Защита от перегрузки трансформатора

Когда слышишь 'защита от перегрузки', первое, что приходит в голову — тепловое реле или цифровые устройства. Но на практике всё сложнее: я видел, как на подстанции в промзоне под Челябинском трансформатор 1000 кВА вышел из строя именно из-за 'защиты', которая сработала поздно. Причина? Не учли пусковые токи двигателей и реактивную мощность одновременно. Это типичная ошибка — думать, что достаточно купить реле с красивой маркировкой.

Почему стандартные решения часто подводят

В проектах часто закладывают защиту по току с выдержкой времени, но не всегда учитывают реальные эксплуатационные условия. Например, на металлургическом заводе под Магнитогорском мы столкнулись с тем, что трансформатор ТМ-1600 постоянно уходил в аварийный режим. Оказалось, защита срабатывала на пиковые нагрузки, хотя по расчётам всё было в норме. Пришлось пересматривать уставки с учётом несимметрии фаз.

Ещё один нюанс — селективность. Как-то раз на объекте в Омске установили реле РСТ-11, но оно конфликтовало с вышестоящей защитой. При коротком замыкании отключалась вся секция, хотя должен был сработать только вводной автомат. Пришлось 'ловить' параметры по осциллографу и корректировать кривые срабатывания.

Сейчас многие переходят на микропроцессорные терминалы, например, серии БМРЗ или импортные Siemens. Но и тут есть подводные камни — если не настроить тепловую модель трансформатора правильно, защита будет работать некорректно. Я сам видел, как на подстанции торгового центра 'Горки' в Москве трансформатор 2500 кВА вышел в перегруз из-за того, что в терминале не учли коэффициент старения изоляции.

Как мы подбирали защиту для насосной станции

В 2021 году для насосной станции в Татарстане мы использовали трансформаторы с системами мониторинга от компании ООО Юэцин Сутун Электрооборудование. Их оборудование привлекло тем, что в реле перегрузки уже была заложена функция учёта температуры обмотки через датчики Pt100. Это важно — ведь классическая защита по току не всегда отражает реальный тепловой режим.

Настраивали уставки с запасом в 15% от номинала, но с учётом пусковых токов скважных насосов. Интересно, что при тестовых включениях заметили: цифровое реле фиксировало перегрузки, которые раньше 'пропускались' аналоговыми системами. Особенно это проявлялось при одновременном запуске двух насосов с мягкими пускателями.

Кстати, на сайте https://www.sutong.ru есть технические заметки по настройке таких систем. Мы использовали их рекомендации по калибровке датчиков — там подробно расписано, как учитывать неравномерность нагрузки по фазам. Это помогло избежать ложных срабатываний при работе вентиляторов охлаждения.

Ошибки при модернизации старых подстанций

На реконструкции подстанции 1970-х годов в Самаре столкнулись с парадоксом: после установки новых реле защиты трансформатор начал перегреваться при нагрузках всего 80% от номинала. Разбирались неделю — оказалось, проблема в том, что не учли изменение коэффициента мощности из-за современной частотной приводной техники.

Пришлось дополнительно ставить датчики температуры прямо на обмотки через трансформаторные вводы. Использовали чешские sensors с Modbus-выходом, которые интегрировали в существующую систему АСУ ТП. Кстати, тут важно не переборщить с точностью — излишняя чувствительность датчиков может привести к частым отключениям.

Заметил, что многие проектировщики забывают про защиту от перегрузки трансформатора при работе в параллель. На той же самарской подстанции два трансформатора 630 кВА работали с неравномерной нагрузкой 60/40, хотя по паспорту могли держать 50/50. Решение нашли через динамическое перераспределение нагрузки с помощью PLC-контроллеров.

Практические нюансы тепловой защиты

Тепловая защита — это не только про ток. На химическом заводе в Дзержинске столкнулись с ситуацией, когда трансформатор ТМ-1000 перегревался из-за забитых воздуховодов охлаждения. Система защиты сработала только когда температура масла достигла 95°C, хотя по расчётам должна была отключить при 85°C. Причина — датчики были установлены в неудачном месте, в 'застойной' зоне бака.

Сейчас рекомендуем ставить минимум три датчика температуры: в верхней части бака, на входе охладителя и на наиболее нагруженной фазе. Для трансформаторов с принудительным охлаждением типа ДЦН — дополнительно контролировать расход масла. Кстати, в оборудовании от ООО Юэцин Сутун Электрооборудование есть встроенная функция адаптации уставок в зависимости от температуры окружающей среды — это реально упрощает настройку.

Иногда помогает нестандартный подход. На карьере в Кемерово для трансформаторов 6/0.4 кВ применили схему с прогнозированием перегрузки по тренду потребляемой мощности. Использовали простой алгоритм на базе ПЛК — если в течение 15 минут мощность росла более чем на 2% в минуту, защита preemptively увеличивала уставку срабатывания. Снизило количество ложных отключений на 30%.

Что чаще всего упускают при проектировании

За 15 лет работы заметил, что основные проблемы возникают из-за недооценки переходных процессов. Например, при ремонте сетей 10 кВ в Подмосковье забыли предусмотреть защиту от бросков тока при восстановлении питания после аварии. Результат — три сгоревших трансформатора 400 кВА за полгода.

Ещё момент — многие не учитывают старение изоляции. Для трансформаторов старше 10 лет нужно уменьшать допустимую перегрузку как минимум на 10-15%. Мы на одном из целлюлозно-бумажных комбинатов ввели поправочный коэффициент 0.85 для оборудования после 15 лет эксплуатации — количество аварий снизилось втрое.

Советую обращать внимание на защиту от перегрузки трансформатора не только по току, но и по мощности. Особенно актуально для объектов с генерацией — там возможны обратные потоки мощности, которые стандартные реле могут не отслеживать. Для таких случаев лучше использовать устройства с векторным анализом, типа реле SEPAM от Schneider Electric.

Заключительные мысли

Если обобщать опыт, то идеальной защиты не существует. Каждый объект требует индивидуального подхода. Сейчас склоняюсь к тому, что лучше использовать комбинированные системы — тепловую защиту + токовую + мониторинг состояния изоляции. Да, это дороже, но ремонт трансформатора обойдётся в разы дороже.

Кстати, недавно узнал, что в Китае, в том же регионе Чжэцзян где базируется ООО Юэцин Сутун Электрооборудование, стали применять системы ИИ для прогнозирования перегрузок. Пока у нас такого не видел, но думаю, лет через пять это будет стандартом.

Главное — не забывать, что любая защита должна быть адекватна рискам. Иногда проще заложить трансформатор с запасом по мощности, чем усложнять систему защиты. Но это уже вопрос экономики, а не техники.