Обслуживание трансформаторов, автотрансформаторов с масляной системой охлаждения

Параметры номинального режима работы трансформатора (напряжения, токи, частота и т.д.) указываются на заводском щитке, который, как правило крепится к баку трансформатора. При номинальных параметрах трансформатор может работать неограниченно долго, если условия охлаждающей среды соответствуют номинальным. Такими условиями окружающей среды являются:

- естественно изменяющаяся температура окружающего воздуха не более +40°С и не менее -45°С при масляно-воздушном охлаждении

- температура охлаждающей воды у входа в охладитель не более +25°С при масляно-водяном охлаждении

- среднесуточная температура воздуха не более 30°С.

Если температура воздуха (воды) превышает 40°С (25°С), то нормы нагрева должны снижаться на столько градусов, на сколько градусов температура воздуха или воды превышает 40°С (25°С).

Под номинальной мощностью двухобмоточного трансформатора понимается мощность любой его обмотки (выраженная в киловольт-амперах или мегавольт-амперах). Обмотки понижающих трехобмоточных трансформаторов выполняются как на одинаковые, так и на разные мощности, поэтому под номинальной мощностью трехобмоточного трансформатора понимают мощность обмотки ВН.

Номинальный (линейный) ток I_л, А, каждой обмотки определяется по ее номинальной мощности и соответствующему напряжению:

где S_ном – мощность обмотки, кВ×А; U_ном – номинальное линейное напряжение обмотки, кВ.

Фазный ток при соединении обмоток в звезду равен линейному току I_ф = I_л, а при соединении обмоток в треугольник определяется по формуле I_ф = I_л ¤ Ö3.

Для трансформаторов, имеющих обмотки с ответвлениями, под номинальным током и напряжением понимается ток и напряжение ответвления, включенного в сеть.

В номинальном режиме работы трехобмоточные трансформаторы допускают любое сочетание нагрузок по обмоткам, если токи в них не превышают номинальных фазных токов.

Допустимые перегрузки. Срок естественного износа трансформатора, работающего в номинальном режиме, примерно равен 20-25 лет. Этот срок определяется старением изоляции обмоток – бумаги, тканей, лаков и других материалов – под влиянием температур, превышающих допустимую температуру для данного класса изоляции. Процесс старения ведет к изменению исходных электрических, механических и химических свойств изоляционных материалов.

По рекомендациям МЭК для нормального суточного износа изоляции трансформатора температура обмоток не должна превышать 98°С. Если температура увеличивается на 6°С, то срок службы изоляции сократиться почти вдвое. Здесь под температурой наиболее нагретой точки подразумевается температура наиболее нагретого внутреннего слоя обмотки верхней катушки трансформатора.

В энергосистемах трансформаторы работают с переменной нагрузкой в условиях непрерывно изменяющейся температуры охлаждающей среды. Большая часть из них не несет номинальной нагрузки в течение всего срока службы, и, таким образом, изоляция их недоиспользуется. Другая часть трансформаторов, наоборот, систематически перегружается, что ускоряет износ её изоляции. Очевидно, что то и другое экономически нецелесообразно. Оптимальным для трансформатора должен быть такой режим работы, при котором износ его изоляции был бы близок к расчетному. Наилучшее использование изоляции трансформатора достигается загрузкой их в соответствии с так называемой нагрузочной способностью, при этом предусматриваются кратковременные режимы работы с перегрузкой.

Согласно ПТЭ допустима длительная перегрузка масляных трансформаторов по току допускается на 5% выше номинальной нагрузки трансформатора, если напряжение обмоток не более номинального, при этом для обмоток с ответвлениями нагрузка не должна превышать 1,05 номинального тока ответвления. Однако в ряде случаев такой безоговорочно допустимой перегрузки для полного использования изоляции трансформатора оказывается недостаточно. Тогда продолжительность и значения перегрузок трансформаторов мощностью 100 МВ×А, изготовленных в соответствии с ГОСТ 11677-85, находят по графикам нагрузочной способности в зависимости от суточного графика нагрузки, эквивалентной температуры охлаждающей среды и постоянной времени трансформатора. Графики нагрузочной способности трансформаторов и методика пользования ими приведены в ГОСТ 14209-85. Применение указаний ГОСТ 14209-85 допускается и для трансформаторов мощностью более 100 МВ×А, если в стандартах и технических условиях на такие трансформаторы нет иных указаний по нагрузочной способности.

Трансформаторы с расщепленными обмотками допускают такие же перегрузки каждой ветви, отнесенные к ее номинальной мощности, как и трансформаторы с нерасщепленными обмотками.

Систематические перегрузки, определяемые по графикам нагрузочной способности, допускаются не более 1,5 – кратного значения номинального тока.

Таблица 1.1. Допустимая продолжительность перегрузки трансформаторов с охлаждением М (масляное  с естественной циркуляцией масла внутри бака и воздуха снаружи) и Д (масляное с дутьем и естественной циркуляцией масла)

Таблица 1.2. Допустимая продолжительность перегрузки трансформаторов с охлаждением ДЦ (масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла)

и Ц (масляное с принудительной циркуляцией масла и охлаждающей воды)

В эксплуатационной практике нередки случаи, когда при наступлении перегрузки у оперативного персонала отсутствует по той или иной причине суточный график нагрузки и персонал не может воспользоваться графиками нагрузочной способности для определения допустимой перегрузки. В таких случаях рекомендуется пользоваться данными табл. 1.1 и 1.2 в зависимости от систем охлаждения трансформатора. Согласно этим таблицам систематические перегрузки, допустимые вслед за нагрузкой ниже номинальной, устанавливаются в зависимости от превышения температуры верхних слоев масла над температурой охлаждающей среды, которое определяется не позднее начала наступления перегрузки. Заметим, что перегрузки, определяемые по табл. 1.1 и 1.2, в меньшей степени используют перегрузочную способность трансформаторов, чем перегрузки, определяемые по графикам нагрузочной способности, и превышения температуры отдельных частей перегружаемого трансформатора не выходят за пределы значений, допустимых нормами.

Допускаются систематические перегрузки в зимние месяцы года - 1 %-ные перегрузки трансформаторов на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15%. Это правило применяется в том случае, когда максимум летнего графика нагрузки не превышал номинальной мощности трансформатора.

Оба вида перегрузок (по нагрузочной способности и 1 %-ному правилу) могут применяться одновременно при условии, если суммарная нагрузка не превышает 150% номинальной мощности трансформатора.

При авариях, например при выходе из работы одного из параллельно работающих  трансформаторов и отсутствии резерва, разрешается аварийная перегрузка оставшихся в работе трансформаторов независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды. По сравнению с номинальным износом изоляции аварийные перегрузки повышают износ изоляции. Однако форсированный износ изоляции считается обоснованным, так как сокращение срока службы изоляции трансформатора наносит меньший ущерб, чем отключение потребителей. Перегрузка в аварийных режимах работы масляных трансформаторов допускается:

Приведенные аварийные перегрузки даны в процентах номинальной мощности и применимы ко всем трансформаторам и автотрансформаторам, кроме тех, перегрузка которых оговорена заводом – изготовителем. За время аварийной перегрузки персонал обязан принять меры по замене повредившего оборудования резервным, а по истечении указанного срока обязан разгрузить перегруженные трансформаторы до номинальной мощности отключением части потребителей. Величины и время аварийных перегрузок должны контролироваться. Неконтролируемые перегрузки могут привести к повреждению трансформаторов и развитию аварии.