Главная > Измерительное > Тех характеристика трансформатора. Изучение конструкции силовых трансформаторов


Тех характеристика трансформатора. Изучение конструкции силовых трансформаторов




В представленной работе рассматриваются вопросы конструкции силовых трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов (далее - трансформаторов).

    1. Назначение и принцип работы силового трансформатора

Силовой трансформатор - это электрический аппарат, который предназначен для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения.

Трансформаторы бывают:

    в зависимости от количества фаз: однофазные и трехфазные;

    по количеству обмоток: двухобмоточные и трёхобмоточные;

    в зависимости от места их установки: наружной и внутренней установки;

    по назначению: понижающие и повышающие.

Кроме того, силовые трансформаторы различают по группам соединения обмоток, по способу охлаждения. Также при установке трансформаторов учитывают климатические условия.

Принцип работы любого силового трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Если к обмотке данного устройства подключить источник переменного тока, то по виткам этой обмотки будет протекать переменный ток, который создаст в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток. Замкнувшись в магнитопроводе, переменный магнитный поток будет индуктировать электродвижущую силу (ЭДС) в другой обмотке трансформатора. Это объясняется тем, что все обмотки трансформатора намотаны на один магнитопровод, то есть они связаны между собой электромагнитной связью. Значение индуктируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков данной обмотки.

    1. Применяемые стандарты, классификация и рекомендации при изготовлении и эксплуатации силовых трансформаторов

ГОСТ Р 52719-2007 Трансформаторы силовые.

ГОСТ 12965-85 Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 110 и 150 кВ. Технические условия.

ГОСТ 17544-93 Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ. Технические условия.

ГОСТ 16110-82Трансформаторы силовые. Термины и определения.

ГОСТ 24126-80 Устройства регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой. Общие технические условия.

ГОСТ 30830-2002 (МЭК 60076-1-93) Трансформаторы силовые. Часть 1. Общие положения.

Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.180.01.116-2012.

Классификация силовых трансформаторов по габаритам представлена в приложении 1, в приложении 2 представлены схемы и группы соединения обмоток трансформаторов.

Структура условного обозначения типов отечественных трансформаторов:

Буквенная часть условного обозначения должна содержать обозначения в следующем порядке:

    А - автотрансформатор;

    О или Т - однофазный или трёхфазный трансформатор;

    Р - расщепленная обмотка НН;

    Л - исполнение трансформатора с литой изоляцией;

    Т* - трёхобмоточный трансформатор;

    Н - трансформатор с РПН;

    С - исполнение трансформатора собственных нужд электростанций.

_______________________________

* Для двухобмоточных трансформаторов не указывают.

В стандартах или технических условиях на силовые трансформаторы конкретных групп или типов могут предусматриваться дополнительные буквенные обозначения после букв, перечисленных выше.

Условное обозначение видов охлаждения: исполнение трансформатора с естественным масляным охлаждением или с охлаждением негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки без расширителя.

Для трансформаторов с разными классами напряжения обмоток ВН допускается применять одинаковые условные обозначения, если эти трансформаторы различаются лишь номинальными напряжениями. В этом случае указывают наибольший из классов напряжения обмотки ВН.

Примеры условных обозначений:

    ТМН-2500/110-У1: трансформатор трехфазный масляный с охлаждением при естественной циркуляции воздуха или масла, двухобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 2500 кВА, класса напряжения 110 кВ, исполнения У категории 1;

    АТДЦТН-200000/330/110-У1: а втотрансформатор трехфазный масляный с охлаждением при принудительной циркуляции воздуха и масла с ненаправленным потоком масла, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 200000 кВА, класса напряжения обмотки ВН - 330 кВ, класса напряжения обмотки - СН - 110 кВ, исполнения У категории 1.

Необходимо контролировать правильность установки трансформаторов оборудованных устройствами газовой защиты. Крышка должна иметь подъем по направлению к газовому реле не менее 1 %, а маслопровод к расширителю - не менее 2 %. Полость выхлопной трубы должна быть соединена с полостью расширителя. При необходимости мембрана (диафрагма) на выхлопной трубе должна быть заменена аналогичной, поставленной заводом-изготовителем.

1. Силовые трансформаторы. Основные определения и обозначения.

Трансформаторы предназначены для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Различают двух-, трех- и многообмоточные трансформаторы, имеющие соответственно две, три и более гальванически не связанные обмотки. Передача энергии из первичной цепи трансформатора во вторичную происходит посредством магнитного поля.

Различают силовые трансформаторы общего назначения, предназначенные для включения в сети, не отличающиеся особыми условиями работы, или для непосредственного питания совокупности приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Силовые трансформаторы специального назначения, предназначены для непосредственного питания сетей и приемников электроэнергии, если эти сети и приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей и приемников электроэнергии относятся, например, подземные рудничные и шахтные сети и установки, выпрямительные установки, электрические печи и т. п.

Номинальной мощностью двухобмоточного трансформатора является номинальная мощность каждой из его обмоток, в трехобмоточном трансформаторе - наибольшая из номинальных мощностей трех его обмоток.

За номинальное напряжение обмотки принимается напряжение между соответствующими зажимами, связанными с данной обмоткой при холостом ходе трансформатора.

По исполнению трансформаторы могут быть трехфазными и однофазными. В трехфазном трансформаторе под обмоткой обычно понимают совокупность соединенных между собой обмоток одного напряжения разных фаз. В двухобмоточном трансформаторе различают обмотку ВН, присоединяемую к сети высокого напряжения, и обмотку НН, присоединяемую к сети низкого напряжения. Обмотку трансформатора, к которой подводится электрическая энергия, называют первичной, а обмотку, от которой энергия отводится, – вторичной. В трехобмоточном трансформаторе различают обмотки ВН, СН и НН.

По виду охлаждающей среды различают сухие и масляные трансформаторы. Трансформаторы с естественным воздушным охлаждением (сухие трансформаторы) обычно не имеют специальной системы охлаждения. В масляных трансформаторах в систему охлаждения входят: бак трансформатора, заливаемый маслом, для мощных трансформаторов – охладители, вентиляторы, масляные насосы, теплообменники и т. д.

2. Номенклатура силовых трансформаторов.

Разнообразие применения силовых трансформаторов вызвало необходимость изготовления их весьма широкой номенклатуры. Силовые трансформаторы отличаются номинальной мощностью, классом напряжения, условиями и режимами работы, конструктивным исполнением. В зависимости от номинальной мощности и класса напряжения силовые трансформаторы подразделяются на несколько групп, так называемых габаритов, приведенных в таблице 1.

Номер габарита Диапазон мощностей, кВА Класс напряжения, кВ
I До 100 До 35
II Свыше 100 до 1000 До 35
III Свыше 1000 до 6300 До 35
IV Свыше 6300 До 35
V До 32000 Свыше 35 до 110
VI Свыше 32000 до 80000 До 330
VII Свыше 80000 до 200000 До 330
VIII Свыше 200000 До 330
Независимо от мощности Свыше 330
Независимо от мощности для ЛЭП постоянного тока Независимо от напряжения

Таблица 1

В зависимости от условий работы, характера нагрузки или режима работы силовые трансформаторы разделяются на трансформаторы общего назначения, регулировочные и трансформаторы специального назначения (шахтные, тяговые, преобразовательные, пусковые, электропечные и др.).

Промышленностью выпускаются силовые трансформаторы, предназначенные для работы в районах с умеренным, холодным и тропическим климатом, для установки на открытом воздухе или в помещении.

В зависимости от вида охлаждения различают: сухие, масляные трансформаторы и трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком.
Условное обозначение различных типов трансформаторов включает в себя:
1) буквенное обозначение, характеризующее число фаз, вид охлаждения, число обмоток и вид переключения ответвлений. Кроме вышеуказанных обозначений стандартами и техническими условиями на отдельные виды исполнений трансформаторов могут предусматриваться дополнительные буквенные обозначения, характеризующие специальные особенности данного типа трансформатора;
2) обозначение номинальной мощности и класса напряжения;
3) обозначение года выпуска рабочих чертежей трансформаторов данной конструкции; указываются последние две цифры;
4) обозначение климатического исполнения и категории размещения по ГОСТ 15150-69.

Буквенное обозначение трансформаторов, приведенное в п. 1, состоит из следующих по порядку букв. Первая указывает число фаз: О - для однофазных трансформаторов; Т - для трехфазных. Следующие одна или две буквы указывают условное обозначение вида охлаждения (таблица 2) .

Тип трансформаторов Вид охлаждения Обозначение
Сухие Естественное воздушное при открытом исполнении С
Естественное воздушное при защищенном исполнении СЗ
Естественное воздушное при герметичном исполнении СГ
Воздушное с дутьем СД
Масляные Естественная циркуляция воздуха и масла М
Принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла Д
Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла МЦ
Принудительная циркуляция воздуха и масла ДЦ
Принудительная циркуляция воды и естественная циркуляция масла МВ
Принудительная циркуляция воды и масла Ц
С негорючим жидким диэлектриком Естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком Н
Охлаждение негорючим жидким диэлектриком с дутьем НД

Таблица 2

Буква Т указывает условное обозначение трехобмоточных трансформаторов; двухобмоточные обозначения не имеют. Буква Н указывает условное обозначение трансформаторов с устройством РПН. Кроме того, для условного буквенного обозначения трансформаторов применяют следующие буквы:
А – перед условным буквенным обозначением числа фаз для автотрансформаторов;
Р – после условного обозначения числа фаз для трансформаторов с расщепленной обмоткой НН;
3 – после условного обозначения вида охлаждения для герметичных масляных трансформаторов или с негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки;
С или П – в конце условного буквенного обозначения для трансформаторов собственных нужд или для линий передачи постоянного тока.

Номинальная мощность и класс напряжения указываются через тире после буквенного обозначения в виде дроби, числитель которой - номинальная мощность в киловольт-амперах, знаменатель - класс напряжения трансформатора в киловольтах. Если автотрансформатор имеет обмотку СН напряжением 110 кВ и выше, то в виде сложной дроби добавляется обозначение класса напряжения обмотки СН.

Исполнения трансформаторов, предназначенных для работы в соответствующих климатических районах, обозначают следующими буквами:
У – в районах с умеренным климатом;
ХЛ – в районах с холодным климатом;
Т – в районах с тропическим климатом.
В зависимости от места размещения при эксплуатации различают следующие исполнения трансформаторов (по категориям):
1 – установка на открытом воздухе;
2 – установка в помещениях, где колебания температуры и влажности несущественно отличаются от внешней среды;
3 – закрытые помещения с естественной вентиляцией, где колебания температуры и влажности значительно меньше, чем на открытом воздухе;
4 – закрытые помещения с искусственно регулируемыми климатическими условиями;
5 – помещения с повышенной влажностью.

Примеры условных обозначений:
ТМ-100/10-77У1 - трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, номинальная мощность 100 кВА, класс напряжения 10 кВ, конструкция 1977 г., для районов с умеренным климатом, установка на открытом воздухе.
ТСЗ-100/10-75УЗ - трехфазный сухой трансформатор защищенного исполнения, номинальная мощность 100 кВА, класс напряжения 10 кВ, конструкция 1975 г., для районов с умеренным климатом, установка в помещениях с естественной вентиляцией.
ТРДНС-40000/35 74Т1 - трехфазный двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН, с принудительной циркуляцией воздуха в системе охлаждения, с РПН, для собственных нужд электростанций, номинальная мощность 40 MBА, класс напряжения 35 кВ, конструкция 1974 г., тропического исполнения, для наружной установки.
АТДЦНТ-125000/220/110-98У1 - трехфазный трехобмоточный автотрансформатор с принудительной циркуляцией масла и воздуха в системе охлаждения, с РПН, номинальная мощность 125 MBА, с обмоткой ВН напряжением 220 кВ и обмоткой СН напряжением 110 кВ, конструкция 1998 г., для районов с умеренным климатом, для наружной установки.
ТЦ250000/500-86ХЛ1 - трехфазный двухобмоточный трансформатор с принудительной циркуляцией масла и воды в системе охлаждения, номинальная мощность 250 MBА, класс напряжения 500 кВ, конструкция 1986 г., для районов с холодным климатом, для наружной установки.
ОДЦНГТ-175000/750-85У1 - однофазный трансформатор с принудительной циркуляцией масла и воздуха в системе охлаждения, с РПН, для линий передачи постоянного тока, номинальная мощность 175 MBА, класс напряжения 750 кВ, конструкция 1985 г., для районов с умеренным климатом, для наружной установки.

Основную номенклатуру силовых трансформаторов составляют масляные трансформаторы, в которых в качестве диэлектрика и охлаждающей жидкости применяется трансформаторное масло.

Сухие силовые трансформаторы выпускаются сравнительно небольшой мощности (I-IV габариты). Сухие трансформаторы с негерметичным кожухом предназначены для установки только в закрытых помещениях.

Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком предназначены для работы в местах с повышенной загрязненностью и пожароопасностью, где установка сухих или масляных трансформаторов недопустима.

3. Характеристики силовых трансформаторов.

Трансформаторы силовые типа ТМ

Силовые масляные трехфазные двухобмоточные понижающие общепромышленного назначения трансформаторы ТМ мощностью от 25 до 2500 кВА предназначены для внутренней и наружной установки.

Для увеличения поверхности охлаждения в трансформаторах ТМ-25…2500 с маслорасширителем, применяются гофрированные стенки, ТМ-1600-2500 – радиаторы.

Силовые трансформаторы ТМ-25-2500 выпускаются с номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) до 10 кВ, включительно, и вторичной обмотки (низкого напряжения) – 0,4 кВ. Схема и группа соединений – У/Ун-0, Д/Ун-11.

Технические характеристики.
Силовые трансформаторы ТМ-25 – 2500 выпускаются с номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) до 35 кВ включительно и вторичной обмотки (низкого напряжения) – 0.4 кВ, по согласованию с заказчиком возможны и другие сочетания напряжений.

Схема и группа соединений – У/Ун -0; Д/Ун -11.
Напряжение регулируется без возбуждения. Для этого трансформаторы оснащены высоковольтными переключателями, которые присоединяются к обмотке высокого напряжения и позволяют регулировать напряжение ступенями при отключенном от сети трансформаторе со стороны НН и ВН с диапазоном ±2 х 2.5 %.

Трансформаторы силовые типа ТМГ.

Силовые масляные трансформаторны ТМГ понижающие двухобмоточные трехфазные герметичные с защитой масла мощностью от 10 до 2500 кВА напряжением до 10 кВ предназначены для нужд народного хозяйства для внутренней и наружной установки

Технические характеристики.
Силовые трансформаторы ТМГ- 10-2500кВА выпускаются с номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) до 10кВ включительно и вторичной обмотки (низкого напряжения) – 0,4кВ и группы соединений – У/УН-0; Д/УН-11.

Напряжение регулируется без возбуждения. Для этого трансформаторы ТМГ оснащены высоковольтным переключателем, позволяющим регулировать напряжение ступенями по 2,5 % на величину +2X 2,5% от номинального значения при отключении от сети трансформаторе со стороны ВН и НН.

Условия эксплуатации силовых трансформаторов ТМГ.
Высота над уровнем моря – 1000 м.

– для холодного климата – от -60ОС до +40ОС (исполнение “ХЛ”)
Трансформаторы ТМГ не рассчитаны для работы:
– во взрывоопасной и агрессивной среде (содержащей газы, испарения, пыль повышенной концентрации и т.д.);
– вибрации и тряске;

Конструкция силовых трансформаторов типа ТМГ.
Баки силовых трансформаторов ТМГ-10-250 сварные, овальной формы, а ТМГ-400-2500 – прямоугольной формы изготовлены с гофрированными стенками.

Подъем бака масляных трансформаторов ТМГ в сборе осуществляется с помощью крюков, расположенных на крышке бака. В нижней части стенки бака силового трансформатора ТМГ имеется пробка для спуска масла, кран (пробка) для взятия пробы, болт заземления.

Активная часть трансформатора ТМГ состоит из магнитопровода, изготовленного из холоднокатной электротехнической стали, обмоток и высоковольтного переключателя. Обмотка силового трансформатора ТМГ алюминиевые.

Вводы трансформатора ВН и НН наружной установки, съемные, изоляторы проходные фарфоровые (ИПТ 10/250). При токе вводе 1000А и выше в верхней части токоведущего стержня крепится специальный контактный зажим с лопаткой, обеспечивающий подсоединение плоской шины. Вводы расположены на крыше масляного трансформатора. Для контроля уровня масла на крышке бака силового трансформатора устанавливается поплавковый маслоуказатель. Для измерения температуры верхних слоев масла устанавливается термометр.

В герметичных трансформаторах типа ТМГ масло не соприкасается с воздухом и не окисляется, они не требуют дополнительных расходов при вводе в эксплуатацию и не нуждаются в профилактическом ремонте, ревизиях в течение всего срока службы и отпадает необходимость в анализе и регенерации масла. В масляных трансформаторах ТМГ мощностью от 160 до 2500 кВА устанавливаются катки, которые служат для продольного и поперечного перемещения силовых трансформаторов.

Соответствуют стандартам МЭК – 76, ГОСТ 11677

Трансформаторы силовые типа ТМЗ.

Силовые трансформаторы масляные понижающие двухобмоточные трехфазные герметичные с защитой масла мощностью от 400 кВА до 2500 кВА напряжением до 10 кВ предназначены для трансформации подстанций внутренней и наружной установки

Технические характеристики трансформаторов ТМЗ.
Силовые трансформаторы ТМЗ выпускаются с номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) до 10кВ включительно и вторичной обмотки (низкого напряжения) – 0,4; 0.69 кВ.

Для регулирования напряжения трансформаторы ТМЗ оснащены высоковольтным переключателем, позволяющим регулировать напряжение ступенями по 2,5 % на величину +2X 2,5% от номинального значения при отключении от сети трансформаторе со стороны ВН и НН. Переключатель трансформатора присоединен к обмотке высокого напряжения (ВН).

Условия эксплуатации силового трансформатора типа ТМЗ:
высота над уровнем моря – 1000 м,
температура окружающего воздуха:
– для умеренного климата – от -45ОС до +40ОС (исполнение “У”)
– для холодного климата – от -60ОС до +40ОС (исполнение“ХЛ”)
относительная влажность воздуха – не более 80% при температуре +25ОС.
Трансформаторы не рассчитаны для работы:

Во взрывоопасной и агрессивной среде (содержащей газы, испарения, пыль повышенной концентрации и т.д.);
– вибрации и тряске;
– при частых выключениях со стороны питания до 10 раз в сутки

Конструкция силовых трансформаторов ТМЗ.
Баки силовых трансформаторов сварные, прямоугольной формы. Для увеличения поверхности охлаждения применяются радиаторы.

Подъем бака масляного трансформатора и силовых трансформаторов в сборе осуществляется с помощью крюков, расположенных под верхней рамой бака силового трансформатора. В нижней части стенки бака трансформатора имеются пробка для спуска масла, кран (пробка) для взятия пробы, болт заземления.

Активная часть силового трансформатора состоит из магнитопровода, изготовленного из холоднокатной электротехнической стали, обмоток и высоковольтного переключателя. Подъем ее производится за ушки, расположенные в верхней части остова. Обмотки силового трансформатора алюминиевые.

Вводы ВН и НН наружной установки, съемные, изоляторы проходные фарфоровые. При токе вводе 1000А и выше в верхней части токоведущего стержня крепится специальный контактный зажим с лопаткой, обеспечивающий надежное соединение с плоской шины. Вводы расположены либо на узких стенках бака силового трансформатора ТМЗ устанавливается маслоуказатель для контроля уровня масла. На маслоуказателе масляного трансформатора нанесены три контрольные метки, соответствующие уровню масла в неработающем трансформаторе при различных условиях:
-45?С, +15?С, +40?С – исполнение “У”;
-60?С, +15?С, +40?С – исполнение “ХЛ”, а так же контрольная черта, соответствующая уровню масла при температуре герметизации.

Азотная подушка трансформатора ТМЗ обеспечивает защиту масла от окисления и компенсирует температурные колебания уровня масла. Для измерения температуры верхних слоев масла в баке силового трансформатора устанавливается термометрические сигнализаторы. Для контроля внутреннего давления и сигнализации о предельно допустимых величинах давления устанавливаются мановакуумометры ЭКМВУ, либо ДА 2005, либо ДА 2010..

Для защиты устанавливается на трансформаторах ТМЗ предохранительная диафрагма или реле давления, которые срабатывают при достижении в баке трансформатора давления 0,75 атм и газы выходят наружу.

Трансформаторы типа ТМФ.

Силовые масляные понижающие трехфазные двухобмоточные трансформаторы мощностью от 400 до 1600 кВА предназначены для внутренней и наружной установки.

Технические характеристики силовых трансформаторов ТМФ.
Силовые трансформаторы ТМФ выпускаются с номинальным напряжением первичной обмотки (высокого напряжения) до 10 кВ включительно и вторичной обмотки (низкого напряжения) – 0.4 кВ. Для регулирования напряжения трансформаторы оснащаются высоковольтными переключателями, которые присоединяются к обмотке высокого напряжения и позволяют регулировать напряжение ступенями по 2.5% на величину +2 х 2.5 % от номинального значения при отключенном от сети трансформаторе со стороны НН и ВН.

Условия эксплуатации трансорматоров ТМФ.
Высота над уровнем моря – до 1000 м. Температура окружающего воздуха: – для умеренного климата – от – 45?С до + 40?С (исполнение «У»); – для холодного климата – от – 60?С до + 40?С (исполнение «ХЛ»); – для тропического климата – от – 10?С до + 50?С (исполнение «Т»).
Относительная влажность воздуха: – не более 80% для исполнения «У»;
– не более 95% для исполнения «ХЛ» и «Т». Допускается работа трансформатора в условиях тряски и вибрации, связанной с работой трансформатора.
При условии периодической очистки от пыли трансформаторы могут работать при запыленности воздуха 400 мг/м3. Силовые трансформаторы типа ТМФ не предназначены для работы во взрывоопасной и агрессивной среде.

Конструкция масляных трансформаторов ТМФ.
Баки силовых трансформаторов – прямоугольные. На узких противоположных стенках бака расположены вводы, которые закрываются коробами с уплотнениями.
Вводы съемные, изоляторы проходные фарфоровые, не рассчитаны для работы в среде, загрязненной активными газами и токопроводящей пылью.
Активная часть трансформатора силового состоит из магнитопровода, изготовленного из холоднокатанной электротехнической стали, обмоток и высоковольтного переключателя.
Обмотки трансформаторов алюминиевые, для исполнения «Т» – медные.
Маслорасширитель обеспечивает наличие масла при всех режимах работы трансформатора и колебаниях температуры окружающей среды. Для контроля уровня масла на торце маслорасширителя устанавливается маслоуказатель. На маслоуказателе нанесены три контрольные метки, соответствующие уровню масла в неработающем трансформаторе при различных температурах:
–45?С, +15?С, +40?С – исполнение «У»;
–60?С, +15?С, +40?С – исполнение «ХЛ»;
–10?С, +20?С, +50?С – исполнение «Т».

Трансформаторы типа ТМФ мощностью 1000, 1600 кВА снабжаются газовым реле и предохранительной (выхлопной) трубой, срабатывающей при внутреннем давлении выше 0.5 атм. Для перемещения волоком на небольшие расстояния и крепления к платформе экскаваторов трансформаторы имеют салазки с отверстиями.

4. Методы диагностики.

На основании проведенных многочисленных обследований были рассмотрены вероятные сценарии повреждения трансформаторного оборудования со сроком эксплуатации 25 лет и более и сделаны следующие предположения.
Блочные трансформаторы длительно работают на номинальной мощности, они имеют дефекты старения изоляции активной части. Вероятным сценарием повреждения при длительной эксплуатации будут межвитковые или межкатушечные разряды.
ТСН длительно работают на номинальной мощности, также имеют дефекты старения изоляции активной части. РПН выработали свой ресурс. Сценарий их повреждения будет, вероятно, связан с разрушением изоляции отводов, а также повреждениями контактов РПН.

По этой причине для повышения эксплуатационной надежности блочных трансформаторов, ТСН необходимо увеличение объема диагностических обследований.

В то же время для поддержания эксплуатационной надежности автотрансформаторов связи и резервных трансформаторов на электростанциях достаточно уже сложившейся практики технического обслуживания и ремонтов, поскольку:
Резервные трансформаторы признаков ухудшения изоляции активной части практически не имеют, так как они работают в сравнительно легких условиях на 10-20% номинальной мощности.
Автотрансформаторы связи также практически не имеют признаков ухудшения изоляции активной части, так как их загрузка по перетокам мощности невелика (30-40% номинальной). Наиболее слабый элемент - РПН и регулировочная обмотка активной части в связи с возможным электродинамическим воздействием при близких к.з.

Таким образом, с учетом приведенных выше обследований и анализа на мощных станциях в последующие годы следует уделить основное внимание блочным трансформаторам и ТСН в части обеспечения их эксплуатационной надежности. При этом главным является предотвращение повреждения силового трансформатора в эксплуатации за счет эшелонированного по нескольким уровням использования обследований и ремонта «по состоянию». Указанный вид эшелонированного контроля и диагностики позволяет определять ресурс высоковольтной изоляции при выполнении следующих мероприятий.
Проведение серии последовательных испытаний с углублением контроля. При этом определяется оборудование, требующее внимания, а также группы риска.
В группу риска попадают трансформаторы с исчерпанным сроком службы для обоснования его замены на новый, а также трансформаторы, по которым еще возможна эксплуатация с выполнением объема дополнительных ремонтных работ.

Указанные обстоятельства требуют (особенно для трансформаторов, выработавших срок службы) проведения систематических длительных наблюдений за техническим состоянием трансформаторов.

Представление о методах диагностики силовых трансформаторов дает стилизованный рисунок (рис. 1) .

рисунок 1

При проведении обследований использовались нижеследующие виды обследований, которые позволяли выполнять:
1) Контрольные обследования:
оперативно (100% охват 1-2 раза в год) проводить контроль за состоянием всего парка трансформаторного оборудования;
своевременно выявлять по результатам диагностики факты появления грубых дефектов;
ставить своевременно вопрос об увеличении глубины обследований до расширенного или комплексного.
2) Расширенные обследования:
выявлять факторы, способствующие ускоренному развитию дефектов в твердой изоляции и, как следствие, сокращению срока его эксплуатации;
устанавливать объем дополнительных диагностических мероприятий по эксплуатации трансформатора;
обосновывать необходимость комплексных обследований и определять целесообразность и объем ремонтных мероприятий.
3) Комплексные обследования:
оценивать техническое состояние трансформатора и обоснованно устанавливать срок службы и ресурс трансформатора в эксплуатации;
определять объем, сроки ремонтных и профилактических работ.
Основные виды обследований и методы диагностики для каждого вида обследования силовых трансформаторов приведены в таблице 1 .

Достоверность видов диагностических обследований трансформаторов.

Данные, полученные в последние годы с выполнением обследований различных видов, позволили дать оценку достоверности заключения для нескольких выборок трансформаторов.
1. Достоверность диагностики блочных трансформаторов. Анализ данных о достоверности диагностики в зависимости от видов обследования (глубины и числа методов) по блочным трансформаторам показывает, что достоверность оценки технического состояния блочных трансформаторов следующая:
40% обследованного оборудования имеет состояние «НОРМА» , при этом для этой группы с наращиванием объема обследований диагноз не изменяется.
20% обследований в объеме «контрольных» выявляют наличие дефектов.
20 % обследований в объеме «контрольных» не выявляют наличия дефектов. Однако эти дефектыпроявляются при «расширенных» обследованиях.
15% обследований в объеме «расширенных» не выявляют дефектов, которые фиксируются только при «комплексном» обследовании.
Для 85% оборудования при «расширенном» обследовании заключение достоверно.
2. Достоверность диагностики ТСН . Анализ данных о достоверности диагностики в зависимости от видов обследования (глубины и числа методов) по ТСН показывает:
90% - дефекты выявляются при диагностике в объеме «расширенного» обследования.
Для 10% при «расширенном» обследовании возможны ошибки.

Как показывает анализ данных, контроль разрядной активности и особенно их локация позволяют получать наиболее оперативно максимальный объем информации о наличии дефекта и, главным образом, о его динамике. По этой причине ниже анализируются схемы измерения разрядной активности.

5. Производители.

В нижеприведенной таблице представлены заводы, производящие силовые трансформаторы и занимающие лидирующие позиции на рынке отрасли.

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения - более низкого или более высокого. Трансформаторы, понижающие напряжение, называют понижающими, а повышающие напряжение - повышающими.
Трансформаторы изготовляют двухобмоточные и трехобмоточные. Последние кроме обмотки НН и ВН имеют обмотку СН (среднего напряжения). Трехобмоточный силовой трансформатор позволяет снабжать потребителей электроэнергией разных напряжений. Обмотка, включенная в сеть источника электроэнергии, называется первичной, а обмотка, к которой присоединены электроприемники,- вторичной.
В рассматриваемых распределительных устройствах и подстанциях промышленных предприятий применяют трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в 0,23 и 0,4 кВ.
В зависимости от изолирующей и охлаждающей среды различают трансформаторы масляные ТМ и сухие ТС. В масляных основной изолирующей и охлаждающей средой являются трансформаторные масла, в сухих - воздух или твердый диэлектрик. В специальных случаях применяют трансформаторы с заполнением баков негорючей жидкостью - совтолом.
Основой конструкции трансформатора служит активная часть, состоящая из магнитопровода 4 (рис. 1) с расположенными на нем обмотками низшего напряжения 3 и высшего напряжения 2 отводов и переключающего устройства. Магнитопровод, набранный из отдельных тонких листов специальной трансформаторной стали, изолированных друг от друга покрытием, состоит из стержней, верхнего и нижнего ярма. Такая конструкция способствует уменьшению потерь на нагрев от перемагничивания (гистерезис) и вихревых токов.
Соединительные провода, идущие от концов обмоток и их ответвлений, предназначенные для регулирования напряжения, называют отводами, которые изготовляют из неизолированных медных проводов или проводов, изолированных кабельной бумагой либо гетинаксовой трубкой.
Переключающие устройства обмоток трансформатора служат для ступенчатого изменения напряжения в определенных пределах, поддерживания номинального напряжения на зажимах вторичной обмотки при изменении напряжения на первичной или вторичной обмотке. С этой целью обмотки ВН трансформаторов снабжают регулировочными ответвлениями, которые подсоединяют к переключателям.


Рис. 1. Активная часть трансформатора серии ТМ : 1 - ярмо, 2 и 3 - обмотки ВН и НН, 4 - магнитопровод
Необходимость регулирования вызвана тем, что в электросистемах возможны различные отклонения от нормального режима электроснабжения, приводящие к неэкономичной работе приемников, преждевременному износу и сокращению сроков их службы. Особенно чувствительны к повышению напряжения электролампы, радиолампы и лампы телевизоров: срок их службы резко сокращается при систематическом увеличении напряжения.
В трансформаторах могут быть два вида переключений ответвлений: под нагрузкой - РПН (регулирование под нагрузкой) и без нагрузки после отключения трансформатора - ПБВ (переключение без возбуждения). С помощью ПБВ и РПН можно поддерживать напряжение, близким к номинальному во вторичных обмотках трансформаторов.
Переключение осуществляют изменением числа витков с помощью регулировочных ответвлений обмоток, т. е. изменением коэффициента трансформации, который показывает, во сколько раз напряжение обмотки ВН больше напряжения обмотки НН или во сколько раз число витков обмотки ВН больше числа витков обмотки НН. Пределы регулирования вторичных напряжений для разных трансформаторов различны: на ±10% 12 ступенями по 1,67% или 16 ступенями по 1,25% с помощью РПН; на ±5% четырьмя ступенями по 2,5% с помощью ПБВ.
Бак трансформатора, в который погружена активная часть, представляет собой стальной резервуар овальной формы, заполненный трансформаторным маслом. Масло, являясь охлаждающей средой, отводит теплоту, выделяющуюся в обмотках и магнитопроводе, и отдает ее в окружающую среду через стенки и крышку бака. Кроме охлаждения активной части трансформатора масло повышает степень изоляции между токоведущими частями и заземленным баком.
Для увеличения поверхности охлаждения трансформатора баки изготовляют ребристыми, вваривают в них трубы или снабжают съемными радиаторами (только у трансформаторов мощностью до 25 кВ-А стенки бака гладкие). Радиаторы присоединяют к стенкам бака патрубками со специальными радиаторными кранами. У верхнего торца бака к его стенкам приваривают раму из угловой или полосовой стали, к которой крепят крышку на прокладках из маслоупорной резины.
В нижней части бака всех типов трансформаторов имеется кран для взятия пробы и слива масла, а в его днище (в трансформаторах мощностью выше 100 кВ-А) - пробка для спуска осадков после слива масла через кран. Второй кран устанавливают на крышке бака, через который заливают в него масло. Оба крана служат одновременно для присоединения к ним маслоочистительных аппаратов.
К дну баков трансформаторов массой выше 800 кг приваривают тележку с поворотными катками, конструкция крепления которых позволяет изменять направление передвижения трансформаторов с поперечного на продольное. Для подъема трансформатора на баке имеется четыре кольца-рыма. Активная часть поднимается за скобы в верхних консолях магнитопровода.
На крышке бака размещены вводы, расширитель и защитные устройства (выхлопная предохранительная труба, реле давления, газовое реле, пробивной предохранитель). К стенкам бака приваривают подъемные крюки, прикрепляют манометрический сигнализатор (у трансформаторов мощностью свыше 1000 кВ- А) и устанавливают фильтры. Трансформатор серии ТМ-1000-10 показан на рис. 2.


Рис. 2. Трехфазный силовой трансформатор мощностью 1000 кВ А с масляным охлаждением :
1 - бак, 2 и 5 - нижняя и верхняя ярмовые балки магнитопровода, 3 - обмотка ВН, 4 - регулировочные отводы к переключателю, 6 - магнитопровод, 7 - деревянные планки, 8 - отвод от обмотки ВН, 9 - переключатель, 10 - подъемная шпилька, 11 - крышка бака, 12 - подъемное кольцо (рым), 13 и 14 - вводы ВН и НН, 15 - предохранительная труба, 16 - расширитель (консерватор), 17 - маслоуказатель, 18 - газовое реле, 19 - циркуляционные трубы, 20 - маслоспускной кран, 21 - катки

Вводы 14 и 15 представляют собой фарфоровые проходные изоляторы, через которые выводы обмоток трансформатора присоединяются к электрическим сетям.
Большинство трансформаторов оборудовано расширителями (рис. 3), обеспечивающими постоянное заполнение бака маслом и уменьшающими поверхность соприкосновения масла с воздухом, следовательно, защищающими масло от увлажнения и окисления. У расширителя есть отверстие для всасывания и вытеснения воздуха при изменении уровня содержащегося в нем масла (дыхательная пробка).

Рис. 3. :

1 - бак расширителя, 2 - маслоуказатель, 3 - маслоуказательное стекло, 4 - угольник, 5 - запирающий болт, 6 - крышка трансформатора, 7 - газовое реле, 8 - плоский кран, 9 - трубопровод, 10- опорная пластина

Расширитель имеет цилиндрическую форму, закрепляется на кронштейне, установленном на крышке 6 трансформатора, и сообщается с баком трансформатора трубопроводом, не выступающим ниже внутренней поверхности крышки трансформатора и заканчивающимся внутри расширителя выше его дна во избежание попадания осадков масла в бак 1. Внутренняя поверхность расширителя имеет защитное покрытие, предохраняющее масло от соприкосновения с металлической поверхностью и расширитель от коррозии. В нижней части расширителя имеется пробка для слива масла из него.
Объем расширителя определяют так, чтобы уровень масла оставался в его пределах как летом при 35 °С и полной нагрузке трансформатора, так и зимой при минимальной температуре масла и отключенном трансформаторе. Обычно объем расширителя составляет 11 -12% объема масла в баке трансформатора. Для наблюдения за уровнем масла на боковой стенке расширителя устанавливают маслоуказатель 2, выполненный в виде стеклянной трубки в металлической оправе.
Емкость расширителя должна обеспечивать постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы трансформатора от отключенного состояния до номинальной нагрузки и при колебаниях температуры окружающего воздуха, причем при допустимых перегрузках масло не должно выливаться.
В герметичных масляных трансформаторах и трансформаторах с жидким негорючим диэлектриком поверхность масла защищают сухим азотом, а в заполненных совтолом -10 - сухим воздухом. Негерметичные масляные трансформаторы мощностью 160 кВ- А и более, в которых масло в расширителе соприкасается с окружающим воздухом, имеют термосифонный или адсорбционный фильтр, а трансформаторы мощностью 1 мВ А и более с естественным масляным охлаждением и азотной подушкой - термосифонный фильтр (кроме трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком).
Масляные трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более с расширителем снабжают защитным устройством, предупреждающим повреждение бака при внезапном повышении внутреннего давления более 50 к Па. К защитным устройствам относят выхлопную трубу со стеклянной диафрагмой и реле давления. Масляные трансформаторы и трансформаторы с жидким диэлектриком с азотной подушкой без расширителя имеют реле давления, срабатывающее при повышении внутреннего давления более 75 кПа.
Нижний конец выхлопной трубы соединяют с крышкой бака, а на верхний ее конец устанавливают тонкую стеклянную мембрану (от 2,5 до 4 мм) диаметром 150, 200 и 250 мм, которая разрушается при определенном давлении и дает выход газу и маслу наружу раньше, чем произойдет деформация бака. Реле давления размещают на внутренней стороне крышки трансформатора. Основными его элементами являются ударный механизм и стеклянная диафрагма. При достижении определенного давления в баке механизм срабатывает, разбивает диафрагму и обеспечивает свободный выход газам.
Трансформаторы мощностью 1 мВ * А и более, имеющие расширитель, снабжают газовым реле, которое реагирует на повреждения внутри бака трансформатора (электрический пробой изоляции, витковое замыкание, местный нагрев магнитопровода), сопровождающиеся выделением газа или резким увеличением скорости перетекания масла из бака в расширитель. Выделение газообразных продуктов происходит в результате разложения масла и других изоляционных материалов под действием высокой температуры, возникающей в месте повреждения. На этом явлении основана работа газовой защиты трансформатора от внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газов при их утечке, утечке масла и попадании воздуха в бак. Основной элемент этой защиты - газовое реле, устанавливаемое обычно на трубопроводе, который соединяет расширитель с баком, имеющим наклон к горизонтали от 2 до 4 В газовом реле имеются две пары контактов для работы на сигнал или отключение.
Пробивные предохранители служат для защиты от пробоя обмоток ВН на обмотки НН. Устанавливают их на крышке бака и подсоединяют к нулевому вводу НН, а при напряжении 690 В - к линейному вводу.
При пробое изоляции между обмотками ВН и НН промежуток между контактами, в котором проложены тонкие слюдяные пластины с отверстиями, пробивается и вторичная обмотка оказывается соединенной с землей.
Для заземления трансформаторов служит специальный заземляющий контакт с резьбой не менее Ml2, расположенный в доступном месте нижней части бака со стороны НН и обозначенный четкой несмывающейся надписью «Земля» или знаком заземления. Поверхность заземляющего контакта должна быть гладкой и зачищенной; заземление осуществляют подсоединением стальной шины сечением не менее 40><4 мм.
Для измерения температуры масла на трансформаторах монтируют ртутные термометры со шкалой от 0 до 150° С или термометрические сигнализаторы ТС со шкалой от 0 до 100° С. Последние снабжены двумя передвижными контактами, которые можно установить на любую температуру в пределах шкалы. Первый контакт, будучи включенным в сигнальную цепь, при определенной температуре масла дает сигнал; в случае дальнейшего повышения температуры масла второй контакт, соединенный с реле, отключает трансформатор. На трансформаторах мощностью 6300 кВ * А и выше установлены термометры сопротивления.
Для сушки и очистки увлажненного и загрязненного воздуха, поступающего в расширитель при температурных колебаниях масла, все трансформаторы снабжены воздухоочистительным фильтром - воздухоосушителем (рис. 4), который представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем и размещенный на дыхательной трубке 1 расширителя.


Рис. 4. Воздухоочистительный фильтр (воздухоосушитель ):
1 - дыхательная трубка, 2 - соединительная муфта, 3 - смотровое окно, 4 - бак трансформатора, 5 - масляный затвор, 6 - указатель уровня масла в затворе, 7- кронштейн
В нижней части цилиндра расположен масляный затвор 5 для очистки засасываемого воздуха, в верхней части - патрон с индикаторным силикагелем, который при увлажнении меняет свою окраску с голубой на розовую.
Для поддержания изоляционных свойств масла, а следовательно, продления срока его службы предназначен термосифонный фильтр (рис. 5), представляющий собой цилиндрический аппарат, заполненный активным материалом - сорбентом (поглотителем продуктов старения масла).


Рис. 5. :
1 - радиаторные краны, 2 - загрузочный люк, 3 - пробка с отверстием для выпуска воздуха, 4 - силикагель, 5 - сетка, 6 - дно с отверстиями, 7,8 - пробки для отбора пробы масла и его слива, 9 - корпус фильтра, 10 - стенка бака трансформатора
Фильтр присоединяют к баку трансформатора двумя патрубками и промежуточными плоскими кранами. Работа фильтра основана на термосифонном принципе: более нагретое масло верхних слоев, проходя через охлаждающее устройство, опускается вниз. Параллельно радиаторам подсоединен термосифонный фильтр. Следовательно, через фильтр масло проходит сверху вниз и непрерывно очищается. Фильтры устанавливают на трансформаторах мощностью 160 кВ * А и выше.
Особенности конструкции сухих трансформаторов. Масляный трансформатор взрыво- и пожароопасен, поэтому, когда из-за пожарной безопасности недопустимы масляные трансформаторы, используют сухие или трансформаторы с негорючим заполнителем (совтолом, пиранолом, кварцевым песком). Поскольку отсутствует масло, сухие трансформаторы можно устанавливать непосредственно в цехах промышленных предприятий без устройства специальных трансформаторных камер.
Силовые трехфазные сухие трансформаторы ТСЗ (рис. 6) в защищенном исполнении изготовляют мощностью от 160 до 1600 кВ * А, обмотки которых имеют класс напряжения 6-10 кВ для ВН и 0,23; 0,4 и 0,69 кВ для НН. Применяют также сухие трансформаторы мощностью менее 160 кВ- А (25, 40, 66, 100 кВ- А).
Условное обозначение трансформаторов. Обозначения типов трансформаторов построены по определенной системе, отражающей конструкцию (буквы) и основные электрические параметры (цифры). Буквенные обозначения следующие: первая буква - число фаз (О - однофазный, Т - трехфазный), вторая или две - вид охлаждения (М - естественное масляное, С - сухое без масла, Д - дутьевое, Ц - циркуляционное, ДЦ - принудительное циркуляционное с дутьем), третья - число обмоток (Т - трехобмоточный). В условном обозначении могут быть другие буквы, указывающие конструктивные особенности трансформатора.

Рис. 6. :
I - активная часть, 2 - ввод ВН, С, 9 - коробки ввода ВН и НН, 4 - крышка люка, 5 - кожух, 6 и 8 - кольцо и пластина для подъема трансформатора, 7 - шины НН, 10 - тележка, 11 - каток
Первая цифра, стоящая после буквенного обозначения трансформатора, показывает номинальную мощность (кВ- А), вторая - номинальное напряжение обмотки ВН (кВ). В последнее время добавляют еще две цифры, означающие год разработки трансформатора данной конструкции, например обозначение трансформатора ТМ-1000/10-93 расшифровывается так: трехфазный, двухобмоточный с естественным масляным охлаждением, мощностью 1000 кВ А и напряжением обмотки ВН 10 кВ, конструкции 1993 г.