Создание рабочего места для ремонта силового масляного трансформатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Вопросы эффективности производства, экономии материалов и качества являются основными в народном хозяйстве страны. Это относится особенно к ремонтной практике, так как одни и те же повреждения могут иметь различную сложность и трудоёмкость, а следовательно, нормирование расхода материалов и труда затруднительно.

Электровооружённость всех отраслей промышленности, строительства и сельского хозяйства из года в год повышается. Предприятия получает большое количество электродвигателей, приборов, пускорегулирующей аппаратуры, трансформаторов и разного другого оборудования. Строительство новых, расширение и реконструкция предприятий и цехов требует сооружения дополнительных кабельных линий и электропроводок, возрастает объём новых электротехнических устройств и установок. Наряду с этим сохранится и будет эксплуатироваться большой парк существующего электрооборудования и электрических сетей. Длительная эксплуатация электрооборудования, перегрузки, аварийные ситуации приводят к повреждениям отдельных деталей и узлов, а это, в свою очередь, к простоям оборудования основного производства. Для продления срока эксплуатации электрооборудования необходимо чётко организованный ремонт.

Текущий ремонт - основной профилактический вид ремонта - предусматривает замену быстроизнашивающихся деталей щеток электрических машин, подшипников, масла трансформатора, зачистку подгоревших контактов и другие ремонтные работы, требующие частичной разборки оборудования. В ряде случаев эта разборка может быть произведена без демонтажа всего агрегата. Текущий ремонт требует остановки оборудования и отключения сетей и выполняется, как правило, в нерабочие дни и смены.

Целью данного дипломного проекта является организация рабочего участка с технологическим процессом текущего ремонта силовых масляных трансформаторов.

1. Технологическая часть

1.1 Характеристика предприятия

Ремонтный цех находится на территории Бузулукских коммунальных электрических сетей (БКЭС) по улице Луговая 10, предназначен для ремонта трансформаторов.

Бузулукские коммунальные электрические сети: ведут модернизацию трансформаторных подстанций, в ходе которой масляные выключатели заменяются на вакуумные, используют кабельные муфты на основе термоусаживаемых материалов, производят замену ртутных ламп высокого давления на газоразрядные натриевые лампы, имеющие больший срок службы и более естественное световосприятие.

Все объекты жизнеобеспечения в городе и райцентрах имеют резервные источники питания.

В 2007 году введена в эксплуатацию система управления уличным освещением, которая позволяет вести постоянный контроль за нагрузками, уровнем напряжения, расходом электроэнергии, сигнализирует о несанкционированном проникновении в трансформаторные подстанции.

БКЭС впервые в Оренбургской области начали устанавливать электрические счетчики нового поколения СОЭБ-2ПДР, преимущество которых состоит в том, что они исключают безучетное потребление электроэнергии, позволяют контролировать ее потребление дистанционно, не посещая абонента.

Для качественного обслуживания линий электропередач и осуществления реконструкции сетевого хозяйства необходима специальная техника. Машинотракторный парк предприятия насчитывает 80 единиц техники.

Основным видом деятельности является передача и распределение электроэнергии в целях обеспечения надежного и бесперебойного электроснабжения города.

Предприятие обслуживает: воздушные линии электропередач 6 - 10 кВ - 261 км, воздушные линии электропередач 0,4 кВ - 674 км, кабельные сети до 10 кВ - 101 км, до 1 кВ - 81 км, трансформаторные подстанции и распределительные пункты - 462 шт.

Приоритетным направлением в развитии предприятия является внедрение современных технологий, автоматизированных систем управления, новых интеллектуальных приборов учета электроэнергии.

1.2 Типовой участок эксплуатации установки

Расположение оборудования на площади участка определяется в основном технологическим процессом и местными условиями.

Проходы и проезды требуется содержать в чистоте и порядке, границы их обычно отмечаются белой краской или металлическими светлыми кнопками. Ширина рабочей зоны принимается не менее 0,8 м. Расстояние между оборудованием и элементами зданий, а также размеры проходов и проездов определяются нормами технологического проектирования на участке сборочного цеха.

Рабочий участок является первичным звеном цеха, предназначенный для выполнения определенным количеством рабочих порученной работы, специально приспособленный и технически оснащенный в соответствии с характером этой работы. От того, насколько правильно и рационально будет организовано рабочий участок, зависит безопасность и производительность труда. Как правило, каждый рабочий участок оснащен основным и вспомогательным оборудованием и соответствующим инструментом. Отсутствие на рабочем участке удобного вспомогательного оборудования или нерациональное его расположение, захламленность создают условия для возникновения травматизма.

1.3 Характеристика и назначение силового масляного трансформатора

Трансформатор - это статическое электромагнитное устройство с несколькими индуктивно связанными обмотками, предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Передача электрической энергии с одной обмотки трансформатора на другую осуществляется с помощью электромагнитного поля. Различают силовые и измерительные трансформаторы.

Силовой трансформатор используется для преобразования электрической энергии при непосредственном питании приёмников энергией высокого или низкого напряжения неизменной частоты. Стандартными номинальными линейными напряжениями электрических сетей переменного тока до 1000 вольт (В) являются 12, 27, 40, 60, 110, 120, 220, 380, 660 В, выше 1000 В 6, 10, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150кВ. Передача электрической энергии на большие расстояния осуществляется, как известно, при высоких напряжениях с целью уменьшения потерь в передающих сечения проводов линий электропередач. В местах потребления электроэнергии ее напряжение с помощью трансформаторов понижается до требуемого значения.

Силовые трансформаторы бывают общего назначения, для питания обычных сетей или электроприемников, и специально значения, для питания сетей или электроприемников, отличаются особыми условиями работы, например промышленных электротермических печей по выплавки стали и других металлов, преобразовательных установок переменного тока в постоянный, электровозов на железнодорожном транспорте. К специальным силовым трансформаторам относятся сварочные.

Силовые трансформаторы разделяют на масляные, у которых обмотки вместе с магнитной системой погружены в бак с трансформаторным маслом для улучшения изоляции токоведущих частей и условий охлаждения трансформатора, и сухие, для которых охлаждающей средой служат воздух, газ и твердый диэлектрик.

1.4 Устройство силового масляного трансформатора

Масляный трансформатор (ТМ), рисунок 1, состоит из магнитопровода с размещенными на нем обмотками высокого напряжения (ВН) и низкого напряжения (НН), бака и крышки с вводами. Выводы обмоток ВН и НН, изоляторы смонтированы на крышке, которая крепится к баку болтами и уплотняется прокладкой из маслостойкой резины. На крышке также расположены колпак привода переключателя и расширитель. Для перемещения при монтаже и ремонте трансформатор снабжен стальными катками.

1 - бак; 2 - вентиль; 3 - болт заземления; 4 - термосифонный фильтр; 5 - радиатор; 6 - переключатель; 7 - расширитель; 8 - маслоуказатель; 9 - воздухоосушитель; 10 - выхлопная труба; 11 - газовое реле; 12 - ввод ВН; 13 - привод переключающего устройства; 14 - ввод НН; 15 - подъемный рым; 16 - отвод НН; 17 - остов; 18 - отвод ВН; 19 - ярмовые балки остова; 20 - регулировочные ответвления обмоток ВН; 21 - обмотка ВН; 22 - каток тележки.

Рисунок 1 - Устройство силового масляного трансформатора мощностью 1000 - 6300кВ-А напряжением 35 кВ

Магнитопровод набирают из изолированных между собой листов холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0,35 - 0,5 мм. В качестве межлистовой изоляции чаще всего применяют лаки, которые после нанесения на металл и запекания образуют пленку с высокими изоляционными свойствами, механически прочную и маслостойкую.

Обмотки выполняют из медного или алюминиевого провода круглого либо прямоугольного сечения. В качестве изоляции проводов используют телефонную или кабельную бумагу и хлопчатобумажную пряжу.

Переключатель служит для изменения числа витков первичной обмотки, а следовательно, коэффициента трансформации при регулировании в определенных пределах вторичного напряжения трансформатора. Так, трансформаторы мощностью до 1000 кВА имеют три ступени регулирования напряжения в пределах ±5%, трансформаторы мощностью более 1600 кВ-А - пять ступеней регулирования в тех же пределах.

В баке трансформатора находятся магнитопровод с обмотками и трансформаторное масло. Трансформаторы небольшой мощности имеют гладкостенные баки, в трансформаторах мощностью более 40 кВ-А к баку приваривают циркуляционные трубы в один или несколько рядов. Существуют также ребристые баки с вертикальными ребрами для охлаждения воздухом. Трансформаторы большой мощности обеспечивают съемными радиаторами. В верхней части бака приварены крюки для подъема трансформатора, а внизу бак имеет болт для заземления и маслосливной кран.

Расширитель представляет собой сварной стальной цилиндр, закрепленный на кронштейнах и соединенный с баком патрубком. Уровень масла в расширителе контролируется указателем уровня в виде трубки или прозрачной вставки. В верхней части расширителя имеется отверстие для заливки масла, которое закрывается пробкой с резьбой. Для свободной циркуляции воздуха установлена дыхательная труба, нижний торец которой защищен крышкой с отверстием и сеткой. Вместе с воздухом в расширитель, а следовательно и в масло могут попадать частицы пыли и грязи, а также пары влаги, которые конденсируются на его стенках. Для удаления загрязненного масла и влаги имеется отстойник с пробкой. Температуру масла в трансформаторе контролируют ртутным термометром или термометрическим сигнализатором.

1.5 Технологические процессы

В технологические процессы заложен поэтапный многоступенчатый контроль качества выпускаемых изделий, что гарантирует их надежность в эксплуатации.

Контроль качества работ осуществляется собственной лабораторией, испытательной станцией, лабораторией на выезде, как на предприятии, так и за его пределами.

Испытательный стенд предназначен для испытания силовых трансформаторов с рабочим напряжением до 220 кВ и мощностью до 240 МВА, испытаний вводов 110-220 кВ, высоковольтных трансформаторов тока и напряжения, электрозащитных средств. В состав испытательного стенда (ИС) входят: КРУ 10 кВ, коммутационный узел из разъединителей и промежуточного трансформатора, обеспечивающего дискретное регулирование выходного напряжения ИС от 1 кВ до 38 кВ, статический преобразователь частоты мощностью 1500 кВА с выходной частотой 50, 60, 100 и 225 Гц, высоковольтный трансформатор фирмы ТUR с выходным напряжением 750 кВ.

1.6 Текущий ремонт силового масляного трансформатора

Периодичность текущих ремонтов силовых трансформаторов определяется в соответствии с установленными нормами и зависит от их технического состояния.

При текущем ремонте масляного трансформатора его осматривают снаружи и устраняют выявленные дефекты, чистят изоляторы, бак и радиаторы, удаляют грязь из расширителя, доливают масло, проверяют маслоуказатель, спускной кран и уплотнения, надежность контактных соединений, берут пробу масла, проводят испытания и измерения.

В процессе осмотра проверяют герметичность уплотнений. Если она нарушена и имеется течь масла между крышкой и баком или фланцевыми соединениями, то подтягивают гайки. Если же это не помогает, уплотнения заменяют новыми, из маслостойкой резины.

Бак трансформатора и радиаторы очищают от пыли и масла, изоляторы протирают бензином. Удаляют грязь из расширителя, проверяют работу маслоуказателя. При необходимости доливают масло. Необходимо помнить, что температура доливаемого масла должна отличаться от температуры масла в трансформаторе не более чем на 5°С.

Затем проверяют воздухоосушитель. Если индикаторный силикагель имеет розовый цвет, его заменяют новым. Силикагель для повторного использования восстанавливают путем сушки: индикаторный - при 100 - 120°С в течение 15 - 20 ч, гранулированный - при 400 - 500°С в течение 2 ч.

Перезарядка термосифонного фильтра выполняется, если кислотное число масла составляет 0,1 мг КОН. Для этого сливают масло из расширителя, снимают крышку фильтра, а затем решетку с силикагелем. Бывший в употреблении силикагель заменяют свежим, сухим. Установив крышку, заливают масло в расширитель, предварительно выпустив воздух из фильтра через пробку на его крышке. Масло доливают до соответствующей отметки на маслоуказателе расширителя в зависимости от температуры масла, которую контролируют термометром, установленным на крышке бака. В корпус оправы термометра также заливают трансформаторное масло.

Ремонт и изготовление обмоток

При ремонте обмоток с поврежденной изоляцией в результате электрического пробоя или износа, целесообразно использовать повторно провод обмоток после его переизолировки. Процесс переизолировки заключается в отжигании его в печи при температуре 550 - 600°С, промывке в горячей воде и покрытии новой изоляцией на оплеточных станках или специальными приспособлениями на обычном токарном станке. В качестве изоляционных материалов применяют хлопчатобумажную, шелковую, стеклянную, из химических волокон, пряжу высоких номеров №60 и более, ленты из кабельной или телефонной бумаги шириной 10 - 25 мм, толщиной 0,05 - 0,12 мм. При правильном выполнении операций переизолированный обмоточный провод по своим качествам будет равноценен новому.

Обмотки, имеющие небольшой участок повреждений проводов и изоляции, в некоторых случаях ремонтируют только частичной перемоткой. Однако при таком ремонте возникают трудности с удалением поврежденной части обмотки и намотки новых секций. Кроме того, продолжительность работы трансформаторов с частично перемотанными обмотками в 2 - 3 раза меньше, чем трансформаторов с полностью перемотанными обмотками.

Намотку новых обмоток выполняют по образцам поврежденных обмоток на специальных намоточных станках, оснащенных шаблонами, натяжными приспособлениями и стойками с натяжными устройствами для барабанов с обмоточным проводом. Перед ремонтом, пользуясь чертежами, маршрутной и технологической картами, подготавливают необходимые изоляционные и проводниковые материалы и инвентарные приспособления, а также рабочие и измерительные инструменты.

При изготовлении, сборке и монтаже обмоток в качестве изоляционных материалов применяют бумагу кабельную, телефонную, электротехнический картон и деревянные детали, а также изоляционные конструкции из этих материалов.

Провод обмотки обычно наматывают на бумажно-бакелитовый цилиндр, кабельную и телефонную бумагу используют чаще всего в качестве межслойной изоляции, картон - в виде прокладок и штампованных или клееных изоляционных деталей, а изоляционные конструкции - как уравнительную и ярмовую изоляцию.

Изготовленную обмотку стягивают с помощью круглых стальных плит и шпилек, чтобы обмотка не рассыпалась при транспортировке к месту выполнения очередной технологической операции, и отправляют на сушку. Она повышает качество обмотки и продолжительность ее работы в результате удаления влаги из бумажной изоляции, которая резко снижает электрическую прочность и срок ее службы.

Обмотки на напряжение до 35 кВ сушат при температуре до 105°С в обычных сушильных камерах с вытяжной вентиляцией и электрическим или паровым подогревом, а на напряжение 35 кВ и выше - в вакуумных сушильных камерах.

После сушки обмотку сжимают с помощью гидропресса без снятия плит, пока ее размер по оси не достигнет требуемого. Затем проверяют другие размеры обмотки, ликвидируют наклон катушек, обрезают выступающие части реек и клиньев, выявляют и ликвидируют другие дефекты обмотки, появившиеся в процессе намотки, сушки или прессовки.

Готовую обмотку подвергают различным проверкам и испытаниям с целью определения ее качества.

Затем обмотку направляют в сборочное отделение или устанавливают в специальную рамку и хранят в сухом и отапливаемом помещении.

Ремонт магнитопроводов

Магнитопроводы требуют чаще всего частичного ремонта, реже - ремонта с полной разборкой и перешихтовкой активной стали.

Частичный ремонт выполняют при небольших повреждениях изоляционных деталей, ослаблении крепления ярмовых балок.

Места прогара и оплавления активной стали зачищают, снимая наплывы металла карборундовым камнем, насаженным на вал электросверлильной машинки, или вырубая зубилом. Затем на этих местах распрессовывают пластины магнитопровода, отделяют сваренные пластины, снимают заусенцы и, очистив участки от остатков старой изоляции и металлических опилок, изолируют пластины, прокладывая между ними листы телефонной или кабельной бумаги.

Часто в магнитопроводах бывают полностью повреждены бумажно-бакелитовые трубки, изолирующие стяжные шпильки от активной стали. В этих случаях изготавливают новые трубки.

Необходимость ремонта с полной разборкой и перешихтовкой возникает при таких тяжелых повреждениях, как пожар стали. В этом случае может выйти из строя значительная часть пластин активной стали магнитопровода и изоляционных деталей. При таких повреждениях ремонт магнитопровода состоит из следующих основных операций: подготовка к ремонту, разборка магнитопровода, очистка и изоляция пластин, изготовление изоляционных деталей, сборка.

Очистка и сушка трансформаторного масла

Трансформаторное масло очищают от механических примесей и влаги с помощью специальных аппаратов - центрифуги и фильтр-пресса. Масло проверяют, периодически отбирая пробы из крана на выходном патрубке фильтр-пресса.

Для повышения качества и электрической прочности трансформаторное масло сушат в цеолитовой установке, показано на рисунке 2. Сушка осуществляется фильтрованием масла через слой молекулярных сит, находящихся в адсорберах, которые заполнены гранулированным цеолитом. Фильтруемое масло подогревается электронагревателем.

Сушка в цеолитовой установке весьма эффективна, так как только за один цикл фильтрования позволяет увеличить пробивное напряжение масла с 8 - 10 до 50 кВ и выше. Такую установку для сушки трансформаторного масла применяют на больших ремонтных предприятиях в случае необходимости переработки большого количества масла.

1 - вентиль; 2 - насос; 3 - электронагреватель масла; 4 - маноментры; 5 - фильтры; 6 - адсорберы; 7 - верхний коллектор; 8 - кран для выпуска воздуха; 9 - объёмный счетчик; 10 - кран для отбора проб и слива масла; 11 - нижний коллектор.

Рисунок 2 - Устройство цеалитовой установки

Испытание силового масляного трансформатора

Отремонтированные трансформаторы проходят контрольные испытания, которые должны подтвердить высокое качество выполненного ремонта, отсутствие дефектов, соответствие их характеристик паспортным значениям, а также требованиям ГОСТов: испытание трансформаторного масла, определение коэффициента трансформации и группы соединения обмоток, измерение сопротивления обмоток постоянному току, измерение токов, потерь холостого хода и короткого замыкания, измерение сопротивления изоляции обмоток.

Испытание трансформаторного масла осуществляют на электрическую прочность. Для этого берут пробу масла и заливают ее в маслопробойный аппарат. Спустя 20 минут плавно повышают напряжение, наблюдая за стрелкой вольтметра, до пробоя. Выполняют пробоев с интервалом 10 мин. Первый пробой не учитывается. Среднее арифметическое пробивного напряжения остальных пяти пробоев принимают за пробивное напряжение трансформаторного масла, которое должно быть не менее 25 кВ для трансформаторов с напряжением до 15 кВ включительно и не менее 30 кВ - с напряжением 15 - 30 кВ.

Коэффициент трансформации проверяют по схеме, чтобы убедиться в правильности числа витков, сборки схемы соединения обмоток и подключения отводов к переключателю. Одновременно подают напряжение не менее 2% номинального на все фазы трехфазного трансформатора и все ступени напряжения, отклонение по фазам не должно превышать 2%.

При проверке группы соединения определяют правильность соединения обмоток и их соответствие группе.

При ремонте выполняют и химический анализ масла, в результате которого определяют кислотное число, температуру вспышки паров, реакцию водной вытяжки, массу взвешенного угля и механических примесей. Одновременно проверяют прозрачность масла.

Измерение сопротивления обмоток постоянному току позволяет выявить дефекты, допущенные при ремонте: обрыв параллельных проводников обмоток, низкое качество соединений пайкой, плохой контакт в месте присоединения отвода к переключателю. Перечисленные дефекты увеличивают сопротивление обмоток за счет повышения переходного сопротивления на дефектных участках. Измеренные сопротивления по всем фазам и ступеням не должны различаться более чем на 2%.

Измерение тока и потерь холостого хода проводят для выявления таких дефектов в магнитной системе трансформатора, которые увеличивают ток холостого хода и дополнительные потери, снижающие КПД трансформатора, а в отдельных случаях приводят к недопустимому нагреву. На обмотку НН подают симметричное напряжение частотой 50 Гц, при разомкнутой обмотке ВН плавно увеличивают его от нуля до номинального значения. При этом измеряют ваттметром мощность, потребляемую трансформатором, и амперметрами - линейные токи.

Допущенные при ремонте трансформатора неправильная транспозиция проводов, обрыв или надлом одного из параллельных проводов, плохой контакт и применение проводов заниженного сечения увеличивают омическое сопротивление обмоток и вызывают дополнительные потери энергии в них при нагрузке. Перечисленные дефекты выявляются путем проведения опыта короткого замыкания и сопоставления фактических и расчетных потерь в обмотках. При опыте короткого замыкания вводы обмоток НН трансформатора замыкают между собой, а к вводам обмоток ВН подают такое напряжение, при котором в обмотках устанавливаются номинальные токи. Измерение потерь энергии при опыте короткого замыкания сопоставляют с расчетными. Если они выше расчетных, значит в трансформаторе имеются неисправности. Измерение сопротивления изоляции обмоток осуществляется мегаомметром между обмоткой ВН и баком при заземленной обмотке НН, обмоткой НН и баком при заземленной обмотке ВН, обмотками ВН и НН, с соединенными между собой, и баком. Сопротивление изоляции обмоток трансформатора до 35 кВ считается удовлетворительным, если оно не менее 300 МОм для трансформаторов мощностью до 6300 кВ-А включительно и 600 МОм для трансформаторов 10 000 кВ-А и выше.

Испытание электрической прочности главной изоляции, между обмотками различных напряжений и каждой из них относительно заземленных частей трансформатора, повышенным напряжением промышленной частоты заключается в том, что от специального трансформатора с регулируемым напряжением подают повышенное напряжение 25 кВ для трансформаторов 6кВ, 35 кВ - 10 кВ, 85 кВ - 35 кВ, частотой 50 Гц на исследуемые обмотки трансформатора. Если в течение 1 минуты с момента подачи испытательного напряжения амперметр не показывает увеличения тока, а вольтметр - уменьшения напряжения и внутри трансформатора нет потрескиваний, напряжение снижают до нуля и считают, что трансформатор выдержал испытание.

Испытание электрической прочности витковой изоляции индуктированным напряжением проводят таким образом: к обмотке НН при разомкнутой обмотке ВН и заземленном баке трансформатора подают от генератора испытательное напряжение: 115% номинального - при магнитопроводе шпилечной конструкции, 130% - при бесшпилечной конструкции. Трансформатор считается выдержавшим испытание, если в течение 1 минуты не наблюдаются скачки тока, разряды и другие явления, свидетельствующие о повреждении изоляции.

Инструкционная карта ремонта силового масляного трансформатора

Таблица 1 - Инструкционная карта ремонта электрооборудования силового масляного трансформатора

Неисправности	Причина неисправности	Способ устранения
Витковое замыкание	Старение изоляции, постоянные перегрузки, динамические усилия при коротких замыканиях	Перемотать частично обмотку или замена на новую
Замыкание на корпус, междуфазное короткое замыкание	Старение изоляции, увлажнение масла или снижение его уровня, внутренние и внешние перенапряжения, деформация обмоток вследствие прохождения больших токов короткого замыкания	Замена обмотки на новую, сушка масла с помощью линии очистки трансформаторных масел ЛТМ - 901
Обрыв	Отгорание выводных концов обмоток из-за низкого качества соединения или электродинамических усилий при коротком замыкании	Замена повреждённой изоляции проводов или замена клиньев, прокладок и других изолирующих обмотку элементов
Отсутствие контакта	Нарушение регулировки переключателя	Следует очистить, закрепить и подтянуть контакты.
Оплавление контактной поверхности	Термическое воздействие на контакты токов короткого замыкания	При значительных оплавлениях и полном выгорании контактов переключатель заменяют новым

1.7 Типовая электрическая принципиальная схема защиты трансформатора от внешних коротких замыканий и перегрузок

Защита трансформаторов от сверхтоков является резервной, предназначенной для отключения их от источников питания как при повреждениях самих трансформаторов и отказе основных защит, так и при повреждениях смежного оборудования и отказах его защиты или выключателей. При отсутствии специальной защиты шин защита трансформаторов от сверхтоков осуществляет также защиту этих шин.

TA1 - трансформаторы тока соединены в схему фильтра токов нулевой последовательности;

ТА2 и ТАЗ-то же в схему полной или неполной звезды, КА0 - защита нулевой последовательности; КА - защита от между фазных коротких замыканий (КЗ).

Рисунок 3 - Схемы размещения защит от сверхтоков на повышающих двухобмоточном (а) и трехобмоточном (б) трансформаторах

В качестве защиты от сверхтоков при междуфазных КЗ используются максимальная токовая защита, максимальная токовая защита с пуском от напряжения, максимальная направленная защита максимальная токовая защита обратной последовательности. Для защиты от сверхтоков при однофазных КЗ используются максимальная токовая защита и максимальная направленная защита нулевой последовательности. Защита от сверхтоков при междуфазных КЗ устанавливается со стороны источника питания, а при нескольких источниках питания - со стороны главных источников. Защита от сверхтоков при однофазных КЗ устанавливается со стороны обмоток, соединенных в схему звезды с заземленной нулевой точкой.

На рисунке 4 приведены примеры размещения защиты от сверхтоков повышающих трансформаторов. На двухобмоточном трансформаторе предусматривается защита от сверхтоков при междуфазных КЗ со стороны шин генераторного напряжения с действием на все выключатели трансформатора и максимальная токовая защита нулевой последовательности со стороны обмотки ВН с действием на выключатель этой обмотки.

а - двухобмоточном, б - трехобмоточном при отсутствии питания со стороны обмотки среднего напряжения, в-двухобмоточном, питающем две секции шин

Рисунок 4 - Схемы размещения защит от сверхтоков при междуфазных КЗ на понижающих трансформаторах

На трехобмоточном трансформаторе при отсутствии питания со стороны обмотки среднего напряжения устанавливаются два комплекта защиты от сверхтоков при междуфазных КЗ: один со стороны среднего напряжения с действием на выключатель обмотки этого напряжения и второй со стороны шин генераторного напряжения с двумя выдержками времени. С одной выдержкой времени защита действует на отключение выключателя со стороны обмотки ВН, а с другой большей - на отключение всех выключателей трансформатора. Кроме того, со стороны обмотки ВН устанавливается максимальная токовая защита нулевой последовательности.

Рисунок 5 - Принципиальная схема максимальной токовой защиты с пуском по напряжению

Аналогично выполняется защита от сверхтоков при междуфазных КЗ автотрансформаторов, при отсутствии питания со стороны среднего напряжения. Максимальная токовая защита нулевой последовательности автотрансформаторов устанавливается со стороны высшего и среднего напряжений, причем одна из них выполняется направленной.

На рисунке 4 приведены примеры размещения защиты от сверхтоков понижающих трансформаторов. На двухобмоточном трансформаторе с односторонним питанием устанавливается один комплект защиты со стороны источника питания, действующий на отключение всех выключателей. На трехобмоточном трансформаторе с односторонним питанием устанавливаются два комплекта защиты. Один комплект со стороны обмотки НН действует на отключение выключателя этой обмотки. Другой комплект со стороны обмотки ВН действует с двумя выдержками времени, с меньшей - на отключение выключателя обмотки НН и с большей - на отключение всех выключателей трансформатора. Аналогично выполняется защита понижающих автотрансформаторов при отсутствии питания со стороны обмотки среднего напряжения.

На двухобмоточном трансформаторе, питающем две секции шин, например, через сдвоенный реактор, устанавливается три комплекта защиты, один со стороны источника питания и два со стороны каждого ответвления к секциям шин.

Включение в сеть и контроль за работой силового масляного трансформатора

Перед включением трансформатора в сеть из резерва или после ремонта производится осмотр как самого трансформатора, так и всего включаемого с ним оборудования. При этом проверяются: уровень масла в расширителе и вводах трансформатора, исправность и пусковое положение оборудования системы охлаждения, правильное положение указателей переключателей напряжения, положение заземляющего разъединителя и состояние разрядников в нейтрали, отключен ли дугогасящий реактор, состояние фарфоровых изоляторов и покрышек вводов, а также шинопроводов и экранированных токопроводов.

Если трансформатор находился в ремонте, то обращается внимание на чистоту рабочих мест, отсутствие закороток, защитных заземлений и посторонних предметов на трансформаторе и оборудовании трансформатора.

Включение трансформатора в сеть производится толчком на полное напряжение со стороны питания сетевых трансформаторов со стороны обмотки ВН. Включение часто сопровождается сильным броском тока намагничивания. Однако автоматического отключения трансформатора дифференциальной токовой защитой при этом не происходит, так как она отстраивается от тока намагничивания при первом опробовании трансформатора напряжением, что позволяет избежать ложных срабатываний ее при всех последующих включениях.

При включении трансформатора в работу не исключено появление на нем сразу номинальной нагрузки. Включение на полную нагрузку разрешается при любой отрицательной температуре воздуха трансформаторов с системами охлаждения М и Д и не ниже -25°С трансформаторов с системами охлаждения ДЦ и Ц. Если температура воздуха, а следовательно, и масла в трансформаторе окажется ниже указанной, ее поднимают включением трансформатора на холостой ход или под нагрузку не более 50% номинальной. В аварийных ситуациях этих ограничений не придерживаются что, естественно, отражается на износе изоляции обмоток.

Повышение вязкости масла в зимнее время учитывается при включении в работу не только самого трансформатора, но и его охлаждающих устройств. Циркуляционные насосы серии ЭЦТ надежно работают при температуре перекачиваемого масла не ниже -25°С, а серии ЭЦТЭ - не ниже -20°С. Поэтому при включении трансформаторов в работу циркуляционные насосы систем охлаждения включаются лишь после предварительного нагрева масла до указанных значений температур. Во всех остальных случаях насосы принудительной циркуляции масла должны автоматически включаться в работу одновременно с включением трансформатора в сеть. Вентиляторы охладителей при низких температурах масла должны включаться в работу, когда температура масла достигнет 45°С.

Контроль за нагрузками трансформаторов, находящихся в работе, производится по амперметрам, на шкалах которых должны быть нанесены красные риски, соответствующие номинальным нагрузкам обмоток, Одновременно с контролем значения тока проверяется равномерность загрузки по фазам. У автотрансформаторов контролируется также ток в общей обмотке.

При номинальных токах трансформаторы могут работать неограниченно долго, если условия охлаждения соответствуют номинальным.

В реальных условиях трансформаторы работают с переменной нагрузкой, причем большую часть суток и особенно в ночное время их нагрузка ниже номинальной. При таких условиях работы естественный износ их изоляции уменьшается. Недоиспользованные ресурсы изоляции без ущерба для срока службы трансформатора используются в эксплуатации путем систематических перегрузок, устанавливаемых в зависимости от характера суточного графика нагрузки, температуры охлаждающей среды и недогрузок в летнее время. Допустимое значение перегрузки и ее продолжительность определяются по графикам нагрузочной способности трансформаторов согласно ГОСТ 14209-69. Перегрузка трансформаторов в этом случае не должна превышать 50% его номинальной мощности.

В аварийных случаях к примеру, при выходе из работы одного из трансформаторов и отсутствии резерва допускается аварийная перегрузка оставшихся в работе трансформаторов. Перегрузка разрешается независимо от значения предшествующей нагрузки трансформатора и температуры охлаждающей среды в следующих пределах: перегрузка по току, процент номинальной нагрузки 30, 45, 60, 75, 100, 200; длительность перегрузки, минимальная 120, 80, 45, 20, 10.

Приведенные данные аварийной перегрузки распространяются на все масляные трансформаторы и автотрансформаторы, кроме тех, перегрузка которых ограничена заводом-изготовителем.

Контроль за напряжением, подведенным к трансформатору, производится по вольтметрам, измеряющим напряжение на шинах.

Превышения напряжения на трансформаторах сверх номинального допускаются в сравнительно небольших пределах: длительно на 5% при нагрузке не выше номинальной и на 10% при нагрузке не выше 25% номинальной, длительно до 10% для станционных трансформаторов, работающих в блоке с генератором, трансформаторов без ответвлений со стороны нейтрали и регулировочных трансформаторов при нагрузке не выше номинальной. Превышение указанных напряжений приводит к перенасыщению магнитопровода, резкому увеличению тока и потерь. При этом потери в стали возрастают пропорционально квадрату напряжения. Увеличение потерь в стали является причиной местных нагревов стальных конструкций магнитопровода.

Контроль за тепловым режимом трансформаторов сводится к периодическим измерениям температур верхних слоев масла в баках. Измерения производятся при помощи стеклянных термометров, погруженных в специальные гильзы на крышках трансформаторов, дистанционных термометров сопротивления и термометров манометрического типа - термосигнализаторов.

Периодические осмотры. Трансформаторы осматриваются без отключения в следующие сроки: главные трансформаторы и трансформаторы собственных нужд станций и подстанций с постоянным дежурством персонала - 1 раз в сутки; трансформаторы подстанций и гидростанций без постоянного дежурства персонала - не реже 1 раза в месяц.

Осмотры производятся также и при действии сигнализации о нарушении режима работы трансформаторов или систем их охлаждения, при срабатывании устройств релейной защиты или автоматики. При стихийных бедствиях трансформаторы должны осматриваться немедленно.

Цель периодических осмотров проверка условий работы трансформаторов и выявление неполадок, которые при развитии могут привести к аварийным повреждениям. При осмотре проверяется внешнее состояние систем охлаждения, устройств регулирования напряжения под нагрузкой, устройств защиты масла от окисления и увлажнения, фарфоровых и маслонаполненных вводов, защитных разрядников на линейных вводах и в нейтралях, кранов, фланцев и люков, а также резиновых прокладок и уплотнений; отсутствие течей масла и уровень его в расширителях, целость и исправность приборов, масло-указателей, мембран выхлопных труб; исправность заземления бака трансформатора; наличие и исправность средств пожаротушения, маслоприемных ям и дренажей; состояние надписей и окраски трансформаторов.

Отключение трансформатора от сети, как правило, производят выключателями сначала со стороны нагрузки, а затем со стороны питания. На подстанциях с упрощенной схемой без выключателей со стороны ВН отключение трансформаторов со стороны нагрузки производят выключателями, а со стороны питания - отделителями.

Защита силовых масляных трансформаторов от перенапряжений

Защита изоляции трансформаторов от атмосферных и коммутационных перенапряжений осуществляется вентильными разрядниками. Применяются разрядники серий РВРД, РВМК, РВМГ, РВМ и др. На подстанциях до 220 кВ их обычно устанавливают на шинах или на присоединениях трансформаторов. На подстанциях 330 кВ и выше вентильные разрядники обязательно устанавливаются на каждом присоединении трансформатора, причем как можно ближе к трансформатору, чтобы повысить надежность грозозащиты и уберечь его от возможных коммутационных перенапряжений.

Вентильными разрядниками защищают от перенапряжений незаземленные нейтрали трансформаторов 110-220 кВ. Это вызвано тем, что в настоящее время все трехфазные трансформаторы ПО-220 кВ выпускаются со сниженной изоляцией нейтрали. Так, у трансформаторов 110 кВ с регулированием напряжения под нагрузкой уровень изоляции нейтрали соответствует стандартному классу напряжения 35 кВ, что обусловливается включением со стороны нейтрали устройств РПН с классом изоляции 35 кВ. Трансформаторы 220 кВ также имеют пониженный уровень изоляции нейтрали. Во всех случаях это дает значительный экономический эффект и тем больший, чем выше класс напряжения трансформатора.

Между тем на разземленных нейтралях таких трансформаторов могут появляться перенапряжения при однофазных КЗ в сети. Они могут оказаться под воздействием повышенных напряжений промышленной частоты при неполнофазных режимах коммутации ненагруженных трансформаторов. Для защиты разземленных нейтралей трансформаторов применяются вентильные разрядники на номинальное напряжение, соответствующее классу изоляции нейтрали,

Неиспользуемые в эксплуатации обмотки трансформаторов низшего напряжения обычно соединяются в треугольник или звезду, и защищаются от перенапряжений вентильными разрядниками. Перенапряжения в неиспользуемых обмотках появляются в результате воздействия грозовых волн на обмотку ВН и перехода их на обмотку НН через емкость или индуктивность между обмотками. Для защиты неиспользуемой обмотки к вводу каждой ее фазы присоединяется вентильный разрядник. В нейтрали звезды также устанавливается вентильный разрядник.

С переходом волн с одной обмотки на другую связывают также появление опасных для изоляции перенапряжений на отключаемой выключателем обмотке автотрансформатора. Чтобы избежать повреждений, изоляцию обмоток автотрансформаторов защищают вентильными разрядниками, устанавливаемыми на всех обмотках, имеющих между собой автотрансформаторную связь. Разрядники подключаются к соединительным шинам жестко, без разъединителей.

Вентильные разрядники всех напряжений должны, как правило, постоянно находиться в работе в течение всего года. Их периодически осматривают. При осмотрах обращается внимание на целость фарфоровых покрышек, армировочных швов и резиновых уплотнений. Поверхность фарфоровых покрышек должна содержаться в чистоте. Грязь на поверхности покрышек искажает распределение напряжения вдоль разрядника, что может привести к его перекрытию.

Наблюдение за срабатыванием вентильных разрядников ведется по специальным регистрам. Они включаются последовательно в цепь разрядник - земля, и через них проходит импульсный ток, приводящий к срабатыванию регистра.

В процессе эксплуатации вентильных разрядников выполняются измерения мегаомметром их сопротивления, а также тока проводимости при выпрямленном напряжении.

Необходимость капитального ремонта вентильных разрядников определяется по результатам испытаний и осмотров.

1.8 Характеристика установки силового масляного трансформатора ТМ-400

Таблица 2 - Характеристика установки силового масляного трансформатора ТМ-400

Название установки	Номинальная мощность, кВА	Номинальное напряжение, кВ	Вес полный, кг	Вес масла, кг	Группа соединения обмоток
ТМ-400	400	0,4	1480	465	Y/Yн-0 Д/Yн-11

1.9 Параметры надежности электрооборудования

Надежность - свойство объекта выполнить заданные, функции, сохраняя эксплуатационные показатели, производительность, экономичность и другие паспортные характеристики, в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Это основной показатель качества электрооборудования. Надежность включает безотказность, долговечность, ремонтопригодность и зависит от условий эксплуатации.

Безотказность - свойство машины сохранять работоспособность в течение некоторого времени и без вынужденных простоев.

Долговечность - свойство машины сохранить работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе обслуживания и ремонтов. Предельное состояние объекта определяется невозможностью его дальнейшей эксплуатации из-за непоправимого изменения заданных параметров.

Ремонтопригодность - состояние объекта, при котором можно устранять повреждения и восстанавливать его параметры путем проведения ремонтов и обслуживания.

Неисправность - состояние оборудования, при котором оно не соответствует хотя бы одному из технических требований.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Наработка на отказ - продолжительность или объем работы, выполненной машиной, между отказами. Наработка на отказ выражается в единицах времени и называется средней продолжительностью безотказной работы.

Ресурс - продолжительность работы изделия до предельного состояния.

Время безотказной работы - среднее число часов работы оборудования до первого отказа.

Вероятность безотказной работы Р(t) - вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки машина работает без отказа, рассчитываем по формуле:

- ДN (1)

где - число испытуемых машин;

ДN - число отказавших машин за время t.

Вероятность отказа, машин в год, рассчитываем по формуле:

= ДN Дt (2)

где Дt - интервал времени наблюдения;

- число испытуемых машин;

ДN - число отказавших машин за время t.

Срок службы - продолжительность работы оборудования до возникновения предельного состояния, до первого капитального ремонта, между ремонтами и тому подобное.

Срок службы , трансформатора рассчитываем по формуле:

(3)

где - число трансформаторов, работающих до времени отказа;

- месяцы, годы.

Эксплуатационная надежность электрооборудования зависит от качества материалов, используемых при его изготовлении и ремонте, от технологии изготовления и ремонта и что очень важно, от условий эксплуатации. Так, в легкой промышленности трансформаторы имеют срок службы 10-60 лет.

Дополнительные требования и повышение надежности трансформаторов

Часто, устанавливая в сыром помещении трансформатор или небольшой электродвигатель, применяют рубильник, смонтированный на шифере. При наличии влаги и пыли поверхностное сопротивление может снизиться в тысячи раз. За счет токов утечки по шиферу и в обмотке напряжение на выключенных ножах рубильника и, следовательно, на обмотке может быть больше 50% напряжения сети. По изоляции обмотки будут непрерывно циркулировать большие токи утечки, разрушая изоляцию и приводя к коррозии меди обмотки, особенно интенсивной при наличии газов. Но достаточно шиферную плиту разрезать поперек и укрепить на общих заземленных скобах узкую полуплиту с губками рубильника и вторую с ножами, и ток утечки с губок будет уходить в землю, не разрушая обмотку, экранированную заземленными скобами. Утечки постоянного тока приводят к еще большим разрушениям изоляции и коррозии меди, вызывая в изоляции гальванический процесс. В электронных устройствах надежность и срок выходных трансформаторов и дросселей, включенных в плюсовый провод, значительно повышаются при изоляции магнитопровода от земли и соединении с плюсом. При наличии потенциала между обмоткой и магнитной системой разрушающее действие токов утечки на изоляцию пропорционально квадрату напряжения. В большинстве случаев при требованиях высокого уровня надежности целесообразно контакты, подающие напряжение на обмотки, крепить на металлическом заземленном основании, изолируя отдельно входной и выходной контакты. Следует избегать схем, в которых обесточенная обмотка остается под потенциалом по отношению к магнитопроводу. Сказанное выше относится к аппаратуре, находящейся в тяжелых внешних условиях. В помещениях с нормальной температурой и влажностью при применении современных изоляционных материалов токи утечки и их разрушающее действие могут быть снижены до допустимых величин с учетом требуемого уровня надежности. В машинных помещениях с постоянной вибрацией здания все крепящие гайки, винты, болтовые соединения в изготовляемой аппаратуре должны быть снабжены пружинными шайбами или контргайками. На небольших трансформаторах можно применять прокраску резьбы, гаек, винтов каким-либо клеящим лаком. Необходимо учитывать возможность попадания в резонанс тех или иных элементов и участков монтажа. Вибрация катушек и гибких выводов может привести к их обрыву, в особенности, если последние тронуты коррозией. В устройствах, предназначенных для выездных испытаний, одним из существенных требований является обеспечение механической прочности при минимальном весе устройства. При резьбовых соединениях применяются указанные выше меры. На футлярах и шасси следует применять оштамповку ребер жесткости. Крепление трансформатора обычно наиболее тяжелой детали, может быть выполнено накладкой под шасси с резьбой для шпилек. При узком шасси накладку можно проложить по ширине шасси, приварив на точечной сварке, что повысит жесткость шасси и упростит снятие трансформатора для ремонта. Во всех устройствах следует предусмотреть возможность съема любой детали при минимальном снятии других элементов, это повышает ремонтопригодность устройства.

1.10 Требования предъявляемые СНиП и ПУЭ к установки силового масляного трансформатора

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) распространяются на вновь сооружаемые и реконструируемые электроустановки постоянного и переменного тока напряжением до 750 кВ, в том числе на специальные электроустановки.

Устройство специальных электроустановок должно регламентироваться другими нормативными документами. Отдельные требования настоящих правил могут применяться для таких электроустановок в той мере, в какой они по исполнению и условиям работы аналогичны электроустановкам, рассмотренным в настоящих правилах.

Требования настоящих правил рекомендуется применять для действующих электроустановок, если это повышает надежность электроустановки или если ее модернизация направлена на обеспечение требований безопасности. По отношению к реконструируемым электроустановкам требования настоящих правил распространяются лишь на реконструируемую часть электроустановок. ПУЭ разработаны с учетом обязательности проведения в условиях эксплуатации планово-предупредительных и профилактических испытаний, ремонтов электроустановок и их электрооборудования.

Все трансформаторы должны допускать включение их в эксплуатацию без осмотра активной части при условии транспортирования и хранения трансформаторов в соответствии с требованиями ГОСТ 11677-75.

Трансформаторы, доставляемые заказчиком на территорию подстанции, должны быть при транспортировке ориентированы относительно фундаментов в соответствии с рабочими чертежами. Скорость перемещения трансформатора в пределах подстанции на собственных катках не должна превышать 8 м/мин.

Вопрос о монтаже трансформаторов без ревизии активной части и подъема колокола должен решать представитель шефмонтажа предприятия-изготовителя, а в случае отсутствия договора на шефмонтаж - монтирующая организация на основании требований документа, и данных следующих актов и протоколов: осмотра трансформатора и демонтированных узлов после транспортирования трансформатора с предприятия-изготовителя к месту назначения, выгрузки трансформатора, перевозки трансформатора к месту монтажа и хранения трансформатора до передачи в монтаж.

Вопрос о допустимости включения трансформатора без сушки должен решаться на основании комплексного рассмотрения условий и состояния трансформатора во время транспортировки, хранения, монтажа и с учетом результатов проверки и испытаний в соответствии с требованиями документа.

1.11 Технический расчет силового масляного трансформатора

Таблица 3 - Характеристика силового масляного трансформатора ТМ-400

Напряжение источника электропитания	U1	24 B
Частота напряжения источника электропитания	ѓ	400 Гц
Схема выпрямителя B в цепи питания	Однофазная мостовая
Напряжение на нагрузке H2	U0	12 В
Ток в нагрузке H2	I0	4,16 A
Характер нагрузок H2	Активный
Напряжение на нагрузке H3	U3	36 В
Ток в нагрузке H3	I3	0,277 A
Коэффициент мощности нагрузки H3	cosц3	0,35
Температура окружающей среды	t0	30 0C
Макс. Температура нагрева трансформатора	tTmax	120 0C
Режим работы	длительный

По соотношению величин напряжений и токов в трансформаторе и выпрямителе рассчитаем среднее значение прямого тока через диод I_Dnр,cp и наибольшее мгновенное значение обратного напряжения на диоде U_{Do бр,u,n:}