Монтаж силовых трансформаторов

Трансформаторы, доставляемые заказчиком на территорию подстанции, должны быть при транспортировке ориентированы относительно фундаментов в соответствии с рабочими чертежами.

Силовые трансформаторы доставляют на место установки полностью собранными и подготовленными к включению в работу. Только в случаях, когда не позволяют грузоподъемность транспортных средств и стесненность габаритов, трансформаторы большой мощности доставляют со снятыми радиаторами, расширителем и выхлопной трубой.

Рассмотрим основные монтажные операции при установке трансформаторов в камере или на фундаменте ОРУ.

Трансформатор доставляют на место установки на автомашине, специальном транспорте (трейлере) или на железнодорожной платформе и устанавливают на фундамент или в камеру с помощью лебедок и полиспастов, а если позволяет грузоподъемность - кранами.

Подъем трансформаторов 630 кВА и выше производят за крюки, приваренные к стенке бака. Трансформаторы до 6300 кВА отправляют с предприятия-изготовителя заполненными маслом, менее 2500 кВА - в собранном виде, трансформаторы 2500, 4000 и 6300 кВ-А - со снятыми радиаторами, расширителем и выхлопной трубой.

Передвижение трансформаторов по наклонной плоскости производят с уклоном не более 15°. Скорость перемещения трансформатора в пределах подстанции на собственных катках не должна превышать 8 м/мин.

При установке трансформатора на место во избежание образования воздушных мешков под крышкой бака под катки со стороны расширителя кладут стальные пластинки (подкладки).

Толщину подкладок выбирают такой, чтобы крышка трансформатора имела подъем в сторону расширителя, равный 1 % при установке расширителя по узкой стороне трансформатора и 1,5 % при установке его по широкой стороне. Длину прокладок делают не менее 150 мм.

Катки трансформаторов укрепляют на направляющих упорами, устанавливаемыми с обеих сторон трансформатора. Трансформаторы массой до 2 т, не снабженные катками, устанавливают непосредственно на фундаменте. Корпус (бак) трансформатора присоединяют к сети заземления.

При монтаже трансформаторов (2500, 4000 и 6300 кВА), поставляемых к месту установки со снятыми радиаторами, расширителем и выхлопной трубой, выполняют следующие работы:

1) промывают радиаторы чистым сухим трансформаторным маслом и испытывают их в соответствии с инструкцией предприятия-изготовителя на отсутствие течи масла.

Проваренные радиаторы поднимают краном в вертикальное положение и сблочивают фланцы радиаторов с фланцами патрубков на кожухе трансформатора. Между фланцами прокладывают уплотняющие прокладки из пробки или маслостойкой резины,

2) промывают расширитель чистым сухим трансформаторным маслом и краном устанавливают его на место. Затем соединяют его на фланцевых уплотнениях с маслопроводом и крышкой трансформатора и устанавливают в рассечку маслопровода газовое реле. Газовое реле должно быть предварительно проверено в лаборатории.

Корпус газового реле, систему поплавков и крышку реле устанавливают так, чтобы стрелка на корпусе была направлена к расширителю. Газовое реле устанавливают строго горизонтально.

Маслопровод, соединяющий бак трансформатора с расширителем, монтируют так, чтобы он имел подъем не менее 2 % в сторону расширителя и не имел крутых изгибов и обратных уклонов.

Маслоуказательное стекло расширителя располагают таким образом, чтобы оно было доступно для осмотра и чтобы были хорошо видны три контрольные черты, соответствующие уровню масла при температурах +35, + 15 и -35 °С,

3) промывают выхлопную трубу чистым сухим трансформаторным маслом и устанавливают ее на крышке трансформатора. На верхнем фланце трубы устанавливают стеклянную мембрану на резиновой или пробковой прокладке и пробку для выпуска воздуха. Толщина стенки мембраны должна быть не более 2,5 мм при диаметре 150 мм, 3 мм при диаметре 200 мм и 4 мм при диаметре 250 мм.

Выхлопную трубу устанавливают на уплотняющих прокладках и располагают так, чтобы при аварийном выбросе масло не попадало на ошиновку, кабельные муфты и соседнее оборудование. Для выполнения этого требования допускается установка заградительного щита у отверстия трубы,

4) устанавливают с уплотнением из асбестового шнура, пропитанного бакелитовым или глифталевым лаком температурный датчик для манометрического, ртутно-контактного и дистанционного термометра. Гильзы, в которых устанавливают ртутные или ртутно-контактные термометры, заполняют трансформаторным маслом и закрывают,

5) заливают каждый радиатор с помощью центрифуги или фильтр-пресса чистым сухим трансформаторным маслом до тех пор, пока оно не начнет вытекать из верхней пробки радиатора.

Открывают верхние и нижние краны, соединяющие радиаторы с баком трансформатора, и приступают к доливке (центрифугой или фильтр-прессом) расширителя. Перед доливкой открывают пробки на верху выхлопной трубы и на крышке трансформатора, кран на маслопроводе, соединяющем расширитель с баком, а также край на крышке газового реле.

При доливке в расширитель масла, по мере того как оно начинает вытекать из открытых верхних пробок на радиаторах, пробки плотно завертывают. Затем таким же образом закрывают пробки на крышке газового реле. После доливки масла до уровня в маслоуказателе, соответствующего температуре окружающего воздуха, закрывают пробку на верху выхлопной трубы.

Масло, доливаемое в трансформатор, должно удовлетворять ГОСТ и иметь прочность на пробой не ниже 35 кВ. Температура доливаемого масла не должна отличаться от температуры масла в трансформаторе более чем на 5 °.

Необходимо отметить, что нельзя заливать масляные трансформаторы совтолом, потому что он восприимчив к малейшим загрязнениям, которые резко ухудшают его свойства, в частности совтол сильно восприимчив к лакам, применяемым для покрытия пластин магнитопроводов масляных трансформаторов.

Кроме того, в совтоле недопустимо наличие даже следов трансформаторного масла. Совтол выделяет ядовитые пары хлористого водорода и хлора. Поэтому трансформаторы с совтоловым заполнением поставляют герметизированными. Они заполняются совтолом только в заводских условиях, в специальном изолированном от обслуживающего персонала помещении.

Монтаж силовых трансформаторов в электроустановках до 10 кВ

Монтаж силовых трансформаторов предусматривает: погрузку, транспортировку и выгрузку; ревизию и сушку; сборку и установку; пробное включение под напряжение. В комплексе операций по монтажу трансформаторов значительное место по трудоемкости занимают такелажные работы. Доставку трансформаторов к месту монтажа осуществляют преимущественно автомобильным транспортом соответствующей грузоподъемности, тракторами на специальных транспортных приспособлениях или тягачами на автотрейлерах.

После выгрузки проверяют, состояние трансформатора и осуществляют его подготовку к монтажу или к длительному хранению, если монтаж переносится на более поздний срок. Приемку трансформатора производят после внешнего осмотра, при этом проверяют отсутствие вмятин и повреждений бака, радиаторов, расширителя, выхлопной трубы и других деталей, герметичность уплотнений, целостность сварных швов, отсутствие трещин и отбитых краев у вводов, комплектность деталей по накладной и демонтажной спецификации завода-изготовителя, наличие пломб на всех кранах для масла.
В трансформаторы, транспортируемые частично демонтированными, с баком, заполненным маслом, после испытания на герметичность и установки расширителя доливают сухое чистое масло не позднее чем через шесть месяцев после отправки с завода.

Ревизию силовых трансформаторов производят для выявления и устранения неисправностей и повреждений. В соответствии с ГОСТом трансформаторы подлежат введению в эксплуатацию без осмотра их активной части при соблюдении требований к их транспортированию и хранению, изложенных в «Инструкции по транспортированию, хранению, монтажу и вводу в эксплуатацию трансформаторов на напряжение до 35 кВ без ревизии их активных частей». При нарушении требований этой инструкции или при обнаружении неисправностей осуществляют подъем активной части трансформаторов для ревизий деталей, находящихся внутри бака.
Внутренний осмотр трансформатора проводят в закрытом помещении. При этом масло сливают в сухой и чистый бак, выемную часть поднимают и устанавливают на настил из досок, проверяют запрессовку обмоток, прочность болтовых креплений сердечника и остальных частей; затягивают ослабленные гайки и шпильки; тщательно осматривают целостность демпферов отводов в местах их присоединения к выводам и изоляции.
Мегомметром напряжением 1 кВ проверяют сопротивление изоляции обмоток по отношению друг к другу и к сердечнику, изоляцию шпилек магнитопровода и наличие заземления сердечника. Выемную часть, бак и радиаторы промывают сухим трансформаторным маслом, после чего собирают трансформатор, уплотняют места соединений, заливают масло и на месте проводят необходимые испытания.

Условия включения трансформаторов без сушки и необходимость сушки их активной части регламентируются в заводских и в указанной выше инструкциях, которыми и следует строго руководствоваться. Трансформаторы с увлажненными обмотками включать под рабочее напряжение не допускается.
Степень увлажнения обмоток трансформатора определяют по коэффициенту абсорбции, т. е. соотношению сопротивлений изоляции обмоток в зависимости от длительности приложения напряжения. Сопротивление изоляции обмоток измеряют мегомметром напряжением 2,5 кВ с верхним пределом измерения не ниже 10 000 МОм через 15 и 60 с после приложения напряжения и определяют коэффициент абсорбции, равный отношению R60/R15.При измерении соединяются все вводы обмоток одного напряжения. Перед началом каждого измерения испытуемую обмотку заземляют не менее чем на 2 мин. Минимально допустимые значения R60 обмоток трансформаторов в масле на напряжение до 35 кВ мощностью менее 10000 кВ А составляют:
Температура обмоток, °С – 10 20 30 40 50 60 70
Сопротивление изоляции, МОм … 450 300 200 130 90 60 40
Коэффициент абсорбции при хорошем состоянии изоляции трансформаторов мощностью менее 10 000 кВ А, напряжением до 35 кВ (включительно) при температуре обмоток 10—30 °С составляет не менее 1,3.
Состояние электрической изоляции характеризуется также показателем тангенса угла диэлектрических потерь (tgb) в изоляции. Значение tgb существенно повышается при увлажнении диэлектрика, потому этот показатель широко используется при оценке состояния изоляции вновь вводимых в эксплуатацию масляных трансформаторов. Значения tgb нормированы и приведены в справочниках.
Значения tg b измеряют мостом типа Р5026 или Р5026М. К мостам этих марок придаются образцовые конденсаторы Р5023.
Кроме коэффициента абсорбции и показателя tg 5, измеряют емкости при частотах 2 и 50 Гц (С2/С50). Этот метод носит название «емкость — частота» и основан на том, что при увлажненных обмотках трансформатора С2/С5о=2, а при неувлажненных обмотках С2/С5о=1. Обмотки трансформатора в масле при напряжении до 35 кВ (включительно) мощностью менее 10 000 кВ А имеют следующие наибольшие допустимые значения С2/С50: (ПРИ температуре обмотки 10 °С); 1,2 (при температуре обмотки 20 °С); 1,3 (при температуре обмотки 30 °С).
Значение С2/С50 измеряют приборами контроля влажности ПКВ-7 и ЕВ-3. Правильные показания прибора ПКВ-7 обеспечиваются в том случае, когда сопротивление изоляции обмоток составляет не менее 15 МОм (при температуре 10—30 °С). Поэтому перед использованием прибора проверяют абсолютную величину сопротивления изоляции обмоток трансформатора. Величину С2/С50 измеряют между каждой обмоткой и корпусом. Остальные обмотки при этом заземляют.
Монтаж и сборка мощных силовых трансформаторов для закрытых и открытых установок состоят из нескольких основных операций. Сначала устанавливают радиаторы, маслонаполненные вводы, переключающее устройство, расширитель, газовое реле, реле уровня масла, предохранительную (выхлопную) трубу, воздухоосушитель, термометры, термометрический сигнализатор и термосифонный фильтр.

В съемных радиаторах (до установки их на трансформатор) проверяют, полностью ли закрыты радиаторные краны на баке; испытывают плотность сварных швов и промывают радиаторы сухим трансформаторным маслом. Радиаторы испытывают маслом, нагретым до 50—60 °С (повышенное давление 50 кПа создают ручным насосом), или сжатым воздухом (от компрессора). Испытания проводят в вертикальном или горизонтальном положении радиатора в течение 30 мин. Заводские дефекты сварки, выявленные в результате испытания, устраняют газосваркой. После испытания радиаторы промывают чистым маслом, применяя для этого центрифугу или фильтр-пресс. Окончив монтаж всех радиаторов, проверяют работу кранов и заполняют радиаторы маслом.

Трансформаторы с регулировкой напряжения под нагрузкой поставляют в комплекте с переключающим устройством. Работу данного устройства после монтажа проверяют, проворачивая механизм от начального до предельного положения вручную, а затем включая электродвигатель.

Предварительно проверенный и испытанный на герметичность расширитель перед монтажом промывают сухим и чистым трансформаторным маслом. На крышке трансформатора устанавливают два кронштейна, на которых временно закрепляют расширитель. Окончательно расширитель устанавливают после присоединения к нему патрубка с газовым реле, очистки его внутренней поверхности от ржавчины до металлического блеска и покрытия лаком.
Проверенное в лаборатории газовое реле монтируют на маслопроводе на клингеритовых (или пробковых) прокладках, покрытых бакелитовым лаком. Смотровое окно газового реле располагают в удобном для обозрения месте. Верхний фланец газового реле устанавливают горизонтально (проверкой ватерпасом); маслопровод, соединяющий бак трансформатора с расширителем, устанавливают с подъемом 1,5—2 % от трансформатора в сторону расширителя для того, чтобы обеспечить лучшее прохождение газов в реле.

Реле уровня масла монтируют на фланце дна расширителя на уплотняющей прокладке. После установки маслоуказателя и реле уровня масла расширитель испытывают на герметичность путем заполнения его сухим трансформаторным маслом, выдерживая в течение 3 ч.

Воздухоочистительный фильтр предназначен для очистки (от влаги и промышленных загрязнений) воздуха, поступающего в расширитель трансформатора при колебаниях уровня масла при изменении температуры. Воздухоочиститель представляет собой цилиндр, заполненный силикагелем. Монтаж и включение воздухоочистительного фильтра осуществляется в следующем порядке: разборка, очистка и просушка фильтра; заполнение патрона верхней части цилиндра индикаторным силикагелем и установка стекла в смотровом окне; засыпка в цилиндр обычного силикагеля (пропитанного раствором хлористого кальция) с таким расчетом, чтобы до крышки оставалось примерно 15—25 мм; приведение в рабочее состояние гидравлического затвора и заливка его чистым сухим маслом до отметки номинального уровня; подсоединение воздухоочистителя к дыхательной трубке расширителя.

Ртутные и ртутно-контактные термометры и термометрические сигнализаторы монтируют после проверки их в лаборатории.
Термометрический сигнализатор устанавливают на специальной пластине, на резиновой прокладке, приваренной к стенке бака. При монтаже приборов на гильзах промежутки заполняют трансформаторным маслом, гильзы уплотняют.

Термосифонный фильтр применяют для поддержания изоляционных свойств масла и продления срока его службы. Фильтр представляет собой цилиндрический аппарат, заполненный активным материалом — адсорбентом (крупный силикагель или активная окись алюминия сорта А-1), поглощающим продукты старения масла.
Монтаж термосифонного фильтра осуществляют в последующем порядке: разбирают фильтр и фильтрующее устройство; очищают фильтр и соединительные патрубки от загрязнений; промывают их чистым сухим трансформаторным маслом и собирают; снимают заглушки с радиаторных кранов и устанавливают фильтр на баке трансформатора аналогично установке радиаторов; в фильтр засыпают чистый сухой адсорбент, затем промывают его маслом (для фильтров вместительностью до 50 кг промывка необязательна) и заполняют расширитель маслом значительно выше отметок номинального уровня.
Перед заполнением маслом из фильтра удаляют воздух, для этого на крышке фильтра имеется специальный патрубок (воздушник); масло подают через нижний патрубок фильтра. После того как из фильтра выйдет весь воздух, открывают верхний кран фильтра и сливают излишки масла. После прохождения через фильтр некоторого количества масла, берут пробу на отсутствие механических примесей. При их отсутствии прекращают подачу масла и приступают к монтажу фильтра на трансформаторе. Термосифонный фильтр подключают к трансформатору только с чистым сухим маслом, термосифон устанавливают с внешней стороны бака в вертикальном положении.

Термосифонный фильтр: 1 — бак трансформатора.

Изучение конструкции силовых трансформаторов

В представленной работе рассматриваются вопросы конструкции силовых трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов (далее - трансформаторов).

Силовой трансформатор - это электрический аппарат, который предназначен для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения.

в зависимости от количества фаз: однофазные и трехфазные;

по количеству обмоток: двухобмоточные и трёхобмоточные;

в зависимости от места их установки: наружной и внутренней установки;

по назначению: понижающие и повышающие.

Кроме того, силовые трансформаторы различают по группам соединения обмоток, по способу охлаждения. Также при установке трансформаторов учитывают климатические условия.

Принцип работы любого силового трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. Если к обмотке данного устройства подключить источник переменного тока, то по виткам этой обмотки будет протекать переменный ток, который создаст в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток. Замкнувшись в магнитопроводе, переменный магнитный поток будет индуктировать электродвижущую силу (ЭДС) в другой обмотке трансформатора. Это объясняется тем, что все обмотки трансформатора намотаны на один магнитопровод, то есть они связаны между собой электромагнитной связью. Значение индуктируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков данной обмотки.

ГОСТ Р 52719-2007 Трансформаторы силовые.

ГОСТ 12965-85 Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 110 и 150 кВ. Технические условия.

ГОСТ 17544-93 Трансформаторы силовые масляные общего назначения классов напряжения 220, 330, 500 и 750 кВ. Технические условия.

ГОСТ 16110-82Трансформаторы силовые. Термины и определения.

ГОСТ 24126-80 Устройства регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой. Общие технические условия.

ГОСТ 30830-2002 (МЭК 60076-1-93) Трансформаторы силовые. Часть 1. Общие положения.

Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.180.01.116-2012.

Классификация силовых трансформаторов по габаритам представлена в приложении 1, в приложении 2 представлены схемы и группы соединения обмоток трансформаторов.

Структура условного обозначения типов отечественных трансформаторов:

Буквенная часть условного обозначения должна содержать обозначения в следующем порядке:

О или Т - однофазный или трёхфазный трансформатор;

Р - расщепленная обмотка НН;

Л - исполнение трансформатора с литой изоляцией;

Т* - трёхобмоточный трансформатор;

Н - трансформатор с РПН;

С - исполнение трансформатора собственных нужд электростанций.

* Для двухобмоточных трансформаторов не указывают.

В стандартах или технических условиях на силовые трансформаторы конкретных групп или типов могут предусматриваться дополнительные буквенные обозначения после букв, перечисленных выше.

Условное обозначение видов охлаждения: исполнение трансформатора с естественным масляным охлаждением или с охлаждением негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки без расширителя.

Для трансформаторов с разными классами напряжения обмоток ВН допускается применять одинаковые условные обозначения, если эти трансформаторы различаются лишь номинальными напряжениями. В этом случае указывают наибольший из классов напряжения обмотки ВН.

Примеры условных обозначений:

ТМН-2500/110-У1: трансформатор трехфазный масляный с охлаждением при естественной циркуляции воздуха или масла, двухобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 2500 кВА, класса напряжения 110 кВ, исполнения У категории 1;

АТДЦТН-200000/330/110-У1:а втотрансформатор трехфазный масляный с охлаждением при принудительной циркуляции воздуха и масла с ненаправленным потоком масла, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 200000 кВА, класса напряжения обмотки ВН - 330 кВ, класса напряжения обмотки - СН - 110 кВ, исполнения У категории 1.

Необходимо контролировать правильность установки трансформаторов оборудованных устройствами газовой защиты. Крышка должна иметь подъем по направлению к газовому реле не менее 1 %, а маслопровод к расширителю - не менее 2 %. Полость выхлопной трубы должна быть соединена с полостью расширителя. При необходимости мембрана (диафрагма) на выхлопной трубе должна быть заменена аналогичной, поставленной заводом-изготовителем.

Силовые трансформаторы 220 кВ:

Силовые трансформаторы 110 кВ:

ОДТГ15000/110 ; ОДТГ13500/110 ТДГ-10000/110; ТДГ-15000/110; ТДН-10000/110; ТДН-16000/110; ТДН-40000/110; ТДНГ-20000/110; ТДНГУ-20000/110; ТДНГУ-40500/110; ТДТМ-16000/110; ТДТМ-40000/110; ТДТН-10000/110; ТДТН-20000/110; ТДТН-25000/110; ТДТН-40000/110; ТДТН-63000/110; ТДТНГ-15000/110; ТДТНГ-20000/110; ТДТНГ-25000/110; ТДТНГ-31500/110; ТДТНГ-40500/110; ТДТНГУ-20000/110; ТДТНГУ-40500/110; ТМН-2500/110; ТМН-6300/110; ТРДН-25000/110; ТРДН-40000/110; ТРДНЦ-63000/110; ТРНДН-25000/110; ТРНДЦН-25000/110.

Силовые трансформаторы 35 кВ:

БТМ-14500/35; ТАМ-ТАМ-1800/35; ТАМ-ТАМ-3200/35; ТД-10000/35; ТДАН-10000/35; ТДН-9000/35; ТДНС-10000/35; ТДНС-16000/35; ТМ-1000/35; ТМ-1600/35; ТМ-1800/35; ТМ-2500/35; ТМ-3200/35; ТМ-4000/35; ТМ-5600/35; ТМ-5800/35; ТМ-6300/35; ТМ-7500/35; ТМН-1000/35; ТМН-1600/35; ТМН-2500/35; ТМН-4000/35; ТМН-6300/35; ТМТН-6300/35.

Магнитопровод трансформатора служит для усиления магнитной связи между обмотками и является конструктивным основанием (остовом) для установки и крепления обмоток, отводов и других деталей трансформатора (см. рис. 1).

Рис. 1. Остов трансформатора с прессующими шпильками

1 – нижние ярмовые балки; 2 – стержень магнитопровода; 3 – связующие шпильки с бумажно-бакелитовыми трубками на крайних стержнях; 4 – верхние ярмовые балки; 5 – подъёмные планки; 6 - полубандажи; 7 – винты для подпрессовки обмоток; 9 – стягивающие шпильки между стержнями; 10 – стеклобандажи; 11 – нижнее ярмо; 12 – фасонные полки для опоры обмоток; 13 – стальные опорные пластины.

Магнитопровод набирают из изолированных листов специальной электротехнической стали с относительным содержанием кремния до 5 %.

Толщину листов выбирают из условий получения приемлемого уровня потерь от индуктированных в них вихревых токов при заданной частоте питающего трансформатор источника переменного тока и технологических условий при производстве магнитопровода. При частоте 50 Гц в современных силовых трансформаторах толщина листов равна 0,27-0,35 мм.

Часть магнитопровода, на которой располагается обмотка, называют стержнем, а часть магнитопровода, замыкающая стержни, на которых не располагаются обмотки, называется ярмом.

Обмоткой трансформатора называют совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой складываются Э.Д.С. индуктированные в отдельных витках. Обмотки трансформатора состоят из обмоточного провода и изоляционных деталей, предусмотренных конструкцией, которые не только защищают витки от электрического пробоя и препятствуют их смещению под действием электромагнитных сил, но и создают необходимые каналы для охлаждения. Обмотки трансформаторов различных мощностей и напряжений различаются типом намотки, количеством витков, направлением намотки, числом параллельных проводов в витке, схемой соединения отдельных элементов обмотки между собой. По взаимному расположению на стержне обмотки разделяются на концентрические и чередующиеся. Концентрические обмотки - это обмотки, изготовленные в виде цилиндров и концентрически расположенные на стержне магнитопровода. Чередующиеся обмотки - это обмотки ВН и НН трансформатора, чередующиеся в осевом направлении на стержне. Основным элементом обмоток трансформатора является виток, в котором наводится Э.Д.С. и который в зависимости от величины тока нагрузки может быть выполнен одним или несколькими параллельными проводами. Ряд витков, намотанных на цилиндрической поверхности, называется слоем. Число витков в одном слое может колебаться от одного до нескольких десятков. Одно - или многослойная цилиндрическая обмотка получается при намотке одного (или нескольких) слоёв из обмоточного провода прямоугольного или круглого сечения. Наиболее простой является однослойная обмотка из прямоугольного провода (см. рис. 2, а). Слой обмотки составляют витки, наматываемые по винтовой линии на бумажно-бакелитовый цилиндр. Каждый виток в слое укладывается вплотную к предыдущему в осевом направлении обмотки. Витки цилиндрической обмотки состоят из одного или нескольких параллельных проводов, располагаемых рядом и имеющих одинаковое положение по отношению к полю рассеяния трансформатора. Обычно обмотку из прямоугольного провода наматывают плашмя, но при необходимости возможна намотка и на ребро.

Рис.2. Цилиндрические обмотки

а - однослойная, б - двухслойная, в - многослойная из круглого провода.

1 - витки из прямоугольного провода; 2 - разрезные выравнивающие кольца; 3 - бумажно-бакелитовый цилиндр; 4 - выводной конец первого слоя обмотки; 5 - вертикальные рейки; 6 - внутренние ответвления обмотки.

Для выравнивания винтовой поверхности крайних витков к ним прикрепляют разрезные бумажно-бакелитовые кольца (в виде «клина»), которые придают обмотке форму цилиндра. Эти кольца предохраняют витки от механических повреждений и создают опорную поверхность обмотки.

Между слоями двухслойной цилиндрической обмотки (см. рис. 2,б) прокладывают изоляцию из бумаги или электрокартона или равномерно по окружности устанавливают несколько реек, образующих вертикальный охлаждающий канал. Соединение между слоями обычно осуществляют переходом без пайки. Многослойная цилиндрическая обмотка (см. рис. 2,в) наматывается, как правило, из провода круглого сечения. Намотка осуществляется плотной укладкой витков одного к другому с переходами из слоя в слой. Намотку первого слоя обычно производят на бумажно-бакелитовом цилиндре. Между последующими слоями размещают несколько слоёв кабельной бумаги. Для увеличения поверхности охлаждения между некоторыми слоями обмотки создаётся осевой канал, образованный рейками из электрокартона или бука. Винтовая обмотка (ее иногда называют спиральной) состоит из ряда витков, наматываемых по винтовой линии, с каналами между ними. Каждый виток состоит из одного (очень редко) или нескольких одинаковых прямоугольных проводов, располагаемых плашмя вплотную друг к другу в радиальном направлении. Общее число параллельных проводов в винтовых обмотках может достигать 100 и более (в мощных трансформаторах).

В зависимости от тока и соответственно числа параллельных проводов винтовая обмотка может выполняться одноходовой, как показано на рис. 3, а, или многоходовой, т.е. вся обмотка может состоять из двух и более отдельных винтовых обмоток, вмотанных одна в другую в процессе изготовления (см. рис. 3, б). Каждый такой «ход» может состоять из 4 - 40 параллельных проводов.

Рис.3. Винтовая обмотка.

а - из одного провода в витке, б – из нескольких параллельных проводов в витке.

Винтовые обмотки наматываются на бумажно-бакелитовые цилиндры или специальные оправки. Однако в любом случае вертикальный канал вдоль внутренней поверхности винтовой обмотки и каналы между ее витками образуются рейками и прокладками из электрокартона. Параллельные провода винтовой обмотки расположены концентрически и находятся на разном расстоянии от ее оси. Поэтому, если не принять специальных мер, провода, расположенные ближе к оси, будут короче, а более удалённые от неё длиннее. Кроме того, положение в магнитном поле рассеяния этих проводов будет различным, т.е. все они будут иметь неодинаковые активные и реактивные сопротивления и, следовательно, распределение тока между ними окажется различным. Для равномерного распределения тока между параллельными проводами и уменьшения добавочных потерь винтовые обмотки делают с транспозициями (перекладками проводов в процессе намотки). При перекладках стремятся, чтобы транспозиция была совершенной, т. е. чтобы каждый провод попеременно занимал все положения, возможные в пределах одного витка. Винтовая обмотка имеет значительную торцевую поверхность, позволяющую обеспечить ее устойчивость к осевым усилиям при коротких замыканиях; она обладает хорошей механической прочностью и развитой поверхностью охлаждения. Поэтому ее широко применяют для обмоток НН, имеющих относительно небольшое число витков, при больших токах в трансформаторах. В последнее время все более широкое распространение получают винтовые обмотки из транспонированного провода, где элементарные проводники с лаковой изоляцией меняются местами в процессе изготовления самого провода. Такие обмотки технологичны, имеют низкие добавочные потери и высокую механическую прочность. Обмотки трансформатора изолируют от заземленных частей (магнитопровода, бака) и от других обмоток. Эту изоляцию обмоток называют главной. Кроме главной имеется продольная изоляция обмоток. Продольной называют изоляцию между отдельными элементами данной обмотки - витками, катушками, слоями.

Основным изоляционным материалом обмоток является электрокартон, бумага, хлопчатобумажная ткань, древесина, пропитанные трансформаторным маслом. Само трансформаторное масло кроме изоляции является охлаждающей средой.

Во время эксплуатации силового трансформатора возникает необходимость изменения коэффициента трансформации. У одних силовых трансформаторов регулирование напряжения осуществляется с отключением от сети, у других оно может производиться под нагрузкой (РПН). Для обеспечения РПН используется специальная аппаратура, устанавливаемая снаружи на бак или внутри бака на активной части.

Рис. 4. Комплект переключающего устройства РС 9.3.

Эксплуатируемые трансформаторы в филиале ОАО «МОЭСК» СЭС выпуска с 1958 до 1974 гг. изготовления оснащены устаревшими регуляторами напряжения типов ПДП-1, ПДП-2 и РНТ 13, которые выработали срок службы.

Вновь вводимые силовые трансформаторы оснащаются переключателями РПН типа РС в основном импортного производства. В качестве примера можно привести комплект переключающего устройства РС 9.3 с моторным приводом MZ-4.1, который отвечает требованиям стандарта IЕС 60214 1 - 2003.

Переключающее устройство РС-9.3 (см. рис. 4) имеет компактную конструкцию, которая позволяет уменьшить габаритные размеры трансформатора и облегчает доступ для присоединения ответвлений регулируемой обмотки. Они могут встраиваться в трансформаторы колокольного типа без разсоединения основных узлов (масляного сосуда и избирателя).

Внешние линии, подходящие к силовому трансформатору и уходящие от него, соединяются металлически с концами первичной и вторичной обмоток при помощи вводов. Вводы силового трансформатора предназначены для подсоединения обмоток к сети. Вводы устанавливаются на корпусе силового трансформатора, при этом нижняя часть находится внутри, а верхняя вне корпуса, на воздухе. В филиале ОАО «МОЭСК» СЭС эксплуатируются трансформаторные вводы 110 кВ и выше с бумажномасляной изоляцией герметичного и не герметичного исполнения, вводы с твёрдой изоляцией. Высоковольтные вводы 35, 10, 6 кВ в фарфоровом исполнении. На рис. 5 представлены трансформаторные вводы 110 кВ с твёрдой изоляцией, установленные на силовом трансформаторе.

Рис. 5. Трансформаторные вводы 110 кВ с твёрдой изоляцией.

Встроенные трансформаторы тока устанавливаются в адаптеры силовых трансформаторов (см. рис. 6), внутри кольцевого сердечника, которых проходит токоведущий вывод обмотки силового трансформатора.

Рис. 6. Встроенный ТТ типа ТВТ.

Бак трансформатора выполняет много функций. Это, во-первых, механическая основа, на ней внутри и снаружи крепятся все элементы трансформатора; это также и элементы охлаждения, передающие в окружающий воздух тепловые потери, и резервуар для масла, обладающий достаточной маслоплотностью. Баки имеют: гладкие, овальной или прямоугольной формы.

Для охлаждения используются ребра, приваренные к баку, или радиаторы из тонколистовых труб овального сечения. Радиаторы могут быть съёмными или вваренными. Съёмные радиаторы легче ремонтировать, но от вибрации в их уплотнениях часто возникает течь масла. На баке крепится табличка паспортных данных. На ней обозначены все основные технические параметры. К арматуре трансформатора относятся все вспомогательные устройства для нормальной длительной работы в условиях, для которых этот трансформатор предназначен: термосифонный фильтр для постоянной очистки масла от продуктов старения и случайно попадающей в него влаги; расширитель, обеспечивающий заполнение бака маслом и отсутствие в нем воздуха при колебаниях наружной температуры от + 40 до – 45 °С; воздухоосушитель, через который сообщается воздушная полость расширителя с окружающим воздухом. Сорбент, засыпанный в воздухоосушитель, отбирает влагу из воздуха, поступающего в трансформатор при охлаждении и понижении уровня масла в расширителе. Об увлажнении и необходимости замены сорбента или его восстановления свидетельствует изменение цвета с голубого на розовый индикаторного силикагеля, засыпанного в прозрачный колпак воздухоосушителя. У современных трансформаторов воздухоосушитель встраивают в расширитель. К арматуре относятся также все сливные и заливные пробки с уплотнениями и пробка для взятия пробы масла (она, как правило, совмещается со сливной пробкой).Защитные и контрольно-измерительные устройства - несложные, но весьма ответственные; от их исправности зависят надежность работы трансформатора и безопасность людей, находящихся в непосредственной близости от подстанции.

В Российской Федерации эксплуатируются системы охлаждения силовых трансформаторов указанные в таблице № 1. В филиале ОАО «МОЭСК» СЭС эксплуатируются трансформаторы со следующими видами систем охлаждения:

естественная циркуляция воздуха и масла М;

принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла Д;

принудительная циркуляция воздуха и масла с не направленным потоком масла ДЦ.

Температура верхних слоёв масла при номинальной нагрузке трансформатора и максимальной температуре охлаждающей среды (среднесуточная температура охлаждающего воздуха + 30 °С, температура охлаждающей воды + 25 °С у входа в охладитель) не должна превышать следующих максимально допустимых значений:

+ 95 о С в трансформаторах, имеющих естественное масляное охлаждение (М) или дутьевое охлаждение (Д);

+ 75 °С в трансформаторах и реакторах, имеющих циркуляционное охлаждение с принудительной циркуляцией масла и воздуха (ДЦ), если в технических условиях на трансформатор заводом-изготовителем не оговорена другая температура;

+70 о С в трансформаторах, имеющих масляно - водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц), на входе в маслоохладитель, если в технических условиях не оговорена другая температура.

Температура верхних слоёв масла в трансформаторах зарубежного производства не должна превышать значений, указанных фирмой, а при отсутствии их - значений, установленных на основании тепловых испытаний или настоящей Инструкции. Превышение упомянутых температур указывает на неисправность трансформатора, которая должна быть выяснена и устранена 1 .

1 У трансформаторов некоторых типов при среднесуточной температуре охлаждающего воздуха + 30 °С и максимальной температуре воздуха + 40 °C температура верхних слоёв масла может быть выше указанных пределов на 4 – 5 °С.

На трансформаторах и реакторах с принудительной циркуляцией воздуха и масла (охлаждение вида ДЦ) и на трансформаторах с принудительной циркуляцией воды и масла (охлаждение вида Ц) устройства охлаждения должны автоматически включаться (отключаться) одновременно с включением (отключением) трансформатора. Принудительная циркуляция масла должна быть непрерывной независимо от нагрузки. Порядок включения (отключения) систем охлаждения должен быть определён заводской инструкцией. Не допускается эксплуатация трансформаторов и реакторов с искусственным охлаждением без включенных в работу устройств сигнализации о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или об останове вентиляторов. На трансформаторах с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла (система охлаждения Д электродвигатели вентиляторов должны автоматически включаться при достижении температуры масла + 55 °С или номинальной нагрузки независимо от температуры масла и отключаться при понижении температуры масла до + 50 °С, если при этом ток нагрузки менее номинального.

Условия работы трансформаторов с отключённым дутьём должны быть определены заводской инструкцией.

Питание электродвигателей устройств охлаждения трансформаторов должно быть осуществлено, как правило, от двух источников, а для трансформаторов с принудительной циркуляцией масла - с применением АВР.

Трансформаторный шкаф управления крепится к баку трансформатора. В нем расположены элементы, предназначенные для контроля температуры, функционирования системы охлаждения и вентиляторов, если трансформатор имеет систему охлаждения М, то вместо шкафа управления установлена клеммная коробка. На отечественных трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц шкафы управления, как правило, устанавливаются отдельно от бака трансформатора.

Устройства измерения и защиты силового трансформатора

Газовое реле силового трансформатора

Газовое реле, срабатывающее от появления газа и потока масла, является одним из основных защитных устройств трансформатора. Оно должно защитить трансформатор при внутренних повреждениях. Реле установлено в трубе, соединяющей бак трансформатора с расширителем. Реле имеет две ступени, первая ступень (сигнализация) срабатывает при появлении газов в реле, вторая ступень (отключение) срабатывает при сильном потоке масла, превышающем регулируемый порог чувствительности.

Предохранительный клапан силового трансформатора

Пружинный предохранительный клапан защищает трансформатор против взрыва в случае быстрого и значительного увеличения давления внутри бака (например, при повреждении внутри трансформатора, сопровождающемся резким газообразованием). Через клапан быстро сбрасывается большой объем масла из бака, что сохраняет величину внутреннего давления на безопасном уровне. Клапан может иметь контакты для отключения трансформатора от электросети.

Воздухоосушительный фильтр силового трансформатора

Осушка воздуха, поступающего в расширитель, позволяет защитить масло от атмосферной влаги и таким образом значительно замедлить процесс старения масла. Трансформатор обеспечивается одним фильтром для осушки воздуха выше уровня масла внутри главной камеры расширителя и одним для камеры РПН, чтобы поглотить влагу воздуха выше уровня масла внутри дополнительной камеры расширителя (если РПН установлен).

Указатель уровня масла силового трансформатора

Магнитный указатель уровня масла показывает уровень масла в расширителе. Указатель может быть оборудован сигналом выдачи предупредительного сигнала, когда уровень масла менее 100 мм от дна расширителя или менее 100 мм от верха расширителя. У устаревших типов силовых трансформаторов в расширитель вмонтирована стеклянная трубка – уровнемер с температурной шкалой.

Указатели температуры силового трансформатора

Указатели температуры используются для формирования предупредительного сигнала в случае, если температуры превышают допустимые уровни и также для температурного контроля за работой трансформатора. Колбы датчика термометра помещены в карманы на крышке трансформатора в самой горячей зоне. Необходимо заполнить карманы для термометра маслом на 3/4 их глубины, чтобы обеспечить хорошую теплопередачу. Использование капиллярной трубки между колбой датчика и индикатором позволяет снимать показания на некотором удалении от датчика. Контакты указателей температуры в трансформаторах с системой охлаждения М используются для сигнализации и защиты, а с системой охлаждения Д или ДЦ и Ц - для управления вентиляторами и маслонасосами. Выставленные значения температур масла должны быть приведены на диаграмме в шкафу управления.

На силовом трансформаторе установлены следующие вентили:

для заливки и слива масла в баке трансформатора;

для заливки и слива масла в расширителе;

перекрывающие между баком и расширителем (с обеих сторон газового реле);

на радиаторах поворотные вентили.

Все эти вентили должны оставаться открытыми при работе трансформатора, кроме вентилей слива.

Отверстие для заливки масла в крышке бака должно быть закрыто. Этот вентиль также используется для фильтрования или сушки масла по замкнутой схеме. Другой вентиль для фильтрования расположен в нижней части бака. На той же самой стене бака имеются вентили отбора проб масла, верхний и нижний. Расширитель и бак также обеспечены пробками спуска осадка масла.

Отверстия для выпуска воздуха расположены у угла крышки. Все высоковольтные вводы (проходные изоляторы), верхняя часть переключателя ответвлений, газовое реле и предохранительный клапан также имеют отверстия для выпуска воздуха. Все имеющиеся вентили показаны на конкретном чертеже трансформатора.

Выбор марки свежего масла, порядок смешивания масла различных марок, объем и сроки проведения отбора проб масла для физико-химического анализа масла, температура заливаемого масла, условия заливки маслом системы охлаждения видов М, Д, ДЦ, Ц; замена адсорбентов, засыпаемых в фильтры, и введение ингибиторов окисления выполняется согласно требований Методических указаний по эксплуатации трансформаторных масел СО 153-34.43.105-89.

Масло, не соответствующее требованиям стандартов или технических условий на них, не допускается заливать в трансформаторы. Трансформаторы, вводимые в эксплуатацию впервые или после капитального ремонта, следует заливать (доливать) трансформаторным маслом под вакуумом. Масло, заливаемое и залитое в бак трансформатора, следует испытывать в соответствии с Объёмом и нормами испытания электрооборудования СО 34.45.51.300-97.

Проверка масла из бака контакторов устройств РПН должна выполняться через каждые 5 тыс. переключений, но не реже 1 раза в год.

Избыточное давление масла в охладителях систем охлаждения ДЦ, Ц, должно быть на 0,1 - 0,2 МПа выше, чем воды.

Нагрев трансформатора при работе контролируют по температуре верхних слоёв масла и температуре наиболее нагретой точки обмотки.

Температура верхних слоёв измеряется термометрами или термосигнализаторами. Температура наиболее нагретой точки обмотки при наличии системы мониторинга трансформатора определяется автоматически расчётом по температуре масла и току нагрузки или первичными датчиками.

При установке термосигнализаторов или термометров на трансформаторы наружной установки необходимо принимать меры для предотвращения попадания влаги в их гильзы и повреждения гильз при замораживании в них влаги. При всех осмотрах трансформаторов осуществляется температурный контроль.

Все работы в действующих электроустановках должны производиться в соответствии с «Правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок», утверждёнными постановлением Министерства труда и социальной защиты Р.Ф. от 24 июля 2013года № 328н. На силовых трансформаторах работы производятся в соответствии с п. ХХХI«Охрана труда при выполнении работ на силовых трансформаторах, масляных шунтирующих и дугогасящих реакторах» выше указанных правил.Работа на элементах действующего электрического оборудования должна проводиться только при обязательном соблюдении следующих правил безопасности:

отключить выключателем оборудование;

принять меры от самопроизвольного повторного включения;

удостовериться, что оборудование не под напряжением;

заземлить все фазы оборудования;

расположенные поблизости элементы, находящиеся под напряжением, должны быть полностью закрыты или ограждены.

Оперативный персонал подстанции при выводе и вводе в работу силового трансформатора составляет бланк переключений, согласовывает его с диспетчером ОДС. Может использоваться при наличии Типовой бланк переключений, оформленный в установленном порядке.

Меры пожарной безопасности при эксплуатации трансформаторов должны быть обеспечены в соответствии с требованиями Правил пожарной безопасности для энергетических предприятий СО 153-34.0-03301-00.

При возникновении пожара на трансформаторе он должен быть отключен от сети всех напряжений (если он не отключился от действия релейной защиты) и заземлён.

При возникновении пожара на трансформаторе персонал должен руководствоваться и действовать согласно оперативной карточке пожаротушения.

Персонал должен проконтролировать включение стационарной установки пожаротушения (при ее наличии).

При тушении пожара следует приять меры для предотвращения распространения огня, исходя из создавшихся условий.

При невозможности ликвидировать пожар основное внимание должно быть уделено защите от огня расположенных рядом трансформаторов и другого неповреждённого оборудования.

Запрещается при пожаре на трансформаторе сливать масло из бака.

Стационарная установка пожаротушения должна работать в автоматическом режиме.

При осуществлении текущих ремонтов трансформаторов должно осуществляться опробование водяной автоматической установки пожаротушения.

Должна своевременно осуществляться промывка гравийной засыпки, своевременное устранение течи масла, трансформатор должен быть укомплектован первичными средствами пожаротушения согласно СО 153-34.0-03301-00 Приложение 11

Классификация силовых трансформаторов по габаритам