ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПОДСТАНЦИЙ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ.
Силовые трансформаторы.
Характеристики силовых трансформаторов, применяемых в электроустановках на газопроводах.
В электроустановках маги стральных газопроводов в основном применяются два типа силовых трансформаторов:
однофазные 6 и 10 кВ, имеющие на низкой стороне 0,4 и 0,23 кВ, небольшой мощности — от 0,25 до 10 кВА — для электропитания станций катодной защиты, защиты в виде дренажных станций, электроавтоматики управления кранами и сигнализации положения запорной арматуры и давления газа, а также для освещения линейных сооружений на трассе магистрального газопровода;
трехфазные силовые трансформаторы 6, 10, 35, 110 и 220 кВ мощностью до 63 МВ-А для питания переменным током электропривода газоперекачивающих агрегатов и других силовых и осветительных нужд транспорта газа.
Несмотря на высокий к. п. д. силовых трансформаторов η=0,96—0,99, в области малых нагрузок он недостаточен, так как постоянные потери сравнительно велики по отношению к полезной мощности.
Наибольший к. п. д. соответствует 50—60% нагрузки от номинальной мощности.
На подстанциях 110/6 или 10 кВ, питающих электроэнергией электропривод компрессоров, широкое распространение получили силовые трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения. В этих трансформаторах вторичная обмотка состоит из двух ветвей, расположенных симметрично по отношению к первичной обмотке. Номинальные напряжения ветвей аналогичны.
Мощность каждой обмотки составляет половину номинальной мощности трансформатора.
В трехфазном трансформаторе обе ветви расщепленной обмотки расположены на общем стержне соответствующей фазы, одна над другой. Такие обмотки имеют преимущество перед нерасщепленными: допускается любое соотношение нагрузки между расщепленными частями обмотки, например, одна ветвь может быть загружена полностью, а вторая отключена; увеличение индуктивного сопротивления обмоток при к. з. дает возможность без применения реакторов ограничивать ток к. з. на стороне низшего напряжения, что упрощает схему, повышает и упрощает эксплуатацию.
Режимы работы силовых трансформаторов. В процессе работы имеются потери энергии в железе и обмотке трансформатора. С увеличением нагрузки потери выше, так как в обмотке они пропорциональны квадрату тока нагрузки.
Изоляция обмоток стареет в зависимости от температуры, при которой эксплуатируется трансформатор. Чем выше температура, тем интенсивнее износ изоляции.
Наивысшая температура нагрева масла при длительном режиме работы трансформатора с естественным масляным охлаждением не должна превышать 95° С при температуре окружающего воздуха +35° С, что соответствует перепаду в 60° С.
Исследования показали, что существует следующая зависимость между сроком службы изоляции и температурой, при которой она эксплуатируется:
Температура, ° С .. 87 95 105 120
Срок службы, лет . 40 20 7 2
Таблица 17
Продолжительность работы трансформаторов (в часах и минутах)
Вместе с этим недогрузка трансформаторов хотя и увеличивает срок службы изоляции, но экономически нецелесообразна.
В условиях эксплуатации компрессорных станций газопроводов силовые трансформаторы не всегда работают с постоянной нагрузкой, нагрузки изменяются в зависимости от режима работы газопровода, кроме этого, нагрев трансформаторов меняется в зависимости от времени года, поэтому возможна некоторая перегрузка, если трансформатор работал до этого с недогрузкой или при низкой температуре.
В табл. 17 приведена допустимая продолжительность работы трансформаторов с естественным масляным охлаждением или с форсированным дутьевым охлаждением.
В табл. 17 приведены среднегодовые температуры средней полосы СССР. Для трансформаторов, установленных в местности, где среднегодовая температура воздуха ниже +5о С, нагрузки степень перегрузки нужно увеличить на коэффициент А 
где tв — среднегодовая температура воздуха.
Если трансформатор установлен в неотапливаемом вентилируемом помещении, среднегодовую температуру следует принимать на 8° С выше, чем на открытом воздухе.
Для трансформаторов с дутьевым охлаждением при отключенном дутье нагрузка снижается на 30%.
Если в условиях эксплуатации возникает необходимость в аварийной перегрузке трансформатора, допускаются кратковременные перегрузки, не превышающие следующих величин:
Допустимые колебания напряжения для трансформаторов. В процессе эксплуатации напряжение в сети не всегда соответствует номинальному. Повышение напряжения ухудшает условия работы трансформатора. Современные трансформаторы выполняются с максимальной индукцией в стали, поэтому с увеличением напряжения значительно увеличивается индукция в стали, что повышает ее магнитное насыщение. Последнее вызывает увеличение тока холостого хода и искажение его формы, что, в свою очередь, приводит к резкому увеличению высших гармонических тока.
Увеличение амплитуд высших гармонических тока представляет опасность для трансформаторов 100 кВ, поэтому для трансформаторов подводимое напряжение не должно превышать номинальное более чем на 5%.
Эксплуатация трансформаторов.
Перед включением в работу трансформатора измеряют сопротивление изоляции, которое не нормируется. В процессе эксплуатации это сопротивление также систематически измеряют при одинаковой температуре обмоток. Результаты замеров сопоставляются с первоначальными данными при вводе трансформатора в эксплуатацию, что позволяет судить
о состоянии изоляции. Если температура обмоток не постоянна, измеренное сопротивление изоляции пересчитывается по формуле
Сопротивление изоляции считается недостаточным, если в процессе эксплуатации обнаружено, что оно снизилось более чем на 30%. Для обнаружения причины нарушения изоляции измеряют угол потерь tg δ, емкости и отношение сопротивлений изоляции обмоток трансформатора. В случае необходимости трансформаторы сушат.
Контроль нагрузки и температура трансформатора.
Показания термометров дают возможность обнаружить повреждения в системе охлаждения, а также внутри трансформатора, в частности в трансформаторной стали. В период максимальной нагрузки проверяют равномерность нагрузки фаз.
Надзор за работающим трансформатором. Трансформатор осматривают не менее 1 раза в сутки, где есть постоянный персонал. В остальных случаях трансформаторы проверяют не реже 1 раза в 5 суток. Кроме того, 1 раз в неделю производят осмотр трансформатора ночью, в темноте, для проверки коронирования у изоляторов и перегрева стыковых соединений шин.
При внешнем осмотре проверяют уровень масла и цвет его в масломерном стекле расширителя, а также в маслонаполненных изоляторах, исправность мембраны выхлопной трубы, отсутствие течи в уплотнениях (под крышкой, у изоляторов, у переключателя и кранов), изоляторы, измеряют температуру масла и окружающего воздуха. Если трансформатор имеет принудительное охлаждение, проверяют работу охладительных устройств. При осмотре проверяют тон гула трансформатора. По характеру гула можно обнаружить некоторые неисправности: расслабление стяжек ярма, повышение напряжения в сети.
Трансформаторы, установленные снаружи, при резком снижении температуры подлежат дополнительному осмотру с проверкой уровня масла.
Оперативные включения трансформаторов.
Различают два вида включения трансформаторов в работу: включение с «горячего резерва», когда при отключении трансформатора не отключались разъединители, и остальные случаи, когда снималось напряжение.
Во всех случаях мелкие трансформаторы (до 1000 κΒ-А) можно включать дистанционно, без осмотра. Крупные трансформаторы из «горячего резерва» включают без осмотра. Во всех остальных случаях предварительно осматривают.
Если включению трансформатора предшествовал ремонт, проверяют снятие переносных заземлений и закороток, плакатов и ограждений, сдачу нарядов после ремонта, затем проверяют первичную и вторичную коммутацию.
После осмотра измеряют сопротивление изоляции вместе с кабелями. Трансформаторы напряжения при этом должны быть отключены.
Трансформатор включают со стороны, где имеется защита, чтобы при наличии неисправностей его можно было бы своевременно отключить.
Ток холостого хода можно отключать разъединителем (отделителем), если мощность трансформатора не превышает величин:
При включении нагрузки разъединителем последняя должна быть снята.
При обнаружении во время осмотра неисправностей необходимо немедленно принять меры к их ликвидации и сделать запись о неисправности в журнал.
Неисправности, требующие немедленного вывода трансформатора в ремонт: сильный неравномерный шум и потрескивание внутри трансформатора, возрастающий нагрев при нормальной нагрузке и нормальных условиях охлаждения, выброс масла из расширителя или разрыв диафрагмы выхлопной трубы, сильная течь масла, резкое изменение цвета масла, появление сколов, трещин на изоляторах, скользящих разрядов или следов перекрытия изоляторов.
Сильный и неравномерный шум внутри трансформатора является следствием ослабления прессовки магнитопровода трансформатора в связи с вибрацией его частей при перемагничивании.
Потрескивание в трансформаторе указывает на перемежающее замыкание обмотки на корпус или на обрыв магнитопровода.
Нагрев трансформатора при номинальной нагрузке в нормальных условиях охлаждения может быть следствием внутренних повреждений — таких, как витковое замыкание или пожар стали.
Выброс масла из расширителя или разрыв диафрагмы выхлопной трубы показывает на серьезные повреждения внутри трансформатора. Резкое ухудшение качества масла в трансформаторе может привести к пробою изоляции на корпус. Сильная течь масла может вызвать оголение (вне масла) обмотки. Трещины в изоляторах приводят к пробою на корпус.
При резком повышении температуры масла в первую очередь проверяют исправность термометров, затем действие системы искусственного охлаждения. Если термометры и система охлаждения окажутся исправными, а температура резко повышается, трансформатор необходимо немедленно отключить, введя в работу резерв. Во время эксплуатации при низкой температуре наружного воздуха у отключенного трансформатора масло густеет, поэтому при включении в работу резерва необходимо проверить наличие циркуляции масла.
Причины действия газовой защиты. Газовая защита имеет две ступени действия: на сигнал и на отключение трансформатора.
Основные причины, приводящие в действие газовую защиту: попадание в трансформатор воздуха из-за неплотности соединений в системе маслоохлаждения или появившегося воздуха в масле при его очистке;
недостаток масла, понижение уровня масла из-за течи или сильного охлаждения трансформатора;
газообразование внутри трансформатора из-за разложения масла под действием высокой температуры;
возникновение сквозного короткого замыкания, сопровождаемого выбросом масла через газовое реле (ложное действие реле).
Ложное действие газового реле может быть вызвано неисправностью цепей вторичной коммутации, заливкой свежего масла, разностью давления воздуха в расширителе и выхлопной трубе.
При скоплении в реле газов можно определить характер повреждения путем исследования газа на его количество, горючесть, цвет и химический состав. Обычно количество скопившегося газа показывает размер повреждения. В газовом реле может скапливаться обычный воздух, что легко проверить отсутствием у него запаха и горючести. Воздух выпускают через кран реле, после чего определяют причину появления воздуха.
При внутренних повреждениях трансформатора выделяющийся газ имеет окраску, которая через некороткое время исчезает из-за осадка красящих веществ.
В зависимости от повреждения различных внутренних частей газ принимает различную окраску: бело-серую — при разложении бумаги или картона; желтую — при разложении дерева и черную — при разложении масла.
Чтобы проверить газ на горючесть, нужно зажечь спичку и поднести ее к открытому крану реле. Огонь не следует держать непосредственно над краном, а несколько в стороне, так как сильная струя газа может погасить его. Подносить огонь к открытым отверстиям расширителя или трансформатора не следует, так как это может привести к взрыву газа.
Если в трансформаторе систематически выделяется негорючий газ, необходимо проверить наличие в нем водорода и метана. Если количество выделяющегося газа увеличивается, трансформатор необходимо отключить. Наличие газа указывает на присутствие воды в масле, которая разлагает его.
При отключении трансформатора любой защитой, кроме газовой или дифференциальной, он может быть включен вновь в работу и только после повторного отключения выводится из работы для отыскания причины действия защиты.
Параллельная работа трансформаторов.
При параллельной работе трансформаторов их включают первичными и вторичными обмотками на общие шины для питания электроэнергией потребителей КС, подключенных к шипам вторичного напряжения.
Для включения на параллельную работу трансформаторы должны иметь следующую характеристику.
Первичные и вторичные напряжения их должны быть соответственно равны:
Группы соединения должны быть одинаковыми.
Напряжения короткого замыкания также должны быть равными:
Кроме этого, рекомендуется, чтобы соотношение мощностей трансформаторов не было больше 3:1.
