Устройство силовых трансформаторов

УСТРОЙСТВО И МОНТАЖ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Общие сведения

Силовые трансформаторы сооружаются различных мощностей до 1000 МВ-А при напряжениях до 750 кВ и выше.

Трансформаторы разделяются: по числу фаз — на однофазные и трехфазные; по числу обмоток на фазу — на двухобмоточные и- трехобмоточные; по типу магнито - провода — на стержневые и броневые; по способу охлаждения— на сухие (с воздушным охлаждением), масляные, совтоловые; по системе охлаждения — с масляным дутьевым охлаждением и естественной циркуляцией масла, с масляным дутьевым охлаждением и принудительной циркуляцией масла; с масляно-водяным радиатором и естественной циркуляцией масла, с масляно-водяным радиатором и принудительной циркуляцией обеих сред.

В зависимости от мощности и напряжения трансформаторы разделяются на семь габаритов (табл.).

Таблица Характеристика силовых масляных трансформаторов

Габарит	Напряжение, кВ	Мощность. кВ.А
	6-10	16, 25, 40, 63, 100
	До 35	125, 160, 250, 400, 630
		1000, 1600, 2500, 4000, 6300
		10 000, 1,000, 25 000, 32 000, 40 000 63000, 80 000
		2500, 6300, 10 000, 16 000, 25 000 32 000, 40 000, 63 000, 80 000
	150—220	До 40 000
		100 000—400 000
	150—220	63 000—320 000
	150 и 220	400 000 и выше
	330 и 500	Все трансформаторы и автотрансформаторы
	750 и выше	То же

Устройство силовых трансформаторов

Трансформатор состоит из магнитопровода 13 (рис. обмоток 17, жестко закрепленных на нем. Для! от воздействий окружающей среды они помещены в стальной бак 1. Бак герметически закрыт

крышкой 6 через которую с помощью проходных изоляторов (вводов) 7, 8, 9 обмотки выведены наружу. Над крышкой расположен расширитель 12, сообщающийся трудам с баком. В разрез соединительного трубопровода установлено газовое реле 11. Непосредственно из баканаружу через крышку выведена выхлопная труба 10, нормально закрытая мембраной. Труба предназначена для аварийных выбросов газов и масла наружу. На крышке смонтирована рукоятка 4 переключателя напряжения. Переключатель напряжения 16 расположен под крышкой и соединен с рукояткой валом, проходящим сквозь крышку в сальниковом уплотнении. Контакты переключателя могут быть электрически соединены с теми или иными регулировочными ответвлениями 18 обмоток высшего напряжения 17. Крышка шпильками соединена с магнитопроводом установленным на дно бака. Наружная резьбовая часть подъемных шпилек предназначена для навертывания съемных грузовых колец (рымов).

При работе трансформатор нагревается, так как в проводниках обмоток и в стали магнитопровода происходят потери энергии. Для интенсивного удаления избытка теплоты внутренний объем бака заполнен специальным минеральным маслом. При этом часть масла находится в расширителе, что исключает наличие воздушных пузырей под крышкой. Этому способствует небольшой уклон крышки в сторону, противоположную расширителю.

Устройство трансформаторов усложняется по мере роста их мощности. Так, при мощности до 25 кВ-А баки выполняют гладкими. При мощностях 63—1600 кВ-А баки оборудуют одним, двумя или тремя рядами охладительных труб. При более высоких мощностях устанавливают радиаторы и т. д.

Расширитель необходим для трансформаторов мощностью не ниже 25 кВ-А и напряжением 6 кВ. При отсутствии расширителя в маломощных трансформаторах уровень поверхности масла располагается ниже крышки. Пространство под крышкой должно обеспечивать температурные изменения объема масла. Объем этого пространства составляет около 10 % объема масла. Крышка бака трансформатора без расширителя снабжена пробкой с отверстием для прохода воздуха при изменениях объема масла. На баке установлен стеклянный трубчатый маслоуказатель, действующий по принципу сообщающихся сосудов.

Выхлопные трубы необходимы для трансформаторов мощностью 1000 кВ-А и более. При этих же мощностях трансформаторы имеют термосигнализатор — дистанционный контактный термометр. При меньших мощностях для измерения температуры масла служит стеклянный термометр. Термоприборы устанавливают на крышке бака. Пробивные предохранители применяют в трансформаторах для защиты от перенапряжений обмоток напряжением до 1 кВ. Предохранитель представляет собой искровой разрядник, пробиваемый при возникновении на обмотке НН высокого потенциала. Разрядник предохранителя включают между цепью обмотки НН и заземлением. При пробое промежутка разрядника обмотка заземляется и ее потенциал становится равен потенциалу земли.

Стальной бак трансформатора представляет собой сварную конструкцию овальной формы. Для создания необходимой поверхности охлаждения стенки бака делают гофрированными, вваривают в них вертикальные трубы, сообщающиеся с внутренним объемом бака, или устанавливают наружные трубчатые радиаторы 2 (рис. 26). Для охлаждения мощных трансформаторов применяют наружный обдув радиаторов вентиляторами в сочетании с принудительной циркуляцией масла. В тех случаях, когда и эти меры оказываются недостаточными для эффективного охлаждения активной части, применяют выносные масляно-водяные теплообменники с естественной или принудительной циркуляцией масла.

Расширитель (рис. 27) предназначен для компенсации масла в баке в связи с изменением его объема при нагреве и охлаждении трансформатора. Расширители старых образцов были цельносварными. Это затрудняло их ремонт, так как бак 2 расширителя приходилось разрезать, а после ремонта сваривать. В настоящее время расширители выпускают с одним съемным днищем. На нем устанавливают маслоуказатель 1. В новых типах трансформаторов верхнее отверстие маслоуказа- теля сообщается не с атмосферой, а вводится в верхнюю полость расширителя, не заполненную маслом. Это повышает герметичность трансформатора. На маслоука- зателе нанесены метки, соответствующие нормальному объему масла при температурах +40, +15 и —■45 °С неработающего трансформатора.

Осушитель воздуха (рас, 28,а) предназначен для снижения влажности воздуха, всасываемого в расшири> тель в результате температурных изменений объема масла.

При установившейся температуре масла его объем не изменяется. В этом режиме поверхность масла в расширителе изолирована от кислорода воздуха гидравлическим масляным затвором 2. Уменьшение объема масла приводит к снижению давления над его поверхностью. Под действием атмосферного давления уровень масла в наружной чаше затвора будет снижаться до тех пор, пока под колпак последнего не проникнет атмосферный воздух. Этот воздух проходит через активное вещество осушителя, теряет большую часть влаги и поступает в расширитель, повышая давление над поверхностью масла до атмосферного. Путь воздуха на рисунке показан стрелками (рис. 28,6).

Газовое реле служит для защиты трансформатора от внутренних повреждений и снижения уровня масла. Внутренние повреждения трансформатора так или иначе связаны с нагревом масла и выделением газов. При местных нагревах газы выделяются постепенно в виде пузырьков. Серьезные повреждения сопровождаются возникновением электрической дуги, которая вызывает бурное разложение масла, резкое увеличение его объема и быстрый переток масла из бака в расширитель.

Газовое реле — поплавковое ПГ-22 (рис. 29, а) или чашечное РГЧЗ-66 (рис. 29,6)-—устанавливают в разрез трубопровода, соединяющего бак с расширителем. Скопление газов под крышкой реле

приводит к понижению уровня масла. Верхний поплавок или чашка с маслом 9 поворачивается вокруг оси 8 и замыкает ртутный или обычный контакт 5. При этом подается сигнал о неисправности трансформатора. Дальнейшее понижение уровня масла вызывает поворот нижнего поплавка или чашка 10 относитесь оси 8 и замыкание ртутного или обычно отключается от действия защиты.

При бурном газообразовании в трансформаторе газомасляный поток давит на поплавок 10 или лопатку 12, вынуждая их поворачиваться и замыкать контакты 2. Происходит аварийное отключение трансформатора.

В верхнее положение чашки реле РГЧЗ-66 возвращается усилием пружин при заполнении его объема маслом. Подвижные контакты этого реле запрессованы в изоляционные стойки 11, они неподвижны и укреплены на изоляторах рамки 7. Корпуса обоих реле снабжены фланцами и смотровыми стеклами для визуального контроля за уровнем масла.

Реле типа РГЧЗ-66 отличаются от ПГ-22 более совершенным устройством и повышенной надежностью.

Термосифонные фильтры 19 (см. рис. 26) устанавливают на трансформаторах мощностью 160 кВ-А и выше, в которых масло в расширителе соприкасается с атмосферным воздухом. Масло при этом окисляется и увлажняется. Термосифонный фильтр предназначен для частичной очистки масла в процессе работы трансформатора. Фильтр расположен на баке подобно съемному радиатору. Масло в фильтре очищается, соприкасаясь с силикагелем, которым заполнен корпус фильтра.

В трансформаторах I—II габаритов фильтры обычно не применяют. Для этих трансформаторов используется масло с антиокислительными присадками.

Магнитопроводы являются конструктивной основой трансформаторов. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы набирают (шихтуют) из тонких (0,1—0,5 мм) листов электротехнической стали. Ранее широко применялась горячекатаная сталь. В настоящее время преимущественно применяют холоднокатаную текстурованную сталь. Магнитная проницаемость текстурованной стали вдоль направления прокатки листа в 10 раз больше, чем поперек. Электротехническая рулонная сталь выпускается с жаростойким двусторонним покрытием, выполняющим функции изоляции. Листовая сталь с двух сторон покрывается лаками № 202, № 302 или КФ-965 и запекается при температуре около 500 °С.

Шихтовку магнитопроводов производят так, чтобы магнитное сопротивление цепи потока было минимальным. Для листов текстурованной стали необходимы косые стыки (рис. 30), позволяющие использовать направленность ее магнитных свойств. Косой стык целесообразен и потому, что площадь его поперечного сечения больше, а индукция в зазоре меньше, чем при прямом стыке. В результате уменьшается ток холостого хода, пропорциональный индукции в зазоре.

Новые способы прессовки магнитопроводов показаны на рис. 31.

Сечение магнитопровода для более плотной компоновки с обмотками приближают к круглому, выполняя его в виде ступенчатого многоугольника, вписанного в окружность.

Обмотки трансформаторов изготовляют из алюминиевых (I—II габариты) или медных проводов прямоугольного или, реже, круглого сечения. В ответственных случаях применяют проводники с усиленной или теплостойкой изоляцией. Проводники больших диаметров обычно заменяют несколькими, соединенными параллельно. Это увеличивает их гибкость и снижает потери.

На стержнях сердечников обмотки обычно располагают концентрически: на стержни надевают катушки

обмотки НН, а поверх нм устанавливают катушки обмотки ВН. Такое расположение обмоток снижает перепады потенциалов между элементами активной части и позволяет выполнять изоляцию более простой конструкции и меньшей толщины.

Для увеличения механической прочности активной части и повышения динамической устойчивости обмоток к сквозным токам коротких замыканий в промежутки между стержнями магнитопроводов и катушками НН, а также между катушками НН и ВН забивают деревянные клинья.

Наибольшее распространение в трансформаторах получили цилиндритесдда, винтовые и непрерывные об\ мотки (рис. 32 и 33), 0Ш1- ‘ чающиеся друг от друга устройством.

Применяют две системы регулирования напряжения силовых трансформаторов: переключение без дения (ПБВ) и регулирование под нагрузкой (РТШ), Для осуществления регулирования по системе ПБВ трансформаторы отключают от сетей со всех сторон, что приводит к перерыву в электроснабжении подключенных к нему потребителей. В связи с тем, что ПБВ происходит в цепях без электрического тока, для регулирования напряжения возможно применять простые по устройству и недорогие переключатели. ПБВ пригодно лишь в системах электроснабжения неответственных потребителей, допускающих перерывы в работе. Устройства РПН сложны, велики по габаритам, стоят дорого и применяются в мощных трансформаторах при электроснабжениях ответственных потребителей.

В обеих системах регулирование напряжения основано на изменении коэффициента трансформации путем

увеличения или уменьшения числа витков регулировочной обмотки. В качестве регулировочной используют ту обмотку, ток в которой меньше, чем в других обмотках. Обычно регулировочной бывает обмотка высшего напряжения.

В регулировочных обмотках трансформаторов с ПБВ предусматривают пять отводов для регулирования напряжения переключением ступеней по 2,5 %, в пределах ±5 % номинального напряжения. Средние отводы соответствуют номинальному напряжению.

Устройства ПБВ различаются между собой числом фаз, конструкцией, типом контактов. Трехфазные в обозначении имеют букву Т. Применяют следующие типы переключателей: П и ПТ

— барабанные с кольцевым контактом; ПС и ПТС — то же, с сегментным контактом; ПЛ и ПТЛ — то же, с ламельным контактом; ПР и ПТР — реечные с ламельным контактом. Устройство одного из переключателей для прямой схемы ответвлений ПТЛ-6-200/10 (6 ответвлений, 200А, 10 кВ) показано на рис. 34.

Устройства РПН состоят из переключателя ответвлений, контакторной группы, токоограничительного элемента, привода и вспомогательной аппаратуры (автоматики, сигнализации и т.п.). Переключения осуществляют без обрыва цепи тока. Переключатель ответвлений переводится в новое положение при отсутствии тока в его цепи. Контакторы служат для коммутации цепей с токами и оборудуются устройствами гашения электрических дуг. Токоограничительные элементы (дроссель, резистор) предназначены для ограничения токов в момент короткого замыкания регулировочной ступени обмотки при безобрывном переключении. Цикл работы РПН с дросселем протекает в течение нескольких секунд. Быстродействующее РПН с резисторами отличаются малогабаритностью и простотой компоновки в трансформаторе, но изготовляются из высококачественных материалов с высоким классом точности.

Дата добавления: 2015-07-17