Эксплуатация трансформаторов и автотрансформаторов

На электрических станциях и подстанциях в сетях переменной тока применяют трансформаторы, понижающие или повышающие напряжение. Их изготовляют двух- или трехобмоточным, одно- или трехфазными.

Трехфазные трансформаторы на 20—25% дешевле, обеспечивают снижение потерь энергии в них на 12-15%, их эксплуатация по сравнению с группой трех однофазных трансформаторов той же мощности значительно проще. Поэтому группу из трех однофазных трансформаторов используют только для мощных единиц, когда возникают затруднения с перевозкой трехфазных из-за большей массы и габаритов.

Трансформаторы изготовляют на все номинальные напряжения и мощности до 1000 MB • А. Трансформаторы мощностью 1,6 MB • А выполняют сухими открытыми (С), защищенными (СЗ) или герметическими (СГ), до 16 MB • А— с естественным масляным охлаждением (М), до 100 MB • А — с масляным охлаждением и дутьевыми вентиляторами (Д), от 63 MB • А и более — с масляным охлаждением и принудительной циркуляцией масла, а также дутьевым охлаждением масла (ДЦ). Более мощные трансформаторы имеют масляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла через масловодяной охладитель.

В зависимости от мощности и напряжения трансформаторы распределены по габаритам на несколько групп.

Трансформаторы имеют буквенное и цифровое обозначение. Буквы означают: первая — число фаз (0 — для однофазного, Т — для трехфазного) или наличие автотрансформаторной схемы (А — для автотрансформатора); вторая или две — вид охлаждения (С, М, Д, ДЦ); третья — число обмоток (Т — для трехобмоточных, Р — для расщепленных); первая цифра, стоящая после бук­венного обозначения, показывает номинальную мощность (кВ • А), вторая — напряжение обмоток" (кВ).

Для ограничения токов короткого замыкания и емкостных токов трансформаторы с первичными напряжениями 110 и 220 кВ имеют вторичные обмотки 6 и 10 кВ, выполняемые расщепленными на половинную мощность каждая.

Масло в трансформаторах служит в качестве изоляции, а так­же для охлаждения. Чтобы обеспечить постоянное заполнение бака маслом и уменьшить поверхность соприкосновения его с возду­хом в целях предохранения масла от окисления и увлажнения, применяют расширитель. У трансформаторов комплектных подстан­ций масло предохраняется от окисления благодаря полной герме­тизации бака и создания поверхностной азотной подушки.

Трансформаторы характеризуются номинальными напряжения­ми их обмоток. При работе трансформатора под нагрузкой и под­ведении к зажимам его первичной обмотки номинального напря­жения напряжение на зажимах вторичной обмотки меньше номи­нального на величину потери напряжения в трансформаторе. По номинальным напряжениям обмоток определяют коэффициент трансформации К_т, представляющий собой отношение номинальных на­пряжений обмоток высшего и низшего напряжений в двухобмоточном трансформаторе. Например, для трехфазного двухобмоточного трансформатора с номинальными напряжениями обмоток 35 и 6,6 кВ К_т=35/6,6 = 5,3.

Трехфазный силовой трансформатор с масляным охлаждением показан на рис. 61. Основными его элементами являются магнито провод 6 с обмотками 3 и бак 1с охлаждающими трубками 19 или радиаторами. Магнитопровод 6 набирается из листов специаль­ной электротехнической стали толщиной 0,35 мм. Для уменьшения потерь на вихревые токи листы стали перед сборкой изолируют лаком или теплостойкими покрытиями на основе жидкого стекла, либо путем специальной химической обработки поверхности стали добиваются получения на ней жаростойкого изоляционного слоя (при использовании холоднокатаной стали). Части магнитопровода собирают с помощью стяжных болтов и прессующих консолей в единую жесткую конструкцию. По конструкции магнитопроводы бывают стержневые и броневые.

Обмотки 3 трансформаторов выполняют из электролитической меди прямоугольного или круглого сечения, а также из алюминия.

Обмотки бывают цилиндрические и дисковые и отделяются от сер­дечника, друг от друга и Стенок бака цилиндрами из изолирующего материала.

Баки 1 для масляных трансформаторов выполняют из листовой стали с помощью сварки. Между съемной крышкой и баком поме­щают прокладку из маслоупорной резины, пробки; крышку крепят к баку болтами. В крышке бака устанавливают изоляторы 13 и 14, а на ней — расширитель 16 и выхлопную трубу 15. У более тяжелых трансформаторов разъем предусматривается внизу у осно­вания; съемную часть называют «колоколом».

Отечественные заводы выпускают сухие (без масла) трансфор­-
маторы напряжением до 15 кВ с естественным воздушным охлаж­
дением. Сухие трансформаторы мощностью до 1600 кВА, предна-
значенные для работы в закрытых помещениях, являются пожаро­-
безопасными и используются в установках с. н. электрических стан­-
ций и подстанций, на внутрицеховых трансформаторных подстан­-
циях промышленных предприятий.

Сухие трансформаторы по сравнению с масляными создают повышенный шум и боятся грозовых перенапряжений. Их можно устанавливать в сухих, непыльных помещениях с относительной влажностью не более 85%.

Допустимые нагрузки сухих трансформаторов определяются предельными температурами изоляции для классов А — 60°С, Е — 75, В — 80 и Н — 125°С, а нагрузки масляных трансформато­ров — предельными температурами верхних слоев масла в зависимости от способа охлаждения: М или Д — 95°С, ДЦ — 75 и Ц — 70°С.

Трансформаторы, заполненные негорючей жидкостью — совтолом, изготовляют мощностью до 2500 кВ • А. Из-за повышенной стоимости и токсичности совтола их применяют преимущественно на производствах, где установка сухих трансформаторов недопусти­ма по условиям среды, а масляных — по условиям пожарной безопасности. Сухие и совтоловые трансформаторы малой мощно­сти можно устанавливать непосредственно в производственных помещениях, а также в подвалах и на любом этаже зданий. По устройству автотрансформаторы отличаются от обычных трансформаторов тем, что их первичная и вторичная об­мотки не разобщены, а соединены электрически (рис. 62). Если к выводам А — х подводится напряжение U₁, между зажимами а — х снимается напряжение U_2. Вследствие прохождения во вто­ричной цепи разности токов значительно уменьшаются размеры основных частей и бака автотрансформатор.

У автотрансформаторов различают проходную и типовую мощ­ности. Проходной называют мощность S = IU, где, S — мощ­ность одной фазы, кВA; U —фазное напряжение, В; 1 — пер­вичный ток, А, проходящий по части обмотки А — а, содержащей w_x = w — w₂ витков

Типовой или расчетной мощностью автотрансформаторов называют часть проходной мощности, получаемую трансформацией при участии магнитного потока (электромагнитная мощность) и рав­ную и₂1^Г2- Типовая мощность зависит от соотношения первичного и вторичного напряжений, например при соотношении напряжений 220/110 кВ типовая мощность составляет 50%, при 400/220 кВ 45%, а при 400/110 кВ — 73% проходной мощности. Индуктивное сопротивление автотрансформаторов по_сравнению_с индуктив­ным сопротивлением трансформаторов при одинаковых мощностях и напряжениях меньше, вследствие чего меньше и потери напряжения в автотрансформаторах. Коэффициент полезного действия автотрансформаторов выше, чем трансформаторов.

К недостаткам автотрансформаторов относят возможность их ра­боты только в сетях с глухозаземленными нейтралями и увеличе­нием токов к. з. в связи с меньшим индуктивным сопротивлением.

При необходимости работы трансформаторов для связи между двумя сетями с заземленной нулевой точкой и при соотношении между напряжениями этих сетей, близком к 2 (например, 500 и 330 или 220 кВ, 330 или 220 кВ, 220 и 110 кВ), экономически целесообразно применять автотрансформаторы. В настоящее вре­мя автотрансформаторы широко используют в районных сетях.

Для питания потребителей или подключения генераторов авто­трансформаторы снабжают обычно третьей обмоткой напряже­нием 6, 10 или 35 кВ, соединяемой в треугольник.

 

Теплота, выделяемая в обмотках и магнитопроводе трансформа­тора, при естественном масляном охлаждении передается маслу, а от него через стенки бака, радиаторы и крышку — окружаю­щему воздуху. Отводу теплоты в окружающую среду способствует естественная циркуляция масла внутри трансформатора. Нагретое масло поднимается под крышку, а охлажденное у стенок бака, как более тяжелое, опускается.

Если трансформатор с естественным масляным охлаждением ус­танавливают в закрытом помещении, оно должно иметь непрерыв­ную вентиляцию, обеспечивающую отвод нагретого и подвод холод­ного воздуха. При правильно рассчитанной вентиляции трансфор­маторного помещения разность между температурами входящего и выходящего воздуха не должна превышать 15°С при номиналь­ной нагрузке трансформатора.

При контроле температуры масла следует учитывать, что у тран­сформаторов с естественным охлаждением масла, а также с дутьем при нагрузках, близких к номинальной, средняя температура об­мотки выше температуры верхних слоев масла на 10—15°С, а у трансформаторов с принудительной циркуляцией масла — на 20 -~ 30°С. В трансформаторах с естественным охлаждением темпера­тура масла в нижних слоях значительно меньше, чем в верхних.

Например, если температура масла в верхних слоях равна 80° С, то в нижних — 30—35°С, а в средней части трансформатора — 65—70° С.

Температуру масла в трансформаторах мощностью меньше 1000 кВ • А измеряют ртутным термометром, который устанавлива­ют в крышке трансформатора со стороны вводов низшего напряже­ния. На трансформаторах мощностью 1000 кВ • А и более кроме ртутного устанавливают термометр манометрического типа на уровне 1,5 м от земли. На мощных трансформаторах помимо указан­ных термометров монтируют термометры сопротивления для дистанционного измерения температуры масла со щита управления.

Масло по сравнению с обмоткой нагревается (или охлаждает­ся) медленнее, поэтому при измерении нагрузки термометры по­казывают повышение температуры с запозданием на несколько
часов.

У трансформаторов с воздушным дутьем радиаторы обду­ваются воздухом от нескольких вентиляторов с электроприводом, размещенных по два внутри каждого радиатора в пространстве между его трубами. Электроприводы выполнены с короткозамкнутым ротором мощностью 150 Вт каждый.

На трансформаторах с дутьевым охлаждением масла Д и ДЦ допускается работа с отключенным дутьем при номинальной на­грузке в течение 10 мин или режиме холостого хода для трансфор­маторов в течение 30 мин. Если по истечении указанного времени температура верхних слоев масла не достигла 80°С для трансформаторов до 250 MB • А включительно и реакторов и 75°С для трансформаторов свыше 250 MB • А, допускается даль­нейшая работа с номинальной нагрузкой для достижения указан­ных температур, но не более 1 ч. Дутьевое охлаждение должно включаться автоматически при достижении температуры масла 55° С или номинальной нагрузке вне зависимости от температуры масла.

В трансформаторах с принудительной циркуляцией масло ох­лаждается с помощью воздушных или водяных охладителей, через которые его прогоняют насосом. Охлаждающая поверхность баков этих трансформаторов невелика, поэтому в окружающую сре­ду ими отводится менее 10% потерь теплоты трансформатора, а остальная доля — охладителями.

При принудительном масловодяном охлаждении (рис. 63) нагре­тое масло забирается из верхней части трансформатора, прогоня­ется насосом через водяной охладитель 2, охлаждается в нем и поступает через воздухоуловитель 3 в нижнюю часть трансфор­матора. Входной и выходной патрубки маслопровода располагают на баке трансформатора по диагонали, чтобы включить в цирку­ляцию возможно больший объем масла. Водяные охладители обычно выполняют трубчатыми; по трубам течет охлаждающая вода, а в межтрубном пространстве — масло. Теплота от масла передается стенкам труб, от которых и уносится водой. Контроль степени охлаждения масла ведется по разности температур на входе его

 

в трансформатор и выходе из него. При максимальной температуре воды 25°С эта разность температур долж­на быть не меньше 10°С.

Масляный насос всегда устанав­ливают перед охладителем со сторо­ны входа в него масла, чтобы,охладитель был в напорной линии и масло в нем находилось под большим давлением, обусловленным работой напора.

Если насос разместить после охла­дителя (по ходу масла), он создаст разрежение в маслоохладителе и через неплотности трубок возможно будет засасывание воды в масло. При невключенном масляном насосе статический напор масла в охладителе должен превышать давление воды в нем на 0,03—0,05 МПа во избежание попадания воды в масло при аварийном останове насоса. Это достигается соответствующим располо­жением охладителей и схемой подачи охлаждающей воды.

Система охлаждения (трубопроводы, насосы и маслоохладите­ли) трансформаторов с масловодяным охлаждением тщательно уп­лотняется, особенно со стороны разрежения, во избежание подсоса воздуха и попадания в трансформатор. Перед трансформатором размещают воздухоуловитель 3, который состоит из двух кон­центрически расположенных цилиндров, установленных верти­кально.

Для трансформаторов с принудительной системой охлаждения допускается кра тковременная работа при нар ушении в системе (прекращение циркуляции масла или воды, останове дутья), так как трансформаторы обладают большой теплоемкостью.

Во избежание попадания охлаждающей воды в масло транс­форматора необходимо соблюдать определенную последователь­ность операций по включению и отключению системы охлажде­ния трансформатора: при включении трансформатора в первую очередь пускают масляный насос, затем водяной; при отключении – сначала останавливают водяной насос, затем масляный.

У трансформатора с принудительной циркуляцией масла и дутьем циркуляция масла должна быть включена не позднее чем через 10—15 мин после включения трансформатора в работу с нагруз­кой, близкой к номинальной, а вентиляторы можно не включать, по­ка температура масла не повысится до 45—50°С. Включение тран­сформатора на номинальную нагрузку допускается с системами охлаждения М и Д при любой минусовой температуре воздуха, а с системами охлаждения ДЦ и Ц — не ниже —25°С.

Если трансформатор с принудительной циркуляцией масла и дутьем выводят из работы в резерв, никаких операций с вентиляторами в системе охлаждения и ключами управления   в шкафу управления электродвигателями производить не требуется. У трансформаторов с масловодяным охлаждением при отключении закрывают задвижки на выходе масла и воды при отсутствии их
автоматического закрытия.

При выводе трансформатора с масловодяным охлаждением или системы охлаждения в длительный ремонт закрывают все задвижки и немедленно открывают краны для спуска воды. Зимой при включении неработающего трансформатора следует вначале прогреть масло до 10° С, включив насосы циркуляции масла, а затем пускать воду в охладители. При одновременном включении циркуляции переохлажденной воды и масла, имеющего температуру ниже нуля, вода в трубах охладителя может замерзнуть, что вы­зовет их повреждение. Применяют меры по защите системы охлаждения в зимнее время от замораживания (спуск воды из охладителей при отключении трансформатора, утепление).

В системе принудительного масловоздушного охлаждения масляные_насосы обеспечивают циркуляцию масла через охлаждающие радиаторы. Воздух через эти радиаторы прогоняется вентиля­торами. Радиаторы и вентиляторы устанавливают либо отдельно от трансформатора, либо на его баке.

При отключении охлаждения (прекращении циркуляции масла,
воды или останове вентиляторов дутья) температура трансформа­
тора быстро повышается. Трансформаторы оборудуют сигнализацией о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или об
останове вентиляторов дутья. Циркуляция масла включена постоянно вне зависимости от нагрузки и температуры масла во избе­жание возникновения местных перегревов отдельных частей трансформатора.                                                                   

Текущий ремонт систем охлаждения Д, ДЦ, Ц производят еже­годно.