Масляные-погружные трансформаторы, как ключевое оборудование в системах распределения электроэнергии промышленных и горнодобывающих предприятий и гражданских зданий, выполняют важную задачу по снижению напряжения сетей высокого напряжения 10(6)кВ или 35кВ-до напряжения шины 230/400В для удовлетворения энергетических потребностей пользователей. Этот тип трансформатора подходит для источников питания переменного тока частотой 50(60) Гц с максимальной трехфазной номинальной мощностью 2500 кВА и максимальной однофазной номинальной мощностью 833 кВА (но однофазные трансформаторы обычно не рекомендуются). Его можно использовать внутри помещения или устанавливать на открытом воздухе. Для трансформаторов мощностью 315 кВА и ниже его можно даже установить непосредственно на опоре. Кроме того, к нему предъявляются определенные требования в отношении условий окружающей среды, включая диапазон температур окружающей среды, максимальную среднесуточную температуру, максимальную среднегодовую температуру, относительную влажность и высоту над уровнем моря. Если фактические условия использования не соответствуют этим правилам, необходимо внести соответствующие корректировки квоты в соответствии со стандартом GB6450-86.
1. Масляные-погружные трансформаторы с разделением фаз можно разделить на трех-фазные трансформаторы и одно-фазные трансформаторы. В трех-фазных энергосистемах обычно выбирают трех-фазные трансформаторы. Однако, когда мощность слишком велика или условия транспортировки ограничены, можно использовать три однофазных трансформатора для формирования трансформаторной батареи для удовлетворения спроса.
2. Классификация обмоток
Трансформаторы можно разделить на двух-обмоточные трансформаторы и трех-обмоточные трансформаторы в зависимости от количества обмоток. Трансформаторы с двумя-обмотками являются распространенным типом с двумя обмотками на сердечнике: одна — первичная, а другая — вторичная. Трансформаторы с тремя-обмотками обычно подходят для больших мощностей (более 5600 кВА), и эти трансформаторы можно подключать к трем линиям передачи разного напряжения. Более того, в некоторых особых случаях используются даже трансформаторы Saton с большим количеством обмоток.
3. Структурная классификация
Трансформаторы можно разделить на трансформаторы с сердечником-и трансформаторы с корпусом-в зависимости от их структурных характеристик. В трансформаторах сердечникового-типа обмотки обычно намотаны вокруг сердечника снаружи, а в трансформаторах кожухного-типа сердечник расположен вокруг обмоток. Эти два типа трансформаторов имеют небольшие конструктивные различия, но принципы их работы принципиально не отличаются. На практике подавляющее большинство трансформаторов, обычно используемых в энергосистемах, относятся к сердечнику-типа.
Кроме того, трансформаторы также содержат другие ключевые компоненты, такие как сердечник, обмотки, масляный бак, маслорасширитель, изолирующие втулки, переключатели ответвлений и газовые реле, которые вместе составляют полную конструкцию трансформатора.
4. Сердечник Являясь сердечником магнитной цепи трансформатора, сердечник играет решающую роль. Во время работы трансформатора сердечник выделяет тепло из-за гистерезиса и потерь на вихревые токи. Чтобы эффективно снизить эти тепловые потери и свести к минимуму размер и вес трансформатора, для изготовления сердечника обычно используются холоднокатаные листы кремнистой стали с -зернистой-ориентированной структурой, высокой проницаемостью и толщиной менее 0,35 мм. Кроме того, в зависимости от расположения обмоток внутри сердечника трансформаторы можно разделить на два типа: сердечниковый-тип и кожух-тип.
В трансформаторах большой-мощности, чтобы гарантировать, что тепло, выделяемое потерями в сердечнике, эффективно отводится изоляционным маслом во время циркуляции, обеспечивая тем самым хорошее охлаждение, сердечник обычно проектируется со специальными каналами для охлаждающего масла.
5. Обмотки Обмотки являются ключевым компонентом трансформатора, отвечающим за преобразование электрической энергии в магнитную энергию, а затем обратно в электрическую энергию. В трансформаторах обмотки обычно изготавливаются из изолированного медного или алюминиевого провода для уменьшения потерь проводимости. Одновременно с этим для обмотки и изоляции обмоток используются изоляционные материалы для обеспечения изоляционных характеристик и отвода тепла. В зависимости от расположения обмоток внутри сердечника трансформаторы можно разделить на два типа: сердечниковый-тип и кожух-тип.
Обмотки и сердечник вместе составляют основные компоненты трансформатора. При работе трансформатора обмотки выделяют тепло за счет собственного сопротивления или контактного сопротивления в соединениях; это явление можно объяснить законом Джоуля.
Обмотки являются важнейшими компонентами трансформатора, и их правильная работа имеет важное значение для производительности трансформатора. Однако в процессе эксплуатации обмотки могут столкнуться с различными проблемами. Во-первых, тепло выделяется из-за собственного сопротивления обмоток или контактного сопротивления в соединениях - физического явления, определяемого законом Джоуля. Следовательно, обмотки должны избегать протекания токов, превышающих их номинальный ток в течение длительного времени, чтобы предотвратить перегрев. Кроме того, при прохождении тока короткого-замыкания на обмотках возникает значительная электромагнитная сила, которая может привести к серьезному повреждению трансформатора.
Существуют различные типы обмоток трансформатора, наиболее основными из которых являются концентрические и чередующиеся обмотки. Основные неисправности, с которыми могут столкнуться эти обмотки, включают межвитковые замыкания и замыкания на корпус. Межвитковые короткие замыкания-могут быть вызваны старением изоляции, перегрузкой или механическим повреждением во время сквозных-коротких замыканий. Межвитковые короткие замыкания также могут возникать при падении уровня масла в трансформаторе, в результате чего части обмоток оказываются над поверхностью масла. Одновременно сверхток во время сквозного-короткого замыкания может деформировать обмотки, еще больше повреждая изоляцию и, таким образом, вызывая межвитковое короткое замыкание.
При возникновении меж-виткового короткого замыкания ток в короткозамкнутой-обмотке может превышать номинальное значение, но ток всей обмотки может оставаться в пределах допустимого значения. В этом случае может сработать устройство газовой защиты, а в тяжелых случаях может сработать и устройство дифференциальной защиты. Короткие замыкания на корпус также могут быть вызваны старением изоляции, влажностью масла, падением уровня масла или грозовыми и эксплуатационными перенапряжениями. Кроме того, сверхток при сквозном-коротком замыкании также может вызвать деформацию обмотки, что приведет к короткому замыканию на корпус. Этот тип короткого замыкания обычно вызывает срабатывание устройства газовой защиты и устройства защиты заземления.
6. Масляный бак. Компоненты сердечника масляного трансформатора-погружённого трансформатора-обмотки и сердечник-размещены в масляном баке, заполненном трансформаторным маслом. Масляный бак этого типа обычно сваривается из стальных пластин и обеспечивает надежную механическую защиту и превосходное охлаждение. Для средних и малых трансформаторов бак обычно состоит из двух частей: корпуса бака и крышки бака. Корпус трансформатора расположен внутри корпуса, а открытие крышки бака облегчает осмотр и техническое обслуживание корпуса.
Кроме того, трансформаторы можно разделить на две основные категории в зависимости от методов изоляции и охлаждения: масляные-погружные и сухие-типы. В масляных-трансформаторах сердечник и обмотки погружены вместе в трансформаторное масло, что повышает эффективность изоляции и оптимизирует условия охлаждения. Тем не менее, трансформаторы сухого-типа также используются в некоторых конкретных приложениях, таких как уличное освещение и освещение шахт.
1. Не-масляные-погружные трансформаторы, такие как серии S8, S9 и S10, обычно используются на промышленных и горнодобывающих предприятиях, в сельском хозяйстве и гражданском строительстве.
2. Закрытые масляные-трансформаторы, включая такие модели, как S9, S9-M и S10-M, особенно подходят для сложных сред с высоким содержанием масла и химических веществ, например, в нефтяной и химической промышленности.
3. Герметичные масляные-погружные трансформаторы, такие как серии BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH и SH12-M, широко используются для распределения электроэнергии в различных местах, включая промышленные и горнодобывающие предприятия, сельское хозяйство и гражданские здания.
Кроме того, существуют трансформаторы, предназначенные для конкретных целей, например трансформаторы высокого-напряжения для испытаний, трансформаторы для электропечей, трансформаторы для сварки и трансформаторы, используемые в тиристорных цепях. Трансформаторы напряжения и трансформаторы тока для измерительных приборов также незаменимы.
а. Обмотка низкого-напряжения масляного-трансформатора, если в модели небольшой-мощности не используется медный проводник, обычно имеет цилиндрическую конструкцию с обмоткой из медной фольги. Обмотка высокого-напряжения имеет много-цилиндрическую структуру. Такая конструкция помогает поддерживать сбалансированное распределение ампер-витков, снижает поток рассеяния, повышает механическую прочность и устойчивость к короткому-замыканию.
б. Для обеспечения устойчивости сердечник и обмотки закреплены самоконтрящимися-гайками, чтобы выдерживать удары во время транспортировки. Кроме того, конструкция без сердечника позволяет трансформатору выдерживать более сильные удары при транспортировке.
в. Во время производства как катушки, так и сердечник подвергаются вакуумной сушке, а также используются процессы вакуумной фильтрации и впрыска масла, чтобы свести к минимуму уровень внутренней влаги.
д. Масляный бак имеет оригинальную конструкцию с гофрированными листами, имеющими функцию дыхания для компенсации изменений объема масла, вызванных колебаниями температуры, что устраняет необходимость в маслорасширителе и уменьшает высоту трансформатора.
е. Благодаря использованию гофрированных листов трансформаторное масло изолируется от наружного воздуха, эффективно предотвращая проникновение кислорода и влаги, тем самым сохраняя отличные изоляционные характеристики.
ф. Таким образом, эти конструктивные особенности в совокупности гарантируют, что масляные-трансформаторы не требуют замены масла при нормальных условиях нагрузки, что значительно снижает затраты на техническое обслуживание и существенно продлевает срок их службы.
В ситуациях с большим количеством первичных или вторичных нагрузок рекомендуется устанавливать два и более трансформатора. Таким образом, даже если один трансформатор отключится, мощность остальных трансформаторов сможет удовлетворить потребности в мощности первичной и вторичной нагрузки. При этом первичные и вторичные нагрузки должны быть максимально сконцентрированы во избежание чрезмерного распыления.
При большой сезонной нагрузке рекомендуется использовать специальные трансформаторы. Примеры включают холодильную нагрузку для кондиционирования воздуха и электрическое отопление в крупных гражданских зданиях. В приложениях с высокой концентрированной нагрузкой рекомендуется использовать специальные трансформаторы. Сюда входит крупное нагревательное оборудование, большие рентгеновские аппараты и электродуговые печи.
Если осветительная нагрузка велика или если совместное использование трансформатора для питания и освещения существенно влияет на качество освещения и срок службы лампы, можно установить специальный осветительный трансформатор. Обычно питание и освещение используют один трансформатор.
7. Операционная среда:
При нормальных условиях окружающей среды можно использовать трансформаторы как масляного-погружного, так и сухого-типа. Эти трансформаторы подходят для промышленных и горнодобывающих предприятий, независимых или пристроенных подстанций в сельском хозяйстве, а также независимых подстанций в жилых районах. Доступные модели трансформаторов: S8, S9, S10, SC(B)9 и SC(B)10. Кроме того, необходимо учитывать влияние температуры на выбор трансформатора.
① Эти трансформаторы могут поддерживать долгосрочную-стабильную работу при температуре 220 градусов.
② Они легко выдерживают кратковременные-высокие-температурные удары до 350 градусов.
③ Эти трансформаторы сохраняют превосходную производительность независимо от резких перепадов температуры и влажности.
④ При температуре 250 градусов они не плавятся, не текут и не поддерживают горение.
⑤ Еще более примечательно то, что эти трансформаторы не выделяют токсичные или агрессивные газы даже при экстремальных температурах до 750 градусов.
Кроме того, эти трансформаторы обладают превосходной нагрузочной способностью и способны удовлетворить потребности в мощности в различных сложных условиях эксплуатации.
При определении мощности распределительных трансформаторов необходимо комплексно учитывать мощность различного электрооборудования и рассчитывать нагрузку (обычно без учета противопожарной нагрузки). Компенсированная полная мощность является основной основой для выбора мощности и количества трансформаторов. Обычно коэффициент загрузки трансформатора поддерживается на уровне примерно 85%. Этот метод относительно прост и подходит для оценки мощности.
В соответствии с рекомендациями GB/T17468-1998 «Руководства по выбору силовых трансформаторов» выбор мощности распределительных трансформаторов должен сочетаться с GB/T15164-94 «Рекомендациями по нагрузке для масляных силовых трансформаторов» или GB/T17211-1998 «Рекомендациями по нагрузке для силовых трансформаторов сухого типа» и определяться на основе расчетной нагрузки. Два упомянутых выше руководства содержат компьютерные программы и диаграммы нагрузки при нормальном цикле для более точного определения мощности распределительных трансформаторов.
Трансформаторное масло славится своей превосходной изоляцией и теплопроводностью, а его цена относительно доступна.
Трансформаторное масло эффективно решает проблемы рассеивания тепла и изоляции высокого-напряжения в трансформаторах большой-мощности.
Однако у него есть и некоторые недостатки:
Трансформаторное масло огнеопасно; контакт с пламенем потенциально может вызвать возгорание или даже взрыв, что требует осторожного обращения.
Это масло представляет потенциальную опасность для здоровья и требует принятия соответствующих мер защиты во время эксплуатации.
Трансформаторное масло требует регулярной профессиональной проверки для обеспечения его стабильной и безопасной работы.
Масляные-трансформаторы характеризуются плохой герметичностью и склонностью к старению, что может привести к серьезной утечке масла на месте эксплуатации. Это не только влияет на нормальную работу оборудования, но также может оказать неблагоприятное воздействие на окружающую среду.
Масляные-трансформаторы имеют относительно низкие классы изоляции и обычно проектируются и производятся в соответствии со стандартами изоляции класса А. Поэтому при выборе и использовании особое внимание необходимо уделять оценке срока их службы.
Степень полимеризации (DP) изоляционных материалов трансформаторов является ключевым показателем для измерения степени старения изоляции, а его точность и надежность широко признаны. Чтобы определить степень старения трансформаторов, мы обычно используем среднюю степень полимеризации (DP) изоляционного картона в качестве стандарта. Ниже приведены наши критерии: средний показатель DP менее 450 указывает на уровень продолжительности жизни; средний показатель DP менее 250 указывает на опасный класс.
1) Стандарты прочности на разрыв для срока службы и классов опасности
Изоляционная бумага класса долговечности сохраняет 60 % своей первоначальной максимальной прочности на разрыв в условиях внешнего короткого-замыкания. При достижении опасного класса остаточная прочность падает до 15%.
2) Стандарты вероятности отказа DP для японских волокон изоляционной бумаги
Когда значение DP больше или равно 450, вероятность разрушения изолирующего бумажного волокна равна 0; когда значение DP находится между 450 и 250, вероятность отказа обратно пропорциональна значению DP, а именно (450 - DP) / 200; а когда значение DP меньше 250, вероятность отказа равна 1.
3) Формула для оценки остаточного срока службы трансформатора с использованием среднего значения DP.
Мы можем оценить оставшийся срок службы трансформатора, используя его начальное среднее значение DP (n0), среднее DP через L лет (nL) и количество лет L. Конкретная формула: Оставшийся срок службы (nL/n0)=(1 - r)L, где r — скорость уменьшения среднего DP.
Во время работы силового масляного-трансформатора тепло, выделяемое обмотками и сердечником, сначала передается трансформаторному маслу, а затем через масло охлаждающей среде. В зависимости от мощности трансформатора существует несколько способов охлаждения:
1. Охлаждение с естественной циркуляцией масла, т. е. масляное-погружное само-охлаждение.
2. Воздушное охлаждение с естественной циркуляцией масла, т. е. воздушное охлаждение с погружением в масло.
3. Водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла.
4. Воздушное охлаждение с принудительной циркуляцией масла.
Это распространенные методы охлаждения масляных-силовых трансформаторов. Выбор подходящего метода охлаждения в зависимости от фактического использования имеет решающее значение.
1. Область применения: подходит для высоты не более 1000 метров, для использования в помещении или на открытом воздухе.
2. Условия окружающей среды: стабильная работа при максимальной температуре окружающей среды +40 градусов и максимальной среднесуточной температуре +30 градусов.
3. Диапазон температур: среднегодовая температура +20 градусов, минимальная температура -25 градусов.
4. Кастомизация: Трансформаторные решения для особых условий эксплуатации могут быть предоставлены в соответствии с потребностями пользователя.
Далее мы углубимся в анализ неисправностей этих методов охлаждения на практике.
Трансформаторы могут столкнуться с различными неисправностями во время работы, включая неисправности обмоток, вводов, переключателей ответвлений и вспомогательного оборудования, такого как сердечник и бак. Неисправности обмотки в основном проявляются в виде меж-коротких витковых замыканий, заземления обмотки, межфазных-межфазных-коротких замыканий, обрывов цепи и повреждений сварных швов. Неисправности вводов обычно вызваны скоплением накипи, которая может легко вызвать пробой во время сильного тумана или небольшого дождя, приводя к однофазному заземлению или короткому замыканию между фазами-между-фазами на стороне высокого-напряжения трансформатора. Кроме того, серьезной проблемой также является сильная утечка, которая может быть вызвана трещинами сварных швов, разрушением уплотнений, вибрацией во время работы, внешними воздействиями на резервуар и коррозионными повреждениями. При обнаружении утечки трансформатор следует немедленно остановить для ремонта и смазки. В то же время необходимо внимательно следить за неисправностями переключателя ответвлений.