CC BY
28
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ, ВЫПОЛНЕННАЯ НА СОВРЕМЕННЫХ ТЕРМИНАЛАХ ЗАЩИТ
В.И. КУРОЕДОВ, А.А. ЛЫКОВ
Армавирский механико-технологический институт (филиал)
Кубанского государственного технологического университета
В статье предлагается вариант защиты трансформаторов от перегрузки, позволяющий увеличить точность моделирования тепловых процессов элементов электроснабжения при использовании доступных исходных данных.
Появление микропроцессорных устройств типа "RET 316*4", предназначенных для быстрой и селективной защиты трансформаторов, позволяет на новом уровне производить непрерывный контроль допустимой нагрузки трансформаторов.
Это позволит улучшить режимы работы систем электроснабжения и повысит их надежность. Апробация работы проведена в ОАО «Нижневартовские электрические сети» на подстанции 110/35/6 кВ «Таежная».
Нагрузочная способность является одним из важнейших показателей эффективности работы любой системы электроснабжения. Силовые трансформаторы и кабели являются основными элементами систем электроснабжения.
Значения допустимых перегрузок и их продолжительность, а следовательно мощность трансформаторов и сечения кабелей рассчитываются с учетом допустимого нагрева активных частей, определяемого классом нагревостойкости применяемой изоляции. До настоящего времени не разработаны простые и надежные устройства, обладающие достаточной точностью и надежностью, для непосредственного определения температуры токоведущих частей высоковольтных трансформаторов и кабелей. Поэтому нагрузки на силовые трансформаторы и кабели ограничивают значениями допустимых перегрузок, полученных на основе математического моделирования тепловых процессов. Точность моделирования нестационарных тепловых процессов определяет величину допустимых нагрузок силовых трансформаторов и кабелей, влияет на эффективность и на надежность работы всей системы электроснабжения.
Особенно остро этот вопрос стоит при определении нагрузочной способности силовых трансформаторов с естественной (М) и принудительной (Д) циркуляцией воздуха, а также силовых кабелей напряжением 6-20 кВ.
Существующие алгоритмы расчетов нагрузочной способности силовых трансформаторов с естественной (М) и принудительной (Д) циркуляцией воздуха, а также силовых кабелей напряжением 6-20 кВ созданы на основе алгоритмов, разработанных по упрощенным тепловым моделям. Для совершенствования тепловых моделей требуется разработка новых алгоритмов расчета нестационарных тепловых режимов работы элементов систем электроснабжения и их допустимой нагрузочной способности.
Дальнейшее повышение точности математических моделей (расчет тепловых полей) требует использования большего числа дополнительных конструктивных параметров силовых трансформаторов и кабелей, что заставляет инженеров обращаться за информацией к заводам изготовителям, а это не всегда
© В.И. Куроедов, А.А. Лыков
Проблемы энергетики, 2007, № 3-4
возможно, особенно для снятого с производства, но находящегося в эксплуатации электрооборудования. На данном этапе появляется новая задача, связанная с разработкой рациональных математических моделей элементов систем электроснабжения, позволяющих увеличить точность моделирования тепловых процессов элементов электроснабжения при использовании доступных исходных данных.
Существующие методы косвенного контроля допустимых нагрузок трансформатора созданы для старого ГОСТ-14209-69 "Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки".
Реализация полученных алгоритмов моделирования тепловых процессов в виде прикладных программ позволит более широко применять их для расчета нагрузочной способности элементов систем электроснабжения в условиях их эксплуатации. Использование предлагаемых в диссертации технических решений и алгоритмов позволит повысить точность расчета температуры обмотки микропроцессорными терминалами защит трансформаторов. Это позволит улучшить режимы работы систем электроснабжения. В работе предложены корректировки ГОСТ-14209-97 "Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов".
Появление устройств защиты трансформаторов типа "ЯЕТ 316*4", предназначенных для быстрой и селективной защиты двух- и трехобмоточных трансформаторов, позволяет на новом уровне производить контроль допустимой нагрузки трансформаторов.
"ИЕТ 316*4" принадлежит к поколению полностью цифровых терминалов защиты трансформатора, т.е. аналого-цифровое преобразование входных переменных выполняется непосредственно после входных трансформаторов, и вся дальнейшая обработка сигналов производится уже в цифровой форме микропроцессорами и управляющими программами.
В существующем программном обеспечении имеется математическая модель первого порядка, описывающая тепловые процессы в силовом трансформаторе. Расчет температуры обмотки производится на основании нагрузки силового трансформатора. Такие модели имеют целый ряд недостатков, приводящих к значительным погрешностям в расчете температуры обмотки [1].
Повысить точность расчетов можно при использовании в расчетах непосредственно измеренной температуры масла. Для этого достаточно установить следующие блоки:
1 — датчик температуры (термопара или термосопротивление), измеряющий температуру в верхних слоях масла;
2 — преобразователь напряжения или сопротивления в ток (микропроцессорный преобразователь типа 8ЕМЕАХ V 604);
3 — миллиамперметровый вход в терминал для измерения температуры масла в верхних слоях трансформатора.
Используя измеренную температуру масла, можно упростить тепловую модель и одновременно повысить точность расчета температуры обмотки [2]. Упрощенный алгоритм легко запрограммировать и использовать для защиты трансформатора от перегрева в цифровых терминалах защит. Скорректированная тепловая модель для определения температуры обмотки показана на рисунке.
Модель учитывает следующие параметры, влияющие на температуру обмотки: нагрузку трансформатора — блок 1; изменение постоянной времени нагрева обмотки — блок 2; блок измерения температуры масла - блок 3; © Проблемы энергетики, 2007, № 3-4
автоматику управления охлаждения трансформатора — блок 4; изменение сопротивления обмотки от температуры — блок 5. Также в модели находятся непосредственно сам блок расчета температуры обмотки — блок 6 и блок 7 — сравнения и сигнализации.
Рис. Тепловая модель трансформатора для защит типа "КЕТ 316*4"
Учитывая сравнительно большую теплоемкость обмотки трансформатора по сравнению с необходимым быстродействием основных защит, замеры достаточно производить один раз в минуту. Это позволит дополнительно снизить нагрузку с центрального процессора защиты. При превышении температуры обмотки выше допустимой защита будет выдавать диспетчеру предупреждающий сигнал о недопустимой нагрузке трансформатора.
Выводы
Использование предлагаемых технических решений и алгоритмов повысит точность расчета температуры обмотки силовых трансформаторов микропроцессорными терминалами защит. Это позволит улучшить режимы работы систем электроснабжения и повысит их надежность. Апробация работы проведена в ОАО «Нижневартовские электрические сети» на подстанции 110/35/6 кВ «Таежная».
Summary
In the article the protection variant against transformer overloading is offered; this protection variant allows to increase the modeling accuracy of the heat processes of electrosupply systems and elements while using available original data. The algorithm and the technical measures complex allowing the direct using the data about oil temperature of the transformer ate given. The transformer overloading protection is made on the microprocessor terminal of type «RET 316*4»
Литература
1. Куроедов В.И., Лыков А.А. Уточнение тепловой модели силового трансформатора при определении его перегрузочной способности // Электрика. -2003. - Вып.6. - С. 28-31.
2. Куроедов В.И., Лыков А.А. Оптимизация нагрузочной способности трансформатора по его конструктивным параметрам // Электрика. - 2005. - Вып. 5. -
С. 26-30.
Поступила 19.01.2007
© Проблемы энергетики, 2007, № 3-4
