Alyvoje panardintos transformatorių apsaugos įrenginių apsauga: Buchholzo relė, perdidelės srovės ir diferencialinės specifikacijos, kurias turėtų žinoti pirkėjai

Pirkimų vadovas iš čilietiškos kalnakasybos įmonės mums paskambino liepos mėnesį su klausimu, kurį girdime dažniau, nei tikėtųsi pirkėjai: jei jis užsakytų 15 MVA oležiuje esantis transformatorius iš mūsų gamyklos, ar apsauga būtų įtraukta į tiekimą, ar ją reikėtų įsigyti atskirai? Trumpas atsakymas – abi galimybės. Talpykloje montuojami įrenginiai pristatomos kartu su vienetu, tačiau relės nustatymai, srovės transformatorių santykiai ir išjungimo logika nusprendžiami kartu su pirkėjo apsaugos inžinieriumi – o dauguma lauko gedimų, dėl kurių mums skambinama, kyla būtent iš šio perduodamo darbo etapo, o ne iš paties transformatoriaus.

Apsauga egzistuoja vienintelės priežasties dėl: vidinė gedimo sąlyga sukuria energiją, kurią bakas nebuvo suprojektuotas laikyti amžinai. Su įprastine 7 % varža užrakintasis gedimas prie terminalų gali sukelti srovę, viršijančią vardinę reikšmę daugiau kaip keturiolika kartų. Apvijos trumpasis jungimas viduje baką per kelias milisekundes perduoda šią energiją alyvai. Apsaugos schemos užduotis – kuo anksčiau aptikti įvykį – elektriškai, hidrauliškai arba šiluminėmis priemonėmis – ir atjungti įrenginį prieš tai, kol bakas plyšta arba alyva užsidega.

 

Kokia apsauga iš tikrųjų pristatoma su aliuje panardintu transformatoriumi

Transformatorių apsaugą ant oležiuje esantis transformatorius skirstomas į dvi grupes. Pirma, įrenginiai, montuojami ant paties bako: Buchholzo dujų relė ant vamzdelio tarp pagrindinio bako ir išplėtimo bako, slėgio nuleidimo įrenginys ant bako dangčio, alyvos temperatūros ir apvijų temperatūros rodikliai su signaliniais kontaktais bei alyvos lygio matuoklis. Antra, išoriniai apsaugos relės kabinete arba transformatorinės elektrinės skydelyje: pernagrinėjimo, diferencinės ir žemės gedimo funkcijos, kurios išjungia pertraukiklį pirminėje pusėje.

Šis skirstymas svarbus pirkėjams. Ant bako montuojami įrenginiai priklauso transformatoriaus tiekimo apimčiai – juos gamykloje montuoja, prijungia laidais ir išbando. Išorinės relės schemą paprastai nustato projektinė apsaugos filosofija, o jos parametrus nustato energotiekos įmonės arba EPC apsaugos inžinierius. Dažniausiai aptinkama spraga: pirkėjas mano, kad gamyklinė tiekimo apimtis apima relės derinimą, o apsaugos inžinierius mano, kad transformatorius pristatomas su visiškai prijungtu apsaugos skydeliu. Abiejų supratimai yra neteisingi, todėl įdiegimo procesas užstrigsta.

 

Buchholzo relė: vienintelis įrenginys, kuris „žvelgia“ į transformatoriaus bako vidų

The Buchholzo relė įrengiama vamzdyje, jungiančiame pagrindinį baką su išplėtimo bakų, normaliai veikiant pilnu alyvos. Ji aptinka du skirtingus gedimų požymius. Švelnūs gedimai – izoliacijos senėjimas, pralaisvinęs jungiamasis elementas, nedideli daliniai išlydžiai – sukuria dujas, kurios kyla ir kaupiasi relės kameroje. Kai dujų tūris pasiekia pirmojo lygio slenkstį, plūduras nusileidžia ir uždaro signalinį kontaktą. Smūginiai gedimai, pvz., trumpasis jungimas tarp fazių apvijose, sukelia alyvos bangą, kuri praeina per vamzdį. Banga pasuka užtvarą ir beveik akimirksniu uždaro atjungimo kontaktą – žymiai greičiau nei bet kuris elektrinis matavimas žemiau esančiose grandinėse gali reaguoti.

Mūsų bandymų skyriuje kiekvienas Buchholzo relė išbandomas ant stendo prieš montuojant. Įpilame orą per alyvos įleidimo angą, kad patikrintume, ar signalinė plūduriuojančioji dalis veikia nurodytu dujų tūriu, tada atliekame smūgio bandymą, kad patvirtintume, ar įsijungimo kontaktas užsidaro ir ar laidai pasiekia surinkimo dėžutę. Kontaktų laidų nuotraukos įtraukiamos į FAT dokumentaciją, nes nutolusioje vietoje neteisingai prijungtas signalinis kontaktas gali kainuoti technikui visą dieną laiko, kurį reikia praleisti ieškant klaidos. Tai atrodo kaip nedidelis dalykas. Tai būtent toks nedidelis dalykas, kuris nulemia, ar pirmoji gedimo sąlyga sukels signalą ar neprivalomą išsijungimą.

Diegimo detalė yra vieta, kur dujų relės įgyja savo reputaciją. Relė turi būti montuojama lygiagrečiai su horizontu, o jos rodyklė turi būti nukreipta į išplėtimo baką – normalios eksploatacijos metu aliejus teka šiuo kryptimi, o dujos keliauja tuo pačiu maršrutu. Kartą aplankėme objektą, kuriame relė buvo sumontuota su flanšų sandarinimais, kurie sukūrė matomą oro kišenę; įspėjimo signalas aktyvavosi per savaitę dėl kaupiamojo dujų kiekio, kuris visiškai nebuvo susidaręs dėl gedimo. Aliejaus imties taškas ir relės bandymo vožtuvas yra du elementai, kuriuos verta rasti dar prieš uždarynant įrenginį į korpusą, nes abu naudojami pirmųjų eksploatacijos metų metu.

 

Perkrūtinė ir diferencinė apsauga: ką reiškia įrenginių numeriai

Išorinės relės apsaugos sistemos naudoja ANSI/IEEE įrenginių numerius, o trys dažniausiai pasitaikančios skirstomųjų klasės užsakymuose yra 50, 51 ir 87T. 50yra momentinė perkrūtinė apsauga: ji akimirksniu išjungia grandinę esant gedimo srovei, kurios reikšmė žymiai viršija apkrovos srovę. 51yra laiko vėlavimu veikianti pernagrinėjimo apsauga: ji derinama su žemiau esančiais įrenginiais, kad gedimas šakotinėje linijoje būtų pašalintas šakotinėje linijoje, o ne transformatoriuje. 87T yra transformatoriaus diferencinė apsauga: ji palygina srovę, įeinančią į pirminę apviją, su srove, išeinančia iš antrinės apvijos, kuri matuojama naudojant srovės transformatorius (CT) abiejose pusėse, ir aktyvuojama, kai šios dvi srovės nustoja atitikti viena kitos – tai greičiausias patikimas būdas aptikti apvijų gedimus viduje transformatoriaus bakelo.

The IEEE vadovas elektros transformatorių apsaugai (IEEE C37.91-2021) nurodo savo taikymo sritį kaip trijų fazių vienetų, kurių nominali galia viršija 5 MVA ir kurie veikia virš 10 kV įtampų, ir rekomenduoja visą apsaugos schemą – įskaitant diferencinę apsaugą – šiame lygyje. Žemiau šio lygio dažniausiai naudojamos saugos įtaisų grandinės arba suderintos pernagrinėjimo relės, todėl mažojo paskirstymo transformatoriaus diferencinė apsauga retai būna įdiegta, o 15 MVA galios transformatoriui ji turėtų būti privaloma. Jei jūsų apsaugos inžinierius nepaprašė diferencinės apsaugos vienetui, kurio galia viršija šį dydį, paklauskite, kodėl. Šis vadovas yra viešai prieinamas informacinis šaltinis ir verta perskaityti jį prieš pateikiant kitą RFQ užklausą.

Nustatymų filosofija yra atskira tema, tačiau vienas skaičius turi būti kiekvieno pirkėjo žodyne: transformatoriaus įjungimo srovė. Kai oležiuje esantis transformatorius transformatorius įjungiamas, magnetizuojančioji srovė gali pasiekti nuo aštuonių iki dvylikos kartų nominaliąją srovę pirmuosiuose keliose ciklų perioduose, kol ji mažėja. Jei akimirkinio pernagrinėjimo elementas nustatytas žemiau šio lygio, jis išjungs įrenginį kiekvieną kartą, kai įprastai įjungiamas transformatorius. Todėl 50 tipo elementai nustatomi aukščiau įjungimo srovės arba trumpam blokuojami įjungimo metu, 51 tipo elementai derinami su žemesnių lygių maitinimo linijų apsauga, o diferencialiniai relės naudoja harmonikų ribojimą – jos ignoruoja įjungimo srovę, bet vis tiek aptinka tikrą vidinę gedimo vietą. Šiuos nustatymus pasirenka ne transformatorių tiekėjas, o jūsų apsaugos inžinierius. Transformatorių gamykla privalo pateikti bandymų duomenis – impedansą, sūrimo kreivę, tuščiosios eigos nuostolius – kurie leidžia atlikti koordinavimo tyrimą.

 

Slėgio nuleidimas, temperatūra ir alyvos lygis: likusioji schemos dalis

Trys papildomi įrenginiai, montuojami ant baklo, taip pat verti paminėti jūsų techninėje specifikacijoje. Slėgio nuleidimo įrenginys išleidžia dujas iš baklo, jei vidinis slėgis kyla greičiau, nei dujų relė gali reaguoti – galima sakyti, kad tai mechaninis saugos vožtuvas šioje schemoje. Alyvo temperatūros indikatorius ir apvijų temperatūros indikatorius turi signalizavimo ir išjungimo kontaktus, kurie paprastai nustatyti remiantis viršutinės alyvos temperatūra, atitinkančia 65 K vidutinį apvijų temperatūros pakilimą projektuojant. Be to, alyvos lygio matuoklis su žemo lygio signalizuojančiu įrenginiu aptinka lėtus nutekėjimus, kurių dujų relė neaptinka, nes tuščios išplėtimo baklo būklė dažniausiai yra techninės priežiūros problema dar prieš tai tampa apsaugos įvykiu.

Vienas RFQ taškas čia: paprašykite kontaktų sąrašo. Nurodykite, kiek atsarginių signalizacijos ir trikdžių kontaktų turi turėti kiekvienas įrenginys, ar kontaktai yra pritaikyti jūsų valdymo pulto nuolatinės srovės įtampai (dažniausiai naudojamos 24, 48, 110 arba 220 V DC), bei ar jungiamoji dėžutė įtraukia terminalų blokus, šildytuvą ir įeinamųjų laidų uždangčius. Kontaktų montavimas po pristatymo yra neproporcingai brangus. Jų nurodymas kainuoja vieną eilutę RFQ.

 

Gamykliniai bandymai, patvirtinantys apsaugos veikimą

Apsauga yra tokia pat geria, kokia yra už jos esanti laidynė, todėl mes atliekame du bandymus. Pirmiausia – įprasti elektriniai bandymai pagal IEEE C57.12.00 : santykis, poliškumas, apvijų varža, tuščiosios eigos ir apkrovos nuostoliai, impedansas ir dielektriniai bandymai. Tada – apsaugos tikrinimai, kurie niekada neįtraukiami į standartinį įprastų bandymų sąrašą: CT poliškumo ir santykio patikrinimas, nuoseklios grandinės nuo kiekvieno signalizacijos kontakto iki jungiamosios dėžutės terminalų patikrinimas ir pirminis injekcijos bandymas, kuriuo per CT paleidžiama srovė, kad būtų įrodyta, jog relė registruoja teisingą dydį ir kryptį.

 

 

Praeitynėmis metais vieno kliento trečiosios šalies inspektoriaus buvo paprašyta stebėti pirminę injekciją 20 MVA vienete, kuris buvo siunčiamas į Pietryčių Aziją. Bandydami aptikome vieną CT antrinę grandinę, kurios poliarumas buvo apverstas jungiamajame skyde. Kadangi tai buvo aptikta gamykloje, pataisyti prireikė tik dviejų valandų. Jei būtų aptikta objekte, pirmą kartą įjungus įtampą būtų įvykęs diferencialinis netinkamas veikimas – ir pradėtume diskusiją dėl pretenzijos, kurios niekas nenorėtų vesti. Todėl FAT apsaugos skyriui reikia skirti tiek pat dėmesio, kiek nuostolių skaičiams bandymų ataskaitoje.

Skaitmeniniai relės dabar atlieka darbą, kuriam anksčiau reikėdavo sienos pilnos elektromechaninių vienetų, o daugelyje projektų relės duomenys gaunami per Modbus arba IEC 61850 protokolus, o ne tik per sausąjį kontaktą. Nepriklausomai nuo pasirinkto protokolo, gamykloje visada kyla tas pats klausimas: ar apsaugos grandinė išbandyta nuo pradžios iki galo – nuo srovės transformatorių (CT) terminalų iki pertraukiklio išmetimo ritės? Relė gali būti idealiai sukonfigūruota, tačiau vis tiek nesuveikti, jei CT antrinė grandinė atvira arba išmetimo laidai prijungti prie neteisingo terminalo – todėl FAT etape atliekamas nuo pradžios iki galo bandymas yra maždaug dešimt kartų pigesnis nei toks pat bandymas objekte.

 

Šeši klausimai, kuriuos įtraukti į savo RFQ

1. Kurie apsaugos įrenginiai sumontuoti ir prijungti gamykloje, o kurie siunčiami atskirai?
2. Buchholz relė: prekės ženklas ir modelis; ar signalizavimo ir išmetimo etapai išbandyti stende, o FAT faile pateikti nuotraukos?
3. CT: perdavimo santykis, tikslumo klasė (pvz., apsaugos klasė 5P20) ir poliarumo schema įtraukta į brėžinius?
4. Ar temperatūros, alyvos lygio ir slėgio įrenginiai turi papildomų kontaktų būsimai SCADA sistemai prijungti?
5. Arba gamyklos bandymų ataskaita apima CT pirminės injekcijos ir kontaktų nuolatinumo bandymus, ar tik įprastuosius elektrinius bandymus?
6. Kokia apsaugos dokumentacija pridedama prie vieneto – laidyno schemos, relės naudojimo instrukcijos, bandymų sertifikatai?

Štai kodėl tai praktikoje yra svarbu. Vidurio Rytuose veikiantis mūsų partneris – energetikos įmonės pirkėjas – kiekvieną transformatorinės pastotės užsakymą standartizuoja vienos relės platformos ir vieno kontaktų specifikacijų rinkinio pagrindu. Mūsų pusėje ši standartizacija reiškia vienodą laidyno tvarkaraštį, vienodą bandymų procedūrą ir vienodą rezervinių dalių sąrašą kiekvienam vienetui, todėl sumažėja gamykliniai priėmimo bandymai (FAT) ir perdavimas jo paleidimo komandai tampa numatomas.

Ryan Electric nuo 2007 m. gamina skirstomuosius ir galios transformatorius 120 000 m² pastate, o nuo 2023 m. pradėta bendradarbiavimo su Eaton partnerystė, kuri užtikrina, kad mūsų komponentų tiekimas ir FAT („factory acceptance test“) disciplina atitiktų pasaulinių energijos tiekėjų lūkesčius. Aukščiau paminėti procesai patvirtinti 37 patentais bei UL, CSA, IEEE, DEKRA ir CNAS sertifikatais – jokie iš šių dokumentų nekeičia jūsų apsaugos inžinieriaus nustatymų, tačiau visi jie palengvina jo darbą.

Jei nurodote oležiuje esantis transformatorius energijos tiekėjui, kalnakasiui ar pramoniniam projektui, siųskite mums savo apkrovos duomenis, sistemos įtampą ir apsaugos filosofiją kartu su užklausa. Mūsų inžinieriai patvirtins apsaugos apimtį, bandymų programą ir dokumentų rinkinį dar prieš sudarydami pirkimo užsakymą. Naudokite mūsų kontaktų puslapį arba tiesiogiai pareikškite pasiūlymo prašymą – mes atsakysime konkrečiais atsakymais, o ne brošiūra.

Apie autorių šis vadovas parašytas Ryan Electric inžinerijos ir eksporto komandos. Ryan Electric – transformatorių gamintojas, įkurtas Kinijoje 2007 metais. Komanda palaiko naudotojus, EPC ir pramonės pirkėjus Šiaurės Amerikoje, Pietryčių Azijoje, Artimuosiuose Rytuose ir Afrikoje taikomosios inžinerijos, sertifikavimo palaikymo bei gamyklinių bandymų dokumentais.