Контроль за состоянием изоляции и сушка трансформаторов

В процессе хранения, транспортирования и монтажа трансформаторов их изоляция (масло, дерево, картон, бумага, пряжа) увлажняется под воздействием окружающей среды. В процессе эксплуатации трансформаторы увлажняются как в результате теплои влагообмена между трансформатором и средой (трансформатор «дышит», осушаясь при нагреве и увлажняясь при охлаждении), так и вследствие окислительных процессов, происходящих в масле при его нагреве.

При увлажнении ухудшаются изоляционные характеристики трансформатора, что может стать причиной выхода его из строя при включении или эксплуатации.

Один из методов контроля за состоянием изоляции трансформаторов в процессе эксплуатации — это профилактические испытания. Если результаты этих испытаний отрицательны, то проводят комплеке измерений, чтобы оценить степень увлажнения изоляции трансформатора.

После длительного хранения трансформатора или нахождения его в нерабочем состоянии в неблагоприятных климатических условиях, прежде чем приступить к измерениям по оценке степени увлажнения изоляции, проводят сокращенный химический анализ и испытание электрической прочности трансформаторного масла.

Для трансформаторов мощностью до 2500 кВ • А напряжением 35 кВ включительно с расширителем, а также трансформаторов без расширителя мощностью до 100 кВ • А включительно, транспортируемых с маслом, условия включения без сушки следующие:

• 1) уровень масла — в пределах отметок маслоуказателя;
• 2) в масле нет следов воды, пробивное напряжение масла не ниже 25 кВ для трансформаторов напряжением до 15 кВ включительно и не менее 30 кВ для трансформаторов напряжением до 35 кВ;
• 3) коэффициент абсорбции R^_Q/R_]5i измеренный мегаомметром на напряжение 2500 В, не менее 1,3 при температуре 10…30 °С. Сопротивление изоляции обмоток трансформаторов R^ не нормируется, значение его указывают в паспорте трансформатора. Полученное значение сопротивления изоляции R^₀ (при одинаковых температурах) сравнивают с паспортным. Оно не должно быть ниже последнего более чем на 30%. Новое значение сопротивления изоляции R₆₀ также записывают в паспорт трансформатора с указанием даты измерения и температуры масла, при которой измеряли сопротивление;
• 4) если уровень масла ниже отметок маслоуказателя, но обмотки и переключатель покрыты маслом, или если пробивное напряжение масла снижено не более чем на 5 кВ по сравнению с требуемым, то дополнительно измеряют значение С2/С50 или tg5 обмоток в масле.

Отношение С2/С50 измеряют с помощью прибора контроля влажности типа ПКВ или ЕВ. При температуре 10…30 °С это отношение должно быть меньше 1,1… 1,3. Значение tg 5 обмоток трансформатора измеряют при помощи мостов переменного тока, например МД-16. Для указанных выше трансформаторов при температуре обмоток 10…30 °С tg 5 должен быть не более 0,015…0,026.

Для включения без сушки трансформаторов мощностью более 100 кВ • А, но менее 2500 кВ • А, напряжением до 35 кВ, транспортируемых с маслом, достаточно соблюсти условия: 1, 2 и 3, или 2, 3 и 4, или 1, 3 и 4.

Изоляцию обмоток трансформаторов можно сушить различными способами: потерями в собственном баке и токами нулевой последовательности; в сушильных печах; при помощи ламп инфракрасного света; током короткого замыкания. Однако в условиях эксплуатации получили распространение наиболее экономичные и удобные способы сушки: потерями в собственном баке и токами нулевой последовательности. И в том, и в другом случае сушку можно проводить на месте установки трансформаторов при любой температуре окружающей среды, но со сливом масла из баков.

Рис. 6.1. Схема сушки трансформатора при помощи намагничивающей обмотки:

а — однофазной; 6 — трехфазной (фазы А, В, С); 1 — нагреваемый трансформатор; 2 — намагничивающая обмотка; 3 — источник питания

Сушка потерями в собственном баке. Иногда этот способ называют индукционным. Нагрев происходит за счет потерь в баке (рис. 6.1). Чтобы получить более равномерное распределение температуры внутри бака, намагничивающую обмотку наматывают на 40…60% высоты бака (снизу), причем на нижней части бака витки располагают гуще, плотнее, чем на верхней. Провод для обмотки может быть выбран любой.

Обмотку рассчитывают следующим образом:

Число витков.

где U — напряжение источника тока, В; А — коэффициент; /— периметр бака, м.

Значение А определяют по таблице 6.3 в зависимости от удельных потерь мощности (кВт/м²).

где kj — коэффициент теплоотдачи, кВт/(м² • *С); для утепленного бака kj = — 5 кВт/(м² • *С), для неутепленного к_т = 12 кВт/(м² • *С); F— площадь поверхности бака трансформатора, м²; Fq — площадь поверхности бака, занятая обмоткой, м²; /_к — температура нагрева бака; обычно равна 105 *С; /q — температура окружающей среды, *С.

б.З. Зависимость А от удельных потерь мощности ДР

Сила тока в обмотке (А).

где cos <�р = 0,5…0,7 для трансформаторов с гладкими или трубчатыми баками; для трансформаторов с ребристыми баками cos <�р = 0,3.

Чем толще стенки бака, массивнее детали наружного крепежа, тем выше значение cos (р.

Температуру нагрева трансформатора можно регулировать изменением подводимого напряжения, изменением числа витков намагничивающей обмотки, периодическими отключениями питания намагничивающей обмотки.

Сушка токами нулевой последовательности (ТНП). Этот способ отличается от предыдущего тем, что намагничивающей обмоткой служит одна из обмоток трансформатора, соединенная по схеме нулевой последовательности (рис. 6.2). Трансформаторы, применяемые в сельской электрификации, чаще всего имеют 12-ю группу соединения обмоток. В этом случае очень удобно использовать в качестве намагничивающей обмотку низшего напряжения (НН), которая имеет выведенную на нуль точку.

При сушке трансформатора токами нулевой последовательности нагрев происходит за счет потерь в намагничивающей обмотке, в стали магнитопровода и его конструктивных деталях, а также в баке от действия потоков нулевой последовательности. Таким образом, при сушке трансформаторов токами нулевой последовательности имеются внутренние и внешние источники теплоты. Эта сушка представляет собой как бы сочетание двух способов сушки: током короткого замыкания и потерями в собственном баке. Параметры сушки трансформаторов токами нулевой последовательности можно определить следующим образом. Мощность, потребляемая намагничивающей обмоткой (кВт):

Рис. 6.2. Схема сушки трансформатора токами кулевой последовательности:

1 — потенциал-регулятор; 2 — обмотка низшего напряжения (НН); обмотка высшего напряжения (ВН).

где АР — удельный расход мощности, кВт/м².

Для трансформаторов без тепловой изоляции бака, сушка которых протекает при температуре активной (выемной) части 100… ПО ^вС и окружающей среды 10…20 °С, можно принять АР = 0,65…0,9 кВт/м². Меньшее значение удельной мощности принимают для трансформаторов меньшей мощности.

Подводимое напряжение при соединении намагничивающей обмотки в звезду.

где го — полное сопротивление нулевой последовательности фазы обмотки, Ом; его можно определить опытным путем;

Чем больше мощность трансформатора, массивнее детали его внутреннего крепежа, толще стенки бака, меньше расстояние между магнитопроводом и баком, тем больше значение cos ср. Значение его также можно определить опытным путем.

Силу фазового тока сушки (А), необходимого для выбора измерительных приборов и площади поперечного сечения подводящих проводов, для трансформаторов с трубчатыми баками можно найти из выражения.

где /_к — сила номинального тока, А;5_Н — номинальная мощность трансформатора, кВ • А.

При внутреннем источнике теплоты сушка трансформаторов токами нулевой последовательности характеризуется значительно меньшими потреблением мощности (до 40%) и временем сушки (тоже до 40%) по сравнению с сушкой трансформатора потерями в собственном баке.

Недостаток сушки трансформаторов токами нулевой последовательности заключается в том, что напряжение питания нестандартное, т. е. необходим специальный источник тока. Чаще всего таким источником тока может быть сварочный трансформатор.

После сушки трансформатора выполняют его ревизию, проверяют прочность крепления изоляционных клиньев между токоведущими частями и магнитопроводом — расклиновку обмоток, определяют сопротивление изоляции стяжных шпилек магнитопровода (должно быть не ниже 5 МОм для трансформаторов напряжением до 35 кВ включительно), подтягивают все болтовые соединения. Температура трансформатора при ревизии должна быть на 5… 10 °C выше температуры окружающего воздуха.

Продолжительность пребывания активной части трансформатора на открытом воздухе не должна превышать 16 ч в сухую погоду (относительная влажность воздуха до 75%) и 12 ч во влажную (относительная влажность воздуха свыше 75%). Все трансформаторы после заливки маслом до включения выдерживают 48 ч в теплом помещении и 120 ч в холодном.