Какие распространенные неисправности встречаются при эксплуатации продольной дифференциальной защиты силового трансформатора

Защита трансформатора по продольной дифференциальной схеме: типичные проблемы и решения

Защита трансформатора по продольной дифференциальной схеме является самой сложной среди всех компонентных дифференциальных защит. В процессе эксплуатации иногда возникают неправильные срабатывания. Согласно статистике за 1997 год в сетях Северного Китая для трансформаторов напряжением 220 кВ и выше было зарегистрировано 18 неправильных срабатываний, из которых 5 были вызваны защитой по продольной дифференциальной схеме — это составляет примерно треть. Причины неправильного срабатывания или отказа включают проблемы, связанные с эксплуатацией, обслуживанием и управлением, а также проблемы в производстве, установке и проектировании. В данной статье анализируются типичные проблемы, встречающиеся на практике, и предлагаются практические методы их устранения.

1. Несбалансированный ток, вызванный пусковым током трансформатора

В нормальном режиме работы магнитный ток протекает только на стороне, подключенной к источнику питания, и создает несбалансированный ток в дифференциальной защите. Обычно магнитный ток составляет 3%–8% от номинального тока; для больших трансформаторов он обычно меньше 1%. При внешних повреждениях снижение напряжения уменьшает магнитный ток, минимизируя его влияние. Однако при включении разгруженного трансформатора или восстановлении напряжения после устранения внешнего повреждения может возникнуть значительный пусковой ток — до 6–8 раз превышающий номинальный ток.

Этот пусковой ток содержит значительные непериодические компоненты и высшие гармоники, преимущественно вторую гармонику, и характеризуется разрывами (мертвыми зонами) в форме тока.

Методы устранения в продольной дифференциальной защите:

(1) Реле типа BCH с быстро насыщающимися трансформаторами тока:
При внешних повреждениях высокие непериодические компоненты быстро насыщают сердечник быстро насыщающегося трансформатора, предотвращая передачу несбалансированного тока на катушку реле — тем самым предотвращая ложное срабатывание. При внутренних повреждениях, хотя первоначально присутствуют непериодические компоненты, они затухают в течение ~2 циклов. После этого протекает только периодический ток повреждения, что позволяет реле работать чувствительно.

(2) Микропроцессорные реле, использующие блокировку второй гармоникой:
Большинство современных цифровых реле используют блокировку второй гармоникой для различения пускового тока и внутренних повреждений. Если происходит неправильное срабатывание при устранении внешнего повреждения:

• Переключитесь с фазового ("И") режима блокировки на режим максимальной фазы ("ИЛИ").

• Уменьшите коэффициент блокировки второй гармоникой до 10%–12%.

• В системах большой мощности, где после устранения повреждения содержание пятой гармоники также высоко, добавьте блокировку пятой гармоникой.

• Для трансформаторов, оборудованных двойной дифференциальной защитой, рассмотрите использование принципов симметрии формы сигнала для идентификации пускового тока — этот метод более чувствителен и надежен, чем блокировка гармониками.

2. Неправильная коммутация вторичных цепей ТТ

Частой причиной неправильного срабатывания является переполюсовка вторичных выводов трансформаторов тока (ТТ) — результат недостаточной подготовки, отклонения от проектных чертежей или недостаточных проверок при вводе в эксплуатацию.

Профилактические меры:
Перед вводом продольной дифференциальной защиты в эксплуатацию — после нового монтажа, периодических испытаний или любых изменений в вторичных цепях — трансформатор должен быть нагружен, и следует выполнить следующие проверки:

• Измерьте несбалансированное напряжение в дифференциальной цепи с помощью вольтметра высокого сопротивления; оно должно соответствовать нормативным ограничениям.

• Измерьте величину и фазовый угол вторичных токов со всех сторон.

• Постройте шестиугольную векторную диаграмму, чтобы убедиться, что сумма векторов токов одной фазы равна нулю или близка к нулю, подтверждая правильность коммутации.

Только после этих проверок защита может быть официально введена в эксплуатацию.

3. Плохой контакт или обрыв в вторичных цепях

Неправильные срабатывания, вызванные ослабленными соединениями или обрывами в вторичных цепях ТТ, происходят ежегодно.

Рекомендации:

• Усиливайте реальное время мониторинга дифференциального тока во время эксплуатации.

• После установки/ввода в эксплуатацию реле или капитального ремонта трансформатора, проверьте все вторичные соединения ТТ.

• Затяните винты клемм и используйте пружинные шайбы или антивибрационные зажимы.

• Для критически важных применений используйте два параллельных кабеля для вторичной проводки дифференциальной защиты, чтобы снизить риск обрыва.

4. Проблемы заземления в вторичных цепях дифференциальной защиты

На некоторых объектах нарушаются противоаварийные меры, имея две точки заземления — одну в шкафу защиты и другую в коробке терминалов на распределительном устройстве. Разница потенциалов заземления, особенно во время грозы или сварки поблизости, может вызвать ложный дифференциальный ток и привести к ложному срабатыванию.

Решение:
Строго соблюдайте одноточечное заземление. Единственная надежная точка заземления должна находиться внутри шкафа защиты.

5. Деградация изоляции вторичных кабелей ТТ

Повреждение изоляции вторичных кабелей ТТ, часто вызванное некачественным строительством, также приводит к неправильным срабатываниям. Общие причины включают:

• Повреждение оболочки кабеля при прокладке,

• Соединение двух кабелей, когда длина недостаточна,

• Сварка кабельных каналов с кабелями внутри, вызывающая тепловое повреждение.

Это создает скрытые риски для надежности защиты.

Профилактические меры:

• При проведении крупного технического обслуживания оборудования, периодически проверяйте сопротивление изоляции между каждым жилой и землей, а также между жилами, используя мегаомметр на 1000 В; значения должны соответствовать нормативным требованиям.

• Сохраняйте открытые концы проводов на клеммах как можно короче, чтобы предотвратить случайное заземление или короткое замыкание между фазами из-за вибрации.

6. Выбор трансформаторов тока для продольной дифференциальной защиты

Дифференциальная защита включает ТТ различных классов напряжения, с различными коэффициентами и моделями, что приводит к несоответствию переходных характеристик — потенциальному источнику неправильного срабатывания или отказа.

• На стороне 500 кВ: Используйте ТТ класса TP (класс переходных характеристик), у которых зазоры в сердечнике ограничивают остаточную намагниченность менее 10% от насыщения, значительно улучшая переходные характеристики.

• На стороне 220 кВ и ниже: Обычно используются ТТ класса P, которые не имеют воздушного зазора, имеют большую остаточную намагниченность и худшие переходные характеристики.

Рекомендации по выбору: Хотя ТТ класса TP предлагают лучшие технические характеристики, они дорогие и громоздкие — особенно на стороне низкого напряжения, где установка в закрытых шинопроводах затруднена. Поэтому, если нет особых требований системы, следует предпочесть ТТ класса P, если они удовлетворяют фактическим эксплуатационным потребностям, избегая ненужных затрат и проблем с установкой.

Кроме того, сечение вторичного кабеля должно быть достаточным:

• Для длинных кабельных трасс используйте проводник сечением ≥4 мм², чтобы минимизировать нагрузку и обеспечить точность.