Transformatoriaus slėgio mažinimo ir gedimų aptikimo sistemos

​​​​​​​

 

1. Įvadas

 

Alyvos -transformatoriuose vidinio slėgio pokyčiai yra įprasta darbo dalis. Kai pakrovimo ciklų metu transformatoriaus alyva įkaista ir vėsta, sandari dujų erdvė bako viduje plečiasi ir susitraukia, sukeldama laipsniškus slėgio svyravimus transformatoriaus korpuse. Įprastomis darbo sąlygomis šie slėgio pokyčiai vyksta lėtai ir daugiausia susiję su aplinkos temperatūros svyravimais ir transformatoriaus apkrova.

Tačiau vidiniai elektros gedimai sukuria visiškai kitokį slėgio elgesį. Tokie įvykiai kaip apvijų gedimai ar vidinis lankas gali greitai suskaidyti izoliacinę alyvą į dujas, o tai sukelia staigią slėgio bangą bako viduje. Kadangi dėl šių gedimų{2}}sukurtas slėgio padidėjimas įvyksta per milisekundes, transformatoriams reikalingi ne tik slėgio mažinimo įtaisai, bet ir specialios gedimų aptikimo sistemos, galinčios nustatyti neįprastą slėgio elgseną prieš katastrofišką bako gedimą.

Dėl šios priežasties šiuolaikinės transformatorių apsaugos sistemos paprastai skirstomos į dvi pagrindines kategorijas:

• Slėgio mažinimo sistemos
• Gedimų aptikimo sistemos

Ši daugiasluoksnės apsaugos filosofija plačiai atsispindi IEEE C57 standartuose ir IEC 60076 transformatorių projektavimo praktikoje.

 

2. Slėgio mažinimas ir gedimų aptikimas

 

Nors terminai „slėgio mažinimas“ ir „gedimų aptikimas“ kartais vartojami pakaitomis transformatorių pramonėje, jie atlieka iš esmės skirtingas funkcijas.

Transformatoriaus slėgio mažinimo įtaisas skirtas fiziškai išleisti per didelį rezervuaro slėgį, kad būtų išvengta transformatoriaus bako mechaninės deformacijos ar plyšimo. Šie įtaisai pirmiausia reaguoja į slėgio dydį ir sudaro transformatorių slėgio apsaugos sistemų pagrindą.

Kita vertus, gedimų aptikimo įrenginiai stebi slėgio kitimo greitį arba charakteristikas, susijusias su vidiniais elektros gedimais. Užuot išleidę slėgį, jie generuoja aliarmo arba suveikimo signalus, kad izoliuotų transformatorių nuo maitinimo sistemos.

Šis skirtumas tampa vis svarbesnis, nes didėja transformatoriaus dydis ir gedimo energijos lygis.

 

1 lentelė. Skirtumas tarp slėgio mažinimo ir gedimų aptikimo

3. Transformatoriaus slėgio mažinimo įtaisai

 

3.1 Slėgio mažinimo vožtuvas (PRV)​​​​​​​

Slėgio išleidimo vožtuvas skirtas apsaugoti transformatoriaus baką nuo per didelio slėgio viduje. Kai slėgis bake pasieks atleidimo slėgį, vožtuvas automatiškai atsidarys, kad išleistų dujas, kol slėgis nukris iki saugaus slėgio. Be to, kai reikia, naudotojams leidžiama rankiniu būdu valdyti slėgio mažinimo vožtuvą transformatoriuje, traukiant valdymo žiedą, kad sumažintų vidinį slėgį.

Pagal IEEE praktiką tipinis PRV transformatoriaus konstrukcijos įtrūkimo slėgis yra maždaug 10 PSIG ± 2 PSIG, o CSA programose dažnai naudojami mažesni slėgio nustatymai. Atleidus slėgį, transformatorių sistemų slėgio mažinimo vožtuvas automatiškai užsidaro, kad būtų išlaikytas transformatoriaus bako vientisumas.

 

Dėl paprastos konstrukcijos ir patikimo veikimo PRV plačiai naudojamas:

• Ant stulpo{0}}montuojami transformatoriai
• Pad{0}}montuojami transformatoriai
• Alyvos -skirstymo transformatoriai
• Mažų blokų pastotės

 

Palyginti su didesnėmis transformatorių PRD sistemomis, PRV paprastai yra teikiama pirmenybė žemesnės kVA transformatoriams, kur slėgio kilimas yra palyginti nedidelis ir nuspėjamas. Daugelyje paskirstymo transformatorių PRV vožtuvas transformatorių bakuose išlieka labiausiai paplitusi pagrindinės mechaninės apsaugos nuo slėgio forma.

3.2 Slėgio mažinimo įtaisas (PRD)

Slėgio mažinimo įtaisai (PRD) iš esmės atlieka tą patį tikslą kaip ir slėgio mažinimo vožtuvai (PRV): jie apsaugo transformatoriaus baką nuo per didelio vidinio slėgio. Tačiau praktikoje PRD dažniau siejami su didesniais galios rodikliais. Paprastai nematote PRD, įdiegto transformatoriuose, kurių galia mažesnė nei 1 500 kVA, nors nėra nieko techniškai blogo naudojant jį mažesniuose įrenginiuose, jei to reikalauja programa.

Dauguma PRD yra sumontuoti transformatoriaus bako viršuje, kur gedimo metu gali greitai išleisti vidines dujas arba slėgį.

Terminologija gali būti paini, nes „slėgio mažinimo įtaisas“ dažnai naudojamas kaip bendras pramonės terminas tiek PRV, tiek PRD. Daugeliu atvejų PRV naudojami mažesniuose paskirstymo transformatoriuose, o PRD dažniau naudojami didesniuose įrenginiuose arba programose, kurioms reikalingas greitesnis slėgio atsakas ir gedimų indikacija.

Transformatoriaus slėgio mažinimo įtaisas atlieka tą pačią pagrindinę funkciją, kaip ir PRV -, mažinantis per didelį vidinį slėgį -, bet paprastai yra sukurtas taip, kad būtų didesnis srautas, greitas atsako laikas, patikimas pakartotinis sandarinimas ir pasirenkamos aliarmo arba stebėjimo funkcijos. Pažangios PRD konstrukcijos užtikrina tikslų atidarymo slėgį, trumpą veikimo laiką, patikimą ilgalaikį veikimą lauke ir veiksmingą sandarumą nuo drėgmės, dulkių ir oro patekimo, padeda palaikyti teigiamą bako slėgį ir pagerinti transformatoriaus veikimo patikimumą.

 

Vienas iš pagrindinių dangtelyje{0}}montuojamų PRD pranašumų yra stebėjimo galimybė. Daugelis transformatorių slėgio mažinimo įtaisų komplektų apima:

• Vaizdiniai semaforai arba veikimo indikatoriai
• Nuotoliniai signalizacijos kontaktai
• SCADA{0}}suderinami stebėjimo išėjimai

 

Dėl to PRD ypač tinka komunalinėms pastotėms ir pramoninėms elektros energijos sistemoms, kur reikalingas nuotolinis stebėjimas.

PRD dažniausiai taikomos:

• Agregatų pastočių transformatoriai
• Vidutinės galios transformatoriai
• Dideli galios transformatoriai
• Komunalinių tinklų transformatoriai​​​​​​​

 

Didesnėms komunalinėms reikmėms inžinieriai dažnai pasirenka slėgio mažinimo įtaiso transformatorių, o ne mažesnį PRV dėl didesnės vidinės gedimo energijos ir alyvos kiekio.

3.3 Plyšęs diskas

Plyšimo diskai paprastai naudojami kaip galutiniai avarinio slėgio mažinimo įtaisai didelės{0}}energijos transformatoriuose.

Skirtingai nuo PRV ar standartinių PRD, plyšimo diskai yra neatstatomi-įrenginiai, sukurti taip, kad iškart sprogtų, kai vidinis slėgis pasiekia kritinę ribą. Pagrindinis jų tikslas – užtikrinti greitą viso{2}} ploto oro išleidimą katastrofiškų vidinių gedimų metu.

 

Kadangi plyšimo diskai turi būti pakeisti po operacijos, jie paprastai yra skirti:

• Dideli galios transformatoriai
• Krosnių transformatoriai
• Traukos transformatoriai
• Didelio gedimo{0}}lygio pramoninės sistemos

Inžinerinėje praktikoje plyšimo diskai yra aukščiausias mechaninio slėgio apsaugos lygis.

4. Transformatoriaus gedimų aptikimo įrenginiai

 

4.1 Vidinis gedimų detektorius (IFD)

Vidiniai gedimų detektoriai (IFD) plačiai naudojami ant stulpo{0}}įmontuojamų ir{1}}pakalinių transformatorių kaip paprastas, bet labai efektyvus lauko saugos įtaisas.

IFD aptinka staigų vidinio slėgio padidėjimą, kurį sukelia lanko gedimai transformatoriaus bako viduje. Įjungus, iššoka ryškios spalvos vaizdinis indikatorius, leidžiantis komunalinių paslaugų brigadoms iš karto nustatyti, kad transformatoriuje įvyko vidinis gedimas, todėl jo negalima{1}}įjungti iš naujo.

 

Vienas iš pagrindinių šiuolaikinių IFD sistemų pranašumų yra tas, kad daugelyje konstrukcijų į tą patį įrenginį integruotas standartinis IEEE arba CSA suderinamas PRV transformatorių komplektuose, derinant:

• Slėgio mažinimas
• Gedimo indikacija

į vieną kompaktišką struktūrą.

 

IFD dažniausiai naudojami:

• Vienfaziai{0}}poliai-montuojami transformatoriai
• Trijų{0}}fazių-polių transformatoriai
• Pad{0}}montuojami transformatoriai
• Mažos pastočių transformatoriai

Palyginti su SPR sistemomis, IFD yra paprastesni, ekonomiškesni ir ypač tinka platinimo{0}}lygio programoms.

4.2 Staigaus slėgio relė (SPR / RPR)

 

Šios sistemos dažniausiai naudojamos:

• Vidutinės galios transformatoriai
• Dideli galios transformatoriai
• Lygintuvų transformatoriai
• Krosnių transformatoriai
• Traukos transformatoriai

 

Palyginti su IFD, greito slėgio kilimo relės apsaugos sistemos užtikrina greitesnį elektros integravimą ir yra labiau tinkamos svarbioms komunalinėms ir pramoninėms reikmėms.

4.3 Buchholz relė

„Buchholz“ relė yra dujų{0}} ir alyvos{1}}srauto-valdomas gedimų aptikimo įtaisas, naudojamas konservatoriaus-tipo transformatoriuose.

Skirtingai nuo SPR ir IFD sistemų, kurios pirmiausia reaguoja į slėgio pokyčius, Buchholz relės vidinius gedimus nustato per:

• Dujų kaupimasis
• Alyvos bangos judėjimas

 

Relė paprastai veikia dviem etapais:

• Signalizacija dėl prasidedančių gedimų
• Kelionė dėl rimtų vidinių gedimų

 

Buchholz relės plačiai naudojamos:

• Konservatoriaus{0}}tipo blokinės pastotės
• Vidutinės galios transformatoriai
• Dideli galios transformatoriai

 

Dėl savo gebėjimo aptikti lėtai besivystančias izoliacijos klaidas, „Buchholz“ relės išlieka vienu iš svarbiausių gedimų aptikimo įtaisų dideliuose alyvos{0}}pildytuose transformatoriuose.

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. Apsaugos hierarchija inžinerinėje praktikoje

 

Realiuose transformatoriuose šie įrenginiai nėra vienodai naudojami visose transformatorių klasėse. Vietoj to, apsaugos sistemos tampa vis tobulesnės, nes didėja transformatoriaus dydis ir gedimų energija.

 

2 lentelė. Tipinis apsaugos įrenginio taikymas pagal transformatoriaus klasę

Ši daugiasluoksnė konfigūracija atspindi inžinerinį principą, kad transformatoriaus apsauga vystosi nuo pagrindinio mechaninio slėgio mažinimo iki integruotų mechaninių ir elektrinių gedimų apsaugos sistemų.

6. Išvada

 

Šiuolaikinė transformatorių saugos konstrukcija yra pagrįsta slėgio mažinimo ir gedimų aptikimo sistemų koordinavimu, o ne pasikliavimu vienu įrenginiu.

PRV ir PRD užtikrina kontroliuojamą mechaninį slėgio mažinimą įprastomis ir neįprastomis darbo sąlygomis. Plyšimo diskai suteikia maksimalią avarinę apsaugą katastrofiškų gedimų metu. IFD ir staigaus slėgio relių sistemos nustato staigų slėgio padidėjimą, kurį sukelia vidiniai elektros gedimai, o Buchholz relės stebi dujų susidarymą ir alyvos judėjimą, susijusį su izoliacijos gedimais.

Kartu šie įrenginiai sudaro kelių{0}}sluoksnių transformatorių apsaugos architektūrą, kuri pagerina veikimo patikimumą, darbuotojų saugą ir gedimų izoliavimo galimybes paskirstymo, pramoninėse ir komunalinėse elektros energijos sistemose.