Нагрев трансформаторов производят в следующих случаях: перед разгерметизацией трансформатора для предохранения изоляции от недопустимого увлажнения, перед измерением параметров изоляции (R60 и tg δ) при температурах, указанных в паспорте трансформатора, при проведении подсушки и сушки изоляции трансформатора.
Для измерения параметров изоляции трансформаторов изоляцию их нагревают до температуры, отличающейся не более чем на 5°С от температуры, при которой производились измерения на заводе. Температуру изоляции определяют по активному сопротивлению обмотки ВН.
Наиболее распространенным является нагрев трансформаторов методом постоянного тока. Нагрев по данному методу происходит за счет теплоты, выделяющейся в обмотках трансформатора при пропускании по ним постоянного тока. Источник постоянного тока подсоединяют к выводам соединенных соответствующим образом обмоток. Схему нагрева и необходимый для этого источник постоянного тока выбирают на основании расчета. Для расчета необходимо иметь активные сопротивления и номинальные значения токов обмоток, включенных в схему нагрева, и схему соединения обмоток в трансформаторе.
Мощность нагрева, Вт, определяют по формуле:
Рнаг=I2схRсх,
где Iсх — общий ток в схеме, А;
Rсх — активное сопротивление электрической схемы нагрева, состоящей из обмоток трансформатора, приведенное к температуре 75°С, Ом.
Общий ток в схеме должен быть таким, чтобы ток, протекающий по каждой из обмоток, был равным или меньше фазного номинального тока каждой из обмоток. При этом следует учитывать, что в трехобмоточных автотрансформаторах обмотка среднего напряжения (СН), являющаяся общей частью автотрансформаторной обмотки, может быть рассчитана на ток, меньший тока электрически соединенной с ней обмотки ВН. Если в технической документации не указано значение номинального тока обмотки СН, его необходимо вычислить, исходя из условий номинальных нагрузок обмоток ВН и НН.
По условию номинальной нагрузки обмотки ВН ток в обмотке СН вычисляют по формуле:
I'сн= Iсн—Iвн,
где Iсн — ток в линии среднего напряжения, А;
Iвн — ток в линии высшего напряжения, А.
Значения токов Iсн и Iвн приводятся в паспорте трансформатора.
По условию номинальной нагрузки обмотки НН ток в обмотке СН вычисляют по формуле:
для трехфазных трансформаторов
I'сн = Рнн/Uсн √З;
для однофазных трансформаторов
I'сн = Рнн√З/Uсн;
где Рнн — номинальная мощность обмотки НН, MBА;
Uсн — номинальное напряжение обмотки среднего напряжения, кВ.
За допустимый ток по обмотке СН принимают большее из значений, полученных по указанным выше формулам.
Если ток нагрева протекает через ввод нейтрали, то его значение не должно быть больше значения, указанного в технической документации трансформатора. Если таких указаний в заводской технической документации не имеется, то допустимый ток рассчитывают, исходя из максимальной плотности тока в изолированном отводе нейтрали 3 А/мм2, в неизолированном отводе нейтрали — 5 А/мм2.
Значения активного сопротивления обмоток трансформатора, необходимые для расчета общего сопротивления схемы нагрева, принимают из технической документации либо измеряют.
Приведение их значений к температуре 75°С производят по формуле:
R75°С=Rx(310/235+tx),
где Rx — сопротивление обмотки, Ом, при известной температуре tx, °С.
Подводимое напряжение, В, вычисляют следующим образом:
U=ICXRCX.
Расчеты производят для нескольких возможных схем соединения обмоток (рисунок 1,а—е), из которых для нагрева выбирают схему, которая обеспечивает необходимую для нагрева мощность и параметры которой наиболее подходят для имеющегося источника питания. Требуемая мощность нагрева зависит от массы трансформатора с маслом и условий нагрева (окружающей температуры, наличия утепления и др.). Мощность нагрева должна быть достаточна для того, чтобы обеспечить рекомендуемую ниже скорость нарастания температуры верхних слоев масла. При нагреве трансформатора до температуры 20°С скорость нарастания температуры верхних слоев масла должна быть в пределах 5—8°С/ч, от 20 до 50°С/ч — 3—5°С/ч и от 50 до 70°С — 2—3°С/ч.
а — схема с подводом питания к обмоткам В и С при соединении обмоток А и С в параллель; б — схема с подводом питания к обмоткам А и С, обмотка В замкнута накоротко; в — схема с подводом питания к обмоткам А и 0, обмотки А, В, С соединены в параллель; г — схема с подводом питания к обмоткам Вm и Cm, обмотки Am и Cm соединены в параллель, обмотки А, В, С закорочены; д — схема с подводом питания к обмоткам А и С, обмотки А к В соединены в параллель, обмотки Am, Вm, Сm. закорочены; е — схема с подводом питания к обмоткам А и С, обмотка В замкнута накоротко Am, Вm, Cm закорочены
Рисунок 1 - Электрические схемы нагрева трансформатора типа ATДЦТН-125000/220 методом постоянного тока
Практически для нагрева трансформаторов на напряжение 110—500 кВ, мощностью от 100 до 400 MBА рекомендуется обеспечить мощность нагрева около 100—150 кВт, для трансформаторов большей мощности и высших классов напряжения — 150—200 кВт. Для нагрева трансформаторов напряжением до 110 кВ, мощностью менее 100 MBА требуется мощность нагрева до 100 кВт.
В качестве источников питания используют генераторы возбуждения, выпрямительные установки и сварочные генераторы. Наиболее широкое распространение получили выпрямительные установки с регулированием выходного напряжения от 0 до требуемого значения.
Нагрев трансформатора производят после установки комплектующих узлов и заливки маслом. Перед началом нагрева должны быть проведены следующие испытания: опыт холостого хода при пониженном напряжении, определение активных сопротивлений включенных в схему нагрева обмоток при выбранном положении переключателя, проверка правильности установки переключающего устройства, определение сопротивления изоляции обмоток трансформатора.
Сборка схемы нагрева осуществляется кабелями, сечение которых должно быть не менее сечения токоведущих шпилек вводов, к которым они подсоединяются. Обмотки, не участвующие в нагреве, если они не связаны с нагреваемыми обмотками, должны быть закорочены и заземлены. Сечения применяемых для закорачивания обмотки шин или кабелей должны быть рассчитаны на номинальный ток обмотки. В схеме должны быть предусмотрены амперметр и вольтметр для контроля за режимом нагрева, а также автомат для аварийного отключения питания. Приборы и аппараты необходимо установить на монтажной площадке в удобном месте. При сборке схемы следует уделить особое внимание качественному выполнению контактных соединений.
При нагреве трансформатора в зимнее время следует утеплить бак, особенно верхнюю его часть, асбестополотном или листовым асбестом. Перед включением нагрева необходимо визуально проверить отсутствие течи масла и уровень масла в баке трансформатора, закоротить и заземлить обмотки трансформаторов тока, а при смонтированной системе охлаждения перекрыть вентили маслопровода охладителей.
Для нагрева трансформаторов, имеющих направленную циркуляцию масла, необходимо собрать схему циркуляции масла по направленному контуру согласно указаниям в технической документации на трансформатор.
На время нагрева необходимо организовать круглосуточное дежурство монтажного персонала, выполнить все требования по обеспечению техники безопасности и противопожарной безопасности. Для дежурного персонала разрабатывается инструкция по нагреву трансформатора.
При нагреве постоянным током рекомендуется производить плавный подъем и понижение напряжения нагрева во избежание возникновения на обмотках трансформатора высокого напряжения. Вначале производят пробное включение нагрева для проверки работы приборов и состояния схемы (нагрев контактных соединений, питающих кабелей и др.).
В процессе нагрева необходимо контролировать ток и напряжение нагрева, следить за отсутствием следов утечки масла, работой оборудования и приборов, скоростью нарастания температуры верхних слоев масла в баке трансформатора. Результаты измерений и наблюдений необходимо регистрировать в журнале.
Регулирование скорости нарастания температуры верхних слоев масла осуществляют путем включения и отключения нагрева, изменения напряжения нагрева, применения разных схем нагрева. В начале нагрева до достижения температуры верхних слоев масла 40°С нагрев разрешается производить постоянным током, равным 1,2 расчетного тока нагрева. Нагрев трансформатора заканчивается, когда температура верхних слоев масла достигает значения, превышающего на 5°С температуру, до которой производится нагрев.
В некоторых случаях нагрев трансформаторов производят методом короткого замыкания. Для нагрева по этому методу необходимо одну из обмоток трансформатора замкнуть накоротко, а на вторую подать пониженное напряжение промышленной частоты. В трехобмоточных трансформаторах не участвующая в нагреве обмотка остается незамкнутой и заземляется через один из фазных вводов или через нейтральный ввод.
Нагрев трансформатора происходит за счет теплоты, выделяемой в обмотках при протекании через них тока нагрева, и теплоты, вызываемой потоками рассеивания, в конструктивных деталях активной части и стенках бака.
Мощность нагрева и подводимое к обмотке напряжение определяют расчетом. Для расчета необходимо знать следующие параметры трансформатора: допустимый ток по обмоткам, напряжение и потери короткого замыкания, номинальные мощности обмоток трансформатора.
Допустимый ток по обмоткам определяют так же, как и при нагреве трансформаторов методом постоянного тока, с учетом того, что он должен быть не более 0,7 номинального значения.
Перед нагревом методом короткого замыкания трансформатор должен быть полностью заполнен маслом до необходимого уровня в расширителе. Рекомендуется включать газовую и токовую защиты на отключение трансформатора от источника питания. В остальном нагрев производят так же, как и методом постоянного тока.
К достоинству метода короткого замыкания следует отнести более равномерный, чем при нагреве постоянным током, нагрев всех обмоток трансформатора, что особенно важно при проведении подсушки трансформатора. Однако из-за имеющихся недостатков этот метод не находит широкого применения. Основные недостатки нагрева трансформаторов методом короткого замыкания: требуются источник питания большой мощности, высокое напряжение, подаваемое на обмотки, которое для многих трансформаторов имеет нестандартное значение, низкий КПД.
Нагрев трансформаторов для измерения параметров изоляции и подсушки можно производить также методами индукционных потерь в баке трансформатора и циркуляции масла через маслоподогреватель. Допускается для нагрева трансформаторов применять одновременно несколько методов, например методы постоянного тока и индукционных потерь, методы короткого замыкания и циркуляции масла через подогреватель.
