Повреждения и аномальные режимы работы силовых трансформаторов

 

В силовых трансформаторах могут иметь место следующие повреждения:

а) междуфазные короткие замыкания внутри бака и на вводах трансформатора;

б) замыкания между витками одной фазы (межвитковые замыкания);

в) замыкания обмоток на землю;

г) перекрытие изоляции вводов;

д) утечка масла из бака трансформатора.

Статистика причин аварий показывает, что наиболее часто происходят межвитковые замыкания и короткие замыкания на вводах.

Кроме того, в процессе эксплуатации силовых трансформаторов встречаются ненормальные (анормальные) режимы их работы, к которым относят следующие:

а) работу со сверхтоками при внешних коротких замыканиях и при качаниях в энергосистеме;

б) перегрузки, вызванные запуском мощных электродвигателей, подключением дополнительной нагрузки при работе устройств АВР, а также ударной нагрузкой;

в) повышение напряжения на вводах, вызывающее возрастание намагничивающего и вихревых токов трансформатора. Следствием такого режима может быть перегрев обмоток и сердечника трансформатора, повреждение изоляции.

Защита трансформаторов от внутренних повреждений осуществляется устройствами релейной защиты.

Основными видами быстродействующей защиты являются:

а) дифференциальная токовая защита ‒ от всех видов коротких замыканий в обмотках и на выводах трансформатора;

б) газовая защита ‒ от замыканий, происходящих внутри бака трансформатора и сопровождающихся выделением газа, а также от понижения уровня масла;

в) токовая отсечка ‒ от повреждений внутри трансформатора, сопровождающихся прохождением сравнительно больших токов короткого замыкания. Токовая отсечка производится, как правило, немедленно.

Все виды защиты от внутренних повреждений действуют на отключение всех выключателей трансформатора, а на ТП, выполненных по упрощенным схемам (без выключателей со стороны ВН), ‒ на выключение короткозамыкателя или на отключение выключателя питающей линии.

Все трансформаторы мощностью 1000 кВА и более имеют газовую защиту, работающую следующим образом. При коротких замыканиях в трансформаторе масло и изоляционные материалы разлагаются с образованием газов. Образующиеся газы устремляются в расширитель. Интенсивное выделение газов вызывает движение масла и приводит в действие газовое реле, которое устанавливается на патрубке, соединяющем бак трансформатора с расширителем. Газовая защита – единственная защита, реагирующая на утечку масла из бака трансформатора. При утечке масла опускается поплавок, защита срабатывает и отключает трансформатор от сети.

Газовая защита не действует при коротких замыканиях на выводах трансформатора, поэтому она дополняется дифференциальной защитой или токовой отсечкой (на трансформаторах небольшой мощности).

Дифференциальная защита является основной защитой мощных силовых трансформаторов от внутренних повреждений. Она работает при коротких замыканиях внутри зоны ограниченной двумя комплектами трансформаторов тока и не имеет выдержки времени. Таким образом, дифференциальная защита предназначена для защиты от всех видов коротких замыканий в обмотках и на выводах силовых трансформаторов.

Защита трансформаторов от сверхтоков внешних коротких замыканий и перегрузки предназначена для отключения силовых трансформаторов при внешних КЗ, если отказывают защиты присоединений или сборных шин. Она также является резервной защитой от внутренних повреждений в трансформаторах. Так как для силовых трансформаторов допустимы длительные перегрузки, то защита от перегрузки выполняется с действием на сигнал.

На трансформаторах небольшой мощности эффективно используется токовая отсечка, которая являетсянаиболее простой быстродействующей защитой. Также трансформаторы оборудуются защитой от замыканий на землю. В зону защиты входят обмотки высшего и низшего напряжения.

Контрольные вопросы по главе 2

1. Что называется трансформатором?

2. По каким признакам классифицируются трансформаторы?

3. Что называется трансформатором с расщепленными обмотками?

4. Каковы основные номинальные параметры силовых трансформаторов?

5. Как определяется напряжение короткого замыкания?

6. В каких элементах силового трансформатора имеют место потери холостого хода и короткого замыкания?

7. Что такое КПД трансформатора?

8. Что такое режим холостого хода силового трансформатора?

9. Какова связь между магнитным потоком в магнитопроводе и ЭДС в обмотке трансформатора?

10.  Что такое коэффициент трансформации трансформатора?

11.  Каков физический смысл ЭДС рассеяния обмотки трансформатора?

12.  Запишите уравнение баланса ЭДС и падений напряжения в первичной обмотке силового трансформатора на холостом ходу.

13.  Постройте векторную диаграмму силового трансформатора на холостом ходу.

14.  Что называется режимом работы силового трансформатора «под нагрузкой?

15.  Запишите уравнение баланса МДС трансформатора.

16.  Запишите уравнения баланса напряжений для первичной и вторичной обмоток трансформатора при его работе «под нагрузкой».

17.  Постройте векторную диаграмму работы силового трансформатора при его работе «под нагрузкой».

18.  Что такое саморегулирование силового трансформатора?

19.  Какие существуют схемы соединения обмоток трансформаторов?

20.  Для чего используется соединение обмоток зигзагом?

21.  Что такое группа соединения обмоток?

22.  Как определяется группа соединения обмоток?

23.  В чем заключается часовой метод определения групп соединения обмоток?

24.  Что такое параллельная работа трансформаторов?

25.  Когда параллельная работа трансформаторов считается нормальной?

26.  Каковы условия включения трансформаторов на параллельную работу?

27.  От чего зависит уравнительный ток?

28.  Что такое допустимая нагрузка трансформатора?

29.  Что такое перегрузка трансформатора?

30.  Какие существуют виды перегрузок трансформаторов?

31.  Чем автотрансформатор отличается от силового трансформатора?

32.  Что такое номинальная, проходная и типовая мощности автотрансформатора?

33.  Что такое коэффициент выгодности автотрансформатора, что он показывает?

34.  Что такое автотрансформаторный, трансформаторный и комбинированный режимы работы автотрансформатора?

35.  Какую мощность может передать автотрансформатор на обмотку низшего напряжения?

36.  Зачем нужно регулировать напряжение трансформаторов?

37.  Как работает переключатель типа РПН с резисторами?

38.  Как работает переключатель типа РПН с реакторами?

39.  Нарисуйте схему замещения силового трансформатора.

40.  Из каких видов потерь состоят полные потери мощности холостого хода?

41.  От чего зависят потери активной и реактивной мощности холостого хода?

42.  От чего зависят потери активной и реактивной мощности в обмотках трансформатора?

43.  От чего зависят потери электроэнергии в силовом трансформаторе?

44.  От чего зависит количество трансформаторов на ТП?

45.  Как выбирается мощность трансформатора на однотрансформаторной ТП?

46.  Как выбирается мощность трансформаторов на двухтрансформаторной ТП?

47.  Каковы могут быть повреждения силовых трансформаторов?

48.  В каких случаях силовой трансформатор должен быть отключен в аварийном порядке?