Меню

Повреждение трансформатора напряжения нами

Повреждение трансформатора напряжения нами

Лаптев О.И.
(НГТУ, кафедра ТиЭВН, г. Новосибирск)

Исследование эффективности антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ в сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью

В сетях средних классов напряжения, эксплуатируемых с изолированной нейтралью, наблюдается достаточно большая аварийность трансформаторов напряжения (ТН) типов НТМИ, ЗНОМ и ЗНОЛ вследствие возникновения опасных феррорезонансных колебаний, приводящих к появлению недопустимых токов в обмотке высшего напряжения ТН. [1-3].

Основной причиной феррорезонансных процессов в этих сетях являются однофазные дуговые замыкания (ОДЗ). Поскольку ТН — маломощные трансформаторы, то и соблюдение резонансных условий, как правило, удовлетворятся при относительно небольших емкостях сети. Это условие чаще выполняется в воздушных распределительных сетях, так как емкости на землю ВЛ существенно меньше, чем емкости кабельных линий того же класса напряжения. Кабельные сети собственных нужд электрических станций, а также насосных и компрессорных станций магистральных нефте- и газопроводов имеют существенно меньшую протяженность, чем распределительные сети тех же классов напряжения (6 и 10 кВ). В этих сетях также возникают опасные феррорезонансные колебания при ОДЗ. Опасность повреждения трансформаторов напряжения существенно увеличивается при секционировании, т.е. включении нескольких ТН параллельно. Традиционная мера нарушения условий существования опасных феррорезонансных колебаний в этих сетях – включение в рассечку обмотки ТН, соединенной в открытый треугольник, активного сопротивления величиной 25 Ом (рис.1, а), не всегда позволяет исключить возникновение опасных токов в обмотке ВН ТН.

Существенно более радикальными мерами нарушения условий возникновения стационарных феррорезонансных колебаний является изменение конструкции ТН, т.е. создание антирезонансных трансформаторов напряжения типа НАМИ. Принципиальная схема конструкции традиционных ТН и антирезонансных ТН типа НАМИ приведены на рис.1. а) б)

Принципиальная схема соединения обмоток ТН типов НТМИ (а) и НАМИ (б)
Рис.1. Принципиальная схема соединения обмоток ТН типов НТМИ (а) и НАМИ (б)

Трансформатор напряжений типа НАМИ имеет замкнутую компенсационную обмотку и дополнительный трансформатор в нейтрали. Дополнительный трансформатор служит для измерения напряжения нулевой последовательности. Он выполнен в классе точности 3.0, с большим количеством витков; обладает практически линейной вольт-амперной характеристикой и большим индуктивным сопротивлением.

Одним из основных назначений ТН типов НТМИ является измерение напряжения нулевой последовательности. Для этой цели ТН выполняется с тремя раздельными магнитопроводами в одном корпусе [4]. Измерение напряжения нулевой последовательности производится при помощи дополнительной обмотки, соединённой в разомкнутый треугольник. ТН типа НАМИ также имеет три отдельных магнитопровода на каждую фазу.

При исследовании феррорезонансных процессов, наиболее существенной характеристикой трансформатора напряжения является кривая намагничивания магнитопровода. При исследовании использовались кривые намагничивания трансформаторов напряжения, определённые экспериментально в [5]. Эти кривые намагничивания приведены на рис.2.

Экспериментальные кривые намагничивания ТН типа НТМИ-10 (1) и НТМИ-6 (2)
Рис.2. Экспериментальные кривые намагничивания ТН типа НТМИ-10 (1) и НТМИ-6 (2)

Электрическая схема замещения приведена на рис.3. Схема составлена для ТН типа НАМИ (у трансформаторов типа НТМИ, ЗНОМ компенсационная обмотка разомкнута или замкнута на сопротивление 25 Ом).

Электрическая схема замещения ТН
Рис.3. Электрическая схема замещения ТН.

При составлении схемы замещения не учитывалась нагрузка в сети, а также индуктивное и активное сопротивления кабельных линий.

Моделирование зажигания и погасания дуги производится в соответствии с гипотезой Петерсена, согласно которой зажигание дуги происходит в момент максимума напряжения на повреждённой фазе, а погасание – при первом переходе тока в дуге через ноль [1]. Переходный процесс при повторном зажигании дуги характеризуется двумя составляющими: высокочастотной составляющей, связанной с разрядом ёмкости замкнутой на землю фазы, и составляющей средней частоты, обусловленной перезарядкой ёмкостей «здоровых» фаз через сопротивление источника (силового трансформатора).

Исследование феррорезонанса при ОДЗ

ТН типа НАМИ обладает антирезонансными свойствами вследствие того, что замкнутая компенсационная обмотка шунтирует нелинейную индуктивность намагничивания нулевой последовательности, образующуюся из-за того, что фазы ТН магнитно не связаны между собой. Именно нелинейная индуктивность нулевой последовательности образует резонансный контур с ёмкостью сети.

Нелинейная индуктивность шунтируется замкнутой накоротко компенсационной обмоткой, которая обладает малым активным сопротивлением и индуктивностью. При появлении на ёмкости напряжения нулевой последовательности (при ОДЗ) ёмкость разряжается через компенсационную обмотку. При этом в фазах ТН возникает характерный затухающий колебательный процесс. Токи в фазах ТН практически одинаковые, так как на токи намагничивания ТН накладывается значительный ток нулевой последовательности. Увеличение числа ТН типа НАМИ приведёт к увеличению мощности шунта намагничивания нулевой последовательности, но также уменьшится и эквивалентное сопротивление компенсационной обмотки. Таким образом, возникновение феррорезонанса в ТН типа НАМИ полностью исключается даже при параллельной работе нескольких ТН.
Дополнительный трансформатор в нейтрали ТН типа НАМИ предназначен для измерения напряжения нулевой последовательности, что является одним из основных назначений ТН данного типа. С помощью этого трансформатора ограничивается ток, протекающий в компенсационной обмотке, за счёт его большого индуктивного сопротивления.

Читайте также:  Скачет напряжение блока питания без нагрузки

Аналогичные антирезонансные свойства имеет трансформатор с трёхстержневым магнитопроводом (например, ТН типа НАМИ-18 или НТМК), у которого нелинейная индуктивность намагничивания нулевой последовательности практически отсутствует, так как магнитный поток нулевой последовательности замыкается через бак и встречает большое магнитное сопротивление изоляционных промежутков между магнитопроводом и баком. Однако трансформаторы с таким магнитопроводом не могут использоваться для измерения напряжения нулевой последовательности, в отличие от ТН типа НАМИ.

Применение трансформаторов напряжения типа НАМИ в сетях с изолированной нейтралью 6-35 кВ позволяет полностью исключить возможность возникновения феррорезонанса при однофазных дуговых замыканиях. Трансформатор напряжения также позволяет измерять напряжение нулевой последовательности, что является одной из основных функций ТН данного типа.

Список использованных источников

  1. Шаргородский В.А. Автоколебательный процесс – причина повреждения трансформаторов напряжения//Электрические станции, 1963, №5.
  2. Лихачев Ф.А. Схемы подключения дополнительного сопротивления к ТНКИ//Электрические станции, 1978, №12.
  3. Зихерман М.Х. Повреждение трансформаторов напряжения при дуговых замыканиях на землю// Электрические станции, 1978, №11.
  4. Дымков А.М., Тишенин Ю.В. Трансформаторы напряжения. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975.
  5. Заболотников А.П., Кадомская К.П., Тихонов А.А.

Источник



ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ

Повреждения в цепях ТН. Во вторичных цепях ТН могут возникать повреждения (КЗ и обрывы). Короткие замыкания вызывают опасное увеличение тока в ТН, и поэтому для его защиты устанавливаются предохранители или автоматические выключатели, прерывающие цепь при появлении повышенных токов. Повреждения вторичных цепей, а также их нарушение при перегорании предохранителей или действии автоматических выключателей искажают значение и фазу вторичного напряжения, что приводит к неправильной работе РЗ. Для предупреждения ложных действий РЗ предусматриваются специальные устройства, которые реагируют на повреждения во вторичных цепях напряжения, подают при этом сигнал о неисправности и выводят из действия (блокируют) те РЗ, которые могут неправильно сработать при повреждении в цепях напряжения.


Блокирующие устройства, реагирующие на появление U и I при повреждениях в цепях напряжения. На рис.6.10 приведены наиболее распространенные простые устройства этого типа. Они реагируют на появление напряжения или тока НП во вторичных цепях ТН. Для этого реле KV включается на напряжение НП по одной из схем, приведенных на рис.6.10.

В нормальных условиях напряжение на реле отсутствует. При обрыве одной или двух фаз цепи напряжения возникает U, под влиянием которого в реле KV появляется ток, и оно срабатывает, давая сигнал. Подобные устройства применяются вдистанционных РЗ, имеющих токовые пусковые органы.

На рис.6.11 приведена схема подобной блокировки типа КРБ-14 для дистанционных РЗ в сетях с заземленной нейтралью. Она состоит из трех конденсаторов С одинаковой емкости, реле напряжения KV0 и тока КА0. В провод, соединяющий нулевые точки конденсаторов и вторичной обмотки ТV, включено реле KV0,через размыкающий контакт которого подается оперативный ток
на комплект релейной защиты (РЗ). Цепь обмотки KV0 проходит через размыкающий контакт КА0,обмотка которого включена в нулевой провод ТА.

Нормально, когда сумма фазных напряжений равна нулю, потенциалы нулевых точек звезды конденсаторов и вторичной обмотки ТV равны, и поэтому ток в реле KV0 отсутствует. При перегорании одного или двух предохранителей потенциал нулевой точки звезды конденсаторов станет равным сумме напряжений оставшихся фаз, а потенциал нулевой точки звезды вторичной обмотки ТV останется равным нулю. Под воздействием напряжения, возникающего между нулевыми точками, через обмотку KV0 проходит ток, и реле, сработав, нижним контактом снимает оперативный ток с РЗ, а верхним подает сигнал. При перегорании предохранителей всех трех фаз блокировка рассматриваемого типа не работает, что является ее недостатком.

При двухфазном КЗ на землю на защищаемой ЛЭП симметрия фазных напряжений, подводимых к звезде конденсаторов, нарушается и блокировка может сработать и вывести РЗ из действия. Для предотвращения такого неправильного действия блокировки предусмотрено токовое реле КА0,которое срабатывает и, размыкая цепь обмотки реле KV0,препятствует его действию.


Контроль цепей разомкнутого треугольника ТН. Контроль исправности цепи вторичной обмотки ТН, соединенной по схеме фильтра НП, производится путем измерения напряжения небаланса с помощью вольтметра, включаемого по схеме на рис.6.12. При исправной цепи вольтметр показывает напряжение небаланса, имеющее значение 1-3 В, а при нарушении цепи показания пропадают.

Блокирующее устройство на сравнении напряжений двух вторичных обмоток ТН. Недостатком рассмотренных выше устройств блокировки типа КРБ-11 является то, что при КЗ в цепях фазных напряжений они не действуют, а срабатывают лишь после отключения автоматических выключателей или предохранителей поврежденных фаз. Подобные блокировки не могут предотвратить ложного срабатывания первых ступеней быстродействующих дистанционных РЗ, применяемых в сетях сверхвысоких напряжений. Другим недостатком этих блокировок является то, что они не могут предотвратить ложного срабатывания дистанционных РЗ при отключении всех трех фаз напряжения общим автоматическим выключателем или ключом.

Читайте также:  Напряжение между любыми двумя фазами называют

Этих недостатков лишена блокировка, схема которой приведена на рис.6.13. Четырехобмоточный промежуточный трансформатор TL устройства блокировки подключен через добавочные резисторы к измерительному трансформатору напряжения TV ссоединением вторичных обмоток в звезду и разомкнутый треугольник. В цепях обмотки w1сопротивление резистора в фазе А – Raпринято в два раза меньшим относительно сопротивлений Rbи Rc,равных между собой. К обмотке w2с выводов HК подано напряжение 3U. Обмотка w3
(компенсационная) находится под воздействием напряжения фазы А. Ко вторичной обмотке w4 через выпрямительный мост VS присоединен реагирующий элемент – реле KV.

В нормальном режиме, при исправных вторичных цепях TV и соответствующих значениях сопротивлений резисторов, токи в обмотках w1 и w3 направлены встречно: I = Iа + Ib+ Ic =–I (рис.6.13, в, г). МДС в сердечнике взаимно уравновешены – реле KV не работает. При обрывах в цепях TV (одной или двух фаз) равновесие МДС нарушается, что вызывает срабатывание реле KV. В случае КЗ на землю в сети реле не сработает, так как МДС обмотки w1будет скомпенсирована МДС обмотки w2,включенной на 3U. При отключении всех трех фаз напряжения со стороны обмоток ТН, соединенных в звезду, блокировка срабатывает за счет тока в обмотке w3. Блокировка без замедления срабатывает также при всех видах КЗ в цепях напряжения, за исключением КЗ между фазами В и С. В последнем случае блокировка подействует только после отключения автоматического выключателя.

Оценка схем.Схемы, реагирующие на появление составляющих НП, проще, но они несовершенны. Эти схемы не действуют при обрыве трех фаз вторичных цепей, а также при КЗ в цепях напряжения, не сопровождающихся появлением U. Схемы на балансе напряжений с тремя трехобмоточными трансформаторами более совершенны, но и более сложны. Их следует применять для блокировки РЗ на ЛЭП 220 кВ и выше.

Источник

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ

а) Повреждения в цепях ТН

Во вторичных цепях трансформатора напряжения могут воз­никать повреждения (к. з. и обрывы). Короткие замыкания вызы­вают опасное увеличение тока в трансформаторе, и поэтому для его защиты устанавливаются предохранители или автоматы, пре­рывающие цепь при появлении повышенных токов. Повреждения вторичных цепей, а также их нарушение при перегорании предо­хранителей или действии автоматов искажают величину и фазу ‘коричного напряжения, что приводит к неправильной работе защиты.

Так, например, при к. з. или обрыве фаз вторичной цепи напряжение, подводимое к обмоткам реле защиты, снижается или полностью исчезает, что воспринимается защитой как к. з. в сети может явиться причиной ложного действия защиты

Для предупреждения ложных действий предусматриваются специальные устройства (блокировки), которые реагируют на повреждения во вторичных цепях напряжения, подают при этом сигнал о неисправности и выводят из действия (блокируют) защиты, которые могут неправильно сработать при повреждении в цепях напряжения.

Выполнение подобных устройств, полноценно реагирующих на все возможные повреждения, является трудной задачей.

б) Блокирующие устройства, реагирующие на появление U 0 и I 0 при повреждениях в цепях напряжения

На рис. 6-12 приведены наиболее распространенные устрой­ства этого типа. Они реагируют на появление напряжения и тока нулевой последовательности во вторичных цепях трансформатора

напряжения. Для этого реле 1 включается на напряжение нуле вой последовательности по одной из схем, приведенных на рис. 6-12.

В нормальных условиях вторичные напряжения трансформатора напряже­ния симметричны, поэтому их сумма равна нулю и напряжение на реле 1 отсутствует. При обрыве одной или двух фаз цепи напряжения возникает U 0, под влиянием которого в реле 1 по­является ток и оно срабатывает, давая сигнал и выводя защиту из работы.

Реле 1 может действовать не только при обрывах, но и при к. з. на землю в первичной сети; чтобы предотвратить при этом блокирование защиты, ставится реле I 0 (рис. 6-13), реагирующее на появление тока I 0 в первич­ной сети; При замыканиях на землю в первичной сети реле I 0 размыкает цепь блокировки своим контактом. В случае же повреждения в цепях напряжения и нормальном состоянии пер­вичной сети реле I 0 не действует и разрешает реле 2 (на рис. 6-12 реле 1) блокировать защиту и подать сигнал о повреждении цепей. Рассмотренное устройство не реагирует на одновременный обрыв всех трех фаз цепи напряжения, на трехфазное к. з. во вторичных цепях и обрыв нулевого провода той же цепи. Однако вследствие своей простоты оно получило широкое распространение.

Читайте также:  Нужно ли ставить реле напряжения если есть стабилизатор

Чебоксарский электроаппарат­ный завод выпускает устройства подобного типа: КРБ-11 и КРБ-12.

в) Контроль цепей разомкнутого треугольника ТН

Контроль исправности цепи вто­ричной обмотки ТН, соединенной по схеме фильтра нулевой последова­тельности, производится путем пе­риодического измерения напряжения небаланса с помощью вольтметра, включаемого по схеме на рис. 6-14. При исправной цепи вольтметр показывает напряже­ние небаланса, имеющее величину 1—3 В, а при нарушении цепи показания пропадают.

г) Блокирующее устройство на сравнении напряжений двух вторичных обмоток ТН

Схема с семиобмоточным трансформатором. Более полноцен­ным по сравнению с предыдущими является устройство контроля, показанное на рис. 6-15. Оно предназначено для трансформаторов напряжения с двумя вторичными обмотками Н1 и Н2, соединен­ными по схеме звезды и разомкнутого треугольника. Действие этого устройства основано на сравнении одноименных фазных напряжений обмоток Н1 и Н2, которые нормально одинаковы по величине и фазе.

В случае же неисправности во вторичной цепи одной из об­моток равенство напряжений нарушается, что и служит призна­ком повреждения, на которое реагирует устройство. Сравнение напряжений обмоток Н1 и Н2 производится с помощью много­обмоточного вспомогательного трансформатора 1 (рис. 6-15). Его обмотки А 1 и А 2, В 1 и В г, С 1 и С г, питаемые напряжением одно­именных фаз, имеют попарно равное число витков и создают встречно направленные магнитные потоки. Витки обмоток, пи­тающихся от разных фаз, неодинаковы и подобраны в определенном соотношении:

В нормальных условиях напряжения одноименных фаз кон­тролируемых обмоток Н1 и Н2 одинаковы, поэтому создавае­мые ими магнитные потоки в трансформаторе 1 взаимно урав­новешиваются и ток в реле 2 отсутствует.

В случае обрыва одной или двух фаз в цепях обмотки Н1 или Н2 равновесие магнитных потоков соответствующих одно­именных фаз обмоток трансформатора 1 нарушается, появляется остаточный поток, вызывающий ток в реле 2, под влиянием ко­торого оно срабатывает.

При одновременном обрыве трех фаз вторичной цепи обмотки Н1 или Н2 сумма потоков в трансформаторе 1, обусловленных напряжениями, например U A 1, U В1 и U C 1 оставшейся обмотки Н1, не будет уравновешиваться вследствие неравенства витков w A 1, w В1, w C 1 , что и вызовет работу реле 2.

При к. з. в цепях обмотки Н1 или Н2 баланс напряжений нарушается, но, как показывают анализ и испытания, в ряде случаев разница напряжений оказывается недостаточной, в ре­зультате чего реле 2 не действует.

На повреждения в первичной сети устройство не отзывается, поскольку при этом вторичные напряжения одноименных фаз обеих обмоток Н1 и Н2 равны.

Как отмечалось, обе схемы (по рис. 6-12 и 6-15) из-за недо­статочной чувствительности не отзываются на некоторые случаи к. з. во вторичных цепях напряжения.

В этих случаях обе блокировки приходят в действие, но только после работы автоматов, установленных во вторичных цепях трансформаторов напря­жения для защиты их от к. з. Контакты автоматов размыкают поврежден­ную цепь напряжения, после чего блокирующее устройство реагирует на появившийся обрыв цепи и срабатывает. Таким образом, блокировка в этих случаях работает с замедлением.

Для предотвращения неправильной работы защиты, приходящей в дей­ствие от понижения напряжения, обусловленного к. з. в цепях напряжения, необходимо выполнить условие

В связи с этим разработан новый вариант блокировки защит при нарушениях в цепях напряжения [Л. 92].

Р, вызывая его действие. Рассмотренная схема обладает высокой чувствительностью и реагирует на все виды повреждений во вторичных цепях ТН.

Схемы, реагирующие на появление составляющих нулевой последовательности, проще других, но они недостаточно совер­шенны. Эти схемы не действуют при обрыве трех фаз вторичных цепей ТН, а также при к. з. в цепях напряжения, не сопровож­дающихся появлением U 0.

Схемы на балансе напряжений с тремя трехобмоточными трансформаторами более совершенны, но и более сложны. Их следует применять для блокировки защит на линиях 220 кВ и выше, отключение которых из-за ложной работы защиты суще­ственно влияет на надежность энергосистемы.

Источник

Adblock
detector