Лабораторная работа №2 Сушка силового трансформатора в собственном баке

Цель работы: Изучить и освоить способы сушки трансформатора в собственном баке.

Программа работы

1. Произвести расчет обмотки и электрических параметров сушки трансформаторов индукционными потерями в собственном баке.

2. Рассчитать электрические параметры при сушке трансформаторов токами нулевой последовательности.

3. Произвести расчет электрических параметров сушки трансформаторов способом однофазного короткого замыкания.

4. Провести экспериментальные исследования.

Общие сведения

B процессе эксплуатации и хранения трансформаторов по различным причинам происходит увлажнение электроизоляционных материалов. Основным источником увлажнения является влага, попадающая в транс­форматор вследствие непрерывной диффузии из окружающей среды через расширитель или вследствие других причин. Из-за несовершенства силикагелевых осушителей, нарушения герметизации трансформаторов с азотной подушкой в бак вместе с воздухом вносится атмосферная влага. Влага абсорбируется из воздуха маслом, а из масла - твердой изоляцией, так со временем трансформаторы увлажняются. Процесс увлажнения происходит тем интенсивнее, чем выше влажность окружаю­щего воздуха и чем резче колебания нагрузки трансформатора. После нескольких лет работы трансформаторов c силикагелевым осушителем в бак через расширитель попадает значительное количество влаги, и изоляция увлажняется до 1,5 ... 4,5% массы твердой изоляции. Однако зачастую при нарушениях уплотнений бака происходит увлаж­нение изоляции и за меньшее время.

Изоляционные материалы силовых трансформаторов, соприкасаясь с окружающим воздухом, могут абсорбировать до 15 ... 20% влаги от своего веса.

Увлажнение твердой изоляции трансформатора оказывает сильное влияние на ее электроизоляционные, а также на физико-механические свойства. Влага при определенном ее содержании резко ухудшает диэлектрические свойства изоляционных материалов и может привести к выходу из строя трансформатора.

Кроме опасности разрушения изоляции в результате пробоя, повышенное влагосодержание ускоряет процесс теплового старения электроизоляционных материалов трансформаторов.

Для восстановления диэлектрических свойств, нарушенных при увлажнении, электроизоляционные материалы трансформаторов подвергаются подсушке или сушке, в зависимости от степени увлажнения.

Необходимость сушки трансформаторов, находящихся в монтаже или эксплуатации, а также прошедших ремонт, оценивается на основе измерения параметров изоляции, характеризующих ее диэлектрические свойства. Если измерения по оценке состояния изоляции, произведенные в соответствии с «Нормами испытания электрооборудования», показали повышенное увлажнение, то производится подсушка или сушка изоляции трансформаторов.

Ha заводах и ремонтных предприятиях сушка твердой изоляции осуществляется без масла. Температура осушаемой изоляции поддержи­вается близкой к максимально допустимой по условиям теплового ста­рения и не превышает 100 ...110 °С. При изготовлении на заводе и ремонте на крупных ремонтных предприятиях активная часть сушится в специальных сушильных шкафах при температуре 105 ... 110 °С с остаточным давлением воздуха не более 600... 700 Па. B условиях экс­плуатации сушка осуществляется обычно в собственном баке трансформатора. В зависимости от мощности и класса напряжения трансформатора сушка в собственном баке производится либо под вакуумом, либо при атмосферном давлении. Мощные силовые трансформаторы класса напряжения 220 кВ и выше, имеющие значительную массу изоляции, требуют обязательной вакуумной сушки. Трансформаторы напряжением 110 кВ и ниже с баками, не рассчитанными на полный вакуум, осушают­ся при остаточном давлении 40 ... 50 Па или без вакуума.

Контроль процесса сушки заключается в периодическом измерении температуры, изоляционных характеристик трансформатора и определе­нии количества конденсата, выделившегося при вакуумной сушке. Основным параметром, по которому судят о ходе сушки, является сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса и количество выделившегося конденсата при вакуумной сушке. Дополнительно конт­роль процесса сушки может производиться измерением и параметра «емкость-время» ( )

Окончание сушки определяется по кривой зависимости сопротивле­ния изоляции от времени . Кривая зависимости в начале нагрева активной части падает, затем по мере высыхания изоляции сопротивление растет и в конце сушки устанавливается. Сушка считается законченной, если при неизменной температуре сопро­тивление изоляции остается постоянным для трансформаторов до 35 кВ включительно в течение 6 часов, для трансформаторов напряжением 110 кВ и выше в течение 48 часов.

Качество и скорость сушки зависят от температуры осушаемого материала и остаточного давления в зоне сушки: чем выше темпера­тура и глубже вакуум, тем интенсивнее и до меньшего значения остаточного влагосодержания осушается изоляция.

Ha скорость сушки влияет не только температура, но и ее распре­деление в осушаемом материале. Если по толщине влажного электроизо­ляционного материала имеется перепад температуры, то под влиянием температурного градиента влага перемещается по направлению потока тепла. Это явление носит название термовлагодиффузии. Применение при сушке термовлагодиффузии интенсифицирует выход влаги. Благоприятное температурное поле для выхода влаги из изоляции обмоток создается при их нагреве за счет протекания по ним тока.

Сушка трансформатора в собственном баке можно выполнять горячим маслом с фильтрацией последнего; горячим воздухом; током корот­кого замыкания, в частности, по схеме однофазного короткого замыка­ния; потерями в баке (при помощи намагничивающей обмотки) и токами нулевой последовательности (ТНП). Последние два способа сушки получили наибольшее распространение.

Присушке трансформатора потерями в баке выемная часть сушится в своем баке без масла.

Нагрев трансформатора производится потерями в баке, для чего на бак трансформатора (при необходимости теплоизолированный асбес­том) наматывается однофазная или трехфазная намагничивающая обмот­ка. Если сушка трансформатора происходит в помещении, то теплоизо­ляцию бака обычно не производят.

Сушка трансформатора потерями в собственном баке удобна тем, что она может быть произведена на месте установки или ремонта трансформатора без его транспортировки, при наличии любого источника низкого напряжения.

Недостатками этого способа является необходимость выполнения специальной намагничивающей обмотки и относительно большой расход электроэнергии на сушку.

Рисунок 2.1 - Схема сушки трансформатора потерями в собственном баке

При этом способе источник тепла является (потери в баке) внеш­ним по отношению к обмоткам, поэтому градиент температуры отрицателен и время сушки возрастает.

Воздушная подушка между баком и выемной частью сказывает небла­гоприятное воздействие при сушке: являясь теплоизоляцией, она способствует увеличению потерь мощности (тепла) в окружающую среду, и значительно замедляет разогрев выемной части, поэтому общее время сушки увеличивается.

Схема сушки трансформатора потерями в собственном баке приве­дена на рисунке 2.1.

Для получения более равномерного распределения температуры внутри бака намагничивающая обмотка наматывается на 40-60% высоты бака (снизу), причем витки в нижней части бака располагаются гуще, плотнее.

Сушка трансформатора потерями в собственном баке с помощью однофазной намагничивающей обмотки приводит к неравномерной нагруз­ке фаз питающей сети и может привести к искажению фазных напряжений питающей сети, при этом для сушки крупных трансформаторов требует­ся значительная мощность источника питания. Поэтому: сушка трансформа­торов при малой мощности, источника литания рекомендуется производить с помощью трехфазной намагничивающей обмотки.

Сушка трансформаторов токами нулевой последовательности отличается от сушки трансформаторов потерями в собственном баке тем, что вместо специальной, наружной, намагничивающей обмотки используется одна из обмоток трансформатора, соединенная по схеме нулевой последовательности. Если обмотка трансформатора, которую решено использовать в качестве намагничивающей, соединена «в звезду», то напряжение питания подводится к закороченным выводам фаз и нулевой точке обмотки (рисунок 2.1.).

Если же обмотка трансформатора соединена «в треугольник», то напряжение питания подводится в разрыв треугольника. Замкнутые контуры (треугольники) других обмоток должны быть при этом разомкнуты.

Трансформаторы, применяемые в сельском хозяйстве, обычно имеют 12-ю группу соединения обмоток – Y/ Y₀ . B этом случае очень удобно использовать в качестве намагничивающей обмотку низшего напряжения трансформатора, как имеющую выведенную нулевую точку.

При сушке трансформаторов т.н.п. нагрев трансформатора происходит за счет потерь в меди намагничивающей обмотки, потерь в стали магнитопровода и его конструктивных деталей и потерь в баке от действия потоков нулевой последовательности.

Рисунок 2.2 - Схема сушки трансформатора токами нулевой последовательности

Сушка трансформаторов т.н.п. имеет определенные преимущества перед сушкой трансформаторов потерями в собственном баке:

1. Ηе требуется выполнения специальной намагничивающей обмотки, поэтому сокращается время подготовки трансформатора к сушке и отсутствуют затраты, связанные с намоткой обмотки.

2. Наличие, внутреннего источника тепла в виде потерь в меди намагничивающей обмотки и потерь в стали выемной части создает положительный градиент температуры и ускоряет сушку трансформатора.

3. Наличие воздушной подушки между выемной частью и стенками бака оказывает благоприятное воздействие, уменьшая потери мощности в окружающую среду и ускоряя разогрев выемной части трансформатора до необходимой температуры.

Как показали исследования, распределение установившейся температуры по элементам выемной части трансформатора при сушке, его ТНП оказывается благоприятным и не требует создания каких-либо дополнительных устройств.

Недостатком этого способа сушки является необходимость иметь источник нестандартных напряжений. Для сельских распределительных трансформаторов таким источником питания может служить сварочный трансформатор.

Для мощных трансформаторов, имеющих соединение обмоток «звезда – треугольник», требуется также произвести разрыв «треугольника». В этом случае питание может быть подведено к точкам разрыва или же необходим, специальный вывод нулевой точки обмотки, соединенной «в звезду».

Способ нагрева и сушки трансформаторов однофазным коротким замыканием предложен и разработан на кафедре эксплуатации электрооборудования КазАТУ.

Сушка по схеме однофазного короткого замыкания проводится в собственном баке трансформатора. Перед сушкой из бака сливается масло. На крышку бака устанавливается вытяжная труба длиной 1,5 м, для вентиляции бака. Все отверстия на баке, кроме маслосливного, закрываются заглушками. На активной части проверяется затяжка резьбовых соединений ярмовых балок, образующих коротко замкнутые контуры для потоков нулевой последовательности. Активная часть опускается в бак.

Нагрев и сушка трансформаторов рассматривается в данной работе способом и производится по схеме приведенной на рисунке 2.3. На обмотку ВН трансформатора, соединенную по схеме Y, подводится пониженное трехфазное напряжение, фазы другой обмотки со схемой Y₀ поочеред­но через равные промежутки времени замыкаются накоротко. Нагревае­мый трансформатор работает в режиме однофазного короткого замыка­ния по схеме Y/ Y₀. При однофазном коротком замыкании по схеме Y / Y₀ токи, протекающие по обмоткам (рис.3) создают в каждой фазе намагничивающие силы F₀, равные по величине и направлению.

Рисунок 2.3 - Схема сушки трансформатора однофазным коротким замыканием

Потоки нулевой последовательности Ф₀ не могут замкнуться в трехстержневой магнитной системе и замыкаются поэтому через воздух и конструктивные элементы трансформатора, вызывая значительные потери мощности в остове и баке. Потери в обмотках, остове и баке можно полезно использовать для нагрева и сушки изоляции трансфор­маторов.

Значительную часть времени сушки занимает период нагрева до температуры сушки. Сокращение длительности нагрева приводит и к уменьшению общего времени сушки, снижению расхода электроэнергии, B начале форсируется процесс нагрева трансформатора путем повыше­ния тока в обмотках. Ток форсированного нагрева подбирается таким, чтобы скорость нагрева обмоток не превышала 50 °С/ч, как этого требует инструкция по эксплуатации трансформаторов типа TM. Эта скорость обеспечивается при повышении тока в форсированном режиме на 1,3...1,4 раза в сравнении с расчетным током сушки. Трансформа­торы мощностью до 1000 кВ·А нагреваются повышенным током в течение 6 часов. За это время температура обмотки достигает 100..105 ⁰C. По достижении этой температуры ток в обмотках понижается до расчет­ного значения (см. расчет параметров сушки).

При сушке по схеме однофазного к.з. в сравнении с сушкой ТНП снижается мощность, время сушки и расход электроэнергии. Это объ­ясняется тем, что большая часть тепла выделяется внутри обмотки. При сушке по схеме однофазного к.з., обе обмотки нагреваются за счет протекания по ним тока, а в схеме ТНП нагревается только одна обмотка, вторая нагревается за счет теплопередачи, вследствие чего увеличивается время нагрева и сушки этой обмотки.