Способы охлаждения трансформаторов и обслуживание охлаждающих устройств

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 кратковременная работа при нарушении 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.

Контроль нагрузки трансформаторов, поддержание экономичных режимов их работы и схемы соединения обмоток

Наилучшим является режим эксплуатации трансформатора, при котором полностью используется его нагрузочная способность, характеризуемая максимально допустимыми температурами для изоляции. .

Допустимые перегрузки трансформаторов. В эксплуатации графики нагрузок потребителей неравномерны в течение суток. Сохраняя расчетный срок службы трансформатора, его можно перегружать в часы максимума нагрузки настолько, чтобы повы­шенный износ изоляции за время перегрузки не превышал запла­нированного старения изоляции. Такая перегрузка называется нормальной систематической перегрузкой, определяемой неравно­мерностью графика нагрузки, способом охлаждения трансфор­матора, постоянной времени нагрева трансформатора.

Допустимые по длительности систематические перегрузки зави­сят от начального превышения температуры верхних слоев масла над температурой окружающего воздуха и системы охлаждения

трансформаторов. Диаграммы таких перегрузок для трансформа­торов с охлаждением М и Д, ДЦ и Д приведены на рис. 64, а, б.

Допустимые по длительности послеаварийные перегрузки Р трансформаторов ориентируются на более высокие предельные температуры (например, для обмоток до 140°С, для масла 115°С). Диаграмма этих перегрузок для сухих и масляных трансформа­торов показана на рис. 65.

В аварийных режимах при наличии передвижного резерва до­пускается перегрузка трансформаторов сверх номинальной мощнос­ти до 40% на время максимума общей суточной продолжительности не более 6 ч в течение 5 сут, при этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки должен быть не более 0,93.

Экономичный режим работы трансформаторов. Параллельной называется такая работа двух или более трансформаторов, при которой их одноименные выводы как первичной, так и вторичной обмоток соединены друг с другом, причем соединение можно осуществлять на одних и тех же шинах.

Параллельная работа трансформаторов допускается при соблю­дении следующих условий: тождественности групп соединения об­моток; равенства в пределах допусков номинальных напряжений и коэффициентов трансформации; равенства в пределах допусков напряжений короткого замыкания.

При наличии на подстанции двух и более параллельно работающих трансформаторов экономично включать в работу раз­личное их число в зависимости от нагрузки.

Схемы соединения обмоток трансформаторов. Наиболее распро­страненные схемы соединения обмо­ток трансформаторов показаны на рис. 66. Числа 11 и 0 означают группы соединений обмоток: произведение числа групп на 30° дает угловые смещения векторов линейных напряжений обмоток низшего напряжения по отношению к векторам линейных напряжений обмотки высшего напряжения.

Недопустимо параллельное включение трансформаторов различ­ных группы соединений. Несоблюдение этого условия в лучшем слу­чае (при расхождении векторов напряжения на 30°) вызывает прохождение уравнительных токов, превышающих в 3—5 раз номи­нальные токи трансформаторов.

Небольшая разница в коэффициентах трансформации может привести к значительным уравнительным токам. Трансформатор с более высоким вторичным напряжением загружают больше, причем распределение нагрузки между трансформаторами зависит от коэф­фициента мощности нагрузки.

При параллельной работе трансформаторов с различными на­пряжениями короткого замыкания нагрузки распределяются между ними прямо пропорционально их номинальным мощностям и обратно пропорционально напряжениям короткого замыкания. Отношение номинальных мощностей параллельно включенных транс­форматоров должно быть не более 3:1. Это требование обусловливается тем, что при одинаковых напряжениях короткого замыкания их составляющие—_активная и реактивная— значительно отличаются одна от другой. Различие составляющих более заметно при меньших мощностях трансформаторов. При различии напряжений короткого замыкания более чем на ± 10% расхождение еще заметнее, что может вызвать затруднения при параллельной работе трансформаторов из-за появления уравнительных токов.

Трансформаторы можно включить на параллельную работу только после предварительной фазировки, осуществляемой по окон­чании их монтажа или ремонта.

Фазировка или проверка тождественности фаз подсоединяемого объекта к фазам существующей сети выполняется при отсутствии разницы напряжений на участке разрыва. Цель фазировки — нахождение концов фаз, между которыми нет разницы напряжений, способной привести к опасному короткому замыканию при параллельном включении. Напряжение измеряют вольтметрами. Если зажимы, между которыми разность напряжений близка нулю, находятся не напротив друг друга, производят необходимый пере­монтаж отдельных фазовых соединений.

Регулирование напряжения

Необходимый уровень напряжений у потребителей обеспечива­ется устройствами для переключения ответвления (переключателя­ ми) трансформаторов, с помощью которых изменяют число рабо­тающих витков в обмотке. Большинство трансформаторов основ­ной сети энергосистем имеет устройства для переключения ответвле­ний под нагрузкой. Напряжение обычно регулируют на стороне высшего напряжения. Устройства, изменяющие коэффициент транс­ формации, обеспечивают номинальное напряжение на вторичной обмотке при напряжении на первичной обмотке, отличающемся от номинального.

Различают трансформаторы с изменением коэффициента транс­формации после отключения от сети и с изменением коэффици­ента трансформации во время работы, т. е. под нагрузкой. У первых коэффициент трансформации изменяют с помощью дополнительных ответвлений на их обмотках. В понижающих распределительных трансформаторах имеются четыре дополнительных от­ветвления для получения коэффициента трансформации, отличаю­щегося от номинального на +5; +2,5; —2,5 и —5%. Переклю­чение с одного ответвления на другое осуществляют переключате­лем, рукоятка которого выведена на крышку трансформатора.

Для переключения с одного ответвления на другое трансфор­матор должен быть отключен как от сети первичного, так и от сети вторичного напряжения. Схема обмоток одной фазы трехфаз­ного трансформатора с регулировочными ответвлениями показана на рис. 67. Для поддержания неизменного напряжения на зажи­мах обмотки НН при увеличении напряжения на зажимах обмот­ки ВН необходимо число витков оувн увеличить, а при уменьше­нии напряжения, подведенного к первичной обмотке, уменьшить число включенных витков.

КМ2

Переключение произво­дят с помощью специального устройства, схема которого показана на рис. 69. Аппаратура переключающего устройства смонтирована в отдельном отсеке трансфор­матора. Приводные механизмы управления действуют дистанционно со щита или с по­мощью специального автоматического уст-

ройства АРКТ. При переходе, например с от­ветвления 2 на ответвление 3, отключают контактор КМ2 и подвижный контакт б пе­ремещается на неподвижный контакт ответвления 3. После этого контактор КМ2 включают, в результате чего секция обмотки меж­ду ответвлениями 2 и 3 замыкается на реактор LR. Уравнительный i ток ограничивается реактором или резистором до определенного допустимого значения.

После включения контактора К.М2 отключают контактор КМ1, тогда подвижный контакт а передвигают на неподвижный контакт ответвления 3 и затем включают контактор КМ1. На этом закан­чивается переключение на другое ответвление.

Трансформаторы с РПН имеют диапазоны регулирования

Таблица 9. Ступени регулирования напряжения для трансформаторов с РПН

Трансформаторы с РПН классов 35 и ПО кВ комплектуют блоками автоматического регулирования напряжения в зависимости от нагрузки трансформатора и напряжения сети.

При выходе из строя блока автоматического управления его необходимо вывести из работы и принять меры по его восстанов­лению, а устройство РПН перевести на дистанционное управление. При отказе схемы дистанционного управления устройства РПН трансформатор следует отключить для устранения неисправностей. Не допускается переключать устройства РПН вручную под напря­жением на трансформаторе.

Механизм РПН снабжают счетчиками переключений. Необходимо вести учет производственных переключений, так как после 10000 – 20000 переключений завод-изготовитель требует ревизии контактов со спуском масла из бачка контакторов и устранения выявленных ненормальностей.

Все переключатели ответвлений, предназначенные для регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой, осматрива­ются, проходят ревизии и испытания не реже одного раза в год. Трущиеся детали привода необходимо через каждые 6 мес смазывать, а при капитальном ремонте трансформатора — снимать круговую диаграмму привода.

При автоматическом устройстве регулирование напряжения под нагрузкой у двух и более параллельно работающих трансформаторов следует производить одновременно. Если автоматическое устройство отсутствует, переключение выполняют последовательно, не допуская, однако, разницы в ступенях ответвлений более чем на одну ступень для обеспечения наименьшего уравнительного тока.

Напряжение под нагрузкой можно регулировать также авто­трансформатором либо трансформатором с переменным коэффици­ентом трансформации или же вольтодобавонным трансформатором, состоящим из последовательного трансформатора и питающего его трансформатора или автотрансформатора. Вторичную обмотку по­следовательного трансформатора подключают к той обмотке глав­ного трансформатора, в цепи которой намечено регулирование на­пряжения, а первичную обмотку присоединяют к вторичной обмот­ке питающего трансформатора.