книги из ГПНТБ / Грудинский, П. Г. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций

Допустимая длительность протекания расчетного тока к. з., с, определяется по выражению

Для трехобмоточных трансформаторов допустимые кратности токов к. з. указываются в технических условиях. При отсутствии ука­ заний она принимается равной 17. У трехобмоточных трансформаторов напряжение к. з. обмотки, средней по расположению обмоток на магнитопроводе, при питании к,-з. на ее выводах от двух других обмоток может составить 4%, что соответствует кратности тока к. з., равной 25. В таких случаях необходимо ограничить токи к. з., например, путем установки реактора. Это положение относится и к средней обмотке трех­ обмоточных автотрансформаторов.

Нарушение механической прочности обмотки в значи­ тельном числе случаев влечет за собой повреждение изо­ ляции между витками обмотки. Как показано выше, пов­ реждения витковой изоляции являются наиболее частыми и, как будет показано дальше, наиболее тяжелыми пов­ реждениями.

Изоляция обмоток разделяется на главную и продоль­ ную. Назначение главной изоляции изолировать каждую обмотку от остальных обмоток и заземленных частей (магнитопровода, бака и пр.). Назначение продольной изоляции — обеспечить изоляцию между отдельными точ­ ками по высоте обмотки между витками, слоями, катуш­ ками, элементами емкостной защиты. Изоляция между витками является внутренней изоляцией трансформатора.

Главная изоляция трансформаторов состоит из масля­ ных каналов и барьеров в виде изолирующих цилиндров. Барьеры затрудняют образование проводящих мостиков в масле и тем самым существенно повышают прочность изоляционной конструкции, На концах обмотки, где элек-

361

трическое поле неоднородно, изолирующие цилиндры выпу­ скаются за край обмотки с целью увеличения пути раз­ ряда. Изоляция обмоткиот верхнего ярма при линейном вводе на конце обмотки обеспечивается отворотами угло-

35кВ 110-220кВ ЗЗОкв 500кВ

Рис. 10-8. Размещение барьеров (изолирующих цилиндров) и угло­

ному распределению напряжения вдоль обмотки; изоляция верхнего конца обмотки от ярма упрощается

и делается одинаковой с изоляцией нижнего конца от ярма и не требует применения угловых шайб;

362

разделение обмотки на две параллельные части в ряде

Отводами называются проводники, соединяющие между собой токоведущие элементы трансформатора (обмотки между собой, с проходными вводами на крышке, с пере­ ключателями и переключатели с вводами). Состояние и качество изоляции отводов имеют не меньшее значение для надежной эксплуатации трансформатора, чем остальной внутренней главной изоляции, так как доли отказов трансформаторов из-за повреждения этих видов изоляции примерно одинаковы и в сумме составляют около 15% отказов по всем причинам.

К главной изоляции относится также изоляция вводов. Для обмоток напряжением 35 кВ и ниже применяются, как правило, чисто фарфоровые конструкции; для напря­ жений ПО кВ и выше — маслонаполненные (маслобарьер­ ные) и бумажно-масляные, и те, и другие в фарфоровых чехлах (покрышках), с масляным заполнением и расши­ рителем, имеющим у бумажно-масляных вводов гидрав­ лический затвор, с помощью которого предотвращается окисление масла ввода под действием наружного воздуха.

Маслобарьерные вводы являются устаревшей кон­ струкцией, применявшейся для трансформаторов преж­ них выпусков. В настоящее время вводы с бумажно-масля­ ной изоляцией являются основным типом вводов для

ная бумага, между слоями которой закладываются метал­ лизированные обкладки или применяется намотка в два слоя бумаги — одного чистого, а другого с печатным металлическим покрытием.

Для трансформаторов 330 и 500 кВ вводы с бумажно­ масляной изоляцией делаются герметичными, с выносным баком. Герметичность достигается уплотняющими эластич­ ными прокладками (например, из маслоупорной резины). Фарфоровые покрышки являются внешней изоляцией ввода и служат резервуаром для масла, заполняющего вводы.

Витковая изоляция образуется, как правило, собст­ венной изоляцией проводов обмотки. Эта изоляция может быть нарушена в результате перенапряжений; заусенцами на проводах, появившимися в процессе изготовления; посторонними предметами, попавшими между витками при изготовлении обмотки; усилиями, деформировавшими

363

обмотку при коротких замыканиях. Повреждения витковой изоляции приводят к витковым замыканиям, которые вызывают протекание очень больших токов внутри корот­ козамкнутых витков, так как напряжение внутри замкнув­ шегося контура снижается по сравнению с фазным пропор­ ционально числу витков, а индуктивное сопротивление контура — пропорционально квадрату числа витков контура и фазы. Поэтому чем меньше число витков в короткозамкну­ той части обмотки, тем больший протекает в ней ток. Этот ток может быть больше тока при к. з. на вводах трансфор­ матора, поэтому его механическое и термическое воздейст­ вие бывает очень разрушительным.

Короткозамкнутые витки оказывают размагничиваю­ щее действие. Поэтому при витковых замыканиях ик в пов­ режденной фазе снижается, а ток в ней возрастает. При этом нарушается нормальное соотношение между токами первичной и вторичной обмоток и действует дифферен­ циальная защита. При отсутствии такой защиты у транс­ форматора может подействовать максимальная токовая защита. Газовая защита работает в этих случаях, как и при любом внутреннем повреждении.

Для усиления продольной изоляции в многослойных цилиндриче­ ских обмотках предусматривается межслоевая изоляция, выполняемая из слоев кабельной бумаги. Изоляция между катушками (межкатушеч­ ная изоляция) осуществляется масляными каналами и усиливается

вслучаях необходимости простыми или угловыми шайбами.

Всвязи с тем, что распределение напряжения вдоль обмотки не­ равномерно и на первые витки, слои и катушки в начале обмотки, счи­ тая от ввода, ложатся максимальные градиенты перенапряжения, про­ дольная изоляция в началеобмоткивыполняется усиленной. Это ведет

кувеличению расстояний между указанными выше элементами обмотки, а следовательно, к снижению емкостей, что вызывает дополнительное искажение равномерного распределения напряжения. Для компенса­ ции снижения емкости предусматривается емкостное или экранирующее кольцо и компенсационные обмотки, применяемые обычно при рабочих напряжениях обмотки ПО кВ и выше.

Вся изоляция трансформатора при выпуске на заводе подвергается испытанию напряжением промышленной час­ тоты согласно ГОСТ 1516-60, выдержки из которого были даны в табл. 3-1. При вводе трансформаторов в эксплуа­ тацию проведение испытаний повышенным напряжением не обязательно (за исключением сухих трансформаторов). В том случае, если такое испытание производится, испы­ тательное напряжение не должно превосходить 90% зна­ чений, указанных в табл. 3-1.

364

10-4. Бак трансформатора и системы охлаждения

Бак трансформатора сваривается из стальных листов

ипри больших размерах усиливается приваркой про­ фильного проката. Бак мощных трансформаторов ПО кВ

ивыше представляет собой сложную пространственную конструкцию, обеспечивающую необходимую прочность.

Баки рассчитываются на избыточное давление 0,5 кг/см2

ина полный вакуум.

Убольшинства трансформаторов (за исключением наи­

более мощных и, следовательно, имеющих особенно тяже­ лую выемную часть) бак покрывается крышкой, снабжен­ ной в разъеме уплотнением из маслоупорной резины. У наиболее тяжелых трансформаторов разъем предусматри­ вается внизу, у основания, бак. носит название «колокола»

ипри осмотре выемной части поднимается вверх. Крышки трансформаторов выполняются из листовой

стали, и у мощных трансформаторов ПО кВ и выше их толщина достигает 40 мм и даже больше. Вводы в крышках крепятся так, чтобы была обеспечена возможность их замены, для чего широко используется крепление при помощи болтов, вваренных в крышку бака. У трансфор­ маторов ПО кВ и ,выше верхний зажим ввода соединяется с обмоткой гибким кабелем, проходящим через централь­ ную медную трубку ввода. Этот кабель при установке ввода протаскивается через трубку при помощи проволоки и соединяется с верхним колпаком ввода и зажимом. Имеются и другие конструкции, в которых соединение между вводом и обмоткой осуществляется внизу ввода пружинным зажимом, в который вдвигается нижний конец центрального штыря (трубки) ввода.

Во избежание разрушений при внезапном повышении давления в баке на крышках трансформаторов 110 кВ и

алюминиевой фольгой или стеклом. Выхлоп из предохра­ нительной трубы должен иметь такое направление, чтобы масло и газы, выброшенные из трубы при опасном повы­ шении давления в баке трансформатора, не могли попасть на дорожку для обслуживающего персонала, на соседний трансформатор или на какой-либо аппарат. В противном случае трубу следует переставить, повернуть. Если этого сделать нельзя, необходимо предусмотреть огнестойкую отбойную защиту, например металлический щит. Для

3 6 5

того чтобы воздух внутри этой трубы при изменении уровня масла в трансформаторе не оказался под давлением, отлич­ ным от давления окружающего воздуха, ее полость соеди­ няется с расширителем трубкой 9, как показано на рис. 10-10. Для той же цели иногда предусматривается кран, который периодически нужно открывать для выравни­ вания давления и снова закрывать. Очевидно, что послед­ ний способ хуже, так как при наличии соединительной

Рис. 10-10. Разрез по расширителю.

стойник (грязевик); 7 — предохранительная (выхлопная) труба; 8 — диа­ фрагма; 9 — трубка для соединения полостей расширителя и выхлопной трубы; 10 — краник; 11 — газовое реле; 12 — бак трансформатора.

трубки выравнивание давлений происходит без вмеша­ тельства обслуживающего персонала. При наличии раз­ ницы в давлениях может последовать разрыв предохра­ нительной диафрагмы и ложная работа газовой защиты.

У трансформаторов небольшой мощности бак является охлаждающей поверхностью, у ‘ более мощных служит, кроме того, основой для установки охлаждающих устройств. Тепловой поток внутри трансформатора проходит сложный путь. Тепло, выделяющееся в проводниках обмоток и магнитопроводе, передается к их наружным поверхностям за счет теплопроводности. Передача тепла от наружных поверхностей обмоток и магнитопровода к маслу происхо­ дит путем конвекции.

Для того чтобы передать тепло от обмоток и сердечника маслу при возможно меньшем превышении Температур и

3 6 6

избежать местных перегревов, в обмотках и магнитопроводе предусматриваются вертикальные и горизонтальные каналы. Если масло не отвечает нормам и из него выпа­ дают осадки, стенки каналов загрязняются и могут воз­ никнуть опасные превышения температуры.

Масло, нагреваясь теплом, выделившимся в обмотках и магнитопроводе, поднимается вверх, под крышку транс­ форматора, где оно имеет наиболее высокую температуру. Вслед поднимающемуся маслу снизу идет масло, охлаж­ денное у стенок бака трансформатора и в радиаторах. Горячее масло сверху замыкает циркуляцию, опускаясь вниз и постепенно охлаждаясь, отдавая свое тепло наруж­ ным поверхностям, которые в свою очередь отдают тепло окружающему воздуху. Схема циркуляции масла показана на рис. 10-11. Передача тепла происходит в основном за счет конвекции.

Интенсивность передачи тепла в большой степени зависит от вязкости масла и от его скорости движения, а также от скорости движения воздуха (или воды в сис­ теме Ц). Вязкость масла уменьшается с повышением темпе­ ратуры, следовательно, у нагретых трансформаторов охлаж­ дение несколько интенсивнее, чем у холодных. Процесс нагревания характеризуется значительной инерцией,, меха­ нической и тепловой. Для того чтобы после включения скорость циркуляции масла достигла необходимой вели­ чины, нужно определенное время, зависящее от постоянной времени нагрева масла. За это время превышение темпе­ ратуры обмотки над температурой масла может' стать большим, чем при установившейся циркуляции, поскольку постоянная времени для обмотки очень невелика. Однако, такие перегревы самоустраняются, как только циркуля­ ция установится. При искусственной циркуляции масла под действием масляных насосов описанные явления отсут­ ствуют.

При искусственной циркуляции масла и охлаждающей среды интенсивность охлаждения повышается, несколько снижается расход активных материалов в трансформаторе, но возрастают расходы на эксплуатацию. Дальше рас­ сматриваются системы охлаждения трансформаторов в по­ рядке возрастания интенсивности охлаждения. Наимень­ шее количество тепла выделяется с 1 ма поверхности при

3 6 7

тельно) обычно достаточно гладкой поверхности бака. Для трансформаторов до 1 600 кВ-А бак снабжается охладителями в виде труб диаметром 3—6 см, вварен­ ных в стенки бака. При большей мощности на баке укреп­ ляются радиаторы, состоящие из коллекторов с прива­ ренными к ним трубами. Сечения труб могут быть круг­ лыми, овальными, с продольными или поперечными реб­ рами. Бак с радиаторами при естественном охлаждении М может обеспечить теплоотдачу при мощности трансфор­ маторов 10 000—16 000 кВ-А.

При большей мощности периметр бака недостаточен для дальнейшего увеличения числа радиаторов и приме­ няется форсировка охлаждения. Одним из способов фор­ сировки является установка между пучками трубок радиа­ торов вентиляторов малой мощности (около 200—250 Вт), как это показано на рис. 10-11, б. Эти вентиляторы создают дутье — охлаждение называется дутьевым или типа Д. Вентиляторы могут быть остановлены и тогда мощность трансформатора снижается (обычно на 30%). Дутье не­ сколько увеличивает потери холостого хода, что прихо­ дится учитывать при определении экономичного режима трансформатора.

Для трансформаторов больших мощностей система охла­ ждения Д не может обеспечить отвода выделяющегося тепла. Более эффективна система с принудительной цир­ куляцией масла и принудительным обдувом наружной поверхности охладителя (масляно-воздушное охлаждение) или система охлаждения типа ДЦ (рис. 10-11, в, 10-12).

Циркуляция масла на первом этапе внедрения этой системы осуществлялась отдельно стоящими масляными сальниковыми насосами. В последние годы эти насосы заменены бессальниковыми, с погруженным двигателем; такие насосы встраиваются в маслопроводы, соединяю­ щие бак с охладителями. Охладители выполняются пря­ мотрубными, из тонкостенных ребристых труб, с повышен­ ным теплосъемом (до 160, 250, 400 кВт отводимых потерь на охладитель при превышении температуры масла над воздухом 35° С). Воздух через охладители прогоняется вентиляторами с профилированными крыльчатками, в боль­ шем количестве и при высоких скоростях. В новых кон­ струкциях масло забирается из верхней части бака при помощи бакелитовых труб, расположенных внутри бака. Патрубки нагнетания при такой конструкции располага­ ются в нижней части бака.

3 6 9

Применяется навесная (рис. 10-12, а) и выносная системы охлажде­ ния типа ДЦ. Выносная система охлаждения предназначена преимуще­ ственно для тех случаев, когда при навесной системе охлаждающие устройства не могут быть размещены по периметру бака без снижения их теплосъема (рис. 10-12, б).

Рис. 10-12. Компоновка охладителей при охлаждении типа ДЦ (пока­ зана половина трансформатора).

о — навесная система; б — выносная система; / — охлаждающие радиаторы

рис. 10-13. Здесь вентиляторы укреплены не на охладителях, а на от: дельных кронштейнах, укрепленных на стенках бака. Такая установка исключает передачу вибраций от вентиляторов к охладителю и трубо­ проводам. Охладители соединяются с баком трансформатора через сильфонный компенсатор, амортизирующий вибрации и компенсирую­ щий отклонения в размерах при сборке.

Затрата электроэнергии при системе охлаждения ДЦ в 2—3 раза превышает затраты энергии при системе Д . Расход электроэнергии в последней составляет 10—20 Вт на киловатт отведенных потерь. При системе охлаждения типа ДЦ (а также при системе Ц, т. е. при масло­ водяном охлажден™) охлаждающая установка оборудуется сигнализа­ цией и автоматикой. Обычный порядок работы автоматики следующий. При включении трансформатора (холостой ход) пускается первая группа (примерно одна треть) охладителей. При достижении 75% нагрузки включается еще одна группа. Последняя группа охладителей включа­ ется, когда температура верхних слоев масла станет равной установлен­ ному значению (50—60° С). При отключении трансформатора автома­ тика отключает охлаждающее устройство.

При отключении одного из охладителей автоматика вводит резерв­ ный охладитель, при снижении или исчезновении напряжения на источ­ нике питания автоматика включает резервный источник. При всяком нарушении нормальной работы охлаждающего устройства (прекращение циркуляции масла, охлаждающей воды, остановка вентиляторов дутья,

3 7 0