Прогрев и сушка трансформаторов.

Контрольный прогрев в масле производят в интервале температур от 40 до 60 °С. Цель этой операции сводится к тому, чтобы определить сохранность изоляционных свойств активной части трансфоматоров 220—750 кВ, а также 110 кВ мощностью более 80 МВА.

Для того чтобы прогреть железо и изоляцию активной части, температуру верхних слоев масла поднимают на 7—10 °С выше температуры, указанной в заводском протоколе, после чего выдерживают несколько часов и снижают до необходимой для измерения.

Для выравнивания перепада температур нижних и верхних слоев масла желательно под дно бака трансформатора установить специальные электропечи с закрытой спиралью. Если к моменту прогрева на трансформаторе еще не установлен расширитель, необходимо оставить компенсационный объем под крышкой трансформатора на повышение уровня масла при нагреве, а во избежание опасных давлений изнутри необходимо в крышке бака оставить какое-нибудь отверстие для сообщения с атмосферой.

Контрольный прогрев трансформатора можно осуществить как переменным, так и постоянным током в зависимости от возможностей и условий монтажной площадки. Эту операцию можно выполнить при помощи намагничивающей обмотки, намотанной на утепление бака; при помощи токов нулевой последовательности; при помощи токов КЗ, если возможна подача в обмотку трансформатора необходимого напряжения; при помощи постоянного тока, если на площадке имеется источник постоянного тока достаточной мощности, или при помощи циркуляции масла через электронагреватели.

Контрольная подсушка трансформаторов в масле производится при небольших увлажнениях изоляции обмоток трансформаторов, а также в следующих случаях:

при увлажнении масла и нарушении герметичности; при хранении силовых трансформаторов без масла или доливки масла (время хранения не должно превышать более 1 года);

при пребывании активной части СТ в разгерметизированном состоянии свыше допустимого, но не более чем вдвое;

при характеристиках изоляции, измеренных после монтажа, не со- ответствующих нормам.

Подсушка трансформаторов может быть выполнена теми же способами нагрева, что и при контрольном прогреве. В связи с созданием вакуума при подсушке должен быть обязательно демонтирован расширитель, а уровень масла в этом случае в баке трансформатора должен быть на 150—200 мм ниже крышки бака. Перед подсушкой во внутрь трансформатора закладывается технологический бачок с образцами электрокартона из макета изоляции.

При контрольной подсушке масло из бака 2 трансформатора сливается в бак 5 (рис. 3.6), в баке 2 создается вакуумным насосом вакуум. Затем бак заливают маслом под вакуумом до уровня 150—200 мм ниже крышки бака, включают подогревательную установку, доводят температуру верхних слоев масла до +80 °С и прогревают СТ определенное время в зависимости от его мощности [2].

Рис. 3.6. Технологическая схема контрольной подсушки изоляции трансформатора в масле: 1 — вакуумный насос; 2 — трансформатор; 3 — масляный насос; 4 — обратный клапан: 5 — бак для слива масла

В период прогрева осуществляется циркуляция масла с помощью насоса 3. После окончания прогрева из СТ сливают масло под вакуумом в бак 5 и охлаждают СТ также под вакуумом 20 ч до температуры 20—25 С, а затем, не снимая вакуума, заливают в СТ масло.

После окончания подсушки проверяют влагосодержание образцов изоляции толщиной 0,5; 1,0 и 3,0 мм и сравнивают результаты влагосодержания с измеренными ранее. Подсушка считается удовлетворительной, если влагосодержание образцов не превышает 1 %. В противном случае подсушку повторяют.

Контрольную подсушку можно выполнить и принципиально другим способом — подсушкой с использованием ловушки для вымораживания паров конденсата. Этот способ производится с полным сливом масла из трансформатора и при возможном глубоком остаточном давлении.

Контрольная подсушка СТ без масла производится при помощи установки «Иней» методом низкотемпературной обработки изоляции, которая основана на удалении паров воды из твердой изоляции при помощи низкотемпературной ловушки паров воды в условиях глубокого вакуума. Температура поверхности ловушки составляет от минус 70 °С до минус 80 °С; при этом давление насыщенных паров влаги 10 Па.

Для поддержания необходимой интенсивности сушки СТ в вакууме используется тепло, аккумулированное магнитопроводом и металлическими частями СТ при температуре изоляции обмоток +20 С. Низкотемпературная подсушка СТ осуществляется по схеме, приведенной на рис. 3.7. До начала подсушки проверяют герметичность бака СТ. При этом повышение давления за 1 ч не должно превышать 665 Па. при включении на подсушку остаточное давление должно составлять не более 130 Па, а в процессе подсушки — не более 30 Па. Температура в ловушке в процессе сушки не должна превышать минус 70 °С.

Рис. 3.7. Схема низкотемпературной полсушки изоляции силовых трансформаторов: 1 — трансформатор; 2 — мановакуумметр; 3 — вакуумметр ВТ-3 или ВСБ-1; 4 — задвижка трансформатора; 5 — технологический бачок; 6 — вакуумный затвор; 7 — ловушка; 8 — смесь ацетона и сухого льда; 9 — термометр: 10 — вентиль; 11 — датчик: 12 — вакуумметр; 13—вакуумный насос 2ДВ-500: 14 —вакуумный насос ВН-6Г

Во время сушки пары, образованные при испарении влаги из изоляции, отсасываются вакуумным насосом 13 вместе с воздухом, натекающим через неплотности бака трансформатора. При этом пары воды и воздух проходят через ловушку 7, где пары воды, соприкасаясь с охлажденной до минус (70— 78) °С внутренней поверхностью ловушки, интенсивно конденсируются, а воздух удаляется вакуумными насосами 13 и 14.

Отбор конденсата производится один раз в сутки через вентиль 10. Процесс подсушки контролируется по выделению конденсата, скорости снижения давления в баке трансформатора при проверке герметичности, измерению ДС/С обмоток, по абсолютному давлению в баке трансформатора.

Критериями окончания подсушки являются выделение конденсата менее 0,5 кг в сутки при давлении в баке 26 Па, стабилизация значения ДС/С обмоток в течение суток. При использовании названного метода уменьшается расход электроэнергии, снижаются трудозатраты, обеспечивается пожаробезопасность и т. д.

Сушка изоляции трансформаторов без масла производится при значительном увлажнении изоляции, а также в следующих случаях:

на активной части или баке СТ обнаружены следы воды; индикаторный силикагель потерял голубой цвет;

хранение СТ без масла продолжалось более одного года;

продолжительность пребывания активной части в разгерметизированном состоянии превышает вдвое допустимое время;

неудовлетворительные результаты контрольной подсушки.

Этот технологический процесс протекает при температуре 90—105 °С и возможном глубоком остаточном давлении. Осуществляется он в собственном баке трансформатора индукционным методом с дополнительным обогревом дна бака (рис. 3.8) или в вакуумсушильном шкафу, обогреваемом паром или электроэнергией.

Контроль за температурой ведется термопарами, установленными в наиболее горячих местах активной части и бака. Контроль за температурой должен осуществляться по всему объему активной части, причем не допускается завышение температуры на изоляции выше 105 °С из-за ее быстрого старения и остывания ниже температуры 90—95 °С, так как это может сказаться на качестве сушки.

Для контроля состояния изоляции все обмотки трансформатора закорачиваются и выводятся через крышку временными фарфоровыми вводами класса напряжения не менее 10 кВ.

Рис. 3.8. Примерная электрическая схема прогрева и сушки трансформаторов методом индукционных потерь: 1—бак трансформатора; —намагничивающая обмотка: 2—схема намагничивающей обмотки; 4—электрические печи донного подогрева

Перед сушкой масло удаляют и бак насухо протирают. Выемную часть опускают в бак и крышку герметично крепят болтами. Для нагрева на бак наматывают обмотку, причем под нее предварительно подкладывают тепловую изоляцию (асбест или стеклоткань).

Обмотку накладывают не на весь бак, а на 40—60 % его высоты в нижней части трансформатора, чтобы температура распределялась более равномерно. Если нет асбеста или стеклоткани, подкладывают деревянные рейки толщиной 1 —2 см. Провод для обмотки рекомендуется взять с асбестовой изоляцией. При трубчатых или ребристых баках обмотку наматывают поверх труб или ребер. Для дополнительного подогрева под дно бака ставят электропечь.

Обмотка, подключенная к источнику переменного тока (сеть 220—380 В) или к сварочному трансформатору, обтекается током, магнитный поток создает в стенках бака индукционные токи, нагревающие его.

Когда температура обмоток трансформатора достигает 85—100 °С, включается вакуумнасос, и образуется повышенный вакуум до 20 МПа для удаления паров из бака. В дальнейшем ежечасно вакуум уменьшают на 6 МПа и доводят до предельно допустимого для данного бака.

Сушка должна производиться при температуре обмоток не выше 100 "С и бака не выше 120 °С. Регулирование следует производить включением и отключением обмотки или частичным отключением витков.

Остатки масла в процессе сушки удаляют через отверстие в дне бака и специальный отборник с двумя вентилями, позволяющими сливать остатки масла при имеющемся остаточном давлении в баке.

Для циркуляции воздуха в трансформаторе необходимо к нижней задвижке присоединить трубу с краном и фильтром для очистки подсасываемого воздуха. Как правило, это устройство подводят к печам, которые устанавливают под дном трансформатора. Таким образом при включенной системе циркуляции в бак с активной частью попадает очищенный теплый воздух.

Сушка считается законченной, если в течение 48 ч (при постоянных температурах и остаточном давлении) значения R60, tgS и ДС/С остаются постоянными и не выделяется конденсат.

При этом продолжительность сушки с момента достижения предельных значений остаточного давления должна быть не менее: 15 суток для трансформаторов 750—330 кВ, 12 суток для трансформаторов 220—110 кВ. После окончания сушки, оставляя остаточное давление и не останавливая вакуумнасоса, отключают нагрев и температуру активной части доводят до 65—85 °С.

После этого производят заливку горячим 50—60 °С маслом (не снижая остаточного давления) со скоростью не более 3 т/ч.

Затем сливают масло, производят ревизию после сушки и окончательную заливку маслом согласно инструкции.

При прогреве индукционным методом необходимо иметь источник питания переменного тока, утепляющую асбестовую ткань, провод типа ПР-500 и АПР-500 или МГ и А сечением от 70 до 120 мм для намотки индукционной обмотки и асбоцементные или деревянные рейки.

В зависимости от необходимой мощности прогрева, определяемой эмпирическим путем, индукционные обмотки могут быть различных схем и конструкций [2]. Расчет мощности однофазной намагничивающей обмотки для трансформаторов массой более 100 т выполняют по формуле

где Р —необходимая мощность намагничивающей обмотки, кВт; F—полная поверхность бака СТ, м2; toкр—температура окружающего воздуха.

Расчет необходимого числа витков однофазной намагничивающей обмотки выполняют по удельному расходу мощности, кВт/м2:

где F0 — площадь бака, на которую накладывается обмотка, равная произведению длины периметра бака / на высоту обмотки h, м2. По таблицам [2] в зависимости от Р выбирают коэффициент А, после чего количество витков обмотки определяют по формуле

где U—напряжение, подводимое к обмотке, В. При этом ток в обмотке , А,

а сечение провода обмотки

где j — допустимая плотность тока, А/мм2; cosф) —коэффициент .мощности обмотки.

При намотке трехфазных обмоток методика расчета остается той же. Разница заключается в том, что расчет ведется на одну фазу обмотки, мощность которой должна быть в три раза меньше мощности всей обмотки, определяемой формулой (3.4):

Для увеличения результирующего магнитного потока направление тока в средней фазе должно быть обратным по отношению к двум крайним фазам, а для выравнивания токов по обмоткам количество витков этой фазы должно составлять 40 % от расчетного, т. е. wДЕФ=0.4wФ.

Для компенсации реактивного тока используют батареи статических конденсаторов или другую компенсирующую емкость, значение которой, мкФ, определяется по формуле

где Р — мощность, необходимая для прогрева трансформатора, определяемая по формуле (3.4), кВт; U—подводимое напряжение сети, В.

Фазы батареи статических конденсаторов соединяются по схеме треугольника и параллельно подключаются к индукционной обмотке.

Прогрев или сушка трансформаторов токами нулевой последовательности производится за счет тепла, выделяемого в активной стали трансформатора, конструкционных деталях магнитопровода и в баке трансформатора от вихревых токов, образующихся под действием переменного магнитного поля.

Магнитное поле возбуждается рабочими обмотками трансформатора, которые соединяются по схеме нулевой последовательности.

Такую схему можно создать в том случае, если:

а)обмотки трехфазного трансформатора собраны по схеме звезды и имеют нулевой вывод;

б) обмотки трехфазного трансформатора собраны по схеме треугольника и возможен разрыв для подключения напряжения;

в)обмотки однофазного трансформатора имеют нулевой вывод или ветви с разным направлением намотки.

Расчет значений мощности, напряжения и тока при прогреве СТ токами нулевой последовательности для конкретного трансформатора производится по специальным эмпирическим формулам [2].

Метод прогрева трансформаторов током КЗ сводится к использованию тепла, которое выделяется в меди обмоток трансформатора. В этом случае к первичной обмотке трансформатора подводят напряжение, равное или близкое к UK. а вторичную заворачивают. В обмотках трансформатора протекает номинальный ток.

Прогрев трансформаторов постоянным (выпрямленным) током используется при контрольном прогреве и подсушке трансформаторов. Сравнительно небольшая трудоемкость при подготовке к прогреву, эко- номичность и большая скорость подъема температур обеспечивают этому методу частое практическое применение.

Прогрев трансформаторов выполняется при помощи выпрямителя типа КВТМ-280/0.5, собранного на неуправляемых вентилях типа ВК-2-500/5Б и имеющего девять ступеней регулировки напряжения при максимальном токе, равном 1800 А.

Установка типа ВУ-650 собрана как на неуправляемых, так и на управляемых вентилях и может плавно регулировать напряжение от 0 до 560 В при максимальном токе 650 А.

В качестве источников постоянного тока также могут быть использованы и вращающиеся машины постоянного тока: возбудители, генераторы и т.д.

Подготовка к прогреву трансформатора начинается с расчета параметров схемы. Затем подключается выпрямительная установка и измерительные приборы тока и напряжения.

При подключении кабелей и проводов на стороне выпрямленного тока следует тщательно проверять состояние контактов и соответствие выбранного сечения проводов. В случае разрыва цепи постоянного тока возникают большие перенапряжения, способные повредить изоляцию трансформатора. С этой точки зрения обмотки трансформатора следует надежно закорачивать.