Які типові вади зустрічаються під час експлуатації продовжувальної диференційної захисти силових трансформаторів

Захист трансформатора за допомогою підовго диференціального реле: типові проблеми та вирішення

Захист трансформатора за допомогою підовго диференціального реле є найскладнішим серед усіх компонентів диференціального захисту. Під час експлуатації іноді відбуваються неправильні операції. Згідно зі статистикою Східної Чини за 1997 рік для трансформаторів напруги 220 кВ та вище, загалом було 18 неправильних операцій, з яких 5 пов'язані з підовим диференціальним захистом — це становить приблизно третину. Причини неправильних операцій або невідповідної роботи включають питання, пов'язані з експлуатацією, обслуговуванням та управлінням, а також проблеми при виготовленні, монтажу та проектуванні. Ця стаття аналізує типові проблеми на місці та представляє практичні методи їх усунення.

1. Небалансовані струми через стрімку трансформатора

Під час нормальної роботи струм намагнічування проходить лише по живленому боці та створює небалансований струм у диференціальному захисті. Зазвичай струм намагнічування становить 3%–8% від номінального струму; для великих трансформаторів він зазвичай менше 1%. Під час зовнішніх аварій, коли напруга падає, струм намагнічування зменшується, мінімізуючи його вплив. Однак під час підключення ненавантаженого трансформатора або відновлення напруги після усунення зовнішньої аварії може виникнути велика стрімка, що досягає 6–8 разів від номінального струму.

Ця стрімка містить значні неперіодичні компоненти та високі гармоніки, переважно другу гармоніку, та має перерви в формі струму (мертві кути).

Методи зниження впливу в підовому диференціальному захисті:

(1) Реле типу BCH з швидко насичуваними трансформаторами струму:
Під час зовнішніх аварій, високий неперіодичний компонент швидко насичує ядро швидко насичуваного трансформатора, запобігаючи передачі небалансованого струму на катушку реле — таким чином уникнено хибного спрацювання. Під час внутрішніх аварій, хоча на початку присутні неперіодичні компоненти, вони затухають протягом ~2 періодів. Після цього лише періодичний аварійний струм проходить, забезпечуючи чутливе спрацювання реле.

(2) Мікропроцесорні реле, що використовують блокування за другою гармонікою:
Більшість сучасних цифрових реле використовують блокування за другою гармонікою, щоб відрізнити стрімку від внутрішніх аварій. Якщо відбувається хибне спрацювання під час усунення зовнішньої аварії:

• Перейдіть з режиму фазового ("І") блокування на режим максимального фазового ("АБО") блокування.

• Знизте коефіцієнт блокування за другою гармонікою до 10%–12%.

• У системах з великою потужністю, де після усунення аварії вміст п'ятої гармоніки також високий, додайте блокування за п'ятою гармонікою.

• Для трансформаторів, оснащених подвійним диференціальним захистом, розгляньте використання принципів симетрії форми сигналу для виявлення стрімки — цей метод є більш чутливим та надійним, ніж лише блокування за гармоніками.

2. Неправильне підключення вторинних контурів ТС

Постійною причиною неправильних операцій є переплутання полярності контактів вторинних контурів трансформаторів струму (ТС) — результат недостатньої підготовки, відхилення від проектних креслень або недостатньої перевірки під час пускових операцій.

Профілактичні заходи:
Перед введенням підового диференціального захисту в експлуатацію — після нового встановлення, регулярних тестів або будь-яких модифікацій вторинних контурів — трансформатор повинен бути завантажений, і необхідно провести наступні перевірки:

• Виміряйте небалансоване напругу в диференціальному контурі за допомогою вольтметра з високим опором; воно повинно відповідати нормам.

• Виміряйте амплітуду та фазовий кут вторинних струмів з усіх сторін.

• Побудуйте гексагональну векторну діаграму, щоб перевірити, чи дорівнює сумарний вектор струмів однакової фази нулю або близько до нуля, підтверджуючи правильне підключення.

Лише після цих перевірок захист можна офіційно ввести в експлуатацію.

3. Слабкий контакт або відкрите коло в вторинних контурах

Неправильні операції через слабкі з'єднання або відкрите коло в вторинних контурах ТС відбуваються щорічно.

Рекомендації:

• Посилення реального часу моніторингу диференціального струму під час роботи.

• Після встановлення/введення в експлуатацію реле або великого ремонту трансформатора, перевірте всі вторинні з'єднання ТС.

• Затягніть винтові з'єднання та використовуйте пружні шайби або антивібраційні скоби.

• Для важливих застосувань використовуйте два паралельні кабелі для вторинного диференціального з'єднання, щоб знизити ризик відкритого кола.

4. Проблеми з заземленням вторинних контурів диференціального захисту

На деяких об'єктах порушуються протиаварійні заходи, маючи два точки заземлення — одну в шафі захисту, а іншу в термінальній коробці на підстанції. Результатом такого різниці потенціалів, особливо під час грози або поблизу сварювання, може бути виникнення хибного диференціального струму та хибне спрацювання.

Рішення:
Строго дотримуйтесь одноточкового заземлення. Єдиним надійним місцем заземлення повинна бути точка всередині шафи захисту.

5. Втрата ізоляції вторинних кабелів ТС

Втрата ізоляції вторинних кабелів ТС — часто через погані технологічні практики — також призводить до неправильних операцій. Поширені причини включають:

• Пошкодження оболонки кабелю під час прокладки,

• Сполучення двох кабелів, коли довжина недостатня,

• Сварювання каналів для кабелів з кабелями всередині, що призводить до теплового пошкодження.

Це створює приховані ризики для надійності захисту.

Профілактичні заходи:

• Під час великих ремонтів обладнання регулярно тестуйте опір ізоляції між кожним серцевинним проводом та землею, а також між серцевинними проводами, використовуючи мегомметр на 1000 В; значення повинні відповідати нормам.

• Залишайте відкриті кінці проводів на з'єднаннях якомога коротшими, щоб уникнути непланованого заземлення або короткого замикання між фазами через вібрацію.

6. Вибір трансформаторів струму для підового диференціального захисту

Диференціальний захист включає ТС різних класів напруги з різними коефіцієнтами та моделями, що призводить до несумісності транзитних характеристик — потенційного джерела неправильних операцій або невідповідної роботи.

• На стороні 500 кВ: Використовуйте ТС класу TP (транзитні характеристики), які мають зазори в ядрі, що обмежують залишкову намагниченість до <10% від насыщення, значно покращуючи транзитну відповідь.

• На стороні 220 кВ та нижче: Зазвичай використовуються ТС класу P, які не мають зазорів, мають вищу залишкову намагниченість та гірші транзитні характеристики.

Рекомендації щодо вибору: Хоча ТС класу TP пропонують кращі технічні характеристики, вони дорогі та громіздкі — особливо на стороні низької напруги, де встановлення в закритих шинопроводах є складним. Тому, якщо немає спеціальних вимог системи, ТС класу P слід використовувати, якщо вони задовольняють фактичним потребам експлуатації, уникнення зайвих витрат та проблем з встановленням.

Крім того, сечение вторинних кабелів повинно бути достатнім:

• Для довгих кабельних ліній використовуйте ≥4 мм², щоб мінімізувати навантаження та забезпечити точність.