Глава 4 измерительные трансформаторы тока и напряжения
4.1. Общие сведения
Количество измерительных трансформаторов 110-750 кВ, установленных в энергосистемах, примерно на порядок превосходит количество крупных силовых трансформаторов. Ориентировочно количество измерительных трансформаторов тока, установленных на подстанциях России, составляет около 110 тыс., в том числе на напряжение 110 и 150 кВ – 82030, на 220 кВ – 18150, на 330 кВ – 2830, на 400, 500, 750 кВ – 6700, а трансформаторов напряжения – около 90 тыс., в том числе на напряжение 110 и 150 кВ – 69050, на 220 кВ – 15000, на 330 кВ – 1600, на 500 кВ – 4000, на 750 кВ – 200.
Срок службы измерительных трансформаторов, установленных на подстанциях России, примерно соответствует срокам службы силового оборудования. Так на подстанциях МЭС Центра и МЭС Волги сроки службы более половины измерительных трансформаторов превосходят 20 лет. В некоторых энергосистемах положение еще сложнее, например в Челябэнерго более 85% измерительных трансформаторов имеют срок службы 30 лет и более.
Трансформаторы тока типа ТФЗМ 110-500 кВ и трансформаторы напряжения типа НКФ 110-500 кВ имеют существенный изъян – недостаточную защиту от атмосферной влаги. Это приводит к тому, что через 10-15 лет у трансформаторов напряжения и через 20-25 лет у трансформаторов тока влажность твердой изоляции достигает опасных значений (4-6%).
В отличие от трансформаторов тока, у трансформаторов напряжения частичные периодически повторяющиеся микроразряды при увлажнении возникают во всем объеме изоляции. Это приводит к замыканию части витков обмотки высокого напряжения и повышению напряжения на вторичной стороне. Трансформаторы напряжения, забракованные по показателям увлажнения изоляции или повышения напряжения на вторичной стороне, подлежат замене. Восстановление их невозможно.
Так, необходимо провести модернизацию защиты от увлажнения изоляции трансформаторов тока ТФЗМ 110-500 кВ и трансформаторов напряжения НКФ 110-500 кВ путем введения масляного затвора. При защите ее от увлажнения ресурс самой твердой изоляции трансформаторов тока ТФЗМ 110-500 кВ даже после работы его в течение 25-30 лет остается достаточно большим.
В настоящее время Раменским электротехническим заводом выпускаются антирезонансные индуктивные трансформаторы напряжения серии НАМИ 110-220-330-500 кВ, имеющие по сравнению с емкостными трансформаторами напряжения лучшую стабильность в наивысших классах точности, меньшие погрешности в переходных процессах, большую нагрузочную способность и более выгодное соотношение стоимость/качество [2].
4.2. Трансформаторы производства абб уэтм
Изготавливаемые измерительные трансформаторы.
CPB/CPA – измерительный однофазный емкостной трансформатор напряжения на класс напряжения 110 – 500 кВ:
CPB/CPA 72; CPB/CPA 123; CPB/CPA 145; CPB/CPA 170; CPB/CPA 245; CPB/CPA 300; CPB/CPA 362; CPB/CPA 420; CPB/CPA 550.
IMB – измерительный трансформатор тока на классы напряжения 36 – 800 кВ:
IMB 36; IMB 72; IMB 123; IMB 145; IMB 170; IMB 245; IMB 300; IMB 362; IMB 420; IMB 550.
JUK 123a – комбинированный измерительный трансформатор на класс напряжения 110 кВ.
TG – элегазовый трансформатор тока на классы напряжения 110 и 150 кВ:
TG 145N (110 кВ); TG 145N1 (110 кВ); TG 170N (150 кВ); TG 170N1 (150 кВ); TG 245 (220 кВ); TG 245N (220 кВ).
Расшифровка условного обозначения серии CPA/CPB (ТН измерительный трансформатор однофазный емкостной типа СРА123):
- CP – серия трансформатора,
- А – типоисполнение трансформатора (имеются типоисполнения А и В),
- 123 – обозначение класса напряжения трансформатора. Класс 123 соответствует номинальному напряжению сети 110 кВ, 245 – 220 кВ, 362 – 330 кВ, 550 – 500 кВ.
Емкостные трансформаторы напряжения CPB / CPA.
Емкостные трансформаторы напряжения типа CPA/CPB
Рисунок 4.1 - Емкостной трансформатор напряжения типа CPA/CPB
предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам (в том числе – при техническом и коммерческом учёте электроэнергии), устройствам защиты и управления, а также обеспечения высокочастотной связи (при частотах от 30 кГц до 500 кГц) в электрических системах переменного тока частотой 50 или 60 Гц с номинальным напряжением 110, 220, 330 и 500 кВ с заземленной нейтралью при включении по схеме “фаза-земля”.
Емкостные трансформаторы напряжения типа CPA/CPB имеют спиралевидные изоляторы из силиконовой резины. По сравнению с фарфоровыми они обладают более высокой прочностью, взрывобезопасностью, малым весом и т.д.
Благодаря конструкции емкостных элементов, трансформаторы напряжения CPA и CPB по своим точностным и температурным характеристикам эквивалентны индуктивным трансформаторам напряжения. Конструкция емкостных элементов отвечает требованиям коммерческого учета, электроэнергии и они состоят из алюминиевой фольги, электротехнической бумаги и полипропиленовой пленки, пропитанных синтетическим маслом, имеющим лучшие диэлектрические свойства, чем обыкновенное минеральное масло, и применяемым для комбинированного диэлектрика. Благодаря комбинированию бумаги и полипропиленовой пленки этот диэлектрик практически полностью нечувствителен к температурным изменениям.
Средний срок службы трансформаторов серии СР составляет 25 лет. Трансформаторы сконструированы таким образом, что не требуют какого-либо эксплуатационного обслуживания.
Измерительный трансформатор тока IMB.
Измерительный трансформатор тока предназначен для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам, устройствам защиты и управления в установках переменного тока частотой 50 Гц и напряжением от 110 кВ до 500 кВ.
Трансформаторы тока типа IMB имеют спиралевидные изоляторы из силиконовой резины. По сравнению с фарфоровыми они обладают более высокой прочностью, взрывобезопасностью, малым весом и т.д.
Уникальная технология заполнения внутреннего объема трансформатора кварцевым песком, пропитанным маслом, обеспечивает высокую электрическую прочность при минимальном объеме масла.
Конструкция трансформаторов типа IMB позволяет создавать различные модификации, отличающиеся сечением сердечников вторичных обмоток и их количеством.
Благодаря гибкости конструкции трансформаторов тока типа IMB, они могут быть укомплектованы большим числом сердечников вторичных обмоток или сердечниками с большим поперечным сечением.
Рисунок 4.2 – Измерительный трансформатор тока IBM
Применение алюминиевых сплавов гарантирует высокую стойкость трансформатора к коррозии без каких-либо дополнительных мер защиты.
Конструкция трансформаторов IMB имеет высокую механическую прочность, обеспечивающую их надежную работу при землетрясениях без применения демпферов.
Применение в качестве расширительной системы азотной подушки позволило повысить эксплуатационную надежность трансформатора и свести к минимуму его обслуживание.
Комбинированный измерительный трансформатор JUK 123a.
Комбинированный измерительный трансформатор предназначен для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам, устройствам защиты и управления в электрических цепях переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 110 кВ.
Рисунок 4.3 - Комбинированный измерительный трансформатор JUK 123a
JUK 123a представляет собой трансформатор тока и трансформатор напряжения, помещенные в один герметичный корпус, заполненный трансформаторным маслом.
Основные особенности трансформатора:
– полное соответствие международным стандартам на измерительные трансформаторы;
– высокая электрическая прочность благодаря использованию высококачественной изоляционной бумаги с вакуумной сушкой и пропиткой трансформаторным маслом;
– высокая механическая прочность конструкции;
– полная герметичность при обеспечении компенсации температурных изменений объема масла;
– простота переключения коэффициента трансформации;
– возможность пломбирования вторичных выводов измерительных обмоток;
– возможность установки двух коробок вторичных выводов, отдельно для трансформатора тока и трансформатора напряжения;
– пригодность для применения в условиях сильного загрязнения благодаря большой длине пути утечки внешней изоляции, особенно в силиконовой покрышке;
– возможны все предусмотренные стандартами IEC классы точности обмоток, включая специальные исполнения TPS, TPX, TPY и TPZ;
– большой срок службы без технического обслуживания;
– надежность;
– безопасность;
– стойкость к климатическим воздействиям;
– экономия места и средств, т.к. заменяет два отдельно стоящих трансформатора тока и напряжения.
Элегазовый трансформатор тока TG.
Элегазовый трансформатор тока предназначен для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам, устройствам защиты и управления в электрических цепях переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 110, 150 и 220 кВ.
Трансформатор выполнен в виде опорной конструкции. Он состоит из металлического основания, фарфоровой или силиконовой покрышки и головной части, в которой расположена магнитная система [13].
Главная изоляция трансформатора – смесь азота и элегаза.
Основные особенности трансформатора:
– полное соответствие международным стандартам на измерительные трансформаторы;
– высокая механическая прочность конструкции;
– большой срок службы без технического обслуживания;
– надежность;
– безопасность;
– стойкость к климатическим воздействиям.