Газовая защита трансформатора: принцип работы, конструкция и обслуживание

Газовая защита трансформатора первой замечает дефект внутри бака. Дуга, перегрев или частичный разряд разлагают масло и изоляцию, а выделившийся газ уходит вверх, к расширителю. Аппарат на трубе улавливает его и подаёт команду. Как устроен этот аппарат, чем различаются модели и что делать после тревоги, разберём по порядку.

Содержание

• Назначение газовой защиты и область применения
• История изобретения: газовое реле Бухгольца
• Конструкция газового реле трансформатора
• Принцип работы газового реле: сигнал и отключение
• Повреждения трансформаторов, на которые реагируют газовые реле
• Разновидности моделей газового реле
  • Особенности газового реле РГЧЗ-66
  • Газовые реле РГТ80, РГТ50 и струйное РСТ25
• Уставки газовых реле по скорости потока масла
• Контактор РПН и струйное реле трансформатора
• Отсечной клапан и реле уровня масла
• Газовое реле рядом с дифференциальной схемой
• Где устанавливается прибор и как его монтируют
• Виды и периодичность технического обслуживания
• Проверка прибора и его цепей
  • Внешний и внутренний осмотр
  • Измерение сопротивления и испытание изоляции
  • Кнопка контроля, нагнетание воздуха и слив масла
  • Прогон схемы до выключателя
• Оперативное обслуживание газовой защиты
  • Порядок в нормальных условиях эксплуатации
  • Доливка и снижение уровня масла
  • Замена повреждённой фазы резервной
  • Срабатывание на сигнал
  • Отбор пробы газа
  • Цвет газа и характер дефекта
  • Срабатывание на отключение
• Частые ошибки эксплуатации
• Контроль изоляции цепей газовой защиты
• Что запомнить дежурному и наладчику

Назначение газовой защиты и область применения

Главная задача газовой защиты — вовремя обнаружить внутренний дефект, при котором происходит выделение газа, падает уровень масла или жидкость рывком уходит в консерватор. Внешние токовые схемы такие неисправности видят поздно. Слабое межвитковое замыкание почти не меняет ток в сети, а изоляция внутри уже разрушается. Поэтому газовые реле ставят на трансформатор с консерватором там, где этого требуют правила.

• межвитковые замыкания в обмотках;
• пробой изоляции на магнитопровод и корпус;
• «пожар стали» и перегрев контактных соединений;
• течь бака и снижение уровня масла;
• воздушные пробки после ремонта или доливки.

По ПУЭ такая схема обязательна для масляных трансформаторов мощностью от 6,3 МВ·А, а для менее мощных вопрос решает проект. Её ставят и на шунтирующие реакторы напряжением 110 кВ и выше, а также на маслонаполненные дугогасящие реакторы. Точные требования проверяйте в действующей редакции правил и в паспорте изделия.

История изобретения: газовое реле Бухгольца

Первый аппарат для улавливания газа из диэлектрика предложил немецкий инженер Макс Бухгольц в начале 1920-х годов. Идея оказалась простой и надёжной, поэтому его до сих пор называют реле Бухгольца. Сегодня в России выпускают собственные серии, но основа осталась прежней: камера, поплавки и клапан. Работа прибора построена на разнице плотностей: газ легче масла и всегда поднимается вверх.

Конструкция газового реле трансформатора

Газовые реле имеют герметически закрытый корпус. Его врезают в маслопровод между баком и расширителем, поэтому весь поток из бака проходит через аппарат. Внутри находится рабочий блок, который имеет 1 сигнальный и 2 отключающих элемента, а на крышке — смотровое стекло, кран для выпуска воздуха и кнопка опробования. Рисунок в паспорте показывает упрощённый вариант конструкции, но порядок узлов везде одинаков.

Принцип работы газового реле: сигнал и отключение

В нормальных условиях кожух полон, все элементы подняты, контакты разомкнуты. При выделении газа внутри бака он по трубе попадает в газовое реле и вытесняет масло. Верхний поплавок опускается и замыкает цепь, которая даёт сигнал. Если газа мало, дежурный успевает осмотреть установку.

Бурное газообразование и бросок масла действуют иначе. Поток бьёт в напорную пластину, и отключающий элемент сразу даёт команду выключателям. Срабатывание занимает доли секунды, а не минуты. Действие 1-й ступени предупреждает, действие 2-й защищает трансформатор.

Повреждения трансформаторов, на которые реагируют газовые реле

Газовые реле реагируют на повреждения трансформаторов, при которых масло и твёрдая изоляция разлагаются. Такие повреждения трансформатора бывают медленными и быстрыми. Медленный процесс — локальный перегрев, плохой контакт, начало межвиткового замыкания. Быстрый — дуговой пробой и короткое замыкание внутри обмоток.

• медленное газообразование: перегрев, разряды, старение бумаги;
• быстрое газообразование: дуга, пробой, обрыв;
• утечка масла: течь сварного шва, кран, радиатор;
• пузырьки извне: ремонт, доливка, подсос через насос.

Каждая причина оставляет свой след в составе пробы, поэтому пробу всегда берут и анализируют. Только анализ раскрывает, что именно случилось внутри.

Разновидности моделей газового реле

В отрасли встречаются несколько поколений приборов. Старые чашечные ПГ-22 и ПГЗ-22 ещё стоят на многих подстанциях. Чаще всего в инструкциях упоминают РГЧЗ-66, серии РГТ50 и РГТ80, а также импортные BF 80/Q и BF 50/10. Любой из этих приборов предназначен для маслонаполненных трансформаторов с консерватором.

• РГЧЗ-66 — две чашки и напорная пластина;
• РГТ80 и РГТ50 — поплавки на герконах, проходы 80 и 50 мм;
• BF 80/Q, BF 50/10 — магнитодержатель с выбором уставки;
• РСТ25, Ü RF 25/10, RS-1000 — струйные устройства для РПН.

Особенности газового реле РГЧЗ-66

В комплекте идут три калиброванные пластины, и именно пластина задаёт уставку. Верхняя чашка срабатывает примерно при 400 см³ газа. Нижняя реагирует на почти полное опорожнение кожуха; ступень 1 — верхняя, ступень 2 — нижняя. Этот аппарат работает с любой из трёх уставок.

Газовые реле РГТ80, РГТ50 и струйное РСТ25

РГТ рассчитаны на уставки 0,65, 1,0 и 1,5 м/с. Сигнальный поплавок падает при 150–225 см³ газа, то есть у отметки 2,5 на шкале. Струйное РСТ25 имеет единственный отключающий элемент — пластину с фиксацией. Фиксатор возвращают кнопкой. Все эти модели имеют цельный литой корпус и герконы вместо открытых контактов.

Уставки газовых реле по скорости потока масла

Скорость выбирают по размеру трансформатора и системе охлаждения. Чем интенсивнее принудительная циркуляция, тем выше уставка. Иначе насосы будут отключать трансформатор при каждом пуске, а такая работа никому не нужна.

Для контакторов РПН значения выше: у РСТ25 от 0,9 до 2,5 м/с в зависимости от типа переключателя. Конкретную цифру берут из паспорта и протокола наладки.

Контактор РПН и струйное реле трансформатора

Переключатель под нагрузкой гасит дугу в собственном отсеке. Если там происходит неисправность, жидкость бросается к своему консерватору, и струйное реле отключает трансформатор. Потом контактор осматривают, меняют обгоревшие детали и заливают свежее масло в ёмкость контактора. Эта цепь имеет свою уставку, не равную уставке главного объёма.

Отсечной клапан и реле уровня масла

Отсечной клапан перекрывает трубу у расширителя на трансформаторах от 100 МВ·А. Он не даёт расширителю питать пожар. Электромагнит получает 220 В от релейного шкафа, а пружина закрывает проход. Устройство должно срабатывать при напряжении не выше 0,8 номинала.

Срабатывание клапана подтверждает контакт положения, а его действие проверяют в те же сроки, что и прибор. Клапан должен вернуться в открытое положение до включения трансформатора.

Реле уровня следит за количеством жидкости в расширителе и срабатывает раньше, чем сигнальный поплавок. Оно имеет стрелочный указатель и контактный выход. Дежурный получает запас времени и находит течь до отключения трансформатора. Его действие должно быть быстрым.

Газовое реле рядом с дифференциальной схемой

Защита трансформатора строится из нескольких ступеней, и аппарат у консерватора действует в ней вместе с остальными. Каждая ступень имеет свою зону. Дифференциальная отсечка видит междуфазные замыкания на выводах и в обмотках, но не чувствует слабый нагрев. Прибор у консерватора закрывает «слепую зону» внутри кожуха: ранние дефекты, течь и пузырьки в системе. Знать границы зон должен каждый наладчик, обслуживающий трансформатор.

• дифференциальная отсечка — междуфазные замыкания;
• максимальная токовая ступень — внешние перегрузки и КЗ;
• газовый блок — внутренние дефекты кожуха и течь;
• струйное реле — контактор РПН;
• термосигнализаторы — нагрев масла.

Где устанавливается прибор и как его монтируют

Газовое реле устанавливается в трубе между баком и расширителем, на прямом участке. До него и после нужен свободный отрезок, иначе поток завихряется и уставка «поплывёт». Стрелка на корпусе смотрит на расширитель. Допустимый уклон и длину прямых участков берите из паспорта.

Над прибором устанавливается защитный козырёк от дождя, а выводы закрывают колпаком. Вода в клеммной коробке часто даёт ложное отключение, поэтому кабельный ввод герметизируют. Монтаж и наладка — работа для персонала с допуском, а защитные колпачки на кнопках возвращают на место.

Виды и периодичность технического обслуживания

Цикл между профилактическими восстановлениями равен 8 годам. Работы лучше совмещать с ремонтом трансформатора или его выключателей. РД 153-34.0-35.518-2001 предусматривает четыре вида обслуживания, и каждый имеет свой объём работ.

При К1 и В из кожуха сливают около 2–2,5 л загрязнённого масла. Внеочередную проверку проводят после работ, способных повлиять на схему, и после ложного срабатывания. Послеаварийная нужна после любого отключения. Первое срабатывание нового газового реле тоже требует разбора.

Проверка прибора и его цепей

Внешний и внутренний осмотр

Снаружи смотрят корпус, уплотнения, стекло, колпачки и ввод кабеля. Внутри оценивают чистоту масла, поплавков, целость герконов и ход пластины. У РГТ80, РГТ50 и РСТ25 изготовитель не рекомендует разбирать аппарат при наладке и первом контроле. Такие работы выполняет подготовленный персонал.

Измерение сопротивления и испытание изоляции

Изоляцию цепей измеряют мегаомметром на 1000 В при собранной схеме. Для части замеров кабель отсоединяют от выводов, а разомкнутые контакты проверяют на 500 В. Прочность относительно земли испытывают переменным напряжением 1000 В в течение 1 мин.

• между сигнальными и отключающими цепями;
• отключающие цепи — земля;
• сигнальные цепи — земля;
• между жилами кабеля одной цепи.

Кнопка контроля, нагнетание воздуха и слив масла

Кнопку нажимают до упора. Половина хода проверяет верхнюю ступень, полный ход — нижнюю. На трансформаторах без азотной подушки и плёнки воздух закачивают насосом через кран. Если не помогло, сливают масло. Срабатывание сигнального элемента наступает примерно при 300–400 см³, затем срабатывает нижний. Кожух перед этим должен быть полностью заполнен.

Прогон схемы до выключателя

Последний шаг — проверка цепи целиком. Контакты замыкают по очереди и смотрят, куда пошла команда и загорелся ли блинкер. Срабатывание проверяют и на стороне высокого, и на стороне низкого напряжения. Заодно убеждаются, что накладка исправна.

Оперативное обслуживание газовой защиты

Порядок в нормальных условиях эксплуатации

Отключающий элемент должен действовать «на отключение» при подаче напряжения и не переводится на предупреждение только из-за выхода воздуха. После монтажа, ремонта или долива большого объёма воздух выходит от 1 до 3 суток. Эта работа входит в обычный обход. Дежурный смотрит в стекло и периодически выпускает его через кран. Такие тревоги в этот период нередко ложные.

Доливка и снижение уровня масла

Если масло убыло из-за мороза или небольшой течи, отключающий элемент не трогают. Когда доливают через бак, а не через расширитель, перевод на сигнал делают перед началом подачи. После долива элемент возвращают на отключение и только потом включают трансформатор. Ещё три случая, когда перевод допустим:

• на время проверки;
• при неисправности прибора;
• при взрывных работах рядом.

Замена повреждённой фазы резервной

В группе однофазных трансформаторов после повреждения фазу заменяют резервной. После включения новой фазы действуют те же правила, что и для свежего трансформатора: следят за выходом воздуха, выпускают его через кран, проверяют наполнение кожуха. Любые работы в системе с маслом должны фиксироваться в журнале. Детали порядка записаны в местной инструкции подстанции.

Срабатывание на сигнал

Дежурный должен действовать по порядку:

• найти по табло нужный трансформатор или фазу;
• сообщить старшему по смене;
• осмотреть установку, послушать гул и треск;
• при явных признаках дефекта отключить трансформатор немедленно.

Если признаков нет, трансформатор разгружают и отключают, чтобы безопасно взять пробу.

Если причина — течь, прибор из действия не выводят. Разгрузка и отключение должны занять минимум времени.

Отбор пробы газа

Газ набирают в ёмкость не менее 450–500 см³ или в прозрачный газосборник, горючесть проверяют сразу, в помещении. Для лаборатории берут пипетку с подсоленной водой, чтобы воздух не попал внутрь. Пробу везут на хроматографический или химический анализ, и чем быстрее, тем лучше.

Цвет газа и характер дефекта

Окраска быстро исчезает, поэтому судить по ней нужно сразу.

Негорючая проба не гарантирует исправность. Через несколько часов повторная проба часто горит. Окончательный вывод делает анализ, а не нос и глаз.

Срабатывание на отключение

Включать трансформатор обратно без осмотра нельзя. Порядок такой:

• взять пробы и отправить на анализ;
• осмотреть консерватор, бак и предохранительные клапаны;
• замерить изоляцию и коэффициент трансформации;
• включить, когда причину нашли и устранили.

Без такого порядка повторное отключение почти неизбежно.

Частые ошибки эксплуатации

Большая часть ложных отключений трансформатора имеет бытовые причины. Дежурный забывает вернуть отключающий элемент, вода попадает в клеммную коробку, а уставку выбирают «по привычке». Ремонтные работы рядом с трансформатором тоже дают толчок маслу и могут вызвать срабатывание. Знать, при каких условиях это возможно, нужно заранее.

• уставка выбрана не по паспорту и не по нагрузке;
• вода в клеммах, низкая изоляция кабеля;
• не стравлен газ после доливки масла;
• отключающий элемент остался в положении «предупреждение»;
• нет записи о работе в оперативном журнале.

Каждая такая ошибка устраняется регламентом. Работа дежурного по инструкции занимает минуты, а разбор лишнего отключения — часы.

Контроль изоляции цепей газовой защиты

Замыкание между жилами длинного кабеля способно замкнуть контакты без дефекта внутри. Чтобы избежать ложного отключения, ставят устройство КИГЗ-1. Оно измеряет ток утечки и срабатывает при 300±30 мкА на напряжении 220 В. Когда газовая защита действует по-настоящему, ток растёт, и ложной тревоги не возникает.

Что запомнить дежурному и наладчику

• первая ступень — не повод ждать;
• пробки после долива дают ложные тревоги;
• уставка совпадает с паспортом;
• изоляцию цепей проверяют по графику;
• пробу берут сразу.