Содержание

	стр.
Вопрос 2.10. Эксплуатация комплектных трансформаторных подстанций	2
Вопрос 3.2. Сушка трансформаторов методом индукционных потерь в стали бака. Сушка под вакуумом	4
Задача 1	13
Задача 2	16
Задача 3	18
Задача 4	21
Список использованной литературы	23

Вопрос 2.10. Эксплуатация комплектных трансформаторных подстанций

За время эксплуатации КТП изнашивается изоляция трансформатора, система охлаждения, корпус. Поэтому важна исправность КТП и своевременное обслуживание.

Наружный осмотр КТП должен производиться не реже одного раза в 4 месяца:

• проверка фундамента и состояние лакокрасочного покрытия;

• проверка запорных устройство и крыши;

• проверка предупреждающих и запрещающих надписей.

Осмотр распределительных устройств должен включать в себя:

• проверка изоляции;

• проверка места соединения с коммутатором;

• проверка запирающих устройств на щитах, панелях и шкафах;

• проверка исправности осветительных приборов и вентиляции;

• проверка рубильников и переключателей.

Осмотр блока с силовым трансформатором должен включать в себя:

• проверка вентиляционных жалюзи;

• проверка исправности освещения;

• проверка сети заземления;

• проверка показаний термометра и мановакуумметра;

• проверка уровеня масла и состояние фильтра в масляном трансформаторе.

Если температура окружающей среды резко меняется, то необходим осмотр отсека силового трансформатора вне плана.

Текущий ремонт КТП включает:

• отключить питание;

• осмотр оборудования;

• замена плавких вставок предохранителей;

• измерение напряжения и нагрузки трансформаторов;

• долив масла;

• удаление пыли и грязи с корпуса;

• очистку бака и арматуры от грязи и пыли;

• регулировка приводов выключателей и разъединителей;

• смазка шарнирных соединений;

• доливка свежего масла в бак трансформатора;

• замена силикагеля;

• обновление диспетчерских надписей и знаков безопасности;

• вырубка кустарников вокруг КТП;

• восстановление основания;

• ремонт крыши.

3.2. Сушка трансформаторов методом индукционных потерь в стали бака.

Сушка под вакуумом.

Сушка трансформаторов методом индукционных потерь в стали бака. В условиях эксплуатации получили распространение наиболее экономичные и удобные методы сушки трансформаторов - индукционный и токами нулевой последовательности.

Сушка может проводиться при любой температуре окружающей среды, но со сливом масла из бака. Для проведения сушки индукционным методом (рис. 1) на бак трансформатора (1) изолированным проводом наматывают обмотку (2). Чтобы получить более равномерное распределение температуры внутри бака, намагничивающую обмотку наматывают на 40 - 60 % высоты бака (снизу), причем на нижней части витки располагаются плотнее, чем на верхней.

Расчет обмотки выполняется следующим образом. 

Число витков ω = UA/l, где U - напряжение источника питания, В, l - периметр бака, м, А - коэффициент, зависящий от удельных потерь, м/В. 

Рис. 1. Схема сушки трансформатора потерями в баке

Значение коэффициента А для различных удельных потерь мощности

ΔP	А	ΔP	А
0,75	2,33	1,4	1,74
0,8	2,26	1,6	1,65
0,9	2,12	1,8	1,59
1,0	2,02	2,0	1,54
1,1	1,92	2,5	1,42
1,2	1,84	3,0	1,34

Коэффициент удельных потерь определяется по формуле

ΔP = kт(F/Fо)(θ-θо),

где kт - коэффициент теплоотдачи (для утепленного бака kт=5, для неутепленного k =12 кВт/м²х°С), F - площадь поверхности бака трансформатора, м2, Fо - площадь поверхности бака, занятая обмоткой, м2, θ - температура нагрева бака (обычно 105 °С), θо -температура окружающей среды, °С.

С использованием ΔP определяется ток в обмотке

I = ΔPFо/(Ucosφ)

Для трансформаторов с ребристым баком cosφ = 0,3, а для трансформаторов с гладкими и трубчатыми баками cosφ = 0,5 - 0,7.

Зная ток, по таблицам выбирается сечение провода. Температуру трансформатора можно регулировать изменением подводимого напряжения, изменением числа витков обмотки или периодическим отключением ее.

При сушке токами нулевой последовательности намагничивающей обмоткой служит одна из обмоток трансформатора, соединенная по схеме нулевой последовательности.

Трансформаторы, чаще всего применяемые в эксплуатации, имеют двенадцатую группу соединения обмоток. В этом случае в качестве намагничивающей удобно использовать обмотку низшего напряжения, которая имеет выведенную нулевую точку (рис. 2).

Рис. 2. Схема сушки трансформатора токами нулевой последовательности

При сушке трансформатора токами нулевой последовательности нагрев происходит за счет рассеивания мощности в намагничивающей обмотке, в стали магнитопровода, в его конструктивных деталях и баке.

Параметры сушки могут быть определены следующим образом. Мощность, потребляемая намагничивающей обмоткой

Po = ΔPF,

где ΔР - удельный расход мощности, кВт/м2, F - площадь поверхности бака, м2.

Для трансформатора без тепловой защиты, сушка которого протекает при температуре 100 - 110 °С, можно принять ΔР = 0,65 - 0,9 кВт/м2.

Подводимое напряжение при соединении намагничивающей обмотки в звезду

Uо = √(PоZо/3cosφ),

где Zо — полное сопротивление нулевой последовательности фазы обмотки (может быть определено опытным путем), cosφ = 0,2 - 0,7.

Фазовый ток сушки трансформаторов, необходимый для выбора измерительных приборов и сечения подводящих проводов, определяется по выражению

Io = Iном√(10/Sном),

где Sном — номинальная мощность трансформатора.

Сушка трансформатора токами нулевой последовательности характеризуется существенно меньшим потреблением мощности и временем сушки (до 40 %) по сравнению с индукционным методом.

Сушка под вакуумом. Сушку трансформатора производят без масла. После слива масла демонтируют установленные на трансформаторе постоянные вводы и комплектующие узлы, не рассчитанные на вакуум, создаваемый в баке при сушке. Если изоляция, загрязнена, ее промывают через люки струей нагретого до температуры 50—60°С сухого трансформаторного масла. Затем удаляют все остатки масла на дне бака и насухо вытирают салфетками.

Бак трансформатора устанавливают с наклоном примерно 2% в сторону имеющегося на дне маслосливного отверстия, чтобы обеспечить возможность удаления выделяющегося из изоляции в процессе сушки масла. Отводы каждой из обмоток соединяют между собой внутри бака алюминиевыми или медными проводниками и через изоляторы класса напряжения не менее 6 кВ выводят на крышку бака для контроля за изменением характеристик изоляции трансформатора в процессе сушки. В качестве вводов используют либо собственные вводы трансформатора напряжением 6—35 кВ, либо временные вводы, устанавливаемые на заглушках люков.

Для получения достоверных значений параметров изоляции при сушке изоляционные расстояния между самими временными проводниками и между проводниками и заземленными частями трансформатора должны быть 50—100 мм. После вывода отводов необходимо проверить возможность проведения нужных измерений.

Для контроля за температурным режимом сушки на активной части трансформатора устанавливают температурные датчики в следующих местах:

1) в масляном канале верхнего ярма магнитопровода среднего стержня для трехфазных трансформаторов или любого из стержней для однофазных трансформаторов— 2 шт. По этим датчикам судят о температуре нагрева внутренних участков изоляции. Если установка термодатчиков в этих местах невозможна, допускают установку их между изолирующим цилиндром и стержнем магнитопровода. При этом обеспечивается контакт термодатчика с магнитопроводом. Глубина установки датчиков в этих местах должна быть не менее 350 мм;

2) на нижнем ярме магнитопровода между фазами для трехфазных трансформаторов или между стержнями для однофазных трансформаторов— 1 шт. По этому датчику судят об эффективности донного подогрева бака трансформатора;

3) на изоляции, находящейся на наименьшем расстоянии от патрубка, через который подается подогретый воздух в процессе сушки — 1 шт. По этому датчику оценивают степень охлаждения изоляции в период продувки ее воздухом;

4) в патрубке, через который подается нагретый воздух в бак, и в патрубке, через который откачивается парогазовая смесь — по 1 шт.;

5) между активной частью и стенкой бака на середине расстояния между ними — 2 шт. Эти датчики контролируют температуру воздуха в баке;

6) на активной части трансформатора, на наружной поверхности перегородки, посредине ее высоты, в местах наименьшего удаления ее от бака — 2 шт. Если перегородки нет, датчики устанавливают в дистанционных прокладках обмоток. Датчики используют для контроля за недопустимым превышением температуры изоляции;

7) на макете изоляции, если он применяется для оценки качества сушки трансформатора, на бакелитовых цилиндрах вводов и других изоляционных деталях и узлах в местах наименьшего расстояния их от стенок бака, если сушка их производится совместно с изоляцией трансформатора — по 1 шт.

Снаружи на баке трансформатора термодатчики устанавливаются в следующих местах: 

1) на стенке бака между балками жесткости по высоте бака в двух точках — 2 шт.;

2) посредине крышки бака под теплоизоляцией — 1 шт.;

3) на наружной поверхности дна бака над нагревателями — 3 шт.;

4) на угловых балках жесткости по высоте в двух-трех точках — 3 шт.;

5) в месте наибольшего нагрева бака — 1 шт. Места наибольшего нагрева определяются переносным термодатчиком после включения индукционной обмотки.

В качестве термодатчиков обычно применяют термосопротивления типа ТСМ или ТСП по ГОСТ 6651-78 или термоэлектрические термометры типов ТХК и ТХА. Для контроля температуры на наружных стенках бака допускается применение ртутных и спиртовых термометров. Для более надежного контроля рекомендуется применять термоэлектрические термометры, так как они практически не имеют тепловой инерции и их можно установить в труднодоступных местах.

Перед применением термодатчиков их показания необходимо проверить при помощи образцового датчика.

При установке термопар необходимо обеспечить надежное соприкосновение спая с измеряемым объектом, возможность свободного удаления их по окончании сушки и изоляцию от токоведущих и заземленных частей трансформатора. В связи с этим для установки в трансформатор применяют термопары с изолированными проводами и располагают их на расстоянии не менее 350 мм от голых токоведущих частей активной части. Провода от термопар выводят через люки на баке между двумя резиновыми прокладками. После вывода термопар проверяют отсутствие замыканий проводников между собой и на землю и, подсоединяя их к прибору для измерения, проводят контрольные измерения температуры. По окончании работ в журнале указывают порядковый номер и место установки каждой термопары, составляют инструкцию по измерению температуры в баке.

Все отверстия на баке обычно плотно закрывают транспортными заглушками на резиновых прокладках. Если механическая прочность транспортных заглушек недостаточна для обеспечения полного разрежения в баке, ее усиливают путем приварки на наружной ее поверхности уголков или швеллеров.

При сушке трансформаторов с погружными регуляторами бак контактора должен быть залит маслом, а полость его соединена вакуум-шлангом с баком трансформатора. По окончании сушки масло сливают и бак контактора заполняют свежим маслом.

Навесные регуляторы перед сушкой должны быть демонтированы, а вместо них установлены усиленные транспортные заглушки.

Перед установкой заглушек необходимо ослабить гайки, крепящие к баку переходные изоляционные плиты с вводами, соединить полость бака с полостью транспортной заглушки, проверить наличие достаточного изоляционного расстояния между проходными вводами и заглушкой.

На рисунке 3 показана схема расположения оборудования и приборов для проведения вакуумной сушки трансформаторов индукционным методом нагрева изоляции.

1 — бачок слива масла; 2 — бак трансформатора; 3 — намагничивающая обмотка; 4 — кран для заливки масла; 5 — стрелочный вакуумметр; 6 — датчик прибора BT-3 или ВСБ1; 7 — выводы термодатчиков; 8 — временный ввод; 9 — кран вакуум-провода; 10 — охлаждающая колонка; 11 — прибор измерения температуры; 12 — вакуум-насос; 13 — емкость для отбора конденсата; 14 — воздухоочистительный фильтр; 15 — печи нагрева; 16 — вход воды; 17 — выход воды Рис.3 - Принципиальная схема расположения оборудования и приборов при вакуумной сушке изоляции индукционным методом нагрева

Для откачки водяных паров из бака и создания в нем необходимого разрежения применяют вакуум-насосы типа ВН-6 или ВН-300, которые подсоединяют вакуум-проводом к расположенному на крышке бака крану.

При сушке трансформаторов следует иметь один резервный насос и достаточное количество вакуумного масла.

Для отбора выделяющегося из изоляции конденсата и защиты вакуум-насосов от попадания в них влаги в вакуум-проводе между баком и насосом устанавливают охладительные колонки. Колонка должна быть вакуумно-прочной, иметь пропускную способность по парам не менее 150 л/с и поверхность охлаждения 4—8 м². На практике применяют различные конструкции колонок, поверхность которых обычно охлаждается водой. Показанная на рисунке 1 охлаждающая колонка работает следующим образом. Влажный воздух из бака трансформатора поступает через патрубок в колонку. Проходя внутри трубок калорифера, пары воды конденсируются в результате охлаждения поверхностей трубок водой.

Поступающая в колонку охлаждающая вода двигается против направления движения влажного воздуха. Полость колонки, омываемая водой, должна быть надежно герметизирована для исключения попадания охлаждающей воды в полость колонки. Сконденсированная влага стекает в воронку, а воздух уходит через патрубок к вакуумному насосу.

Для удаления конденсата в нижней части колонки предусмотрена специальная емкость, соединенная кранами с внутренней полостью колонки и окружающей средой. В процессе работы охлаждающей колонки краны находятся в закрытом положении. Для удаления конденсата, манипулируя кранами, вначале емкость для отбора соединяют с полостью колонки и после выравнивания давления сливают в нее конденсат, затем емкость отсекают от полости колонки, соединяют с окружающей средой и сливают конденсат в мерную посуду.

Вакуум-провод должен быть как можно меньшей длины, сечением не менее входного сечения вакуум-насоса и не иметь большого количества изгибов.

Для удаления выделяющегося из изоляции в процессе сушки масла к маслосливной пробке на дне бака подсоединяют бачок емкостью не менее 100 л. Бачок должен быть рассчитан на полный вакуум.

В процессе вакуумной сушки кран, соединяющий полости трансформатора и сливного бачка, должен находиться в открытом положении, а остальные краны — в закрытом. Выделяющееся из изоляции в процессе сушки масло собирается в бачке. Для слива масла из бачка вначале его отсекают краном от трансформатора, а затем сообщают с окружающей средой. После выравнивания давления в бачке открывают сливной кран и удаляют имеющееся в бачке масло. Затем краны переводят в рабочее положение.

Для подачи в бак горячего воздуха к нижнему крану на баке через металлический патрубок подсоединяют воздухоочистительный фильтр, который располагают йод дном бака, где установлен донный нагрев. Фильтр представляет собой металлическую емкость примерно на 5 л, которая заполняется войлоком и сухим адсорбентом. Во избежание попадания адсорбента в бак трансформатора внутри устанавливается мелкая металлическая сетка. Для измерения давления на баке применяют стрелочный вакуумметр и датчики приборов типа ВСБ-1 или ВТ-3.

После подсоединения оборудования перед наложением на бак теплоизоляции проверяют его герметичность. Для этого включают вакуум-насос, создают в баке соответствующее остаточное давление и проверяют бак на натекание.

Задача 1

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) длиной L, выполненная сталеалюминевыми проводами сечением F, проходит в районе интенсивного гололедообразования. Плавка гололеда на проводах В Л может осуществляться от шин низкого напряжения 6... 10 кВ питающей линию крупной узловой подстанции.

Рассчитать мощность S и напряжение U, требуемые для плавки гололеда переменным и выпрямленным током. Рекомендовать для своего варианта BJI конкретный способ плавки гололеда.

L=30 км, F=95 мм².

Решение:

Рис. 1. Принципиальные схемы плавки гололеда переменным (а)

и постоянным (б) током

1. Принимаем величину тока плавки гололеда

I_пл = 1,2 I_доп =1,2330=396 А

где I_доп=330 А для провода сечением F=185 мм².

2. Сопротивления проводов ВЛ (R, X и Z).

R=r₀L=0,3130=9,3 Ом

Х=х₀L=0,430=12 Ом

3. Напряжение Uпл, требуемое для плавки гололеда.

4. Принимаем ближайшее номинальное напряжение U_ном=6 кВ с подключением через специальный трансформатор для плавки гололеда 10/6 кВ.

5. Для принятого напряжения U_ном=10 кВ рассчитаем новое уточненное значение тока плавки Iпл'.

Предел соотношения тока плавкой вставки 394,7/396=1,0 находится в допустимом диапазоне 1,0 ... 2,0 Iдоп.

6. По принятому напряжению U_ном и величине уточненного тока плавки I_пл'

определить полную трехфазную мощность S_пл, требуемую для плавки гололеда.

Плавка гололеда выпрямленным током (рис. 1,б).

1. Принимаем величину тока плавки гололеда

I_пл = 1,2 I_доп =1,2330=396 А

где I_доп=330 А для провода сечением F=185 мм².

2. Активное сопротивление R одной фазы линии.

R=r₀L=0,3130=9,3 Ом

3. По принятой величине тока I_пл и сопротивлению R вычислить напряжение

на выходе выпрямителя Ud.

4. Фазный ток I и линейное напряжение U на входемвыпрямителя

Принимаем ближайшее U_н=3 кВ с подключением через специальный трансформатор для плавки гололеда 3/10 кВ

5. Для принятого напряжения U_ном=3 кВ рассчитаем новое уточненное значение тока плавки Iпл'.

Предел соотношения тока плавкой вставки 451,71/396=1,14 находится в допустимом диапазоне 1,0 ... 2,0 Iдоп.

6. По принятому напряжению U_ном и уточненной величине фазного тока I'

определим полную трехфазную мощность S_пл на входе выпрямителя:

Так как, при обеих схемах применены специальные трансформаторы отдаем предпочтение схеме плавки гололеда выпрямленным током.

Задача 2

От главной понижающей подстанции промышленного предприятия к распределительному пункту (РП) проложена Т лет назад кабельная линия напряжением U = 10 кВ, состоящая из n параллельных кабелей с алюминиевыми жилами сечением F. В настоящее время расчетная нагрузка РП составляет величину Sр.

Оценить допустимость нагрузки кабелей в нормальном режиме и при аварийном отключении одного из кабелей. При недопустимой перегрузке кабелей дать рекомендации по увеличению количества кабелей.

S_р=7 МВА, F=70 мм², n=4 шт, Т=16 лет, изоляция – В, способ прокладки – тр. (в земляной траншее)

Решение:

Расчетный ток кабельной линии:

Из табл.2.3. выбираем допустимый ток I_д=210 А (для кабеля с изоляцией В при прокладке в земляной траншее).

Проверка допустимости нагрузки кабелей в нормальном режиме работы выполняется по условию

n kn Iдоп > Iр.

где k_n=0,8 (табл.2.4. при n=4 и прокладке в земляной траншее).

Условие выполняется, кабели не перегружены в нормальном режиме работы.

При аварийном отключении одного из кабелей допускаются следующие перегрузки k_пер оставшихся в работе кабелей:

kпер=1,3 - для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией;

Допустимость перегрузки кабелей в аварийном режиме проверяется по условию

(n-1) k_n-1 k_пер I_доп  Iр.

k_n-1=0,85 (табл.2.3 для n=3 при прокладке в земляной траншее)

Условие выполняется, кабели не перегружены в послеаварийном режиме работы.

Задача 3

На существующей подстанции трансформатор работает по суточному графику нагрузки, приведенному на рис. 1,а. Для заданного графика нагрузки трансформатора требуется:

- рассчитать переходный тепловой режим трансформатора;

- оценить допустимость систематической перегрузки трансформатора;

- рассчитать относительный износ изоляции обмоток за сутки.

Рис.1. Двухступенчатый суточный график нагрузки (а), переходный тепловой

режим в трансформаторе (б) и разбивка зависимости h(t) на интервалы t (в)

К₁=0,9; К₂=1,5; t=2 ч; трансформатор – ТМН; условия – год.

Решение:

В соответствии с заданным суточным графиком нагрузки можно выделить три интервала работы трансформатора в течение суток:

интервал, предшествующий перегрузке (нагрузка К1);

интервал перегрузки (нагрузка К2 на интервале t);

интервал после перегрузки (нагрузка К1).

Интервал, предшествующий перегрузке. В установившемся тепловом режиме с нагрузкой К1 превышение температуры масла над температурой воздуха определится по выражению:

Температура масла составит:

В этом же интервале превышение температуры обмотки над температурой

масла определится по выражению:

Температура обмотки составит:

Интервал перегрузки. В установившемся тепловом режиме с нагрузкой К2

превышение температуры масла над температурой воздуха определится по выражению:

В интервале t превышение температуры масла над температурой воздуха

будет увеличиваться по экспоненте от значения до значения

Рис.2. оа(t) на интервале t

Температура масла к концу интервала t составит:

Поскольку тепловая постоянная времени обмоток трансформатора значительно меньше постоянной времени масла о, можно считать, что при скачкообразном изменении нагрузки изменение температуры наиболее нагретой точки обмотки происходит скачкообразно.

В начальный момент интервала перегрузки превышение температуры обмотки над температурой масла определится по выражению:

Дальнейшее изменение температуры обмотки в интервале t определяется изменением температуры масла. Экспоненты увеличения температуры обмотки и масла идут параллельно (рис. 2). Температура обмотки к концу интервала перегрузки составит:

Интервал после перегрузки. В этом интервале превышение температуры

масла над температурой воздуха будет уменьшаться по экспоненте от значения оа t до значения оа к1

Износ изоляции за сутки определится по выражению:

Задача 4

Требуется на основе схемы (рис.1) бланк переключений на вывод трансформатора Т5. Обе секции шин и трансформаторы находятся в работе, секционный выключатель отключен.

Рис.1. Схема для проведения оперативных переключений

Наименование организации

Наименование подразделения

Наименование участка

УТВЕРЖДАЮ

Главный инженер

________________

«_____»_______________2010 г.

ТИПОВОЙ БЛАНК ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ № 1/_____

Начало _______ час _______мин Окончание _______ час _______мин «_____» _________________201__ г.

Задание: Вывод в ремонт трансформатора Т5

Исходная схема: Принципиальная электрическая схема

Порядок производства операций:

1. Визуально произвести осмотр ячейки КРУ №9 1 с.ш. и показания вольтметра и амперметра.

2. Отключить Q2 и убедится по показаниям приборов ячейки, что напряжение снято.

3. Отключить сначала линейный разъединители QS8, затем секционный при этом проконтролировать, что QN7 и QN8 встали в пазы заземлителя;

4. Проверить отсутствие напряжения на QS8.

5. Отключить автоматический выключатель QF5 и установить между губками изолирующую накладку.

Начальник участка

СОГЛАСОВАНО:

Типовой бланк переключений № 1/_____ проверен, соответствует схемам, переключения в указанной в нем последовательности могут быть выполнены.

Переключения производит ______________________ (подпись)	Бланк проверил и переключения контролирует ________________________ (подпись)
Переключения разрешаю ______________________ (подпись)