остановиться при переключении на одну ступень, а продолжать переключения до конечного положения и далее. При этом регулируемое напряжения может выйти за допустимые пределы (10,5…11,5 кВ для шин 10 кВ), что опасно для электрооборудования потребителей

На подстанциях с нерегулируемыми трансформаторами регулирование можно осуществить путем последовательного включения с ними так называемого линейного регулятора или вольтодобавочного трансформатора.

Основными характеристиками системы автоматического регулирования являются:

ступень регулирования U_ст - напряжение между двумя ответвлениями (1 и 2 на рис. 19.4), выраженное в процентах от номинального напряжения обмотки. В зависимости от типа трансформатора ступень регулирования составляет 1,25…2,5%.

зона нечувствительности ∆U - некоторый диапазон изменения напряжений, при котором не происходит срабатывание автоматического регулятора напряжения. Зону нечувствительности выражают в процентах по отношению к номинальному напряжению. Для исключения ненужных срабатываний регулятора зона нечувствительности должна быть больше ступени регулирования; точность регулирования - величина, равная половине зоны не­чувствительности;

выдержка времени исключает действие регулятора при кратковременных отклонениях напряжения;

уставка регулятора - величина напряжения, которую должен
поддерживать регулятор.

Рис.19.4. Упрощенное изображение процесса регулирования напряжения

Процесс регулирования, схематически показан на рис. 19.4. Линией 1 обозначена уставка регулятора, а линиями 2 и 3 - границы зоны нечувствительности ∆U, которые определяют значения напряжения, при которых регулятор приходит в действие. Как следует из рис. 19.4, требуемое значение напряжения (прямая 1) поддерживается с точностью, равной ±∆U/2. В общем случае регулятор имеет коэффициент возврата, отличающийся от единицы. На. рис. 19.4 значения напряжения возврата изображены штриховыми прямыми 4 и 5.

Регулятор после срабатывания будет действовать до тех пор, пока напряжение на его входе находится в пределах зоны 6. Переключение ответвлений произойдет, если время действия регулятора окажется не меньше его выдержки времени t1 и времени действия приводного механизмов t2 вместе взятых.

При этом напряжение из точки m скачкообразно повысится до точки п, т. е. увеличится на величину ступени регулирования 7. Во втором случае переключение не произошло, так как t₃ < t₁+t_2.. Выдержка времени t₁обычно принимается равной 40…60 с.

Очевидно, что увеличение зоны 6 будет приводить к более частым, и в ряде случаев совершенно необоснованным переключениям. Поэтому применять электромагнитные реле напряжения с низким коэффициентом возврата в качестве измерительных органов регулятора нежелательно._ В этом отношении более совершенными являются регуляторы, выполненные на бесконтактных элементах.

Автоматический регулятор напряжения АРТ-1Н (БАР)Устройства АРТ-1Н и АРН-1М неисправность привода РПН не выявляют. Для исключения опасного повышения (понижения) напряжения при неисправности привода РПН, необходимо предусматривать специальную защиту, действующую на его остановку путем отключения питающего напряжения. Защита может быть выполнена как отдельное устройство, или же входить в состав устройства АРНТ, как, например, у микропроцессорного АРН-01 производства фирмы «Энергомашвин». Признаком неисправности привода РПН может быть ненормальное повышение (понижение) напряжения, отсутствие паузы между циклами и т.д.

Автоматический регулятор напряжения АРТ-1Н (БАР) контролирует:

• Исправность цепей контролируемого напряжения (~100 В от ТН);

• Исправность привода РПН;

• Исправность самого устройства.

При неисправности одного из контролируемых элементов БАР блокируется, и больше команд не выдает. Исправность цепей напряжения контролируется следующим образом. При выходе контролируемого напряжения за пределы «Зоны нечувствительности», ограниченной пределами Uуст.±1/2U зоны нечувствительности, БАР с заданной выдержкой времени выдает команду приводу РПН «Убавить» («Прибавить»). Получив команду, привод РПН начинает переключение и выдает сигнал «Идет переключение» для блока автоматики (замыкаются контакты контроллера в приводе РПН). Неполучение блоком БАР сигнала «Идет переключение» от привода, свидетельствует о неисправности привода. При этом БАР блокируется и выдает сигнал «Рассогласование». АРТ-1Н контролирует время цикла переключения, который должен закончиться за 10 с (или 30 с). Большинство типов приводов имеют время переключения менее 10 с. Если привод РПН не закончил переключение за время допустимой длительности цикла, БАР блокируется, выдает сигнал «Застревание» и больше команд приводу не выдает. При получении от привода РПН сигнала «Идет переключение», в блоке автоматики происходит следующее:

БАР расширяет зону нечувствительности до пределов допустимого уровня напряжения. При исправности цепей, уровень напряжения попадает в расширенную зону нечувствительности, и должны вернуться в исходное положение элементы каналов «Убавить» («Прибавить"». Невозврат элементов каналов свидетельствует об неисправности цепей контролируемого напряжения, или внутренних элементов БАР. При этом БАР блокируется, и больше команд приводу не выдает. Так, например, отсутствие контролируемого напряжения сначала воспринимается БАРом как то, что напряжение ниже «Зоны нечувствительности», и он выдает команду приводу РПН «Прибавить». Но так как при расширении «Зоны нечувствительности» уровень контролируемого напряжения не попадает в нее (напряжение равно 0), БАР блокируется.

Тактовый генератор БАР переключается на выдержку времени, соответствующую допустимой продолжительности цикла переключения РПН. Завершение цикла переключения РПН (прекращение сигнала «Идет переключение») за время менее допустимого, свидетельствует об его исправности. Если переключение не закончится за допустимое время (контакты контроллера РПН не разомкнутся), БАР блокируется, выдает сигнал «Застревание» и больше команд приводу не выдает.

Таким образом, при неисправности регулятора или привода, БАР может выдать только одну ложную команду. Для разблокирования БАР необходимо нажать кнопку «Откл. блокировки». При отключении цепей ТН для проверки, или при оперативных переключениях на подстанции, БАР блокируется и для его разблокировки требуется вмешательство обслуживающего персонала.

При переходе привода РПН в конечное положение «1-е» («n-е»), замыкаются конечные выключатели, запрещающие дальнейшие переключения привода и запрещающие блоку БАР регулирование в сторону «Убавить» («Прибавить»).

Для выполнения встречного регулирования напряжение на базе АРТ-1Н, применяется отдельный блок датчика тока ДТ.

Автоматический регулятор напряжения АРТ-1Мвыполнен интегральных микросхемах и работает аналогично БАР, но имеет некоторые особенности. Устройство содержит один или два встроенных датчика тока для встречного регулирования напряжения. В устройство встроены 4 малогабаритных реле-повторителя, используемые для гальванической раз-вязки цепей подключаемых к АРТ-1М. Регулировка уставки «Зона,%» и точная регулировка «Уставка U» осуществляется плавно, при помощи переменных резисторов. Режим работы регулятора индицируется 5-ю светодиодами: «U», «+»,«-», «Перекл.», «Блокир». При исчезновении контролируемого напряжения или его посадке ниже уровня 0,5…0,7U номинального, зажигается светодиод «U» и блокируется канал “прибавить” регулятора АРН-1М. При восстановлении нормального уровня напряжения, АРТ-1М разблокируется автоматически.

Микропроцессорное устройство автоматического управления РПН трансформаторовУЗА-12В.4 предназначено для автоматического управления электроприводом РПН силового трансформатора под нагрузкой, а также для дистанционного управления РПН с рабочего места диспетчера при включении устройства УЗА-12В.4 в локальную сеть посредством порта RS-485.

Принцип работы.Команда управления приводом РПН (команда изменения коэффициента трансформации силового трансформатора) выдается при выходе контролируемого напряжения за приделы зоны нечувствительности с заданной задержкой по времени. Зона нечувствительности определяется уставкой по напряжению срабатывания «Uo» и уставкой ширины зоны нечувствительности.

Предусмотрена возможность введения коррекции уровня регулируемого напряжения по току одной из линий, подаваемому на токовый вход устройства УЗА-12В.4, с блокировкой этой функции по максимальному напряжению, которое задается уставкой «U >».

Уровень поддерживаемого напряжения, с учетом коррекции по току, определяется формулой:

U=Uo+kI,

где Uo – уставка по напряжению срабатывания (В);

I – ток коррекции, А (вторичный ток линии);

k – коэффициент влияния I.

Предусмотрена блокировка работы УЗА-12В.4 от внешних устройств:

• при снижении измеряемого напряжения ниже U ≤ 0,85Uн (цепи напряжения разбираются при переходе на ручное управление),

• при застревании привода или невыполнении приводом команды,

• когда регулирование ограничено крайним положением привода, соответствующим 1 или n отпайке РПН.

Внешние цепи устройства УЗА-12В.4 максимально адаптированы к традиционным схемам управления РПН (с учетом возможности замены старых устройств автоматического регулирования).

Порядок выбора уставок АРНТ. Выбор уставок приводится применительно к устройству АРТ1М. Для других устройств основные уставки выбираются аналогично.

1. Выбор уставки регулирования по напряжению. Производится исходя из режимных соображений. При этом исходят из режима минимальных нагрузок, при которых величина напряжения на шинах, а значит и у вблизи расположенных потребителей не должна превысить 1,05 U_ном.

2. Выбор уставки токовой коррекции уровня регулируемого напряжения.

Токовая коррекция необходима в случае работы регулятора в режиме встречного регулирования, когда требуется коррекция уровня регулируемого напряжения по току нагрузки одной или группы линий.

Выбор уставки токовой коррекции осуществляется по требуемой величине напряжения токовой коррекции, которая, в свою очередь, зависит от падения напряжения в линии при протекании по ней тока нагрузки.

Для выбора уставки токовой коррекции необходимо:

− при заданном токе нагрузки определить падение напряжения в линии между точкой подключения измерительного трансформатора напряжения, питающего вход регулятора, и точкой подключения потребителя электрической энергии (нагрузки), напряжение у которого должно поддерживаться в заданных пределах;

−разделить это напряжение на коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения и полученное значение V установить по шкале “1 КОМПЕНС, V” – для первой уставки напряжения и по шкале “2 КОМПЕНС, V” – для второй уставки напряжения.

Проверяется напряжение на шинах, которое при использовании токовой коррекции не должно превысить 1,05 U_ном,исходя из уровня напряжения у близко расположенных потребителей. При невыполнении такого условия изменяют уставку по п.1 и опять проверяют напряжение с учетом коррекции. Необходимо добиться, чтобы напряжение у удаленных потребителей не снижалось ниже -5% а у ближайших повышалось выше 5%. Не следует забывать, что напряжение у потребителей можно корректировать путем изменения положения переключателей ПБВ (анцапф) на трансформаторах потребителей в пределах ±5%.

Оперативное изменение уставки регулирования с одного заранее выбранного значения на другое внешним релейным сигналом позволяет ввести программное регулирование напряжения по двухступенчатому графику, в частности, суточный график с уставками соответствующими режимам минимальной и максимальной нагрузки, или недельный график с уставками рабочего и выходного дня. Это может позволить избежать применения токовой коррекции, выбор уставок которой представляет значительные сложности.

3. Выбор ширины зоны нечувствительности. Зона нечувствительности определяет величину отклонения напряжения от уставки, при которой регулятор не выдает команду на регулирование напряжения. Минимальная ширина зоны определяется необходимостью устранить возможность колебательного режима при регулировании напряжения. После изменения положения РПН на одно положение регулятор не должен выдать команду на регулирование напряжения в обратную сторону. Поэтому после регулирования РПН на 1 ступень напряжение должно попасть в зону нечувствительности регулятора. Необходимо устанавливать ширину зоны нечувствительности больше значения ступени регулирования трансформатора с РПН. Рекомендуемый коэффициент запаса 1,3.

4. Выбор выдержки времени задержки команд управления. Выдержка времени выбирается исходя из возможности и длительности кратковременных изменений напряжения при переменном характере нагрузки. Чем больше выдержка времени, тем меньше вероятность излишнего действия РПН а значит сокращается количество операций РПН, ресурс которого ограничен. Довольно часто устанавливают максимальное значение уставки по времени (190–190 с).

5. Выбор выдержки времени контроля исправности РПН. Регулятор АРТ-1М поставляется с перемычкой на плате формирователя, запаянной в положении 2–3, что соответствует времени контроля длительности цикла переключения 15 с. Эта величина вполне пригодна для большинства регуляторов. Если возможная длительность цикла больше этой величины. можно задать время контроля 30 с запаяв перемычку в положение 1–3.

Время контроля исправности цeпeй запуска электроприводов РПН в регуляторе неизменно и составляет величину 0,6 с независимо от типов применяемых РПН.

Автоматика охлаждения трансформаторовпри дутьевом охлаждении (система охлаждения Д). На охладителях трансформаторов устанавливаются дутьевые вентиляторы, обдувающие их воздухом. Масло в охладители поступает путем естественной циркуляции. Такая автоматика охлаждения работает по следующему принципу: вентиляторы включаются, если ток в трансформаторе достигает номинального тока независимо от температуры, или температура верхних слоев масла достигает +55^оC независимо от тока. Вентиляторы отключаются, если ток в трансформаторе снижается ниже 0,85…0.86 номинального тока, а также в случае снижения температуры масла ниже +50°C. Таким образом, в схеме автоматики предусматривается два независимых пуска – по току и по температуре верхних слоев масла.

Практически все трансформаторы большой и средней мощности в распределительных сетях имеют систему охлаждения Д. Трансформаторы малой мощности имеют естественное масляное охлаждение, при котором радиаторы охлаждаются путем естественной циркуляции воздуха.

Контрольные вопросы

1. Как осуществляется резервирование защит трансформатора?

2. Принципы расстановки цифровых защит на трансформаторах.

3. АПВ трансформаторов

4. Назначение автоматического отключения одного из параллельно работающих трансформаторов.

5. Автоматическая разгрузка трансформаторов.

6. Автоматическое регулирование напряжения трансформаторов.

7. Автоматика охлаждения трансформаторов.