Eļļas iegremdētu transformatoru aizsardzība: Buholca releja, pārslodzes un diferenciālo specifikāciju pircējiem jāzina

Iepirkumu menedžeris no Čīles kalnrūpniecības uzņēmuma mums jūlijā zvanīja ar jautājumu, ko dzirdam biežāk, nekā iegādātāji varētu gaidīt: ja viņš pasūtītu 15 MVA eļļas pildīts transformators no mūsu rūpnīcas, vai aizsardzība tiek piegādāta kopā ar to vai to ir jāiegādājas atsevišķi? Īsā atbilde ir – abos gadījumos. Iekšēji montētie ierīču tvertnēs tiek piegādāti kopā ar vienību, bet releju iestatījumi, strāvas transformatoru attiecības un izslēgšanas loģika tiek noteikti kopā ar iegādātāja aizsardzības inženieri — un lielākā daļa laukā notiekošo avāriju, par kurām mums zvana, saistītas ar šo pāreju, nevis ar transformatoru pašu.

Aizsardzība pastāv vienīgi tāpēc, ka iekšēja avārija rada enerģiju, kuru tvertne nav konstruēta, lai ilgstoši noturētu. Ar tipisku 7 % impedanci pieslēguma terminālos notiekoša pilnīga īssavienojuma avārija var izraisīt strāvu, kas pārsniedz vairāk nekā četrpadsmit reizes nominālo vērtību. Iekšējs tinuma īssavienojums tvertnei šo enerģiju pārnes uz eļļu milisekundēs. Aizsardzības sistēmas uzdevums ir agrīni noteikt šo notikumu — elektriski, hidrauliski vai termiski — un atvienot ierīci pirms tvertne plīst vai eļļa uzliesmo.

 

Kāda aizsardzība faktiski tiek piegādāta līdz ar eļļā iegremdētu transformatoru

Transformatora aizsardzība līdz ar eļļas pildīts transformators dalās divās grupās. Pirmkārt, ierīces, kas piestiprinātas uz paša transformatora tvertnes: Buhholca gāzu relejs caurulē starp galveno tvertni un izplešanās tvertni, spiediena izlaižu ierīce uz tvertnes vāka, eļļas temperatūras un tinumu temperatūras indikatori ar brīdinājuma kontaktiem, kā arī eļļas līmeņa mērītājs. Otrkārt, ārējās aizsardzības releju shēmas kastē vai apakšstacijas panelī: pārstrāvas, diferenciālās un zemējuma avārijas funkcijas, kas izslēdz slēdzi primārajā pusē.

Šis sadalījums ir svarīgs pircējiem. Uz tvertnes montētās ierīces ietilpst transformatora piegādes apjomā — tos uzstāda, pieslēdz un testē rūpnīcā. Ārējās releju shēmas parasti definē projekta aizsardzības filozofijā, un to iestatījumi pieder elektroenerģijas uzņēmumam vai EPC aizsardzības inženierim. Visbiežāk redzamais sprauds: pircējs pieņem, ka rūpnīcas piegādes apjoms ietver releju koordināciju, bet aizsardzības inženieris pieņem, ka transformators tiek piegādāts ar pilnībā pieslēgtu aizsardzības paneli. Abi kļūdās, un nodošana ekspluatācijā paliek nepabeigta.

 

Buhholca relejs: vienīgais ierīce, kas «skatās» transformatora tvertnē

The Buhholca relejs atrodas caurulē, kas savieno galveno tvertni ar izplešanās tvertni, un parastā ekspluatācijas režīmā ir pilna ar eļļu. Tā reaģē uz divu veidu traucējumiem. Lēni traucējumi — piemēram, izolācijas vecošanās, vaļīga savienojuma vieta vai nelieli daļēji izlādes procesi — rada gāzi, kas uzpeld un uzkrājas releja kamerā. Kad gāzes tilpums sasniedz pirmās pakāpes slieksni, peldkulis nolaižas un aizver brīdinājuma kontaktpunktu. Smagi traucējumi, piemēram, fāžu starpības īssavienojums spoles iekšienē, izraisa eļļas strauju plūsmu caur cauruli. Šī plūsma pagriež aizbīdni un gandrīz nekavējoties aizver avārijas izslēgšanas kontaktpunktu — daudz ātrāk, nekā jebkura elektriskā mērīšana tālāk pa ķēdi spētu reaģēt.

Mūsu testu telpā katrs Buhholca relejs tiek pārbaudīts uz testu galda pirms uzstādīšanas. Mēs ievadām gaisu caur eļļas ieeju, lai pārbaudītu, vai brīdinājuma peldēklis darbojas pie norādītā gāzes tilpuma, pēc tam veicam straujuma pārbaudi, lai apstiprinātu, ka izslēgšanas kontakts aizveras un vadīšana sasniedz sakārtošanas kastīti. Kontaktu vadīšanas attēls tiek uzņemts un iekļauts FAT dokumentācijā, jo tālā vietā nepareizi pieslēgts brīdinājuma kontakts tehniķim var prasīt veselu dienu, lai to izsekotu. Tas šķiet kā neliels jautājums. Tas ir tieši tas nelielais jautājums, kas izlemj, vai pirmā kļūda izraisīs brīdinājumu vai nevajadzīgu izslēgšanos.

Uzstādīšanas detaļa ir tā vieta, kur gāzes releji iegūst savu reputāciju. Relejam jābūt uzstādītam līmenī, ar bultiņu, kas norāda uz konservatoru — eļļa parastajā ekspluatācijā plūst šajā virzienā, un gāze ceļo pa to pašu maršrutu. Reiz mēs apmeklējām vietu, kur relejs bija uzstādīts ar flanču blīvēm, kas noturēja redzamu gaisa kabatu; brīdinājuma signāls aktivizējās vienā nedēļā uzkrātās gāzes dēļ, kas nekad nebija radusies no kļūmes. Eļļas paraugu ņemšanas punkts un releja testa vārsts ir divi pieslēgumi, kuru atrašana ir vēlama pirms ierīces iepakošanas, jo abi tiek izmantoti pirmajā ekspluatācijas gadā.

 

Pārslodzes un diferenciālā aizsardzība: ko nozīmē ierīču numuri

Ārējā releju aizsardzība izmanto ANSI/IEEE ierīču numurus, un trīs numuri, ar kuriem jūs sastapsieties gandrīz katrā sadalīšanas klases pasūtījumā, ir 50, 51 un 87T. 50ir momentāna pārslodzes aizsardzība: tā izslēdzas ātri pie avārijas strāvas, kas daudzkārt pārsniedz slodzes strāvu. 51ir laika novēlotā pārstrāva aizsardzība: tā koordinējas ar lejupvirziena ierīcēm, lai barošanas līnijas avārija tiktu novērsta barošanas līnijā, nevis transformatorā. 87T ir transformatora diferenciālā aizsardzība: tā salīdzina strāvu, kas ienāk primārajā tinumā, ar strāvu, kas iziet no sekundārā tinuma, mērot abās pusēs ar strāvas transformatoriem (CT), un izsauc izslēgšanos, kad abas strāvas vairs nesakrīt — tas ir ātrākais uzticamais veids, kā noteikt tinumu avārijas iekšpusē transformatora tvertnē.

The IEEE vadlīnijas par elektroenerģijas transformatoru aizsardzību (IEEE C37.91-2021) norāda, ka tās darbības joma attiecas uz trīsfāžu vienībām ar nominālo jaudu virs 5 MVA, kas darbojas pie sprieguma virs 10 kV, un ieteic pilnu aizsardzības shēmu — tostarp diferenciālo aizsardzību — šajā līmenī. Zem šī līmeņa bieži izmanto drošinātājus vai koordinētus pārstrāvas relejus, tāpēc maza izplatības transformatora vienība parasti neatbalsta diferenciālo aizsardzību, bet 15 MVA lielam elektroenerģijas transformatoram tā ir nepieciešama. Ja jūsu aizsardzības inženieris nav prasījis diferenciālo aizsardzību vienībai, kas pārsniedz šo jaudas līmeni, pajautājiet, kāpēc. Šīs vadlīnijas ir publiski pieejams atsauces materiāls, un to vērts izlasīt pirms nākamā RFQ.

Iestatīšanas filozofija ir pati par sevi atsevišķa tēma, taču katram pircējam jāzina viens skaitlis: transformatora ieslēgšanas strāva. Kad eļļas pildīts transformators transformators tiek ieslēgts, magnetizējošā strāva var sasniegt astoņas līdz divpadsmit reizes nominālo strāvu pirmajos ciklos, pirms tā samazinās. Momentānā pārstrāva elements, kas iestatīts zem šī līmeņa, izslēgs ierīci katru reizi, kad notiek normāla ieslēgšana. Tāpēc 50. elementi tiek iestatīti augstāk par ieslēgšanas strāvu vai īslaicīgi bloķēti pie ieslēgšanas, 51. elementi koordinējas ar zemākās pakāpes barošanas līniju aizsardzību, un diferenciālie releji izmanto harmonisko bloķēšanu — tie ignorē ieslēgšanas strāvu, bet tomēr reaģē uz patiesu iekšēju avāriju. Šos iestatījumus neizvēlas jūsu piegādātājs, bet gan jūsu aizsardzības inženieris. Tas, ko transformatora ražotājam jānodrošina, ir testu dati — pretestība, piesātināšanas līkne, tukšgaitas zudumi — kas ļauj veikt koordinācijas pētījumu.

 

Spiediena izlaišana, temperatūra un eļļas līmenis: pārējā shēma

Vēl trīs uz tvertnes uzstādīti ierīces ir vērtas minēšanas jūsu specifikācijā. Spiediena izlaižamā ierīce izlaiž gāzi no tvertnes, ja iekšējais spiediens paaugstinās ātrāk, nekā gāzes relejs var reaģēt — to var uzskatīt par šīs shēmas mehānisko drošības vārstu. Eļļas temperatūras indikators un tinumu temperatūras indikators ir aprīkoti ar brīdinājuma un izslēgšanas kontaktiem, kuri parasti ir iestatīti pret augšējās eļļas temperatūru, kas atbilst vidējam tinumu temperatūras pieaugumam 65 K projektējumā. Eļļas līmeņa mērītājs ar zema līmeņa brīdinājumu noteic lēnus noplūdes, kurus gāzes relejs nevar noteikt, jo tvertne, kas pilnībā iztukšojas, parasti ir tehniskās apkopes problēma, pirms tā kļūst par aizsardzības notikumu.

Viens RFQ punkts šeit: lūgt kontaktu sarakstu. Norādiet, cik rezerves trauksmes un izslēgšanas kontaktu katram ierīcei jābūt, vai kontakti ir paredzēti jūsu paneļa līdzstrāvas vadības spriegumam (24, 48, 110 vai 220 V DC ir visizplatītākie), un vai kabeļu savienojuma kastē ietilpst termināļu bloki, sildītājs un kabeļu pievienošanas plāksnes. Kontaktu pēc piegādes uzstādīšana ir neproporcionāli dārga. To norādīšana RFQ prasa vienu rindu.

 

Rūpnīcas testi, kas pierāda aizsardzības darbību

Aizsardzība ir tik laba, cik labi izveidots tās aizmugurējais vadiņš, tāpēc mēs veicam divus testus. Pirmkārt, tiek veikti ikdienas elektriskie testi saskaņā ar IEEE C57.12.00 : attiecība, polaritāte, tinumu pretestība, tukšgaitas un slodzes zudumi, impedance un dielektriskie testi. Tad seko aizsardzības pārbaudes, kas nekad netiek minētas standarta ikdienas testu sarakstā: CT polaritātes un attiecības verifikācija, nepārtrauktības pārbaude no katra trauksmes kontakta līdz kabeļu savienojuma kastes termināļiem un primārā ievadīšanas tests, kurā mēs caur CT padodam strāvu, lai pierādītu, ka relejs reģistrē pareizo lielumu un virzienu.

 

 

Pagājušajā gadā klienta trešās puses inspektors lūdza novērot primāro iekšināšanu 20 MVA vienībā, kas paredzēta Dienvidaustrumāzijai. Tests atklāja vienu CT sekundāro savienojumu, kas maršalēšanas kastītē bija pievienots ar pretēju polaritāti. Ja problēma tiktu atklāta rūpnīcā, to varētu novērst divu stundu laikā. Ja to atklātu uzstādīšanas vietā, pirmā ieslēgšanas brīdī radītos diferenciālā aizsardzības nepareiza darbība — un prasības saruna, kuru neviens negribētu vadīt. Tāpēc FAT aizsardzības sadaļai jāpievērš tāda pati uzmanība kā zudumu rādītājiem testa ziņojumā.

Skaitliskie releji tagad veic darbu, ko agrāk veica elektromehānisko vienību siena, un daudzi projekti iegūst releju datus caur Modbus vai IEC 61850 protokolu, nevis tikai ar sausu kontaktu. Neatkarīgi no tā, kuru protokolu izvēlaties, rūpnīcas jautājums paliek nemainīgs: vai aizsardzības kontūra ir pārbaudīta no gala līdz galam — no strāvas transformatora (CT) termināļiem līdz slēdža izslēgšanas spolē? Relejs var būt ideāli konfigurēts, taču tomēr neizslēgties, ja CT sekundārā ķēde ir vaļēja vai izslēgšanas vads ir pievienots nepareizam terminālim — tāpēc FAT laikā veiktā no gala līdz galam pārbaude ir par vienu kārtu lētāka nekā tā pati pārbaude uz vietas.

 

Seši jautājumi, kurus iekļaut jūsu RFQ

1. Kuri aizsardzības ierīces ir rūpnīcā uzstādītas un pieslēgtas, un kuras tiek nosūtītas atsevišķi?
2. Buhholca relejs: zīmola un modeļa nosaukums; vai brīdinājuma un izslēgšanas posmi ir pārbaudīti uz testa stenda, un vai FAT failā ir attēli?
3. Strāvas transformatori (CT): proporcija, precizitātes klase (piemēram, aizsardzības klase 5P20) un polaritātes shēma iekļauta rasējumos?
4. Vai temperatūras, eļļas līmeņa un spiediena ierīces ir aprīkotas ar rezerves kontaktiem nākotnes SCADA savienojumam?
5. Vai rūpnīcas testa ziņojumā iekļauta CT primārā ievade un kontakta nepārtrauktība vai tikai ikdienas elektriskie testi?
6. Kāda aizsardzības dokumentācija tiek piegādāta kopā ar ierīci — elektrovadu shēmas, releju rokasgrāmatas, testu sertifikāti?

Šeit ir iemesls, kāpēc tas praktiski ir svarīgi. Vidusjošumā darbojošais komunālo pakalpojumu pircējs, ar kuru mēs sadarbojamies, katru apakšstacijas pasūtījumu standartizē vienā releju platformā un vienā kontakta specifikāciju kopā. Mūsu puses standartizācija nozīmē vienu un to pašu elektrovadu grafiku, vienu un to pašu testēšanas procedūru un vienu un to pašu rezerves daļu sarakstu katram vienības eksemplāram, kas saīsina FAT un padara nodošanu ekspluatācijā viņa komisijas komandai prognozējamu.

Ryan Electric ražo sadalīšanas un barošanas transformatorus kopš 2007. gada 120 000 m² lielā ražotnē, un sadarbība ar Eaton, kas uzsākta 2023. gadā, nodrošina, ka mūsu komponentu iegāde un FAT disciplīna atbilst starptautisko elektroenerģijas uzņēmumu prasībām. Augstākminētās procedūras ir apstiprinātas ar 37 patentiem un UL, CSA, IEEE, DEKRA un CNAS sertifikātiem — neviens no šiem pasākumiem nepārnes jūsu aizsardzības inženiera iestatījumu atbildību, taču visi tie padara viņa darbu vieglāku.

Ja jūs norādāt eļļas pildīts transformators elektroenerģijas uzņēmumam, raktuvju vai rūpnieciskajam projektam, nosūtiet mums savus slodzes datus, sistēmas spriegumu un aizsardzības filozofiju kopā ar vaicājumu. Mūsu inženieri apstiprinās aizsardzības apjomu, testēšanas programmu un dokumentāciju pirms jūs iesniedzat pirkuma pasūtījumu. Izmantojiet mūsu kontaktinformācijas lapu vai tieši pieprasiet piedāvājumu, un mēs atbildēsim ar konkrētiem risinājumiem, nevis ar brošūru.

Par autoru šo rokasgrāmatu sastādīja inženieru un eksporta komanda uzņēmumā Ryan Electric — transformatoru ražotājā Ķīnā, kas nodibināts 2007. gadā. Komanda atbalsta komunālo pakalpojumu sniedzējus, EPC un rūpnieciskos pircējus Ziemeļamerikā, Dienvidaustrumāzijā, Vidusrietumu reģionā un Āfrikā, nodrošinot lietojuma inženieriju, sertifikāciju un rūpnīcas testēšanas dokumentāciju.