Силовые трансформаторы являются сердцем любой подстанции, а их надежная и безопасная эксплуатация обеспечивается целым комплексом вспомогательного оборудования. Среди этого оборудования критически важную роль играют маслоприемники и газовые реле – устройства, предназначенные для защиты трансформатора от внутренних повреждений и предотвращения катастрофических последствий.
1. Назначение и роль в системе защиты
Маслоприемники (Расширительные баки)
- Основная функция: Компенсация изменения объема трансформаторного масла при колебаниях температуры, предотвращение контакта масла с атмосферным кислородом и влагой.
- Защитная функция: Является ключевым элементом системы газовой защиты, местом установки газового реле.
Газовые реле (Реле Buchholz)
- Основная функция: Детектирование постепенного образования газов (медленные повреждения) и резкого перемещения масла (быстрые повреждения) внутри трансформатора.
- Защитная функция: Выдача сигналов предварительной тревоги и аварийного отключения трансформатора.
2. Маслоприемник: Конструкция, принцип работы и монтаж
2.1. Конструкция и компоненты
Маслоприемник – это стальной цилиндрический бак, установленный на раме выше основной крышки трансформатора.
Ключевые элементы:
- Собственно бак: Изготавливается из листовой стали, имеет цилиндрическую форму.
- Указатель уровня масла (маслоуказатель): Стеклянная трубка или герметичный указатель магнитного типа с шкалой, показывающей уровень масла при различных температурах (обычно от -40°C до +40°C).
- Дыхательный аппарат (силикагелевый осушитель): Соединен с атмосферой через адсорбент (силикагель), который поглощает влагу из воздуха, поступающего в бак при охлаждении масла. Индикаторная розетка силикагеля меняет цвет (с синего на розовый) при потере осушающих свойств.
- Предохранительная мембрана (диафрагма): Устанавливается на патрубке дыхательного аппарата. Разрывается при чрезмерном повышении давления внутри бака, предотвращая его разрушение.
- Патрубки для подключения:
- Соединительный патрубок: Для соединения с основным баком трансформатора через газовое реле.
- Дополнительные патрубки: Для заливки масла, отбора проб, подключения датчиков.
- Крышка с люком: Для внутреннего осмотра и очистки.
2.2. Принцип работы
- Нагрев (лето, нагрузка): Масло в трансформаторе расширяется, его уровень в маслоприемнике повышается. Воздух или азот (в случае азотной подушки) из бака вытесняется через дыхательный аппарат.
- Охлаждение (зима, отсутствие нагрузки): Масло сжимается, его уровень в маслоприемнике понижается. Воздух, осушенный силикагелем, засасывается внутрь, предотвращая увлажнение масла.
2.3. Правила монтажа
- Маслоприемник должен быть установлен так, чтобы соединительный патрубок к трансформатору имел подъем не менее 1-2% в сторону маслоприемника. Это обеспечивает свободный проход газов к реле.
- Соединительная труба между реле и маслоприемником не должна иметь U-образных изгибов, где могут скапливаться газы.
3. Газовое реле: Устройство, типы и логика работы
Газовое реле – это механическое устройство, устанавливаемое в маслопроводе между основной крышкой трансформатора и маслоприемником.
3.1. Конструкция и принцип действия
Классическое реле имеет корпус с двумя камерами, в каждой из которых находится поплавок с ртутным (в старых моделях) или герконовым контактом.
Элементы реле:
- Верхняя камера (сигнальная): Содержит поплавок. При постепенном выделении газа в трансформаторе газ скапливается в верхней части реле, вытесняя масло. Поплавок опускается и замыкает контакты, подавая сигнал «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ».
- Нижняя камера (отключающая): Содержит заслонку (лопасть) и поплавок. При резком повреждении (например, витковом замыкании) возникает ударная волна, которая вызывает быстрое перемещение масла через реле. Заслонка отклоняется и замыкает контакты, вызывая мгновенное «АВАРИЙНОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ» трансформатора от сети.
- Смотровое окно: Для визуального контроля уровня масла и количества собранного газа.
- Кран для отбора проб газа: Позволяет взять пробу газа для химического анализа (газохроматографии).
3.2. Логика срабатывания
| Повреждение в трансформаторе | Процесс в реле | Срабатывание контактов | Действие персонала |
|---|---|---|---|
| Медленное (тлеение изоляции, плохой контакт) | Постепенное выделение газа, скапливание в верхней камере | Сигнал «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» (опускается верхний поплавок) | Взять пробу газа для анализа, определить характер и серьезность повреждения |
| Быстрое (витковое замыкание, пробой изоляции) | Резкий поток масла, отклонение заслонки | «АВАРИЙНОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ» (срабатывает нижняя заслонка/поплавок) | Немедленное отключение трансформатора. Полное обследование и ремонт. |
3.3. Современные типы реле
- С герконовыми контактами: Более безопасны и надежны, чем ртутные.
- Электронные (интеллектуальные) газовые реле: Помимо сигнализации, могут измерять скорость накопления газа, давление, температуру и передавать данные в систему АСУ ТП. Некоторые модели имеют встроенные клапаны для автоматического отбора проб газа.
4. Анализ газов – ключ к диагностике
Химический состав газа, собранного в реле, точно указывает на тип и источник повреждения внутри трансформатора.
- Водород (H₂), Метан (CH₄): Разложение целлюлозной изоляции (бумаги) при перегреве.
- Ацетилен (C₂H₂): Признак электрической дуги (витковое замыкание).
- Этилен (C₂H₄), Этан (C₂H₆): Термическое разложение масла при высоких температурах.
- Окись углерода (CO), Двуокись углерода (CO₂): Старение или перегрев твердой изоляции.
На основе этого анализа строится Diagnostic Gas Chart, позволяющая точно локализовать проблему.
5. Эксплуатация, обслуживание и безопасность
- Регулярный осмотр: Контроль уровня масла в маслоприемнике, цвета силикагеля, отсутствие течей.
- Проверка реле: Визуальный контроль через смотровое окно на предмет наличия газа.
- Отбор проб газа: При срабатывании сигнальной цепи немедленно взять пробу газа для анализа.
- Продувка реле: После срабатывания и отбора проб реле необходимо продуть для удаления остатков газа.
- Запрещено: Эксплуатировать трансформатор при неисправном газовом реле или отключать его цепи защиты.
Заключение
Маслоприемник и газовое реле – это не просто вспомогательные устройства, а высокоэффективная и надежная система раннего предупреждения, способная предотвратить крупную аварию и многомиллионные убытки. Их правильная установка, эксплуатация и грамотная интерпретация их сигналов являются обязательным элементом культуры эксплуатации силовых трансформаторов. Эта простая, но гениальная механическая система уже почти столетие остается одним из самых важных и незаменимых средств защиты в электроэнергетике.
Комментарии