Силовые трансформаторы (автотрансформаторы) в зависимости от мощности и напряжения условно делят на восемь габаритов. Так, например, к нулевому габариту относят трансформаторы мощностью до 5 кВА включительно, мощностью свыше 5 кВА — до 100 кВА напряжением до 35 кВ (включительно) к I габариту, выше 100 до 1000 — к II, выше 1000 до 6300 — к III; выше 6300 — к IV, а напряжением выше 35 до 110 кВ (включительно) и мощностью до 32 000 кВА — к V габариту. Для отличия по конструктивным признакам, назначению, мощности и напряжению их подразделяют на типы.
Каждому типу трансформаторов присваивают обозначение, состоящее из букв и цифр. Буквы в типах масляных и сухих трансформаторов обозначают: О — однофазный,
Т — трехфазный,
Н — регулирование напряжения под нагрузкой,
Р — с расщепленными обмотками;
по видам охлаждения:
С — естественно-воздушное,
М — естественная циркуляция воздуха и масла,
Д — принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла, ДЦ — принудительная циркуляция воздуха и масла,
MB — принудительная циркуляция воды и естественная циркуляция масла, Ц— принудительная циркуляция воды и масла.
Вторичное употребление буква С в обозначении типа показывает, что трансформатор трехобмоточный.
Рис. 1. Устройство силового масляного трансформатора мощностью 1000—6300 кВА класса напряжения 35 кВ:
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-болт, 16 — отвод НН, 17 — остов, 18 — отвод ВН, 19 — ярмовая балка остова (верхняя и нижняя), 20 — регулировочные ответвления обмоток ВН, 21 — обмотка ВН (внутри НН), 22 — каток тележки
Цифры в числителе указывают мощность трансформатора (в киловольт-амперах), в знаменателе — класс напряжения обмотки ВН (в киловольтах), например:
ТМ-100/6 — трехфазный, с масляным охлаждением и естественной циркуляцией, мощностью 100 кВА, напряжением 6 кВ;
ТД-10000/110 — трехфазный, с дутьевым охлаждением, мощностью 10 000 кВ-А, напряжением 110 кВ;
ТДТ-20 000/110 — трехфазный, трехобмоточный, с дутьевым охлаждением, мощностью 20 000 кВ-А, напряжением 110 кВ;
ТС-630/10 — трехфазный, сухого исполнения, мощностью 630 кВ-А, напряжением 10 кВ.
В обозначении автотрансформатора добавляют букву А. Если автотрансформатор понижающий, то буква А стоит в начале обозначения, если повышающий — в конце.
В условном обозначении типа трансформатора указывают также год разработку конструкции, климатическое исполнение и категорию размещения, например:
ТДЦ-63 000/110-75У1 (У — предназначен для работы в условиях умеренного климата, 1 — на открытом воздухе).
По стандарту номинальные мощности трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов должны соответствовать ряду: 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250 и т. д. (кВА).
Составными частями масляного трансформатора являются: остов обмотки, переключающее устройство, вводы, отводы, изоляция, бак, охладители, защитные и контрольно-измерительные и вспомогательные устройства.
Конструкция, включающая в собранном виде остов трансформатора, обмотки с их изоляцией, отводы, части регулирующего устройства, а также все детали, служащие для их механического соединения, называется активной частью трансформатора. На рис. 1 показано устройство и компоновка основных частей силового масляного трансформатора мощностью 1000— 6300 кВА.
Трансформаторы малой мощности обычно выполняют с естественным воздушным охлаждением и называют «сухими». Отвод тепла в них происходит путем непосредственной теплоотдачи от нагретых поверхностей обмотки и магнитопровода к окружающему воздуху. В некоторых случаях трансформаторы малой мощности помещают в корпус, залитый термореактивными компаундами на основе эпоксидных смол или других подобных материалов.
В трансформаторах средней и большой мощности сердечник с обмотками целиком погружают в бак, наполненный тщательно очищенным минеральным (трансформаторным) маслом. Такой способ отвода тепла называют естественным масляным охлаждением. Трансформаторное масло обладает более высокой теплопроводностью, чем воздух, и хорошо отводит тепло от обмоток и сердечника трансформатора к стенкам бака, имеющего большую площадь охлаждения, чем сам трансформатор. Погружение трансформатора в бак с маслом обеспечивает также повышение электрической прочности изоляции его обмоток и предотвращает ее старение под влиянием атмосферных воздействий. Баки трансформаторов мощностью 20—30 кВА имеют гладкие стенки. В более мощных трансформаторах (например, в трансформаторах, устанавливаемых на тяговых подстанциях) для повышения теплоотдачи поверхность охлаждения увеличивают, применяя баки с ребристыми стенками или трубчатые. Нагревающееся внутри бака масло поднимается кверху, а охлаждающееся в трубах опускается вниз, создавая, таким образом, естественную циркуляцию, способствующую охлаждению трансформатора.
На э. п. с. переменного тока применяют трансформаторы с масляным охлаждением и принудительной циркуляцией масла через теплообменник, охлаждаемый воздухом. Такая система охлаждения позволяет существенно повысить индукцию в сердечнике и плотность тока в обмотках, т. е. уменьшить массу и габаритные размеры трансформатора. В систему охлаждения обычно вводят струйное реле, которое не допускает включения трансформатора, если через него не циркулирует масло.
Масло в трансформаторе во время работы нагревается и расширяется. При уменьшении нагрузки оно, охлаждаясь, возвращается к первоначальному объему. Поэтому масляные трансформаторы снабжают дополнительным баком — расширителем, соединенным с внутренней полостью бака. При нагревании трансформатора масло переходит в расширитель. Применение расширителя позволяет значительно сократить поверхность соприкосновения масла с воздухом, что уменьшает его загрязнение и увлажнение.
При работе трансформатора масло, нагреваясь, разлагается и загрязняется, поэтому его периодически очищают или заменяют. Масляные трансформаторы во избежание опасности пожара и взрыва устанавливают в специально огражденных помещениях. Наибольшая температура обмоток трансформатора не должна превышать 105 °С, сердечника — 110 °С, верхних слоев масла — 95 °С.
Для защиты от возможной аварии трансформаторы средней и большой мощности снабжают специальными газовыми реле. Газовое реле устанавливают в трубопроводе между основным баком и расширителем. При значительном выделении взрывоопасных газов, образующихся в результате разложения масла, газовое реле автоматически выключает трансформатор, предупреждая развитие аварии. В трансформаторах мощностью более 1000 кВА устанавливают также выхлопную трубу, закрытую стеклянной мембраной. При образовании большого количества газов они выдавливают мембрану и выходят в атмосферу — этим предотвращается деформация бака.
До начала монтажных работ необходимо подготовить фундамент под трансформатор, помещение трансформаторно-масляного хозяйства, баки для хранения масла со всеми коммуникациями маслопроводов, монтажные механизмы, аппараты, приспособления и инвентарь. Трансформаторное масло в количестве, необходимом для заливки (доливки) трансформатора и для технологических нужд в процессе монтажа, должно быть высушено и залито в баки, оборудованные масломерным устройством и системой дыхания). Средства пожаротушения и противопожарный пост на время прогрева и сушки трансформатора должны находиться в постоянной готовности.
На электростанциях и подстанциях напряжением 35...750 кВ применяется, как правило, открытая установка трансформаторов. Закрытую установку используют только в районах интенсивного загрязнения атмосферы и в районах жилой застройки для ограничения шума. При открытой установке в районе усиленного загрязнения рекомендуется применять трансформаторы со специальными кабельными вводами на стороне напряжением 110...220 кВ и шинными вводами в закрытых коробах на стороне низкого напряжения.
Трансформаторы массой до 2 т могут устанавливаться непосредственно на фундамент, в остальных случаях фундамент оснащается направляющими для катков трансформатора с упорами по обе стороны трансформатора после его установки на фундамент.
Трансформатор, имеющий устройство газовой защиты, устанавливается на фундамент таким образом, чтобы его крышка имела подъем по направлению к газовому реле не менее 1 %. Уклон маслопровода к расширителю при этом должен быть не менее 2 %. Такая установка обеспечивает беспрепятственное поступление газа из трансформатора в маслопровод, идущий к газовому реле, и далее к расширителю. Уклон обычно создается установкой подкладок под катки или непосредственно под дно бака (при отсутствии катков).
Для закрытой установки трансформаторов используется либо отдельное здание, предназначенное для размещения только трансформаторов и их вспомогательного оборудования (системы охлаждения, вентиляции, пожаротушения), либо трансформаторные камеры — помещения в общем здании энергетического объекта.
Каждая камера трансформатора снабжается индивидуальной вентиляционной системой, не связанной с другими вентиляционными системами здания. Система рассчитывается на отвод тепла, выделяемого при работе трансформатора с номинальной нагрузкой, и проектируется таким образом, чтобы разность температур на входе и выходе из помещения не превышала 15 0С. Конструкция вентиляционных шахт должна предотвращать попадание через них влаги на трансформатор.
В случае нарушения условий транспортирования и хранения трансформатора или при неудовлетворительных результатах предварительной оценки состояния изоляции обмоток дополнительно проверяют влагосодержание образцов изоляции, которые закладываются в трансформаторы мощностью более 80 MBА Влагосодержание образца изоляции толщиной 3 мм должно быть не более 1 %. Результаты предварительной оценки состояния изоляции учитываются при решении вопроса о включении трансформатора под напряжение без сушки.
Монтаж составных частей трансформатора производится без ревизии активной части и без подъема съемной части («колокола»), если не были нарушены условия выгрузки, транспортирования, хранения и не было других нарушений, которые могли привести к повреждениям внутри бака трансформатора. При наличии таких повреждений перед установкой комплектующих изделий необходимо произвести ревизию трансформатора. Вскрытие трансформатора для установки составных частей (вводов. встроенных трансформаторов тока и т.д.) следует производить в ясную сухую погоду. После вскрытия трансформатора изоляция обмоток предохраняется от увлажнения за счет продувки бака сухим воздухом в течение всего времени разгерметизации.
Трансформаторы, доставляемые заказчиком на территорию подстанции, должны быть при транспортировке ориентированы относительно фундаментов в соответствии с рабочими чертежами.
Силовые трансформаторы доставляют на место установки полностью собранными и подготовленными к включению в работу. Только в случаях, когда не позволяют грузоподъемность транспортных средств и стесненность габаритов, трансформаторы большой мощности доставляют со снятыми радиаторами, расширителем и выхлопной трубой.
Рассмотрим основные монтажные операции при установке трансформаторов в камере или на фундаменте ОРУ.
Трансформатор доставляют на место установки на автомашине, специальном транспорте (трейлере) или на железнодорожной платформе и устанавливают на фундамент или в камеру с помощью лебедок и полиспастов, а если позволяет грузоподъемность - кранами.
Подъем трансформаторов 630 кВА и выше производят за крюки, приваренные к стенке бака. Трансформаторы до 6300 кВА отправляют с предприятия-изготовителя заполненными маслом, менее 2500 кВА - в собранном виде, трансформаторы 2500, 4000 и 6300 кВА - со снятыми радиаторами, расширителем и выхлопной трубой.
Передвижение трансформаторов по наклонной плоскости производят с уклоном не более 15°. Скорость перемещения трансформатора в пределах подстанции на собственных катках не должна превышать 8 м/мин.
При установке трансформатора на место во избежание образования воздушных мешков под крышкой бака под катки со стороны расширителя кладут стальные пластинки (подкладки).
Катки трансформаторов укрепляют на направляющих упорами, устанавливаемыми с обеих сторон трансформатора. Трансформаторы массой до 2 т, не снабженные катками, устанавливают непосредственно на фундаменте. Корпус (бак) трансформатора присоединяют к сети заземления.
При монтаже трансформаторов (2500, 4000 и 6300 кВА), поставляемых к месту установки со снятыми радиаторами, расширителем и выхлопной трубой, выполняют следующие работы:
1) промывают радиаторы чистым сухим трансформаторным маслом и испытывают их в соответствии с инструкцией предприятия-изготовителя на отсутствие течи масла.
Проваренные радиаторы поднимают краном в вертикальное положение и сблочивают фланцы радиаторов с фланцами патрубков на кожухе трансформатора. Между фланцами прокладывают уплотняющие прокладки из пробки или маслостойкой резины,
2) промывают расширитель чистым сухим трансформаторным маслом и краном устанавливают его на место. Затем соединяют его на фланцевых уплотнениях с маслопроводом и крышкой трансформатора и устанавливают в рассечку маслопровода газовое реле. Газовое реле должно быть предварительно проверено в лаборатории.
Корпус газового реле, систему поплавков и крышку реле устанавливают так, чтобы стрелка на корпусе была направлена к расширителю. Газовое реле устанавливают строго горизонтально.
1. — поплавок сигнального контакта;
2. — поплавок отключающего контакта; 3 — ртутный стеклянный переключатель типа ГР; 4 — регулировочный груз; 5 — кольцо.
Масляные трансформаторы с расширителями мощностью 1000 кВА и более снабжаются газовыми реле для защиты от всех видов внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газа и ускоренным перетоком масла из бака трансформатора в расширитель, а также от утечки масла из трансформатора и попадания воздуха в бак (ГОСТ 11677-75). Трансформаторы мощностью 400 и 630 кВА, предназначенные для питания собственных нужд станций и подстанций или для установки внутри промышленных или общественных зданий, также должны снабжаться газовыми реле. Реле предназначено для установки в маслопровод с условным проходом 50 и 80 мм, соединяющий бак трансформатора с расширителем, и может надежно работать при температуре окружающего воздуха от —45 до +40°С.
а) Принцип действия реле. При внутренних повреждениях трансформатора (витковом замыкании в обмотках, электрическом пробое изоляции, «пожаре в стали» магнитопровода и т. и.) происходит разложение масла, электроизоляционных материалов и выделяется газ. Газ поднимается в верхнюю часть бака и попадает в трубопровод, соединяющий бак с расширителем, в котором установлено реле, а затем в верхнюю часть реле, которая несколько возвышается над трубопроводом. Скопившийся газ вытесняет из верхней части реле масло. При этом опускается верхний элемент реле (сигнальный) и замыкаются контакты сигнальной цепи. Это также имеет место при попадании в бак воздуха или снижении уровня масла при вытекании его из бака.
В случае дальнейшего развития аварии в баке повышается давление и масло из него устремляется в расширитель. Поток масла воздействует на нижний элемент реле (отключающий), который расположен на уровне трубопровода. При этом замыкаются контакты цепи отключения трансформатора. Трансформатор отключается и в том случае, если уровень масла в реле понижается до уровня трубопровода расширителя.
Достоинство газовой защиты состоит в том, что она дает знать о развитии аварии в ее начальной стадии.
При витковых замыканиях в большинстве случаев газовая защита оказывается более чувствительной, чем дифференциальная токовая. Кроме того, газовая защита практически единственная, реагирующая на «пожар в стали» магнитопровода.
Маслопровод, соединяющий бак трансформатора с расширителем, монтируют так, чтобы он имел подъем не менее 2 % в сторону расширителя и не имел крутых изгибов и обратных уклонов.
Маслоуказательное стекло расширителя располагают таким образом, чтобы оно было доступно для осмотра, и чтобы были хорошо видны три контрольные черты, соответствующие уровню масла при температурах +35, + 15 и -35 °С,
3) промывают выхлопную трубу чистым сухим трансформаторным маслом и устанавливают ее на крышке трансформатора. На верхнем фланце трубы устанавливают стеклянную мембрану на резиновой или пробковой прокладке и пробку для выпуска воздуха. Толщина стенки мембраны должна быть не более 2,5 мм при диаметре 150 мм, 3 мм при диаметре 200 мм и 4 мм при диаметре 250 мм.
Выхлопную трубу устанавливают на уплотняющих прокладках и располагают так, чтобы при аварийном выбросе масло не попадало на ошиновку, кабельные муфты и соседнее оборудование. Для выполнения этого требования допускается установка заградительного щита у отверстия трубы,
4) устанавливают с уплотнением из асбестового шнура, пропитанного бакелитовым или глифталевым лаком температурный датчик для манометрического, ртутно-контактного и дистанционного термометра. Гильзы, в которых устанавливают ртутные или ртутно-контактные термометры, заполняют трансформаторным маслом и закрывают,
5) заливают каждый радиатор с помощью центрифуги или фильтр-пресса чистым сухим трансформаторным маслом до тех пор, пока оно не начнет вытекать из верхней пробки радиатора.
Открывают верхние и нижние краны, соединяющие радиаторы с баком трансформатора, и приступают к доливке (центрифугой или фильтр-прессом) расширителя. Перед доливкой открывают пробки на верху выхлопной трубы и на крышке трансформатора, кран на маслопроводе, соединяющем расширитель с баком, а также край на крышке газового реле.
При доливке в расширитель масла, по мере того как оно начинает вытекать из открытых верхних пробок на радиаторах, пробки плотно завертывают. Затем таким же образом закрывают пробки на крышке газового реле. После доливки масла до уровня в маслоуказателе, соответствующего температуре окружающего воздуха, закрывают пробку на верху выхлопной трубы.
Масло, доливаемое в трансформатор, должно удовлетворять ГОСТ и иметь прочность на пробой не ниже 35 кВ.
Чистое и сухое трансформаторное масло обладает высокой электрической прочностью (более 60 кВ). Она определяется в стандартном маслопробойнике с расстоянием 2,5 мм между сферическими латунными электродами.
Температура доливаемого масла не должна отличаться от температуры масла в трансформаторе более чем на 5 °.
Установка охладителей системы Д:
1 — стенки бака; 2 — двигатель; 3 — растяжка; 4 — бобышка; 5 — кронштейн; 6 — скоба; 7 — крепление кабеля; 8 — трехжильный кабель; 9— распределительная коробка
Допускается разгерметизировать трансформаторы напряжением 110...500 кВ и мощностью до 400 MBА без подачи в бак сухого воздуха, если температура его активной части не менее 10 С и превышает точку росы окружающего воздуха не менее чем на 10 "С, относительная влажность — не более 85%, а продолжительность разгерметизации не превышает 16 ч.