2-2. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ И АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ а) Конструкция трансформаторов
Отечественной промышленностью изготовляются силовые трансформаторы по шкале мощностей, утвержденной ГОСТ 9680-61 (табл. 2-4).
Таблица 2-4
Шкала номинальных мощностей силовых трансформаторов, кВ-А
Силовые трансформаторы изготовляются понижающими и повышающими, двухобмоточными, трехобмоточными и с расщепленными обмотками низшего напряжения (рис. 2-13). По количеству фаз различают однофазные и трехфазные трансформаторы.
Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы ввиду их экономических преимуществ перед однофазными. Трехфазные трансформаторы на номинальные напряжения 110, 150 кВ изготовляются мощностью до 400 МВ-А включительно, на напряжение 220 и 500 кВ — до 630 МВ·А, на напряжение 330 кВ — до 1000 МВ-А.
Рис. 2-13. Принципиальная схема трехфазных трансформаторов.
а — двухобмоточный; б — трехобмоточный; в — с расщепленной обмоткой низшего напряжения.
Однофазные трансформаторы применяются только в тех случаях, когда невозможно изготовление трехфазных трансформаторов необходимой мощности или затруднена их транспортировка.
В установках 110 кВ и выше все шире применяются автотрансформаторы. Особенности их конструкции и работы рассматриваются ниже.
В повышающем двухобмоточном трансформаторе (рис. 2-13, а) мощность из первичной обмотки низшего напряжения (НН) электромагнитным путем передается в обмотку высшего напряжения (ВН), при этом происходит увеличение напряжения. Такие трансформаторы устанавливаются в блоках генератор — трансформатор и в качестве трансформаторов связи на ТЭЦ. В понижающих двухобмоточных трансформаторах, применяемых в системе собственных нужд станции и на подстанциях, происходит понижение напряжения.
Трехобмоточный трансформатор, схема которого представлена на рис. 2-13,б, предназначен для связи трех напряжений — высшего (ВН), среднего (СН) и низшего (НН). Широкое распространение имеют трехобмоточные трансформаторы с напряжением обмоток 110, 35 и 6—10 кВ.
Рис. 2-14. Трансформатор трехфазный с естественным масляным охлаждением. 1 — термосифонный фильтр; 2 — воздухоосушитель; 3 — расширитель; 4 — маслоуказательное стекло; 5 — предохранительная труба; 6 — вывод ВН; 7 — вывод НН; 8 — привод переключателя ответвлений; 9 — бак; 10 — радиатор.
На станциях с крупными блоками 200, 300, 500, 800 МВт широко применяются трансформаторы с расщепленной вторичной обмоткой для питания собственных нужд блока. В таком трансформаторе имеются две вторичные обмотки (рис. 2-13, в) с отдельными выводами. Каждая цепь рассчитана на 50% номинальной мощности. Трансформаторы с расщепленными обмотками имеют повышенное значение напряжения к. з. uк, %, что позволяет ограничить ток к. з. на шинах собственных нужд и выбирать более легкую коммутационную аппаратуру.
Возможно изготовление трансформаторов с несколькими расщепленными обмотками. Такие трансформаторы применяются в блочных схемах два генератора — один трансформатор или три генератора — один трансформатор, что экономически оправдывается при повышенном напряжении 330—500 кВ благодаря экономии отключающей аппаратуры высокого напряжения.
Конструкция силовых трансформаторов во многом определяется системой охлаждения, которая в свою очередь зависит от мощности трансформатора.
Рис. 2-15. Трансформатор трехфазный масляный с дутьем.
1 — встроенные трансформаторы тока; 2 — вывод ВН; 3 — вывод НН; 4 — расширитель;
5 — бак; 6 — вентилятор; 7 — радиатор; 8 — воздухоосушитель; 9 — нулевой вывод.
Естественное воздушное охлаждение применяется для трансформаторов мощностью до 1600 кВ-A при напряжении до 15 кВ. Такие трансформаторы называются сухими (С)*. На электростанциях они применяются в качестве трансформаторов собственных нужд. Обмотки такого трансформатора и его магнитопровод охлаждаются благодаря отдаче тепла окружающему воздуху путем конвекции. Сухие трансформаторы в защитном кожухе (СЗ) устанавливаются непосредственно в цехах электрической станции, они пожаробезопасны. Изоляция обмоток выполняется из материалов высокой нагревостойкости, поэтому она длительно допускает температуру 140—165° С.
Для установки внутри помещений изготовляются также трансформаторы с негорючим заполнением (совтолом, пираленом и т. д.).
* В скобках дано условное обозначение системы охлаждения.
Большинство трансформаторов имеют масляное охлаждение.
Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 6300 кВ·А включительно (рис. 2-14). В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается окружающему маслу, которое, циркулируя по баку и радиаторным трубам, передает его окружающему воздуху.
Рис. 2-16. Трансформатор с дутьем и принудительной циркуляцией масла. 1 — охлаждающее устройство; 2 — скоба для подъема бака; 3 — нулевой вывод; 4 — ввод ВН; 5 — бак; 6 — вывод НН; 7 — кронштейн для крепления расширителя; 8 — труба предохранительная; 9 — расширитель; 10 — маслоуказатель.
Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае радиаторные трубы обдуваются воздухом от специальных вентиляторов (рис. 2-15). Внутри каждого радиатора размещаются по два вентилятора, пуск и останов которых осуществляются автоматически в зависимости от нагрузки и температуры масла в трансформаторе. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% номинальной, а температура верхних слоев масла не превышает 55° С [7]. Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора, что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью от 10 000 до 80 000 кВ-А.
Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) позволяет экономично и просто отвести тепло, выделенное в обмотках трансформаторов мощностью более 63 000 кВ-А (рис. 2-16). В воздушных охладителях по системе ребристых трубок, обдуваемых вентилятором, маслонасосом прогоняется масло из бака трансформатора. Воздухоохладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.
Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как система ДЦ, но в отличие от последней охладители состоят из трубок, по которым циркулирует охлаждающая вода, а между трубками движется масло. Такая система охлаждения весьма эффективна, имеет меньшие размеры охладителей и применяется для очень мощных трансформаторов и автотрансформаторов.
6) Параметры силовых трансформаторов
Номинальное напряжение первичной и вторичных обмоток трансформатора указывается в каталогах и на щитке трансформатора — это напряжение между выводами при холостом ходе трансформатора.
Если обозначить напряжение первичной обмотки трансформатора U1, а вторичной U2, то коэффициент трансформации
(2-1)
где α>ι—число витков в первичной обмотке; w2— число витков во вторичной обмотке.
Номинальной мощностью трансформатора называется мощность, которой непрерывно может быть нагружен трансформатор при номинальных температурных условиях охлаждающей среды. Для трансформаторов общего назначения (ГОСТ 11677-75), установленных на открытом воздухе и имеющих естественное масляное охлаждение без обдува и с обдувом, за номинальные условия охлаждения принимают естественно меняющуюся температуру наружного воздуха в течение года (среднесуточная не более 30° С, среднегодовая не более 20° С); для трансформаторов с масляно-водяным охлаждением температура воды у входа в охладитель принимается не более 25° С. Согласно ГОСТ 11677-75 максимальное превышение температуры обмоток над температурой охлаждающей среды должно быть не более 65° С. При номинальной нагрузке температура верхних слоев масла не должна превышать (если заводом не оговорены иные температуры) у трансформаторов с системами охлаждения М и Д 95° С, ДЦ 75° С, Ц 70° С (на входе в маслоохладитель).
Трансформаторы, расположенные в камерах с естественной вентиляцией, при среднегодовой температуре до 20° С могут непрерывно нагружаться на их номинальную мощность. При этом срок службы трансформатора несколько снижается из-за худших условий охлаждения.
Номинальный ток любой обмотки трансформатора определяется по ее номинальной мощности и номинальному напряжению.
Рис. 2-17. Схемы и группы соединений обмоток трехфазных двух обмоточных трансформаторов.
Напряжение короткого замыкания ик характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора и зависит от взаимного расположения обмоток на магнитопроводе. Величина ик определяется из опыта к. з. и численно равна напряжению, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора в другой обмотке, замкнутой накоротко, проходит номинальный ток. В каталогах приводятся ик, выраженные в процентах от Uн и отнесенные к мощности наиболее мощной обмотки.
Схемы и группы соединений обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов показаны на рис. 2-17.
Обмотки высшего напряжения 110 кВ и выше, как правило, соединяются в звезду, что позволяет облегчить изоляцию обмоток, так как она рассчитывается в этом случае на фазное напряжение U/√3. Соединение в звезду с выведенной нулевой точкой применяется в том случае, когда нейтраль обмотки заземляется.
Обмотки вторичного напряжения 0,69 кВ и выше соединяются в треугольник, что позволяет уменьшить сечение обмотки, так как она рассчитывается в этом случае на фазный ток
Вторичные обмотки 0,23 и 0,4 кВ соединяются в звезду с выведенным нулем. В условных обозначениях показывается схема соединения обмотки и числом — группа соединения.
Рис. 2-18. Схемы и группы соединения обмоток трехфазных трехобмоточных трансформаторов. ,
Группа соединения определяет угловое смещение векторов линейных э. д. с. обмоток НН и СН по отношению к векторам соответствующих линейных э. д. с. обмотки ВН и обозначается числом, которое, будучи умножено на 30°, дает угол смещения в градусах. Так, число 11 указывает угол в 330°, а число 0 — угол смещения 0°.
Схемы и группы соединений трехфазных трехобмоточных трансформаторов показаны на рис. 2-18.
В трансформаторах с расщепленной обмоткой вторичного напряжения типа ТРДН, применяемых в системе собственных нужд электростанций, допускается соединение обмотки высшего напряжения в треугольник, т. е. схема соединения обмоток будет: д/д-д-0-0.
В табл. 2-5 приведены данные некоторых трансформаторов, применяемых в системе собственных нужд электростанций и в качестве трансформаторов связи на ТЭЦ. В табл. 2-6 приведены данные трансформаторов, устанавливаемых в блоках генератор — трансформатор.
Таблица 2-6
Примечания: 1. См. примечание 1 к табл. 2-5. _
2. Таблица составлена согласно ГОСТ 12965-74, ГОСТ 15957-70, ГОСТ 17545-72, ГОСТ 17544-72.
