Глава пятая
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПУНКТОВ
- 1. Эксплуатация силовых трансформаторов
Изоляция трансформаторов, состоящая из пропитанных и погруженных в масло волокнистых материалов, относится к классу А и не должна нагреваться выше 105° С. За наибольшую допустимую температуру верхних слоев масла принимается температура, которая устанавливается при длительной работе трансформатора с номинальной нагрузкой и температурой окружающего воздуха 35° С. Согласно нормам, эта температура не может быть выше 95° С. При этом превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха не должно превосходить 60° С.
Однако с такой температурой трансформатор может работать только ограниченное время, всего несколько часов в сутки, в противном случае наступит преждевременное старение изоляции.
Практикой установлено, что в таком режиме работы при окружающей температуре 35° С срок службы трансформатора будет не более 2—3 лет, но так как среднегодовая температура воздуха составляет +10°С, то нормальный срок службы трансформаторов будет 16—20 лет.
Надо иметь в виду, что температура масла внизу трансформатора значительно ниже, чем в верхних слоях. Так, если температура масла в верхних слоях 80° С, то внизу она равна примерно 40—50° С, а на средней высоте трансформатора 65— 70° С. Естественно, что чем выше температура масла, тем короче срок службы трансформатора. Существует правило, что срок службы трансформатора сокращается вдвое на каждые 8° С повышения температуры обмоток. Однако это не значит, что при температуре 50° С трансформатор будет служить несколько веков, так как уже через 20 лет работы изоляция теряет эластичность и становится хрупкой.
Таким образом, в эксплуатации важное значение имеет контроль за температурой масла трансформатора. При контроле температуры масла следует иметь в виду, что при нагрузках, близких к номинальной, максимальная температура самых горячих мест обмоток на 30—35 °C выше верхних слоев масла. При изменении нагрузки трансформатора температура масла изменяется медленнее, чем температура обмоток, и поэтому показания термометров отражают повышение температуры обмоток с запозданием в несколько часов.
Из изложенного ясно, что вопрос вентиляции трансформаторных камер представляет большое значение. Каждый кубический метр воздуха имеет массу около 1,25 кг, а одна киловатт-секунда повышает температуру 1 кг воздуха на 1°С.
После одного часа работы трансформатора в камере без вентиляции (с объемом камеры Q=1 м3) температура воздуха повысилась бы до
Для нормальной работы трансформатора необходимо, чтобы нагретый воздух непрерывно отводился из камеры, а холодный — подводился в нее.
В правильно рассчитанной камере трансформатора разница между температурами воздуха, входящего снизу и выходящего сверху, не должна превышать 15° С.
Поперечное сечение (м2) входного и выходного отверстий в камере трансформатора может быть подсчитано по следующей формуле:
где Р — полные потерн трансформатора, кВт; Н — высота столба воздуха в камере (тяга), м; Δt — разность температур между входящим и выходящим воздухом; Σ — коэффициент сопротивления, равный 5—7.
В тех случаях, когда строительная часть камеры не позволяет увеличить поперечное сечение входного и выходного отверстий, следует прибегать к искусственному увеличению высоты тяги Н с помощью вытяжной трубы.
Иногда в нормально работающем трансформаторе возникают повышенные температуры нагрева; весьма часто причина этого — загрязнение вентиляционных отверстий, т. е. уменьшение их поперечного сечения. Если чистка вентиляционных отверстий не дала снижения температуры трансформатора до нормальной, то, по-видимому, причиной является неисправность самого трансформатора.
В трансформаторах расширители должны иметь указатель уровня масла. Надо следить за тем, чтобы отверстие вверху маслоуказательного стекла сообщалось с атмосферой, иначе маслоуказатель будет неправильно показывать уровень масла в расширителе. Нижняя кромка маслоуказательного стекла должна быть выше, чем конец трубы, соединяющей расширитель с баком трансформатора. Из-за несоблюдения этого условия в эксплуатации бывали случаи, когда масло полностью уходило из расширителя, а маслоуказательное стекло показывало наличие масла в нем.
Контрольные отметки на маслоуказателе трансформатора, соответствующие температурам масла —35, + 15 и +35° С (по новым техническим условиям — 40, +15 и +40° С), в неработающем трансформаторе наносятся, чтобы дать указания персоналу, до какого уровня следует заполнять расширитель при заливке или доливке в него масла. Продукты разложения масла и осадки периодически должны удаляться из расширителя.
Параллельная работа трансформаторов. Параллельной работой двух и более трансформаторов называется такая их работа, при которой одноименные выводы как на первичной, так и на вторичной их стороне соединены между собой. Соединение может осуществляться на одних и тех же шинах на подстанции, или же через сеть.
Параллельная работа трансформаторов считается нормальной, когда между ними отсутствуют уравнительные токи. Нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределяется пропорционально их номинальным мощностям, и токи нагрузки трансформаторов совпадают по фазе. Параллельная работа трансформаторов допускается при тождественности групп соединения обмоток, равенстве в пределах допусков коэффициентов трансформации и напряжений к. з.
При параллельном соединении необходимо быть уверенным в правильной фазировке трансформаторов, так как при несовпадении фаз между трансформаторами будет циркулировать уравнительный ток. Поэтому перед включением трансформаторов на параллельную работу предварительно должна быть проверена их фазировка на стороне вторичного напряжения.
При наличии нулевого провода или заземления нейтрали обоих трансформаторов со стороны вторичного напряжения проверка фазировки выполняется по схеме, приведенной на рис. 5-1. Вольтметр при этом должен иметь шкалу на номинальное линейное напряжение. При правильном включении трансформаторов, которые должны работать параллельно, показание вольтметра будет нулевым или почти нулевым.
Здесь возможны следующие случаи:
а) при поочередном измерении между фазой одной стороны и противоположной фазой другой стороны получены три нулевых показания; если фазируемые концы находятся друг против друга, трансформаторы включаются в параллельную работу; в противном случае производится пересоединение подведенных от трансформатора концов и фазирование повторяется;
б) если измерений с нулевыми показаниями нет, то требуется поменять местами начала и концы фаз обмотки вторичного напряжения одного из трансформаторов и повторить фазирование.
Если оба трансформатора — нечетной группы и нулевых показаний также нет, то необходимо произвести перекрещивание любых фаз со стороны питания вновь присоединяемого трансформатора.
Если при всех вариантах по схеме рис. 5-1 не удается получить точек равных потенциалов, то объяснение нужно искать в принадлежности трансформаторов к различным группам.
Включение на параллельную работу трансформаторов с разницей в коэффициенте трансформации до 5% допускается при условии, что уравнительный ток их не превысит 20% от номинального тока меньшего из трансформаторов.
Уравнительный ток подсчитывается по формуле:
где ек.м — напряжение к. з. меньшего трансформатора, %; ек.б — то же, большего трансформатора; Sном.м — мощность меньшего трансформатора, кВ-A; Sном.б — то же, большего трансформатора; ΔΚ — разница коэффициентов трансформации, %. При включении на параллельную работу трансформаторов с разными значениями напряжения к. з. нагрузка между трансформаторами распределится непропорционально их мощности; больше будет загружаться трансформатор с меньшим значением напряжения к. з. Допускается включение на параллельную работу трансформаторов, имеющих различные значения напряжения к. з. в пределах до 10% при работе трансформаторов на общие шины и до 20% при работе на сеть.
Рис. 5-1. Схема фазировки трансформатора при наличии нулевого провода
Недогрузка трансформатора с большим ек.б (в процентах от его номинальной мощности) вычисляется по формуле
При включении на параллельную работу трансформаторов с разными значениями напряжения к. з. некоторое перераспределение нагрузок может быть достигнуто изменением коэффициентов трансформации путем соответствующей установки ответвлений. При этом ни один из трансформаторов не должен быть перегружен.
Режим работы трансформаторов. Характерными показателями режима работы трансформатора являются ток нагрузки, напряжения на вводах первичной обмотки и температура верхних слоев масла. Нормальным режимом называется режим работы трансформатора, соответствующий данным, указанным на заводском щитке.
Понижающие трансформаторы допускают повышение подводимого первичного напряжения, но не более чем на 5%.
Как правило, трансформаторы, длительно работающие в режиме номинальной мощности, не должны перегружаться, так как это приводит к усиленному износу изоляции и сокращению сроков их службы. Обычно нагрузка в трансформаторе редко бывает постоянной и равной номинальной его мощности, она изменяется как в течение суток, так и в течение года.
В целях максимального снижения потерь мощность трансформаторов, устанавливаемых в ТП городских электросетей, определяется на основании измерений нагрузок, производимых не реже двух раз в год в период максимальных и минимальных нагрузок, с учетом графиков нагрузок у потребителей.
Показателем нагрузки трансформатора является коэффициент нагрузки, выражаемый в процентах:
Где Iмакс — ток максимально загруженной фазы; Iном — номинальный ток, указанный на фирменной табличке и в паспорте трансформатора. Коэффициент нагрузки трансформатора не должен превышать 100%, за исключением случаев, приведенных ниже.
Нагрузка трансформатора должна быть равномерной во всех его фазах. Показателем распределения нагрузки по фазам является коэффициент неравномерности, также выраженный в процентах:
где
—токи максимально, средне и минимально загруженной фазы.
ГОСТ 5.709—70* «Трансформаторы трехфазные силовые масляные» предусматривает, что ток нейтрали трансформаторов, обмотки которых соединены Υ/Υ—12, не должен превышать 25% номинального тока обмотки вторичного напряжения; при этом фазный ток ни в одной из фаз не должен превышать номинального.
При неравномерной нагрузке возникший магнитный поток нулевой последовательности, замыкаясь между ярмами через масло и бак, создает в баке вихревые токи. От этих токов увеличивается температура масла и обмоток, особенно в трансформаторах с естественным охлаждением, так как у них большая часть разности температуры масла и окружающей среды приходится на слой воздуха, непосредственно охлаждающий поверхность бака. В результате трансформатор может выйти из строя. Такие случаи наблюдались в эксплуатации, когда нагрузка трансформаторов по фазам не превышала даже 60% номинальной, а ток в нейтрали был равен 30% Iном. Как правило, при вскрытии обнаруживались признаки разложения масла.
Неравномерная нагрузка вызывает неравномерность фазных напряжений, нередко приводящих к повреждению приемников потребителей, включенных между фазным и нулевым проводами.
Не следует допускать нагрузки, при которой коэффициент неравномерности больше 10%. В этом случае нагрузка по фазам должна быть перераспределена и произведены контрольные измерения нагрузки и напряжения.
Для всех трансформаторов в зависимости от условий эксплуатации, определяемых резервом трансформаторной мощности, графиком нагрузки и температурой среды, могут быть допущены аварийные и нормальные перегрузки.
Аварийные перегрузки при выходе из строя одного из работающих трансформаторов (независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и места установки) и продолжительность работы их в зависимости от нагрузки допускаются в следующих размерах:
Масляные трансформаторы:
В аварийных режимах при наличии передвижного резерва допускается перегрузка масляных трансформаторов сверх номинальной до 40% на время максимума общей суточной продолжительности не более 6 ч в течение не более 5 суток подряд. При этом коэффициент начальной нагрузки должен быть не более 0,93.
Нормальные (систематические) перегрузки допускаются в зависимости от суточного графика нагрузки и недогрузки трансформатора в летнее время. Систематические кратковременные перегрузки, возможные вслед за нагрузкой ниже номинальной, устанавливаются в зависимости от температуры перегрева верхних слоев масла непосредственно перед включением увеличенной нагрузки. При этом по окончании перегрузки температура перегрева отдельных частей трансформатора не должна выходить за пределы нормы. Следует отметить, что возможные перегрузки меньше, чем определяемые по диаграмме нагрузочной способности.
Определение допускаемых перегрузок трансформаторов городских сетей производится по табл. 5-1.
Таблица 5-1
Допускаемая продолжительность (ч—мин) перегрузки трансформаторов, в зависимости от температуры перегрева верхних слоев масла непосредственно перед включением увеличенной нагрузки
Допускается также перегрузка трансформаторов зимой за счет недогрузки летом. Если максимум среднего графика нагрузки в летнее время (июнь—август) меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимние месяцы (ноябрь—февраль) возможна перегрузка трансформаторов в размере 1% на каждый процент недогрузки летом, но не более 15%. Можно допускать перегрузку, используя одновременно оба вышеуказанных условия. Однако суммарная перегрузка не должна превышать 30%.
Трансформаторы должны выдерживать без повреждений и остаточных деформаций внезапные к. з. на зажимах вторичной обмотки при значениях установившегося тока к. з., не превышающих 25-кратного номинального тока обмотки. Длительность протекания тока к. з. в секундах не должна превышать
где k — кратность установившегося тока к. з.
В табл. 5-2 приведены кратность установившегося тока к. з. и допустимая длительность протекания его в зависимости от напряжения к. з.
Таблица 5-2.
Допустимая длительность к. з. трансформаторов в зависимости от напряжения к. з.
Включение в эксплуатацию трансформатора. Вновь устанавливаемые трансформаторы, поступившие с заводов-изготовителей, при наличии соответствующего указания завода-изготовителя могут не подвергаться внутреннему осмотру со вскрытием.
В случае необходимости внутренний осмотр разрешается производить без выемки магнитопровода из кожуха, если это позволяет конструкция трансформатора.
Если трансформатор поступил с явными следами повреждения, течью масла, не заполненный маслом до нормального уровня или с маслом, имеющим низкую электрическую прочность, то такой трансформатор должен подвергаться внутреннему осмотру.
Все трансформаторы перед включением должны пройти испытания.
- Измерить сопротивления изоляции обмоток с определением отношения Сопротивление изоляции обмоток высокого напряжения вновь вводимых в эксплуатацию трансформаторов, залитых маслом, не должно быть менее значений, приведенных ниже:
- Проверить изоляцию обмоток вместе с вводами повышенным напряжением промышленной частоты в течение 1 мин при следующих значениях:
- Проверить срабатывание переключающего устройства и состояние его контактов.
- Проверить бак гидравлическим давлением столба масла, высота которого над уровнем заполненного расширителя принимается (в метрах):
Для трубчатых и гладких баков 0,6
Для баков волнистых или с трубчатыми радиаторами 0,3
Длительность испытания не менее 1 ч при температуре масла не ниже +10° С. После испытания проверить сообщаемость расширителя с баком путем частичного слива масла.
- Выполнить фазировку трансформаторов.
- Проверить трансформаторное масло у трансформаторов, прибывающих на монтаж заполненными маслом. При наличии данных заводского испытания (проведенного не более, чем за 6 мес до включения трансформатора в работу), удовлетворяющих нормам, разрешается испытывать масло только на электрическую прочность и на содержание механических примесей.
- Испытать трансформатор включением толчком на номинальное напряжение. Перед включением в сеть новых или вышедших нз капитального ремонта трансформаторов необходимо проверить, соответствует ли подключаемый трансформатор напряжению. Затем ознакомиться с протоколами испытания трансформатора повышенным напряжением, испытания масла, сопротивления изоляции, оборудования камеры, кабельной перемычки. Проверить наличие и уровень масла в маслорасширителе и правильность установки защиты трансформатора: состояние пробивного предохранителя в случаях подключении трансформатора в сеть с изолированной нейтралью; заземление кожуха трансформатора и состояние нейтрали обмотки НН; чистоту и целость изоляторов, плотность и надежность контактов; правильное заполнение технической документации.
Рекомендуется производить пробное включение трансформатора со стороны НН. Если при этом никаких ненормальностей не обнаружено, то производится его отключение и последующее включение со стороны ВН (на холостой ход).
После этого производится фазировка трансформатора, если он должен работать параллельно с другими трансформаторами; при работе трансформатора в режиме концевого питания должна быть проверена правильность вращения дисков счетчиков и электродвигателей.
