Transformatoru spiediena samazināšanas un kļūdu noteikšanas sistēmas

​​​​​​​

 

1. Ievads

 

Eļļas -iegremdētajos transformatoros iekšējā spiediena izmaiņas ir normāla darbības sastāvdaļa. Kad transformatora eļļa uzkarst un atdziest iekraušanas ciklu laikā, noslēgtā gāzes telpa tvertnes iekšpusē paplašinās un saraujas, izraisot pakāpeniskas spiediena svārstības transformatora korpusā. Normālos darbības apstākļos šīs spiediena izmaiņas notiek lēni, un tās galvenokārt ir saistītas ar apkārtējās vides temperatūras izmaiņām un transformatora slodzi.

Tomēr iekšējie elektriskie defekti rada pilnīgi atšķirīgu spiediena uzvedību. Tādi notikumi kā tinumu kļūmes vai iekšējais loks var ātri sadalīt izolācijas eļļu gāzē, radot pēkšņu spiediena vilni tvertnes iekšpusē. Tā kā šie kļūdu radītie spiediena pieaugumi notiek milisekundēs, transformatoriem ir nepieciešamas ne tikai spiediena samazināšanas ierīces, bet arī īpašas kļūdu noteikšanas sistēmas, kas spēj noteikt neparastu spiediena darbību pirms katastrofālas tvertnes atteices.

Šī iemesla dēļ mūsdienu transformatoru aizsardzības sistēmas parasti iedala divās galvenajās kategorijās:

• Spiediena samazināšanas sistēmas
• Bojājumu noteikšanas sistēmas

Šī daudzslāņu aizsardzības filozofija ir plaši atspoguļota IEEE C57 standartos un IEC 60076 transformatoru projektēšanas praksē.

 

2. Spiediena samazināšana pret defektu noteikšanu

 

Lai gan termini "spiediena samazināšana" un "kļūdu noteikšana" dažkārt tiek lietoti kā sinonīmi transformatoru nozarē, tie pilda principiāli atšķirīgas funkcijas.

Transformatora spiediena samazināšanas ierīce ir paredzēta, lai fiziski atbrīvotu pārmērīgu tvertnes spiedienu, lai novērstu transformatora tvertnes mehānisku deformāciju vai plīsumu. Šīs ierīces galvenokārt reaģē uz spiediena lielumu un veido transformatoru spiediena aizsardzības sistēmu pamatu.

No otras puses, kļūdu noteikšanas ierīces uzrauga spiediena maiņas ātrumu vai raksturlielumus, kas saistīti ar iekšējiem elektriskiem bojājumiem. Tā vietā, lai atbrīvotu spiedienu, tie rada trauksmes vai atvienošanas signālus, lai izolētu transformatoru no energosistēmas.

Šī atšķirība kļūst arvien svarīgāka, palielinoties transformatora izmēram un bojājuma enerģijas līmenim.

 

1. tabula. Atšķirība starp spiediena samazināšanu un kļūdu noteikšanu

3. Transformatoru spiediena samazināšanas ierīces

 

3.1. Spiediena samazināšanas vārsts (PRV)​​​​​​​

Spiediena atbrīvošanas vārsts ir paredzēts, lai aizsargātu transformatora tvertni pret pārmērīgu spiedienu iekšpusē. Kad spiediens tvertnē sasniedz atlaišanas spiedienu, vārsts automātiski atvērsies, lai atbrīvotu gāzi, līdz spiediens nokrītas līdz drošajam spiedienam. Turklāt, ja nepieciešams, lietotājiem ir atļauts manuāli darbināt spiediena samazināšanas vārstu transformatora lietojumos, velkot darbības gredzenu, lai samazinātu iekšējo spiedienu.

Saskaņā ar IEEE praksi PRV transformatora konstrukcijas tipiskais krekinga spiediens ir aptuveni 10 PSIG ±2 PSIG, savukārt CSA lietojumprogrammās bieži tiek izmantoti zemāki spiediena iestatījumi. Pēc spiediena samazināšanas spiediena samazināšanas vārsts transformatoru sistēmās automātiski noslēdzas, lai saglabātu transformatora tvertnes integritāti.

 

Pateicoties vienkāršai konstrukcijai un uzticamai darbībai, PRV tiek plaši izmantots:

• Status{0}}montēti transformatori
• Pad{0}}montēti transformatori
• Eļļas -iegremdēti sadales transformatori
• Mazo vienību apakšstacijas

 

Salīdzinot ar lielākām transformatoru PRD sistēmām, PRV parasti dod priekšroku zemākiem kVA transformatoriem, kur spiediena pieaugums ir salīdzinoši mērens un paredzams. Daudzos sadales transformatoru lietojumos PRV vārsts transformatora tvertnēs joprojām ir visizplatītākais pamata mehāniskā spiediena aizsardzības veids.

3.2. Spiediena samazināšanas ierīce (PRD)

Spiediena samazināšanas ierīces (PRD) būtībā kalpo tam pašam mērķim kā spiediena samazināšanas vārsti (PRV): tie aizsargā transformatora tvertni no pārmērīga iekšējā spiediena. Tomēr praksē PRD biežāk tiek saistīti ar lielākiem jaudas rādītājiem. Parasti PRD netiek uzstādīts uz transformatoriem, kuru jauda ir mazāka par aptuveni 1500 kVA, lai gan nav nekas tehniski nepareizs, ja to izmanto mazākās ierīcēs, ja lietojumprogramma to pieprasa.

Lielākā daļa PRD ir uzstādīti transformatora tvertnes augšpusē, kur bojājuma gadījumā var ātri atbrīvot iekšējo gāzi vai spiedienu.

Terminoloģija var būt mulsinoša, jo "spiediena samazināšanas ierīce" bieži tiek izmantota kā vispārējs nozares termins gan PRV, gan PRD. Vairumā gadījumu PRV izmanto mazākos sadales transformatoros, savukārt PRD ir biežāk sastopami lielākās iekārtās vai lietojumos, kuriem nepieciešama ātrāka spiediena reakcija un kļūdu indikācija.

Transformatora spiediena samazināšanas ierīce pilda to pašu pamatfunkciju kā PRV -, mazinot pārmērīgu iekšējo spiedienu -, taču parasti tā ir konstruēta ar lielāku plūsmas spēju, ātru reakcijas laiku, uzticamu atkārtotas noslēgšanas veiktspēju un papildu trauksmes vai uzraudzības funkcijām. Uzlabotās PRD konstrukcijas nodrošina precīzu atvēršanas spiedienu, īsu darbības laiku, uzticamu ilgtermiņa darbību ārpus telpām un efektīvu hermetizāciju pret mitruma, putekļu un gaisa iekļūšanu, palīdzot uzturēt pozitīvu spiedienu tvertnē un uzlabot transformatora darbības uzticamību.

 

Viena no galvenajām priekšrocībām uz vāka{0}}montētajiem PRD ir pārraudzības iespēja. Daudzos transformatora spiediena samazināšanas ierīču komplektos ietilpst:

• Vizuālie semafori vai darbības indikatori
• Tālvadības trauksmes kontakti
• SCADA{0}}saderīgas uzraudzības izejas

 

Tas padara PRD īpaši piemērotus komunālo pakalpojumu apakšstacijām un rūpnieciskajām energosistēmām, kur nepieciešama attālināta uzraudzība.

PRD parasti izmanto:

• Vienību apakšstaciju transformatori
• Vidējas jaudas transformatori
• Lielie jaudas transformatori
• Komunālo apakšstaciju transformatori​​​​​​​

 

Lielākiem komunālajiem lietojumiem inženieri bieži izvēlas spiediena samazināšanas ierīces transformatoru, nevis mazāku PRV, jo ir lielāka iekšējā bojājuma enerģija un eļļas daudzums.

3.3. Diska plīsums

Pārrāvuma diski parasti tiek izmantoti kā augstākās avārijas spiediena samazināšanas ierīces lielas-enerģijas transformatoru lietojumos.

Atšķirībā no PRV vai standarta PRD, plīsuma diski ir neatiestatāmas{0}}ierīces, kas paredzētas tūlītējai pārsprāgšanai, kad iekšējais spiediens sasniedz kritisko robežu. To galvenais mērķis ir nodrošināt ātru pilnīgu -zonas ventilāciju katastrofālu iekšēju bojājumu gadījumā.

 

Tā kā plīsuma diski pēc darbības ir jānomaina, tie parasti ir paredzēti:

• Lielie jaudas transformatori
• Krāšņu transformatori
• Vilces transformatori
• Augsta kļūmju{0}}līmeņa rūpnieciskās sistēmas

Inženierpraksē plīsuma diski pārstāv visaugstāko mehāniskā spiediena aizsardzības līmeni.

4. Transformatora defektu noteikšanas ierīces

 

4.1. Iekšējais kļūdu detektors (IFD)

Iekšējos kļūdu detektorus (IFD) plaši izmanto uz staba{0}}uzstādīšanas un{1}}uzstādīšanas transformatoriem kā vienkāršu, bet ļoti efektīvu lauka drošības ierīci.

IFD nosaka pēkšņu iekšējā spiediena pieaugumu, ko izraisa loka defekti transformatora tvertnē. Kad tas ir aktivizēts, tiek parādīts spilgtas krāsas vizuālais indikators, kas ļauj komunālajiem dienestiem nekavējoties noteikt, ka transformatoram ir radusies iekšēja kļūme un to nevajadzētu{1}}pieslēgt no jauna.

 

Viena no galvenajām mūsdienu IFD sistēmu priekšrocībām ir tā, ka daudzos dizainparaugos ir integrēts standarta IEEE vai CSA saderīgs PRV transformatoru komplektos vienā ierīcē, apvienojot:

• Spiediena samazināšana
• Bojājuma indikācija

vienā kompaktā struktūrā.

 

IFD parasti izmanto:

• Vienfāzes -pola-uzmontēti transformatori
• Trīs{0}}fāzu polu-uzmontēti transformatori
• Pad{0}}montēti transformatori
• Mazo apakšstaciju transformatori

Salīdzinot ar SPR sistēmām, IFD ir vienkāršāki, ekonomiskāki un īpaši piemēroti izplatīšanas{0}}līmeņa lietojumprogrammām.

4.2. Pēkšņa spiediena relejs (SPR/RPR)

 

Šīs sistēmas parasti izmanto:

• Vidējas jaudas transformatori
• Lielie jaudas transformatori
• Taisngriežu transformatori
• Krāšņu transformatori
• Vilces transformatori

 

Salīdzinot ar IFD, ātrā spiediena paaugstināšanās releja aizsardzības sistēmas nodrošina ātrāku elektrisko integrāciju un ir vairāk piemērotas kritiskiem komunālajiem un rūpnieciskajiem lietojumiem.

4.3 Buchholz relejs

Buchholz relejs ir ar gāzi- un naftas-plūsmu- darbināma kļūdu noteikšanas ierīce, ko izmanto konservatora-tipa transformatoros.

Atšķirībā no SPR un IFD sistēmām, kas galvenokārt reaģē uz spiediena izmaiņām, Buchholz releji atklāj iekšējās kļūdas, izmantojot:

• Gāzes uzkrāšanās
• Eļļas pārsprieguma kustība

 

Relejs parasti darbojas divos posmos:

• Signalizācija par iespējamiem bojājumiem
• Brauciens nopietnu iekšējo bojājumu gadījumā

 

Buchholz releji tiek plaši izmantoti:

• Konservator{0}}tipa vienību apakšstacijas
• Vidējas jaudas transformatori
• Lielie jaudas transformatori

 

Tā kā Buchholz releji spēj noteikt lēni attīstošus izolācijas defektus, tie joprojām ir viena no svarīgākajām kļūdu noteikšanas ierīcēm lielos ar eļļu{0}}pildītajos transformatoros.

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. Aizsardzības hierarhija inženiertehniskajā praksē

 

Reālos transformatoru lietojumos šīs ierīces neizmanto vienādi visās transformatoru klasēs. Tā vietā aizsardzības sistēmas kļūst arvien progresīvākas, palielinoties transformatora izmēram un bojājuma enerģijai.

 

2. tabula. Tipisks aizsardzības ierīču lietojums pēc transformatora klases

Šī slāņu konfigurācija atspoguļo inženierijas principu, ka transformatora aizsardzība attīstās no pamata mehāniskā spiediena samazināšanas uz integrētām mehānisko un elektrisko bojājumu aizsardzības sistēmām.

6. Secinājums

 

Mūsdienu transformatoru drošības dizains ir balstīts uz spiediena samazināšanas un kļūdu noteikšanas sistēmu koordināciju, nevis paļaušanos uz vienu ierīci.

PRV un PRD nodrošina kontrolētu mehāniskā spiediena samazināšanu normālos un neparastos darbības apstākļos. Pārrāvuma diski nodrošina maksimālu avārijas aizsardzību katastrofālu bojājumu gadījumā. IFD un pēkšņa spiediena releju sistēmas nosaka pēkšņu spiediena pieaugumu, ko izraisa iekšējie elektriskie defekti, savukārt Buchholz releji uzrauga gāzes veidošanos un eļļas kustību, kas saistīta ar izolācijas kļūmēm.

Šīs ierīces kopā veido daudzslāņu transformatoru aizsardzības arhitektūru, kas uzlabo darbības uzticamību, personāla drošību un bojājumu izolācijas iespējas sadales, rūpniecības un komunālo pakalpojumu elektroenerģijas sistēmās.