Режимыработытрансформаторов, перегрузки

Однойизглавныхзадачэксплуатациитрансформаторов является контрольрежимаихработы.Этотконтрольосуществляется путем проверкинагрузкитрансформатора, напряжениянаобмотках, температуры маслаидругихпараметров.Наподстанциях спостоянным дежурствомперсоналаконтрольосуществляетсяспериодичностью1…2 часасфиксированиемпараметроврежимав суточнойведомости.

Наподстанцияхбезпостоянного дежурстваперсоналаконтроль режиматрансформаторов осуществляетсяприкаждомпосещении подстанцииоперативнымперсоналом,но нереже1 разав месяц.

Силовыетрансформаторы могутработатьвразличныхрежимах, характеризуемых нагрузкой,напряжением,условиямиокружающей средыи другимифакторами.

Номинальнымрежимом трансформатора называетсярежимего работыприноминальном напряжении,номинальнойнагрузкеи температуреохлаждающейсреды(воздуха)+20оС.

Изприведенногоопределениявидно,чтодлительныйноминальный режимявляетсяидеализированным (практическинедостижимым) режимом.Однакосчитается, чтовтакомрежиметрансформатор способенпроработатьустановленныйзаводом-изготовителем срок службы.

Нормальнымназываетсярежимработытрансформатора, при которомегопараметрыотклоняются отноминальных впределах, допустимыхстандартами, техническими условиямиидругими нормативнымидокументами.

Принагрузке,непревышающейноминальную, допускается продолжительнаяработатрансформатораприповышениинапряженияналюбомответвлении любойобмоткина10%сверхноминального напряженияданногоответвления. Приэтомнапряжение налюбой обмотке не должнобыть выше наибольшего рабочего напряжения Uрабmax,определяемогонадежностьюработыизоляциииинормируемого ГОСТ721-77вследующихпределахотноминального напряжения электрическойсети U ном:

U ном=6, 10 кВ U рабmax=1,2 U ном, U ном=35, 110 кВ U рабmax=1,15 U ном, U ном=220 кВ U рабmax=1,1 U ном.

Допускаетсярежимпараллельной работытрансформаторов при условии,чтониодинизнихнебудетперегружен.Дляэтогодолжны выполнятьсяследующиеусловия:

группысоединенийобмотоктрансформаторов должныбыть одинаковыми;

соотношениемощностейтрансформаторовнеболее1:3;

отличие коэффициентовтрансформациинеболеечемна0,5%;

отличие напряженийкороткогозамыканиянеболеечемна10%;

произведенафазировкатрансформаторов.

Припараллельнойработетрансформаторов ипеременномграфике ихсуммарнойнагрузкивозможнаоптимизация количестваработающих трансформаторов втечениесуток.Критерийоптимальности–минимум потерьактивноймощности.

Потериактивноймощностиводномтрансформаторе приего нагрузке,равной S,составляют

(2.50)

где S ном,∆ Р х и∆ Р к –паспортныеданныетрансформатора:номинальная мощность,потерихолостого ходаипотерикороткого замыкания (нагрузочныепотери).

(2.51)

Потери активной мощности в n

параллельно работающих трансформаторахпри их суммарнойнагрузке,равной S,составляют

Из(2.50)и(2.51)видно,чтоприувеличении(с1до n) количества трансформаторов, работающихнаоднуитуженагрузку S,потери холостогоходаувеличиваются в n раз,анагрузочныепотери уменьшаютсяв n раз.

Построимзависимости потерьмощности∆ Р отнагрузки S для одного(n =1)идвух(n =2)трансформаторов(рис.2.17).Видно,чтопри нагрузке S = S 12потеримощности водномидвухтрансформаторах равны. Принагрузке S < S 12целесообразно оставитьвработеодин трансформатор,апри нагрузке S > S 12– дватрансформатора.

Рис.2.17. Зависимостипотерьмощностив параллельноработающих

трансформаторахот нагрузки

Величинаграничноймощности S 12 иливобщемслучаеграничной мощности S n(n+1) может быть вычислена после приравнивания выраженийдляпотерьмощностив n и (n+ 1)трансформаторах:

(2.52)

Мощность S,выраженнаяиз (9.3), и будетграничноймощностью

(2.53)

При нагрузке S < S n(n+1) целесообразнооставить в работе n

трансформаторов,апри нагрузке S > S n(n+1)– (n+1) трансформаторов.

Режим регулирования напряжения. Устройства регулированиянапряжения поднагрузкой (РПН)должныработать,какправило,в автоматическом режиме. Допускаетсядистанционное переключение РПНспультауправления.Натрансформаторах спереключением без возбуждения(ПБВ)правильностьвыборакоэффициентатрансформации должна проверятьсядвараза в год – перед зимним максимумом и летнимминимумомнагрузки.

Аварийныережимы.Приотключениитрансформатора защитой,не связаннойсеговнутреннимиповреждениями, например,максимальной токовойзащитой,трансформаторможетбытьвновьвключенв работу.

Приотключениитрансформатора защитамиотвнутренних повреждений(газовой,дифференциальной) этоттрансформатор включаетсявработутолькопослеосмотра,испытаний,анализамасла, анализагазаиз газовогорелеи устранениявыявленныхдефектов.

Присрабатываниигазовогореленасигналпроизводитсянаружный осмотртрансформатора иотборгазаизгазовогореледляанализа.Если газвреленегорючий,принаружномосмотрепризнакиповреждения не обнаружены,аотключениетрансформатора вызоваетнедоотпуск электроэнергии, трансформаторможетбытьоставленвработедо выясненияпричинсрабатывания газовогореленасигнал.После выясненияэтихпричиноцениваетсявозможность дальнейшей нормальнойэксплуатациитрансформатора.

Аварийныйвыводтрансформатораиз работы осуществляется:

присильноминеравномерном шумеилипотрескиванияхвнутри бакатрансформаторы;ненормальном ипостоянновозрастающем нагреветрансформатора принагрузке,непревышающейноминальную, инормальнойработе устройствохлаждения;выбросемаслаизрасширителя илиразрыведиафрагмывыхлопной трубы;течимаслаилиуменьшении уровнямасланижеуровня масломерногостеклав расширителе.

Режимперегрузкитрансформаторов. Наиболееподверженным процессустаренияэлементом трансформатора являетсяцеллюлознаяизоляцияобмоток,фактически определяющаяресурс(срокслужбы)трансформатора. Основным фактором,влияющим настарениеизоляции,являетсяеенагрев, обуславливающий термическийизносизоляции. Существуеттак называемое6-градусноеправило:увеличениетемпературыизоляциина 6градусовсокращаетсрок ееслужбывдвое.Этоправилосправедливов диапазонетемператур80…140оС.

Наиболееинтенсивный нагревизоляцииобмотокпроисходитпри перегрузкетрансформаторов. Поэтомурежимуперегрузки трансформаторовуделимособоевнимание.

Перегрузки,обусловленныенеравномерным суточнымграфиком нагрузкитрансформатора,называютсясистематическими. Перегрузки, обусловленные аварийнымотключениемкакого-либоэлементасистемы электроснабжения,называютсяаварийными перегрузками.

Допустимостьсистематических иаварийныхперегрузок трансформаторовприихэксплуатациирегламентируетсяРуководством

по нагрузкесиловыхмасляных трансформаторов (ГОСТ 14209-97). Здесьучитываютсясистемаохлаждениятрансформатора, температура охлаждающей среды, график нагрузки трансформатора и другие факторы.

Сцельюознакомления сосновнымиположениямиГОСТ14209-97 рассмотримсначаларежимработытрансформатора принеизменной нагрузке S. Источникомнагревавтрансформатореявляетсяегоактивная часть.Маслонагреваетсяотобмоток,егообъемувеличивается, а плотностьуменьшается.Нагретоемаслоподнимаетсявверхнюючасть бакаивытесняетсяврадиаторысистемыохлаждения трансформатора (рис.2.18,а).Проходячерезрадиаторы, маслоостываетипоступаетв нижнюючастьбака.Такпроисходитестественнаяциркуляциямасла.

Натепловойдиаграмме трансформатора(рис. 2.18,б) температура охлаждающеговоздухаΘапринятанеизменной(вертикальнаяпрямая1). Температура маслаитемпература витковобмоткиувеличиваются практическилинейноповысотеобмотки.Превышение температуры масланадтемпературой воздуха(прямая2)вверхнейчастиобмотки достигаетвеличины∆Θоа.

В силу дополнительныхпотерь в верхней части обмотки будет

находиться наиболеенагретаяточкаобмотки h. Превышение температурынаиболеенагретойточкиобмоткинадтемпературой масла (зависимость3) в верхнейчастиобмоткидостигаетвеличины∆Θho.

а) б)

Рис.2.18. Естественнаяциркуляциямаслав трансформаторе(а)и тепловаядиаграмматрансформатора(б)

Допустимостьработытрансформатора врежимеперегрузки оценивается сопоставлением температуры масла в верхней части обмоткиΘо итемпературынаиболеенагретойточкиобмоткиΘhсих предельными значениями. Этипредельныезначениядля распределительных трансформаторов(мощностьдо2,5МВ. Аи напряжениедо35кВ)итрансформаторовсреднеймощности(до100 МВ. А)приведенывтабл.2.8. Здесьжеуказаныпредельныеперегрузкитрансформаторов, обуславливающиепредельныетемпературыΘоmaxиΘhmaxпри температуревоздухаΘа=20оС.

Предельныезначениядля распределительных трансформаторов.Таблица 2.8

Действительная температуравоздухаизменяетсявтечениесуток, сезона,года.Приоднойитойженагрузкетрансформатора увеличение температурывоздухавызоветувеличениетемпературымаслаиобмотки. Таким образом,термический износ изоляции определяется как нагрузкойтрансформатора,таки температуройокружающеговоздуха.

Приинженерных расчетахрежимовперегрузкитрансформаторов используетсяэквивалентная температуравоздуха.Этоусловно постояннаятемпература,котораявтечениерассматриваемогопериода времени вызываеттакойжеизносизоляции, какидействительная изменяющаясятемпературазатот жепериодвремени.

Дляразныхрайоновстраныэквивалентные сезонныеигодовые температуры рассчитаныиприведеныв[8].Значения эквивалентных годовых,зимнихилетнихтемператур длянекоторыхнаселенных пунктовСеверо-Западногорегионаприведеныв табл.2.9.

Значения эквивалентных годовыхтемператур Таблица 2.9