Muuntajan paineenpoisto- ja vianilmaisujärjestelmät

​​​​​​​

 

1. Johdanto

 

Öljy{0}}upotetuissa muuntajissa sisäiset paineenmuutokset ovat normaali osa toimintaa. Kun muuntajaöljy lämpenee ja jäähtyy latausjaksojen aikana, säiliön sisällä oleva suljettu kaasutila laajenee ja supistuu aiheuttaen asteittaisia ​​paineen vaihteluita muuntajan kotelossa. Normaaleissa käyttöolosuhteissa nämä paineen muutokset tapahtuvat hitaasti ja liittyvät pääasiassa ympäristön lämpötilan vaihteluun ja muuntajan kuormitukseen.

Sisäiset sähköhäiriöt luovat kuitenkin täysin erilaisen painekäyttäytymisen. Tapahtumat, kuten käämihäiriöt tai sisäinen valokaari, voivat nopeasti hajottaa eristävän öljyn kaasuksi, jolloin säiliön sisään syntyy äkillinen paineaalto. Koska nämä vian aiheuttamat paineen nousut{2}} tapahtuvat millisekunnissa, muuntajat eivät tarvitse vain paineenalennuslaitteita, vaan myös erityisiä vianilmaisujärjestelmiä, jotka pystyvät tunnistamaan epänormaalin paineen käyttäytymisen ennen katastrofaalista säiliövikaa.

Tästä syystä nykyaikaiset muuntajan suojajärjestelmät jaetaan yleensä kahteen pääluokkaan:

• Paineenalennusjärjestelmät
• Vianhakujärjestelmät

Tämä kerroksellinen suojausfilosofia näkyy laajasti IEEE C57 -standardeissa ja IEC 60076 -muuntajien suunnittelukäytännöissä.

 

2. Paineenpoisto vs. vian havaitseminen

 

Vaikka termejä "paineenalennus" ja "vian havaitseminen" käytetään toisinaan vaihtokelpoisesti muuntajateollisuudessa, ne palvelevat pohjimmiltaan erilaisia ​​tehtäviä.

Muuntajan paineenalennuslaite on suunniteltu vapauttamaan fyysisesti säiliön liiallinen paine, jotta estetään muuntajan säiliön mekaaninen muodonmuutos tai murtuminen. Nämä laitteet reagoivat ensisijaisesti paineen suuruuteen ja muodostavat muuntajan paineensuojajärjestelmien perustan.

Vianilmaisulaitteet puolestaan ​​valvovat sisäisiin sähkövioihin liittyvän paineenmuutoksen nopeutta tai ominaisuuksia. Paineen vapauttamisen sijaan ne tuottavat hälytys- tai laukaisusignaaleja muuntajan eristämiseksi sähköjärjestelmästä.

Tämä ero tulee yhä tärkeämmäksi muuntajan koon ja vikaenergiatason kasvaessa.

 

Taulukko 1 – Paineenpoiston ja vian havaitsemisen välinen ero

3. Muuntajan paineenpoistolaitteet

 

3.1 Paineenalennusventtiili (PRV)​​​​​​​

Paineenpoistoventtiili on suunniteltu suojaamaan muuntajan säiliötä liialliselta paineelta sisällä. Kun säiliön paine saavuttaa vapautuspaineen, venttiili avautuu automaattisesti vapauttaakseen kaasun, kunnes paine laskee turvalliseen paineeseen. Lisäksi käyttäjät voivat tarvittaessa käyttää paineenalennusventtiiliä manuaalisesti muuntajasovelluksissa vetämällä käyttörenkaasta sisäisen paineen vähentämiseksi.

IEEE-käytännön mukaan PRV-muuntajan tyypillinen halkeilupaine on noin 10 PSIG ±2 PSIG, kun taas CSA-sovellukset käyttävät usein alhaisempia paineasetuksia. Kun paine on vapautettu, muuntajajärjestelmien paineenalennusventtiili sulkeutuu automaattisesti uudelleen muuntajan säiliön eheyden säilyttämiseksi.

 

Yksinkertaisen rakenteensa ja luotettavan toimintansa ansiosta PRV:tä käytetään laajalti:

• Pylväsasennetut muuntajat-
• Pad{0}}asennettavat muuntajat
• Öljy{0}}jakelumuuntajat
• Pienet sähköasemat

 

Verrattuna suurempiin muuntaja-PRD-järjestelmiin, PRV:t ovat yleensä suositeltavia alhaisemman kVA:n muuntajille, joissa paineen nousu on suhteellisen kohtalaista ja ennustettavaa. Monissa jakelumuuntajan sovelluksissa muuntajasäiliöissä oleva PRV-venttiili on edelleen yleisin mekaanisen painesuojauksen muoto.

3.2 Paineenpoistolaite (PRD)

Paineenalennuslaitteet (PRD) palvelevat olennaisesti samaa tarkoitusta kuin paineenalennusventtiilit (PRV): ne suojaavat muuntajan säiliötä liialliselta sisäiseltä paineelta. Käytännössä PRD:t yhdistetään kuitenkin yleisemmin suurempiin teholuokkiin. Normaalisti PRD:tä ei asenneta alle noin 1500 kVA muuntajiin, vaikka sen käyttämisessä pienemmissä yksiköissä ei ole mitään teknisesti vikaa, jos sovellus sitä vaatii.

Useimmat PRD:t on asennettu muuntajan säiliön yläosaan, jossa sisäinen kaasu tai paine voidaan vapauttaa nopeasti vikatilanteen aikana.

Terminologia voi olla hämmentävää, koska "paineenrajoituslaitetta" käytetään usein yleisenä alan terminä sekä PRV:lle että PRD:lle. Useimmissa tapauksissa PRV-muuntajia käytetään pienemmissä jakelumuuntajissa, kun taas PRD-muuntajat ovat yleisempiä suuremmissa yksiköissä tai sovelluksissa, jotka vaativat nopeampaa painevastetta ja vikailmoitusta.

Muuntajan paineenalennuslaite suorittaa saman perustoiminnon kuin PRV -, joka vähentää liiallista sisäistä painetta -, mutta se on tyypillisesti suunniteltu korkeammalla virtauskyvyllä, nopealla vasteajalla, luotettavalla uudelleensulkeutumiskyvyllä ja valinnaisilla hälytys- tai valvontatoiminnoilla. Edistykselliset PRD-mallit tarjoavat tarkan avautumispaineen, lyhyen käyttöajan, luotettavan pitkän-keston ulkona ja tehokkaan tiivistyksen kosteutta, pölyä ja ilmaa vastaan, mikä auttaa ylläpitämään positiivisen säiliön paineen ja parantamaan muuntajan toimintavarmuutta.

 

Yksi kanteen{0}}asennettujen PRD-laitteiden suuri etu on valvontaominaisuus. Monet muuntajan paineenalennuslaitekokoonpanot sisältävät:

• Visuaaliset semaforit tai toimintailmaisimet
• Etähälytyskontaktit
• SCADA{0}}yhteensopivat valvontalähdöt

 

Tämä tekee PRD:istä erityisen sopivia sähköasemille ja teollisuuden sähköjärjestelmille, joissa tarvitaan etävalvontaa.

PRD:itä käytetään yleisesti:

• Yksikön sähköasemamuuntajat
• Keskitehoiset muuntajat
• Suuret tehomuuntajat
• Sähköaseman muuntajat​​​​​​​

 

Suuremmissa käyttösovelluksissa insinöörit valitsevat usein paineenalennuslaitteen muuntajajärjestelyn pienemmän PRV:n sijaan suuremman sisäisen vikaenergian ja öljymäärän vuoksi.

3.3 Levyn rikkoutuminen

Murtolevyjä käytetään tyypillisesti äärimmäisinä hätäpaineenpoistolaitteina{0}}suurenergisten muuntajien sovelluksissa.

Toisin kuin PRV:t tai tavalliset PRD:t, murtolevyt ovat ei--resetoitavia laitteita, jotka on suunniteltu räjähtämään välittömästi, kun sisäinen paine saavuttaa kriittisen rajan. Niiden ensisijainen tarkoitus on tarjota nopea koko alue{2}}ilmanpoisto katastrofaalisten sisäisten vikatapahtumien aikana.

 

Koska murtumislevyt on vaihdettava käytön jälkeen, ne on yleensä varattu:

• Suuret tehomuuntajat
• Uunin muuntajat
• Vetomuuntajat
• Korkean vikatason{0}}teolliset järjestelmät

Insinöörikäytännössä murtolevyt edustavat korkeinta mekaanista painesuojausta.

4. Muuntajan viantunnistuslaitteet

 

4.1 Sisäinen vianilmaisin (IFD)

Sisäisiä vianilmaisimia (IFD) käytetään laajalti pylväisiin{0}}asennetuissa-muuntajissa yksinkertaisena mutta erittäin tehokkaana kenttäturvalaitteena.

IFD havaitsee äkillisen sisäisen paineen nousun, joka johtuu muuntajan säiliön sisällä olevista kaarivioista. Kun se aktivoituu, kirkkaanvärinen visuaalinen ilmaisin ponnahtaa esiin, jolloin sähkönjakeluhenkilöstö voi välittömästi havaita, että muuntajassa on sisäinen vika, eikä sitä tule{1}}syöttää uudelleen.

 

Yksi nykyaikaisten IFD-järjestelmien suuri etu on, että monissa malleissa on integroitu standardi IEEE- tai CSA-yhteensopiva PRV muuntajakokoonpanoissa samaan laitteeseen yhdistäen:

• Paineenpoisto
• Vian ilmaisu

yhdeksi kompaktiksi rakenteeksi.

 

IFD-levyjä käytetään yleisesti:

• Yksivaiheiset{0}}napaiset-muuntajat
• Kolmi-vaihenapainen-muuntaja
• Pad{0}}asennettavat muuntajat
• Pienet sähköasemamuuntajat

SPR-järjestelmiin verrattuna IFD:t ovat yksinkertaisempia, taloudellisempia ja sopivat erityisen hyvin jakelu{0}}tason sovelluksiin.

4.2 Äkillinen painerele (SPR / RPR)

 

Näitä järjestelmiä käytetään yleisesti:

• Keskitehoiset muuntajat
• Suuret tehomuuntajat
• Tasasuuntaajan muuntajat
• Uunin muuntajat
• Vetomuuntajat

 

IFD-laitteisiin verrattuna nopean paineen nousun suojausjärjestelmät mahdollistavat nopeamman sähköintegraation ja sopivat paremmin kriittisiin hyöty- ja teollisuussovelluksiin.

4.3 Buchholz Rele

Buchholz-rele on kaasu- ja öljy-virtaus-käyttöinen vianilmaisulaite, jota käytetään paisunta-tyyppisissä muuntajissa.

Toisin kuin SPR- ja IFD-järjestelmät, jotka reagoivat ensisijaisesti paineen muutoksiin, Buchholz-releet havaitsevat sisäiset viat seuraavilla tavoilla:

• Kaasun kerääntyminen
• Öljyn aaltoliike

 

Rele toimii tyypillisesti kahdessa vaiheessa:

• Hälytys alkavista vioista
• Vakavien sisäisten vikojen matka

 

Buchholz-releitä käytetään laajalti:

• Conservator{0}}-tyyppiset yksikön sähköasemat
• Keskitehoiset muuntajat
• Suuret tehomuuntajat

 

Koska Buchholz-releet pystyvät havaitsemaan hitaasti kehittyviä eristysvirheitä, ne ovat edelleen yksi tärkeimmistä vianhavaitsemislaitteista suurissa öljytäytteisissä{0}}muuntajissa.

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. Suojaushierarkia suunnittelukäytännössä

 

Todellisissa muuntajasovelluksissa näitä laitteita ei käytetä tasaisesti kaikissa muuntajaluokissa. Sen sijaan suojajärjestelmät kehittyvät asteittain muuntajan koon ja vikaenergian kasvaessa.

 

Taulukko 2 – Tyypillinen suojauslaitesovellus muuntajaluokittain

Tämä kerrosrakenne heijastaa sitä suunnitteluperiaatetta, jonka mukaan muuntajan suojaus kehittyy mekaanisesta peruspaineen alentamisesta kohti integroituja mekaanisia ja sähköisiä vikasuojajärjestelmiä.

6. Johtopäätös

 

Nykyaikainen muuntajien turvallisuussuunnittelu perustuu paineenalennus- ja vianhavaitsemisjärjestelmien koordinointiin yhden laitteen sijasta.

PRV:t ja PRD:t tarjoavat hallitun mekaanisen paineenpoiston normaaleissa ja epänormaaleissa käyttöolosuhteissa. Repeämälevyt tarjoavat äärimmäisen hätäsuojan katastrofaalisten vikojen aikana. IFD:t ja äkilliset painerelejärjestelmät havaitsevat sisäisten sähkövikojen aiheuttaman äkillisen paineen nousun, kun taas Buchholz-releet valvovat kaasun muodostusta ja öljyn liikettä, jotka liittyvät eristysvikojen kehittymiseen.

Yhdessä nämä laitteet muodostavat monikerroksisen muuntajan suoja-arkkitehtuurin, joka parantaa käyttövarmuutta, henkilöstön turvallisuutta ja vikojen eristyskykyä jakelu-, teollisuus- ja sähkönjakelujärjestelmissä.