Relaisschutz und Automatisierung von Leistungsöltransformatoren 110 kV

Öltransformatoren sind die teuerste Ausrüstung für Umspannwerke. Transformatoren sind für eine lange Lebensdauer ausgelegt, sofern sie normal arbeiten und keinen unzulässigen Stromüberlastungen, Überspannungen und anderen unerwünschten Betriebsarten ausgesetzt sind.

Um Schäden am Transformator zu vermeiden, seine Lebensdauer zu verlängern und seinen normalen Betrieb sicherzustellen, sind verschiedene Schutz- und Automatisierungsgeräte erforderlich.

Überlegen Sie, welche Schutz- und Automatisierungsgeräte in Leistungsöltransformatoren vorhanden sind.

Transformatorgasschutz

Der Gasschutz ist einer der Hauptschutzmaßnahmen des Transformators. Dieser Schutz dient dazu, den 110-kV-Transformator im Falle interner Fehler im Leistungstransformatorkessel vom Netz zu trennen.

Diese Schutzvorrichtung wird in der Ölleitung installiert, die den Transformatorkessel mit seinem Ausdehnungsgefäß verbindet.Das Hauptbauelement des Gasrelais ist ein Schwimmer und zwei Kontaktpaare, die beim Absenken des Schwimmers verbunden werden. Im Normalbetrieb ist das Gasrelais mit Transformatoröl gefüllt und der Schwimmer befindet sich in der oberen Position, wobei beide Kontaktpaare geöffnet sind.

Im Falle eines Windungskurzschlusses in den Transformatorwicklungen oder im Falle des sogenannten Beim Verbrennen von Stahl (Verletzung der Isolierung der Stahlbleche des Magnetkreises) treten im Tank Gase auf, die bei der Zersetzung elektrischer Materialien unter dem Einfluss eines Lichtbogens entstehen.

Das entstehende Gas gelangt in das Gasrelais und verdrängt das Öl daraus. In diesem Fall fällt der Schwimmer ab und schließt die Kontakte. Abhängig von der Menge des angesammelten Gases können die Kontakte schließen, das Signal beeinträchtigen oder den Transformator vollständig vom Netzwerk trennen.

Die Aktivierung des Gasrelais kann auch auf einen deutlichen Rückgang des Ölstands im Tank des Leistungstransformators zurückzuführen sein, was auf das völlige Fehlen von Öl im Ausdehnungsgefäß hinweist. Das heißt, diese Vorrichtung dient auch als Schutz vor übermäßigem Absinken des Ölstands im Transformator.

Lastschalttank-Tankschutz

110-kV-Leistungstransformatoren verfügen normalerweise über einen eingebauten Lastspannungsregler (OLTC). Kippschalter unter Last befindet sich in einem separaten Fach des Transformatorkessels und ist durch Wicklungen vom Hauptkessel isoliert. Daher ist für dieses Gerät eine separate Schutzeinrichtung – ein Blindrelais – vorgesehen.

Alle Störungen im Laststufenschalterkessel gehen mit einem Austritt von Transformatoröl in das Ausdehnungsgefäß einher. Bei einem Ölaustritt wird daher sofort der Strahlschutz aktiviert, der den Leistungstransformator automatisch vom Netz trennt.

Ölstandschalter (RUM)

Das Gasrelais meldet das völlige Fehlen von Öl im Ausdehnungsgefäß des Leistungstransformators, ein unzulässiger Abfall des Ölstands muss jedoch rechtzeitig erkannt werden – diese Funktion übernimmt das Ölstandsrelais (RUM).

Der Ölstandschalter wird in der Regel im Ausdehnungsgefäß des Hauptbehälters des Transformators sowie im Ausdehnungsgefäß des Lastschalters eingebaut. Das Gerät ist so konfiguriert, dass der Schwimmer, das Hauptbauelement des Relais, die Relaiskontakte schließt, wenn der Ölstand unter den für diesen Leistungstransformator zulässigen Mindestwert fällt.

Diese Sicherheitseinrichtung gibt ein Signal zur Auslösung eines Alarms aus, der es ermöglicht, einen Ölstandsabfall rechtzeitig zu erkennen.

Differentialtransformator-Schutz (DZT).

Der Differentialschutz des Transformators (DZT) ist der Hauptschutz des Transformators und dient dem Schutz vor Kurzschlüssen der Wicklungen des Transformators und der Stromleiter, die sich im Abdeckungsbereich dieses Schutzes befinden.

Das Funktionsprinzip dieses Schutzes basiert auf dem Vergleich der Lastströme jeder Wicklung des Transformators. Im Normalbetrieb liegt am Ausgang des Differentialschutzrelais kein Unsymmetriestrom an.Bei einem zwei- oder dreiphasigen Kurzschluss entsteht ein Unsymmetriestrom – der Differenzstrom und das Relais trennen den Transformator vollständig vom Netz.

Der Geltungsbereich dieses Schutzes sind die Stromwandler auf jeder Spannungsseite des Leistungstransformators. Beispielsweise umfasst bei einem Transformator mit drei Wicklungen von 110/35/10 kV die Zone der Schutzbeschichtung zusätzlich zum Transformator selbst einen Bus (Kabel), der von den Buchsen des Transformators zum Strom von 110 kV und 35 kV führt und 10-kV-Transformatoren.

Stromstufenschutz von Transformatoren

Für eine höhere Zuverlässigkeit ist zusätzlich zum Hauptschutz des Leistungstransformators ein Backup-Schutz vorgesehen – ein Stufenstromschutz für jede der Wicklungen.

Für jede Wicklung des Transformators separat Überstromschutz (MTZ) ein paar Schritte. Jede Schutzstufe hat ihre eigene Abhol- und Bringzeit.

Wenn der Transformator viele Verbraucher mit hohen Einschaltströmen speist, verfügt der Überstromschutz zur Vermeidung von Fehlfunktionen über eine sogenannte Voltmeterblockierung – Spannungsschutzblockierung.

Für die Selektivität des Transformatorschutzes hat jede Schutzstufe eine unterschiedliche Reaktionszeit, während die oben genannten grundlegenden Transformatorschutze die kürzeste Reaktionszeit haben. So werden bei einem Transformatorausfall oder einem Kurzschluss in der Schutzzone die Hauptschutzvorrichtungen sofort ausgelöst, und bei einem Ausfall oder einer Abschaltung wird der Transformator durch Notstromschutzvorrichtungen geschützt.

Außerdem behalten die MTZs des Leistungstransformators den Schutz der von diesem Transformator gespeisten Ausgangsanschlüsse bei und lösen im Fehlerfall aus.

MTZ bietet Schutz gegen zwei- und dreiphasige Kurzschlüsse. Zum Schutz vor einphasigen Erdschlüssen verfügt die 110-kV-Hochspannungswicklung über einen Nullstromschutz (TZNP).

Die Mittelspannungswicklung des 35-kV-Leistungstransformators und die Niederspannungswicklung 6-10-kV-Versorgungsnetze mit isoliertem Neutralleiter, in dem einphasige Erdschlüsse durch Spannungswandler erfasst werden.

Die meisten 6-35-kV-Netze mit isoliertem Neutralleiter arbeiten in einem Modus, in dem ein einphasiger Erdschluss nicht als Notfall gilt und dementsprechend nicht automatisch vom Betrieb des Erdschlussschutzes ausgeschlossen wird. Das Servicepersonal erhält ein Signal über das Vorliegen eines einphasigen Erdschlusses und beginnt, den beschädigten Bereich zu suchen und vom Netz zu trennen, da ein längerer Betrieb in diesem Modus nicht akzeptabel ist.

Ausnahmen bestehen in Fällen, in denen der Ausschluss einphasiger Fehler in Netzen aus Sicherheitsgründen erforderlich ist. In diesem Fall kann der Erdschlussschutz den Transformator vollständig oder eine seiner Wicklungen abschalten.

Überspannungsschutz für Transformatoren

Um den Transformator vor Überspannung zu schützen, sind auf jeder Seite des Transformators Überspannungsableiter oder Überspannungsableiter (SPDs) am Bus installiert.

Wenn der Transformator auf der 110-kV-Hochspannungsseite im geerdeten Neutralmodus arbeitet, wird der Neutralleiter über einen Ableiter oder Überspannungsableiter mit Erde verbunden, um die Wicklung vor Schäden zu schützen, wenn die Spannung im Fehlerfall die zulässigen Werte überschreitet das Versorgungsnetz.

Zusätzlicher Schutz des Transformators

Zum Schutz des Leistungstransformators sind eine Reihe zusätzlicher Schutzmaßnahmen vorgesehen, um die Entstehung kleiner Defekte und Abweichungen vom Normalbetrieb in einer größeren Notfallsituation auszuschließen.

Überlastschutz – wirkt auf das Signal, um die Belastung des Transformators umgehend zu reduzieren.

Das Temperaturregelrelais meldet einen Anstieg der Temperatur der oberen Ölschichten über die eingestellten (zulässigen) Werte. Dieser Schutz umfasst automatisch zusätzliche Transformatorkühlsysteme, sofern vorhanden. Dazu gehören beispielsweise die Blow-by-Ventilatoren und die Pumpen zur Zwangsumwälzung des Öls in den Kühlern. Steigt die Öltemperatur noch weiter an, trennt das Relais den Transformator vom Netz.

Der Überspannungsschutz schaltet den Sekundärwicklungsschalter des Transformators ab, wenn die Spannung auf unzulässige Werte absinkt.

Automatisierung von Leistungstransformatoren 110 kV

Befinden sich im Umspannwerk zwei Transformatoren, wirkt sich der Unterspannungsschutz aus, wenn die Spannung auf unzulässige Werte absinkt oder der Transformator abgeschaltet wird Automatischer Transferschalter (ATS)… Dieses Gerät umfasst Abschnitts- oder Sammelschienenschalter, die Verbraucher über eine Notstromquelle – einen Leistungstransformator – mit Strom versorgen.

Am Mittel- und Niederspannungseingang können Schalter des Transformators implementiert werden Automatische Wiedereinschaltung des Leistungsschalters (AR), einmalige Wiederherstellung der Stromversorgung des Transformators im Falle einer Unterbrechung der Wirkung des einen oder anderen Schutzes.

Wenn der Leistungstransformator konstruktiv ist Lastspannungsregler (OLTC), dann kann dafür ein automatischer Spannungsregler (AVR) eingebaut werden. Dieses Gerät überwacht die Spannung der Transformatorwicklungen und sorgt für die automatische Umschaltung des Laststufenschalters, um den erforderlichen Spannungspegel der Wicklungen sicherzustellen.