XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

Электрические силовые трансформаторы являются наиболее ответственными элементами в схеме любой электрической подстанции. Общее число электрических трансформаторов, установленных на подстанциях энергетических систем, промышленных и агропромышленных предприятий, в городских и сельских электросетях, исчисляется сотнями тысяч. Это объясняется тем, что электроэнергия на пути от генераторов электростанций к электроприёмникам – потребителям электроэнергии, как правило, неоднократно трансформируется. [1]

Проблемы: Опыт эксплуатации трансформаторов показал, что на ведение температурного режима трансформаторов персоналу приходится тратить достаточно много рабочего времени. Аварийные ситуации, черезмерная загрузка персонала, отсутствие опыта, в порой, и халатность могут привести или к черезмерному перегреву, или охлаждению масла втрансформаторахиз-за отсутствия контроля за температурным режимом.

Низкая температура масла верхних слоёв не желательна, а порой и не допускается из-за увеличения вязкости трансформаторного масла, что отражается на способности масла отводить тепло. Это в первую очередь объясняется уменьшением скорости циркуляции масла. Низкая температура масла отрицательно влияет на режим работы электродвигателей насосов системы охлаждения (Можно дать ссылку текстом на ПТЭЭ что включение трансформатора при температуре масла ниже -25 градуса производится без насосов), которые при низких температурах масла начинают работать с перегрузкой и быстро выходят из строя, что в итоге снижает надёжность трансформаторов.

Высокая температура верних слоёв масла не допускается, она ограничена величиной 75^ᴼС для системы ДЦ и 90 ^ᴼС для системы Д. Работа с температурой верхних слоёв масла близкой к максимальной не рекомендуется из-за опасности перегрева.[2].

1.1 Cистемы охлаждения силовых трансформаторов

Охлаждение типа Д

Система охлаждения трансформатора Д – с дутьем и естественной циркуляцией масла. Трансформаторы данной системы охлаждения конструктивно имеют вентиляторы обдува, устанавливаемые в навесные радиаторы, по которым циркулирует трансформаторное масло.

Обдув трансформатора данной системы охлаждения включается при достижении температуры верхнего слоя трансформаторного масла 55 и более град., либо при достижении номинальной нагрузки трансформатора, не зависимо от температуры масла. Система охлаждения Д является более эффективной и используется для трансформаторов номинальной мощностью 16-80 МВ*А.

Системы охлаждения ДЦ, НДЦ

Система охлаждения ДЦ отличается от системы Д наличием принудительной циркуляции масла. Вентиляторы обдува, как и в системе Д охлаждают радиаторные трубы. По радиаторным трубам непрерывно циркулирует трансформаторное масло, которое перекачивается электрическими насосами, встроенными в маслопроводы бака трансформатора.

Быстрая циркуляция масла по радиаторам и их обдув обеспечивают высокую теплоотдачу. Благодаря данной системе охлаждения значительно снижены габариты силового трансформатора (автотрансформатора) и увеличена их номинальная мощность до пределов 63-160 МВ*А.

Принудительная циркуляция масла позволяет отойти от традиционной конструкции трансформаторов - бак трансформатора и охладитель могут стоять раздельно, соединенные между собой маслопроводами.

В отличие от охлаждения типа Д, вентиляторы обдува охлаждения ДЦ должны быть всегда включены в работу вместе с насосами принудительной циркуляции масла. В случае отключения одной из систем охлаждения трансформатор не может находиться в работе.

НДЦ отличается от охлаждения ДЦ наличием направленного потока масла, что позволяет повысить эффективность охлаждения и соответственно увеличить мощность трансформатора, не изменяя его размер.

Системы охлаждения Ц, НЦ

Трансформаторы и автотрансформаторы мощностью от 160 МВ*А оборудуются системами охлаждения типа Ц. Это охлаждение масляно-водяное, по радиаторам трансформатора осуществлена циркуляция не только масла, но и воды.

Вода принудительно циркулирует по трубкам охлаждающего устройства, между которыми, в свою очередь, циркулирует трансформаторное масло. Перед входом в охладитель монтируются специальные датчики температуры для контроля температуры циркулируемого масла, которая не должна превышать 70 град.

Устройства принудительной циркуляции масла и воды должны быть всегда в работе, не зависимо от температуры и нагрузки, они должны включаться в работу автоматически одновременно с подачей напряжения на трансформатор (автотрансформатор).

При наличии конструктивно нескольких охладительных устройств, количество их одновременного включения в работу определяется величиной нагрузки и температурой охлаждающей среды - трансформаторного масла.

Данная система охлаждения одна из наиболее эффективных систем, но ее основным недостатком является сложность конструктивного исполнения и эксплуатации.

Для трансформаторов (автотрансформаторов) мощностью от 630 МВ*А применяется более эффективная масляно-водяная система охлаждения с направленным потоком масла - НЦ.[3]

Варианты классификаций охлаждения масляных силовых трансформаторов представлена в таблице №1.

Таблица №1 - Классификации охлаждения масляных силовых трансформаторов.

1.2 Принцип элегазовогобарботирования трансформаторного масла

Принцип элегазовогобарботирования трансформаторного масла лежит в основе полезной модели «Установка для охлаждения масляного трансформатора». Он заключается в том, что теплосъем с активной части трансформатора осуществляется трансформаторным маслом с циркулирующим в нем элегазом. Элегазовые пузырьки, всплывая, уносят с собой частички масла, которые последовательно отделяются от элегаза в баке-расширителе, фильтрах грубой и тонкой очистки. Далее элегаз охлаждается в холодильнике и попадает в специальную емкость, откуда подается компрессором в бак с минеральным маслом через равномерно расположенные в нижней части бака трубки с клапанами-распределителями. Непосредственно в зоне расположения обмотки трансформатора установлен датчик температуры, выход которого подключен к входу блока управления. При нагревании активной части трансформатора (обмотки и магнитопровод) выше установленного значения блок управления выдает сигналы включения на управляющие входы компрессора и холодильника; при снижении температуры активной части трансформатора ниже заданного значения блок управления подает сигналы отключения на управляющие входы компрессора и холодильника. При отсутствии перегрузок, а значит, перегрева трансформатор работает в обычном режиме, т.е. охлаждение активной части осуществляется циркулирующим трансформаторным маслом. Применение холодильника позволяет повысить эффективность охлаждения элегаза, а соответственно, — трансформаторного масла и активной части трансформатора. Холодильник представляет собой термоэлектрический модуль, работа которого основана на явлении термоэлектрической эмиссии.. В свою очередь каждый из таких переходов имеет тепловой контакт с одним из двух радиаторов. В результате прохождения электрического тока определенной полярности образуется перепад температур между радиаторами модуля: один радиатор работает как холодильник, другой радиатор нагревается и служит для отвода тепла.

Рис. 1 Структурная схема установки для охлаждения масляного трансформатора

Основным преимуществом термоэлектрического модуля является то, что он позволяет получить значительный температурный перепад — в несколько десятков градусов, т.е. обеспечить эффективное охлаждение элегаза, а это, в свою очередь, обеспечивает более эффективное охлаждение активной части трансформатора.

Патент РФ на полезную модель № 167206. Установка для охлаждения масляного трансформатора. Правообладатель ФГБОУ ВО УГНТУ / Баширов М.Г., Хисматуллин А.С., Переверзев А.И. Заявка № 2016124531. Приоритет полезной модели 20 июня 2016. Зарегистрировано в гос. реестре полезных моделей Российской Федерации 08.12.2016. Срок действия патента истекает 20.06.2026.

«Установка для охлаждения масляного трансформатора» включает в себя последовательно соединенные трубками емкость, заполненную элегазом, компрессор, трубки с равномерно расположенными на них клапанами-распределителями, бакрасширитель, фильтры тонкой и грубой очистки. Между выходом фильтра тонкой очистки и входом в емкость с элегазом включен холодильник; в зоне расположения обмотки трансформатора установлен датчик температуры, выход которого подключен к входу блока управления, а выходы блока управления подключены к управляющим входам компрессора и холодильника.[4]

Заключение

Обеспечение безаварийной работы силовых трансформаторов, определяет надёжность энергосистемы в целом, поэтому совершенствование его работы, в том числе автоматизация всех этапов его работы всегда будет перспективной и важной областью исследования. [2]

Барботирование масла пузырьками элегаза позволяет более эффективно охлаждать его, а соответственно и активную часть масляных трансформаторов. Такой способ охлаждения силовых масляных трансформаторов — современное, более эффективное решение для использования на предприятиях и является новым направлением развития трансформаторостроения.[4]

Уделяя внимание этому вопросу, мы повышаем конкурено способность России в области электроэнергетики на мировом уровне, и повышаем качество электроснабжения нашей страны.

Литература

1. Введение // [rza.org.ua] URL:https://rza.org.ua/down/open/Zashchita-transformatorov-10-0-4kV--SHabad-M-A-_76.html (дата обращения 02.12.21)

2. Мальцева М.Ю. Магистерская Диссертация. Автоматизация системы охлаждения силовых трансформаторов Саяно-Шушенской ГЭС Саяногорск, Черемушки 2018- 62 с

3. Cистемы охлаждения силовых трансформаторов // [electricalschool.info] URL:http://electricalschool.info/spravochnik/maschiny/1959-sistemy-okhlazhdenija-silovykh.html (дата обращения 11.12.21)

4. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. Том24, №1, 2018 - 49 с