Ochrana proti plynu v souladu s GOST 10472-71 je určena k ochraně výkonových transformátorů plněných olejem vybavených konzervátory před všemi druhy vnitřního poškození doprovázeného uvolněním plynu, zrychleným tokem oleje z nádrže do konzervátoru a také před únikem oleje z nádrž transformátoru.
Měřícím zařízením ochrany plynu je plynové relé. Plynové relé je kovová nádoba se dvěma plováky (prvky), která se zařezává do šikmého potrubí spojujícího nádrž transformátoru s expandérem. Při normálním provozu transformátoru je plynové relé naplněno transformátorovým olejem, plováky jsou ve zvednuté poloze a s nimi spojené elektrické kontakty jsou otevřené. Pokud dojde k drobnému poškození transformátoru (například zkrat), vlivem lokálního ohřevu se z oleje uvolňují plyny, které stoupají nahoru k víku nádrže a poté se hromadí v horní části plynového relé. , vytlačí z něj olej. V tomto případě horní ze dvou plováků (prvků) klesá spolu s hladinou oleje, což způsobí uzavření jeho kontaktu, který působí na varovný signál. Pokud dojde k vážnému poškození uvnitř transformátoru, dojde k rychlé tvorbě plynu a pod vlivem uvolněných plynů je olej rychle vytlačen z nádrže do konzervátoru. Proud oleje prochází plynovým relé a způsobuje činnost spodního plováku (prvku), který dává příkaz k vypnutí poškozeného transformátoru. Tento prvek také funguje, pokud je hladina oleje v nádrži transformátoru výrazně snížena (například pokud je nádrž poškozena a dochází k úniku oleje).
Plynová ochrana je velmi citlivá a poměrně často umožňuje detekovat poškození v transformátoru ve velmi rané fázi. V případě vážného poškození transformátoru působí plynová ochrana poměrně rychle: 0,1-0,2 s (při průtoku oleje minimálně o 25 % vyšším než je nastavení). Díky těmto výhodám musí být plynová ochrana instalována na všechny transformátory s výkonem 6,3 MB-A a více a také na všechny vlastní snižovací transformátory počínaje výkonem 630 kVA. Plynovou ochranu je možné instalovat i na transformátory od 1 do 4 MB-A. U transformátorů s přepínačem odboček je dodatečně zajištěna samostatná plynová ochrana přepínače odboček [1].
Obsah
- 7-2. Typy plynových relé a plynových ochranných obvodů
- 3. Pohárová štafeta RGChZ-66
- 4. Buchholzova štafeta (NDR)
- Plynové relé – typy, vnitřní konstrukce a provedení
- Plynová ochrana transformátorů, princip činnosti
- Plynové relé typu pádla
- Plynové relé typu pohár
- Hodnota
- Nevýhody plynového relé
- Vlastnosti provozu plynové ochrany transformátorů
7-2. Typy plynových relé a plynových ochranných obvodů
První plynová relé se objevila asi před 50 lety. Jednalo se o tzv. plováková relé. V SSSR byly označeny PG-22 a PGZ-22 (plovoucí plyn ze Záporožského transformátorového závodu). Jako plováky byly použity duté utěsněné kovové válce. Kontakty byly vyrobeny ve formě skleněných žárovek, částečně naplněných rtutí. Každý z těchto rtuťových kontaktů je pevně spojen s odpovídajícím plovákem. Při spuštění horního plováku nebo převrácení spodního plováku proudem oleje se příslušný rtuťový kontakt otočí a rtuť uvnitř něj proudí tak, že sepne elektrické kontakty zapájené do kužele a vytvoří obvod pro signál nebo pro vypnutí [2,3].
Kvůli velkému počtu nesprávných činností plynových ochran, včetně konstrukčních nedostatků v relé PG-22 a PGZ-22, bylo v padesátých letech navrženo několik nových konstrukcí plynových relé. Nejpoužívanějším se stalo plynové relé RGCh-1950 vyvinuté v Chelyabenergo, jehož průmyslovou výrobu zvládl závod Záporožských transformátorů (RGChZ-61). Konstrukce tohoto relé je popsána v § 66-7.
Od počátku 1970. let je na domácí transformátory instalováno Buchholzovo plynové relé typu BF-80/Q vyráběné Německou demokratickou republikou. Konstrukce tohoto relé je popsána v § 7-4.
V souladu s GOST 10472-71 musí mít všechna plynová relé dva prvky a zajistit uzavření dvou nezávislých elektrických obvodů: signál a vypnutí. Pravidla [1] počítají s možností převedení činnosti odpojovacího prvku ochrany plynu na signál. Případy, kdy je tento překlad povolen, jsou popsány v § 7-5.
Zdroji provozního proudu pro ochranu plynu mohou být: baterie, napájecí zdroje, předem nabité kondenzátory a pomocný transformátor (nebo transformátor napětí). Použití TSN (nebo TJH) jako zdroje střídavého provozního proudu je přípustné pouze v případě, že je pro diferenční a maximální proudovou ochranu téhož transformátoru použit jiný zdroj provozního proudu – proudový transformátor (§ 4-5) nebo předřazený transformátor. nabitý kondenzátor (§ 4-6). Při této kombinaci provozních zdrojů proudu se zvyšuje spolehlivost ochrany transformátoru [23].
Použití pouze předem nabitých kondenzátorů jako zdroje provozního proudu pro všechny ochrany transformátoru včetně plynové ochrany je přípustné pouze tehdy, jsou-li spolehlivě nabíjeny nejen ze zdroje střídavého napětí 6 nebo 10 kV, ale i ze zkratu aktuální. (§ 4-6).
Rýže. 7-1. Část schematického nákresu výstupních pracovních obvodů ochrany transformátoru, včetně plynu, s předem nabitými kondenzátory
Na Obr. Obrázek 7-1 znázorňuje část schématu výstupních obvodů ochrany transformátoru, ve kterých slouží jako zdroj provozního proudu předem nabité kondenzátory BC. K vybití kondenzátorů k cívce výstupního mezirelé RP dochází při spuštění plynové ochrany (sepnutí kontaktu RGO) a také diferenciální DZ nebo maximální proudové ochrany MTZ. Současně s RP se sepne příslušné signalizační relé RU nebo /RU, které zajišťuje činnost zabezpečovacího systému. Mezilehlé relé působí svými kontakty k rozepnutí spínačů na všech stranách transformátoru a také k zapnutí zkratu nebo ke spuštění zařízení pro vysílání vypínacího impulsu. Zdroje provozního proudu při provádění každé z těchto operací jsou samostatné bloky kondenzátorů (nejsou znázorněny na schématu). Jeden ze sepnutých kontaktů relé RP navíc zajišťuje jeho samodržení.
To je nutné, protože při rychlé tvorbě plynu a vysokém průtoku oleje se kontakt rozpojovacího prvku RGO může uzavřít jen krátce.
Pomocí odpojovacího zařízení (overlay) operačního zesilovače můžete přenést činnost odpojovacího prvku RGO na signál (toto je pozice 2 zařízení operačního zesilovače).
V obvodu odpojovacího prvku RGO je rozpínací kontakt relé RPKZ. Otevírá se po zapnutí zkratu transformátoru, protože v tomto okamžiku by měla přestat činnost plynové ochrany, navzdory skutečnosti, že kontakt RGO může zůstat v uzavřené poloze kvůli konstrukčním prvkům plynového relé.
Na Obr. Obrázek 7-2 ukazuje schematický diagram odpojovacích obvodů plynové ochrany na střídavý provozní proud. Zdrojem provozního proudu je pomocný transformátor TSN, připojený na nn straně transformátoru 10 nebo 6 kV. V tomto schématu, stejně jako v předchozím, je možné převést činnost vypínacího prvku RGO na signál posunutím odpojovacího zařízení OU do polohy 1. Je zde také samopřídržný obvod pro mezirelé RP přes jeho zapínací kontakt RP a rozpínací kontakt RPKZ, který se rozepne po zapnutí zkratovače, kdy již není vyžadována samodržení, ale mohlo by pokračovat, pokud jsou provozní napěťové obvody napájeny z TSN sousedního nepoškozeného transformátoru. Kontakty RP2 a RY3 působí příslušně na spínací elektromagnet zkratovače EVKZ a na vypínací elektromagnet jističe 10(6) kV EOVu a na třívinutý transformátor na vypínací elektromagnet vypínače EOVu. Spínač 35 kV (na schématu není znázorněn). Všechny elektromagnety jsou navrženy tak, aby byly napájeny ze zdroje střídavého napětí 220 V. Stejná spínací zařízení mají také další EV a EO navržené pro provoz z proudových transformátorů nebo z předem nabitých kondenzátorů pod diferenciální nebo maximální proudovou ochranou transformátoru [23] .
Rýže. 7-2. Schematické schéma odpojovacích obvodů plynové ochrany na střídavý provozní proud
3. Pohárová štafeta RGChZ-66
Relé plynového poháru, vyráběné závodem Záporoží Transformer Plant do roku 1978 (RGChZ-66), se od plovákových relé PG-22 liší především v návodu k odnímatelné části. Ten se skládá ze dvou prvků – signálu a vypnutí. Signálním prvkem je kalíšek s plochým dnem z eloxovaného hliníku s pevně uchyceným kontaktem, který se při otáčení kalíšku směrem k pevnému kontaktu pohybuje. V normální horní poloze je miska držena pružinou, zatímco kontakty jsou otevřené. Když selže transformátor se slabou tvorbou plynu, plyn se hromadí v horní části plynového relé a vytlačuje z něj olej. Když hladina oleje klesne pod dno misky signálního prvku, sníží se vlivem své vlastní hmotnosti a hmotnosti oleje, který v ní zůstal. Při sestupu se kalíšek otáčí kolem své osy a signální kontakty se uzavírají.
Rozpojovacím prvkem je také miska s kontaktem, který je v horní poloze držen pružinou. Na rozdíl od spínacího prvku signálu má desku (čepel) umístěnou naproti vstupnímu otvoru plynového relé. V případě vážného poškození transformátoru, doprovázeného prudkým vytvářením plynu, proudí olej přes plynové relé a otáčí desku. V tomto případě jsou kontakty sepnuté, čímž dochází k odpojení transformátoru. Samotný šálek se při otáčení talíře neotáčí. Tato konstrukce zajišťuje odezvu ochrany plynu: ne více než 0,2 s při průtoku oleje minimálně o 25 % vyšším, než je nastavení.
Sada relé RGChZ obsahuje tři různé destičky, z nichž každá je kalibrována na odpovídající průtok oleje (sada): 0,6; 0,9; 1,2 m/s. Nastavení 0,6 m/s se doporučuje pro transformátory do 40 MB-A s chlazením oleje a přirozenou cirkulací oleje a s ofukováním a přirozenou cirkulací oleje (písmenná označení M a D). Nastavení je 0,9 m/s – pro transformátory nad 40 MB-A s ofukováním (D). Nastavení je 1,2 m/s – pro transformátory libovolného výkonu s chlazením olej-voda s nuceným oběhem oleje (C) a chlazením oleje s ofukováním a nuceným oběhem oleje (DC) [24].
V případě havarijního úniku oleje z nádrže transformátoru opustí olej plynové relé a obě misky spadnou. Kontakty plynového relé působí na signál a při vypnutí. Spouštěcí kontakty se tak mohou uzavřít jak při otáčení desky, tak při spouštění vypínací misky, a v druhém případě se deska také otáčí.
Podrobný popis relé RGChZ-66, pokyny pro nastavení a servis plynové ochrany tímto relé jsou uvedeny v [24].
4. Buchholzova štafeta (NDR)
Plynové relé Buchholz vyrábí magdeburský elektrotechnický a přístrojový závod (EGEM) v Německé demokratické republice. Jedna z modifikací Buchholzova relé byla do SSSR dodávána od počátku 1970. let: dvouplovákové relé BF-80/Q. Index B označuje přítomnost dvou prvků (plováků), F – způsob montáže – příruba, Q – čtvercový tvar příruby, číslo 80 udává vnitřní průměr potrubí v milimetrech, do kterého zapadá plynové relé. Připojovací rozměry tohoto relé jsou stejné jako u relé RGChZ-66.
Relé Buchholz včetně BF-80/Q se skládá z kovového pouzdra, krytu a vestavěné jednotky. Pro kontrolu vestavěné jednotky má skříň prosklené otvory s odklápěcími kryty,
Na krytu relé jsou upevněny: vestavěná jednotka, testovací kohoutek, ovládací klíč pro testování činnosti relé simulací ztráty oleje z transformátoru. Jsou zde umístěny také svorky pro připojení elektrických obvodů.
Rýže. 7-3. Dvojitá plováková plynová reléová jednotka Buchholz (NDR)
Vestavěný blok dvouplovákového relé (obr. 7-3) se skládá ze dvou prvků: horního (signál) a spodního (rozpojovací). K hornímu plováku 3 signalizačního prvku je pevně připevněn permanentní magnet 6. Když olej opustí tělo relé, horní plovák 3 se otáčí ve směru šipky, magnet 6 se přiblíží k magneticky ovládanému kontaktu 5, což způsobí zavřete obvod alarmu (dvě pravé svorky 4). Princip činnosti a konstrukce magneticky ovládaných kontaktů (jazýčkových spínačů) je popsán v [2].
Spodní (rozpojovací) prvek se skládá z plováku 9, k němu pevně připevněného permanentního magnetu 7, magneticky ovládaného kontaktu 8 a také tlakového ventilu (klapky)
1, který je v původním stavu držen baterií permanentních magnetů 2. Mezera mezi magnety a tlakovým ventilem se může měnit v závislosti na průtoku oleje (nastavené hodnotě), při kterém má relé pracovat. Nastavení odpojovacího prvku Buchholzova relé se poněkud liší od nastavení relé RGChZ-66 (§ 7-3). Nastavení 0,65 m/s pro Buchholzovo relé je akceptováno pro ty transformátory, pro které je na relé RGChZ-66 nastaveno 0,6 m/s. Ve všech ostatních případech se používá nastavení 1 m/s. Nastavení 1,5 m/s pro relé BF-80/Q se nedoporučuje [24].
V případě vážného poškození transformátoru, které je doprovázeno rychlou tvorbou plynu a silným proudem oleje z nádrže do expandéru, se proud oleje dostane do plynového relé a převrátí tlakový ventil (tlumič) / (na obr. 7 -3, směr toku oleje je znázorněn šipkou). V tomto případě se otáčí spodní uzavírací plovák 9 a k němu pevně připojený permanentní magnet 7. Poté, co se magnet 7 přiblíží k magneticky ovládanému kontaktu 8, je uzavřen vypínací obvod ochrany plynu (dvě levé svorky 4).
Doba odezvy vypnutí Buchholzova relé při průtoku oleje o 25 % vyšším než je nastavená hodnota je dle výrobce 0,22 s u dříve vyráběných relé a 0,09 s u nových relé s upravenou konstrukcí tlakového ventilu (tlumiče).
Když olej opustí nádrž transformátoru a následně plynové relé, vypínací plovák 9 se spustí dolů a otočí se tak, že se permanentní magnet 7 přiblíží k magneticky ovládanému kontaktu 5, v důsledku čehož se uzavře vypínací obvod ochrany plynu.
Funkčnost signalizačního prvku na instalovaném Buchholzově relé se kontroluje pomocí zkušební pumpy, která se našroubuje na zkušební ventil umístěný na krytu relé. Činnost signalizačních a vypínacích prvků relé se kontroluje stisknutím testovacího tlačítka. Pohyb plováků lze pozorovat přes skleněné okénko v pouzdře relé.
Při kontrole elektrické pevnosti izolace vodičů ovládacího kabelu plynové ochrany s Buchholzovým relé je třeba pamatovat na to, že elektrická pevnost magneticky ovládaných kontaktů je 500-600 V, a proto musí být toto relé odpojeno během test. Izolační odpor kontaktů Buchholzova relé by měl být měřen 500 V megaohmmetrem [14]. V roce 1979 vydalo ministerstvo energetiky SSSR pokyny pro servis relé BF80/Q.
Výkonové transformátory plněné olejem, které mají ve své konstrukci expanzní nádrž, s výkonem 630 kVA nebo více, jsou nutně vybaveny ochranou proti plynu. Plynové relé slouží k ochraně proti všem typům vnitřního poškození, při kterém se uvolňuje hořlavý plyn, olej rychle proudí do expanzní nádrže a olej uniká z transformátoru ven.
Plynové relé – typy, vnitřní konstrukce a provedení
Existují tři hlavní typy plynových relé:
- Plováková relé.
- Lobed.
- Pohár.
Nejběžnější jsou plynová plováková relé.
Tělo relé je litá nádoba z hliníkové slitiny nebo litiny, potažená ochranným nátěrem a lakovým materiálem se dvěma plováky. Existují také jednoplováková relé s přírubovým nebo závitovým připojením. Reléová nádoba je zapuštěna do zářezu v šikmém potrubí určeném pro připojení transformátoru a expanzních nádrží.
obr. č. 1. Plynové relé v provedení transformátoru
Plynová ochrana transformátorů, princip činnosti
Činnost plovákového mechanismu je založena na principu hydromechaniky. K plovákům jsou připojeny dva kontakty rtuťového relé, které ovládají pomocné proudové obvody. Plovák umístěný nahoře má kontakty připojené k signálnímu obvodu. Spodní kontakty umístěné na spodním druhém plováku jsou součástí vypínacího obvodu transformátoru.
obr. č. 2. Plynové relé plovákového typu
Pokud je transformátor poškozen uvnitř pouzdra, v důsledku čehož se tvoří plyny, jako produkty rozkladu transformátorového oleje, stoupají do konzervátoru oleje a vstupují do plynového relé.
Plyn nebo vzduch se shromažďuje v horní části relé, transformátorový olej, který plní nádobu plynového relé, bude vytlačen, horní plovák se sníží a kontakty se sepnou, čímž se spustí „signál“. Zazní zvukový alarm a na rozvodně vypadne kontrolka.
Následné další snížení hladiny transformátorového oleje v nádrži způsobí snížení spodního plováku a uzavření spodních kontaktů, což způsobí vypnutí transformátoru.
obr. č. 3. Schematické schéma sepnutí plynového relé
Rychlá tvorba plynu způsobuje proudění oleje z nádrže transformátoru do expandéru, v důsledku čehož spodní plovák otáčí desku, ta se převrací, což způsobuje vypnutí transformátoru.
Relé se aktivuje, když je průtok oleje potrubím 50 cm/s. Citlivost relé na průtok oleje je nastavitelná, k tomu je nastavovací závaží na odměrné desce nastaveno na příslušnou hodnotu. Relé je nastavitelné tak, aby fungovalo při jakékoli rychlosti pohybu oleje od 50 do 150 cm/s.
Činnost relé lze monitorovat pomocí průhledového okna, na kterém je aplikována stupnice úrovně. V horním okénku vidíte, kolik oleje je vytlačeno v cm 3, spodní kontrolní okénko ukazuje hladinu oleje nad horní hranou výstupu ostřikovače škrticí klapky v centimetrech.
Na tělese relé, na jeho krytu a na dně jsou dva speciální kohouty, pomocí horního se odebírá a uvolňuje plyn, spodním se vytahuje olej a vyprázdní se nádoba relé.
Plynové relé typu pádla
Princip činnosti plynové ochrany, relé lopatkového typu je identické s činností plovákového relé, rozdíl je v tom, že jeho hlavní prvek se skládá z plováku a lopatky, jsou připojeny ke rtuťovému kontaktu, který spouští vypnutí.
Plynové relé typu pohár
Relé miskovitého typu jsou pokročilejší moderní modely používané v plynové ochraně transformátorů, místo plováku je v pouzdře miska, která se může otáčet kolem své osy. Při poklesu hladiny oleje v relé se kontakt sepne, při rychlém vytvoření plynu se lopatka otáčí a kontakty jsou vypnuty.
Hodnota
Plynová ochrana výkonových transformátorů má řadu výhod:
- Jednoduchost designu.
- Vysoká citlivost na poškození, zejména uvnitř vinutí nebo na vzájemné zkraty.
- Vysoký stupeň poškození je charakterizován krátkou dobou působení,
- Relé pracuje „zapnuto“ při slabém signálu nebo „zapnuto“ při intenzivní tvorbě plynu.
- Plynová ochrana je jedinou ochranou transformátoru, která jej chrání před „ocelovým požárem“ magnetického obvodu v důsledku poškození izolace mezi ocelovými plechy.
Nevýhody plynového relé
- Neschopnost zařízení pracovat při vnějších poruchách transformátoru na jeho svorkách a v oblasti mezi transformátorem a spínačem.
- Po doplnění oleje nebo opravě chladicího systému transformátoru se může do plynového relé dostat vzduch nebo může dojít k chybnému chodu, po kterém je nutné zkontrolovat transformátor, zda není vadný.
Vlastnosti provozu plynové ochrany transformátorů
Povinným požadavkem po každé ochranné operaci je kontrola transformátoru a kontrola stavu ochrany. Nejprve zkontrolujte hladinu oleje v konzervátoru, zda nedochází k únikům, zkontrolujte neporušenost skleněné membrány instalované na výfukovém potrubí, v některých případech je membrána vyrobena z pryže odolné proti oleji.
Přítomnost nebo nepřítomnost plynu se kontroluje pomocí průhledového okénka v reléové nádobě a určuje se barva a objem plynu. Odebere se vzorek plynu. Chemické složení plynu by mělo naznačovat povahu poškození uvnitř pouzdra, označuje místo poruchy, v oceli magnetického obvodu nebo v důsledku rozkladu oleje, množství plynu pomáhá určit stupeň a povahu poškození .
Například přítomnost oxidu vodíku a oxidu dusnatého ukazuje na závadu v izolaci. Barva plynu je šedobílá, což znamená, že je poškozena elektropapírová nebo olejová bariérová izolace z impregnovaného kartonu, žlutý plyn značí destrukci dřeva, tmavá barva značí poškození oleje.
Zkouška hořlavosti plynu se provádí po odebrání vzorku plynu pro chemickou analýzu. Pokud plyn hoří, znamená to, že uvedení transformátoru do provozu je přísně zakázáno.
Pokud je v nádrži relé vzduch (plyn nehoří), je vypuštěn ventilem v krytu relé, pak se provede kontrola; pokud nejsou žádné spadlé ochranné spouštěcí blikače, transformátor se nejprve zapne na volnoběh , poté se po příslušném příkazu zatíží.
Pro plynovou ochranu výkonových transformátorů od 330 kV, pokud je v relé vzduch, je nutné identifikovat příčinu vzduchu. V opačném případě existuje možnost, že při vložení transformátoru se izolační mezery mohou překrývat.
