Способы сушки обмоток силовых трансформаторов

Сушка активной части трансформатора: что это такое, как выполняют, способы сушки, меры безопасности

Изоляционный материал трансформатора при соприкосновении с атмосферой или в увлажненном баке впитывает влагу. Это приводит к более быстрому разрушению изоляции, что приводит в негодность силовое оборудование. Допустимая продолжительность пребывания активной части на воздухе ограничено, поэтому при ремонте обмотки должны подвергаться сушке.

Способы сушки трансформатора

Сушку активной части трансформатора осуществляется несколькими наиболее распространенными способами:

1. Сушка в вакуумном шкафу. Представленный метод распространен в производственных цехах специализированных заводов. Указанный вариант не применим на уже эксплуатируемых силовых установках.
2. Сушка индукционными потерями в собственном баке под вакуумом и без него. Является наиболее распространенным и популярным методом, который отличается высокой эффективностью и мобильностью.
3. Сушка в специальной камере через нагрев воздуходува. Согласно нормативным документам подобная технология запрещена к использованию, так как имеются повышенные риски пожарной опасности.
4. Сушка током нулевой последовательности. Представленное решение пользуется популярностью благодаря меньшим потерям электроэнергии. Но здесь также существуют ограничения по применению.

Рассмотрим наиболее распространенные варианты сушки подробно с учетом нюансов проведения.

Сушка трансформаторов индукционными потерями

Наиболее распространенный способ, который применим при выполнении ремонтных работ на силовом оборудовании. Предполагает наматывание намагничивающей обмотки, на которую подают переменный ток. Это приводит к формированию магнитного потока, что приводит к появлению вихревых токов. Последние нагревают бак и косвенно активную часть трансформатора. Для большей эффективности бак утепляют изоляционными материалами.

Провод подсоединяется по всей длине обмоток с отступом от 20 до 60 мм, что зависит от марки и типа трансформатора (периметр бака, толщина стенок). Последнее можно рассчитать по формуле. Большие трансформаторы часто сушат комбинированными методами, к примеру, подогревают дно воздуходувами для более быстрого прогревания. Перед запуском сушки обязательно проводятся подготовительные работы: бак очищают от остатков масла, вытирают насухо салфетками.

Сушка токами нулевой последовательности

Представленный метод основан на нагреве активной части через потери на вихревые токи, которые появляются в массивных стальных конструкциях. Силовые линии магнитного поля должны замыкаться стальными стержнями, которые и отвечают за сушку трансформатора. Существует несколько схем подключения, при этом в некоторых случаях методику применять нельзя. Запрещено использовать сушку для броневых силовых установок со стержневой магнитной системой при разных схемах соединения обмоток.

Если нулевого вывода нет, то делается временный. При соединении звезда-треугольник, последний разъединяют, оставляя звезду открытой. Как и при других методах, важно провести предварительную чистку активной части и бака от масла. Внутри обычно устанавливают приборы для измерения температуры. Наблюдающий за сушкой обязан каждый час вести журнал, в котором отражать сопротивление изоляции, температуру и напряжение.

ПБ и ТБ при сушке активной части трансформатора

При выполнении работ должны выполняться мероприятия по технике безопасности и пожарной безопасности:

На месте работ запрещает курение и огневые работы. Сварка и пайка должна осуществляться только в специально отведенном месте с учетом расстояний.

Непосредственно у трансформатора следует выставлять первичные средства пожаротушения. Сюда относятся огнетушители, ящики с песком, ведра.

На территории следует проводить уборку, на земле или в помещениях не должен находиться легковоспламеняющийся материал (дерево, бумага и так далее).

ГСМ и другие легковоспламеняющиеся жидкости должны находиться в закрытой таре или специальной посуде.

Все части электроустановки должны быть заземлены. Условия работы определяются техническими мероприятиями, которые определяются мастерами.

При работе в помещении должны соблюдаться меры по обеспечению работоспособности вентиляционной системы.

Измерение сопротивлений и проведение испытаний осуществляется только при отключении трансформатора напряжения. При работе в баке используются переносные лампы не более 24 В.

Важно назначать дежурного из числа квалифицированных рабочих. При возникновении пожара следует поднять тревогу, вызывать МЧС, а также приступить к тушению пожара. Тушение водой не допускается.

Среди прочего зона трансформатора должна быть ограждена. На ограждении вывешиваются плакаты «Стой напряжение», «За ограждение не входить».

Контрольный прогрев и подсушка

Перед проведением испытаний лабораторией проводится контрольный прогрев и подсушка. Длительность этого этапа составляет 48 часов при температуре не менее 80 градусов. Обычно процедура осуществляется в следующей последовательности:

1. Часть масла вливается, верхнее ярмо должно остаться закрыто.
2. Отключается система охлаждения, запускаются насосы для перемешивания масла.
3. Бак трансформатора заземляется, присоединяется выпрямительное устройство.
4. Устанавливаются приборы измерения температуры. Также заземляются обмотки, которые не подключены к выпрямителю.
5. Мегомметром проводится измерение сопротивления изоляции полученной схемы.
6. Включается охлаждение, подается напряжение на силовую установку. Включение производится каждый 1,5 минуты, измеряются технические характеристики.
7. После проверки производится включение прогрева на 1 час каждые 3-4 часа. При этом ведется контроль основных параметров.

Через 5-7 часов после завершения прогрева осуществляется измерение изоляционных свойств активной части трансформатора.

Источник

Методы сушки и прогрева трансформаторов

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: 19 февраля 2014 .
Категория: Статьи.

Сушка изоляции трансформаторов может быть выполнена одним из следующих способов:
— в стационарном сушильном шкафу под вакуумом 700 – 750 мм ртутного столба;
— в своем баке потерями в стали бака с вакуумом или без вакуума;
— в своем баке током нулевой последовательности;
— инфракрасным излучением вне бака.

Сушка трансформатора в стационарном сушильном шкафу

Сушка в стационарном сушильном шкафу под глубоким вакуумом весьма эффективна и дает наиболее качественные результаты. Но в условиях монтажа и эксплуатации этот метод, как правило, не применяется, так как при этом необходим дорогой стационарный вакуум – шкаф, затраты на сооружение которого могут быть оправданы только при частом его использовании.

Сушка активной части трансформатора в камере без вакуума

При этом способе сушки активную часть трансформатора помещают в хорошо утепленную камеру (рисунок 1), которая выполняется из деревянных рам и щитов, обшитых фанерными листами с воздушной прослойкой. Изнутри камера обшивается листовым асбестом и поверх него – листами кровельной стали. Стыки между щитами утепляются асбестом. Можно применить и другую конструкцию камеры. Расстояние между стенками камеры и активной частью трансформатора должно быть не менее 180 – 200 мм. Вверху камеры для удаления паров, выделяющихся при сушке, выполняется вытяжное отверстие. Нагрев активной части чаще всего производится при помощи воздуходувок. Можно применить также электропечи или змеевики с паром.

Рисунок 1. Сушка трансформатора в камере при помощи воздуходувки
1 – вентилятор; 2 – нагреватель; 3 – искроуловитель; 4 – утепленная камера; 5 – регулировочный шибер; 6 – термометры; 7 – термопары в обмотке

Для ускорения сушки желательно применить две воздуходувки, подавая от них горячий воздух в два отверстия, расположенные в нижней части камеры, по ее диагонали. При одной воздуходувке для равномерности сушки воздух от нее следует также подавать в два отверстия по диагонали камеры. На всасывающем патрубке воздуходувки устанавливается матерчатый фильтр, а на напорном – искроуловитель (металлическая сетка). Струя горячего воздуха не должна направляться на обмотку или ярмовую изоляцию.

Количество воздуха Q_в, м 3 , подаваемого в камеру для сушки за 1 минуту, должно быть в 1,5 раза больше объема камеры Q_кам.

Мощность электропечей воздуходувки, кВт, должна быть равной:

где G_р – удельная теплоемкость воздуха, принимаемая равной 0,273 кал/кг×град; t₁ – температура окружающего воздуха, °С; t₂ – температура входящего в камеру воздуха, °С.

Пример. Объем камеры 2 × 3 × 2 м = 12 м 3 , t₁ = 20 °С, t₂ = 100 °С. Определить мощность воздуходувки.

Объем воздуха подаваемого в камеру:

P = 0,07 × 18 × 0,273 × (100 – 20) = 18,7 кВт.

Температура входящего воздуха и температура в камере не должна быть выше 105 °С. Температура выходящего воздуха не должна быть ниже 80 – 90 °С. При более низкой температуре выходящего воздуха следует более тщательно утеплить камеру.

При повышении температуры изоляции активной части трансформатора выше 105 °С следует снизить температуру входящего воздуха, увеличивая открытие шибера воздуходувки, а если он открыт полностью, периодически отключая ее.

Для трансформаторов напряжением 35 кВ и выше после нагрева активной части до установившейся температуры на обмотке (105 °С) целесообразно для ускорения сушки быстро снизить температуру внешних слоев изоляции отключением электропечей воздуходувки и подачей холодного воздуха (применить так называемую термодиффузию). При быстром охлаждении камеры внутренние слои изоляции не успевают сильно остыть и их температура будет выше температуры внешних слоев. Таким образом, понижение температуры по слоям будет совпадать с направлением удаления влаги, что значительно ускорит процесс сушки. Температуру внутренних слоев можно приблизительно считать равной температуре магнитопровода. Температурный перепад между наружными и внутренними слоями изоляции должен быть не менее 15 – 20 °С и продолжаться в течение 15 – 25 часов. Рекомендуется снижать температуру на наружных слоях изоляции до 50 – 40 °С и на магнитопроводе до 70 – 65 °С. После окончания цикла термодиффузии активная часть прогревается до прежней температуры и производится сравнение значений сопротивления изоляции до и после термодиффузии. В зависимости от полученных результатов принимается решение о применении повторного цикла термодиффузии или об окончании сушки.

После сушки производится ревизия активной части (прессовка обмоток, затяжка креплений и прочее), которая затем опускается в бак и заливается маслом.

Сушка трансформатора потерями в стали бака

При этом способе на бак трансформатора наматывается намагничивающая обмотка, создающая переменный магнитный поток. От действия магнитного потока в стенках бака появляются вихревые токи, которые нагревают бак и находящуюся в нем активную часть трансформатора.

Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и ускорения сушки крышка и стенки бака утепляются огнестойкими материалами: листовым асбестом, асбестовым полотном, матами из стекловолокна и тому подобного. Под дно бака устанавливаются электропечи мощностью, выбираемой из расчета 1,5 – 3 кВт/м 2 . Утепляется также пространство между дном бака и полом помещения. Трансформаторы мощностью до 1000 кВ×А могут сушиться и без утепления баков.

В целях снижения пожароопасности из бака удаляются остатки масла.

Все отверстия в крышке и стенке бака, не используемые для вентиляции, в том числе и отверстия вводов, снимаемых на время сушки, закрываются заглушками. Для каждой обмотки должно иметься по одному измерительному вводу. Для этой цели могут быть использованы как рабочие цельнофарфоровые вводы, так и любые имеющиеся на месте вводы, в том числе и на напряжение до 1000 В.

У трансформаторов, имеющих съемные радиаторы, эти радиаторы должны быть сняты. На трубчатые баки намагничивающая обмотка может укладываться как сверху труб, так и под трубами. В последнем случае трубы должны быть тщательно утеплены, так как иначе в холодных трубах будет происходить конденсация влаги, которая, стекая в бак, значительно замедлит сушку.

Рисунок 2. Схема питания намагничивающей обмотки

Если бак не утеплен, то во избежание порчи изоляции проводов намагничивающая обмотка выполняется голым проводом, закрепляемым на асбестоцементных стойках или деревянных рейках. Между деревянными рейками и баком прокладывается тепловая изоляция. Витки голого провода располагаются на таком расстоянии друг от друга, чтобы при удлинении и провисании провода от нагрева исключить замыкание между витками. При наличии утепления бака намагничивающая обмотка, выполняемая изолированным проводом, может накладываться непосредственно на тепловую изоляцию. Витки однофазной обмотки укладываются по всей высоте бака. Для более равномерного нагрева бака витки в нижней и верхней частях бака должны располагаться более часто чем в средней части бака. Витки всех трех фаз при трехфазной обмотке намагничивания располагаются по всей высоте бака в одном направлении на одинаковом расстоянии друг от друга. Для большего эффекта средняя обмотка подключается встречно по отношению к верхней и нижней (рисунок 2). Активная часть с установленными на ней термопарами опускается в бак, который закрывается крышкой. Провода от термопар пропускаются в разъем между баком и крышкой или через отверстие в крышке между двумя уложенными друг на друга резиновыми прокладками. Каждая из обмоток присоединяется к своему измерительному выводу.

Если сушка производится без вакуума с естественной вентиляцией, то на крышке трансформатора над одним из отверстий устанавливается вытяжная труба длиной 1 – 2 м, диаметром 25 – 75 мм.

Для предотвращения конденсации влаги в трубе и стекания ее в бак трубу необходимо утеплить. Под трубой внутри бака необходимо установит сосуд для сбора влаги на случай, если конденсация влаги все же будет происходить.

В нижней части бака по диагонали от места расположения трубы следует открыть отверстие маслосливного крана или пробку в дне бака.

При сушке с вентиляцией бака подогретым воздухом к фланцу маслосливного крана прикрепляется болтами отрезок стальной трубы с намотанной на нем индукционной обмоткой или спиралью из нихрома. Подогрев воздуха может быть осуществлен и без наложения на трубу индукционной обмотки и спирали, если эту трубу расположить под витками намагничивающей обмотки.

При сушке с принудительной вентиляцией к маслосливному крану присоединяется напорный патрубок от вентилятора или воздуходувки, часовая производительность которых должна быть не менее одного объема бака трансформатора.

Если сушка трансформатора производится под вакуумом, крышка бака устанавливается на уплотняющей прокладке и плотно притягивается к баку болтами. К одному из отверстий на крышке бака через обратный клапан или вентиль подсоединяется конденсатная колонка или вакуум-насос. Обратный клапан или вентиль необходимы для предотвращения засасывания в бак воды или масла из насоса, а также для снятия кривой подсоса воздуха. На крышке бака или вакуум-провода между крышкой и вентилем подсоединяется вакуумметр.

Целесообразно иметь вакуум-насосы большой производительности (часовая производительность насоса должна иметь не менее 50% объема бака трансформатора). В таблице 1 приведены марки и основные данные вакуумных насосов, применяемых при сушке трансформаторов.

Насос	Производительность при атмосферном давлении, м 3 /ч	Предельный вакуум, мм рт. ст. 1 , не ниже	Количество масла ВМ-4,см 3	Размеры, мм	Мощность двигателя, кВт
ВН-1, золотниковый ВН-2, золотниковый ВН-4, золотниковый ВН-6, золотниковый ВН-494, пластинчатороторный ВН-461, пластинчатороторный РВН-20, пластинчатороторный РМК-1, водокольцевой РМК-2, водокольцевой РМК-3, водокольцевой РМК-4, водокольцевой	66 25 212 557 0,75 3 12 90 250 690 1620	3000 3000 1000 1000 1000 1000 1000 680 700 736 736	3800 2000 17000 55000 1500 2400 2400 2400 2400 2400 2400	910 × 625 × 605 690 × 560 × 490 1635 × 875 × 1420 1905 × 960 × 1975 420 × 325 × 235 670 × 415 × 292 525 × 445 × 330 525 × 445 × 330 525 × 445 × 330 525 × 445 × 330 525 × 445 × 330	2,8 1,7 7,0 20,0 0,15 0,37 0,37 4,5 10,0 29,0 70,0

1 Для насосов типа ВН и ВЗН приведено остаточное давление; для РМК – вакуум

При сушке трансформаторов под вакуумом с подсосом воздуха желательно иметь насосы типа РМК, поскольку в таких режимах они работают надежнее, чем насосы типа ВН или РВН.

Расчет намагничивающей обмотки при сушке трансформатора

Мощность, необходимая для сушки, кВт:

где F₀ = h_об × l – поверхность бака, на которой размещена обмотка; h_об – высота боковой поверхности бака, на которую наматывается обмотка, м; l – периметр бака, м; ΔP – величина удельной мощности, выбираемая при расчете.

Примечание. Расчет намагничивающей обмотки для мощных трансформаторов целесообразно производить по книге А. Н. Шарапова и В. В. Феоктистова «Прогрев мощных трансформаторов выпрямленным током с помощью кремниевых управляемых вентилей», Энергетик, 1971, №11, с. 31.

Чем качественнее утепление, меньше размеры и выше температура окружающей среды, тем меньше значение удельной мощности выбирается при расчете.

Для трансформаторов, начиная с мощности 750 кВ×А и выше, при положительной температуре окружающего воздуха ΔP выбирается равной 1 – 2 кВт/м 2 , а для трансформаторов 500 кВ×А и меньше – равной 0,5 – 1 кВт/м 2 .

После выбора ΔP выбирается коэффициент A:

ΔP	0,5	0,75	1,0	1,25	1,5	1,75	2,0
A	2,5	2,2	1,85	1,7	1,6	1,5	1,45

Необходимое число витков однофазной обмотки

где U – подводимое напряжение сети, В.

Ток в обмотке, А

где cos φ – выбирается равным 0,35 – 0,7.

Меньшее значение выбирается для случаев укладки витков намагничивающей обмотки с воздушным зазором, равным 20 – 40 см.

Сечение провода намагничивающей обмотки

где δ – допустимая плотность тока, принимаемая для медных проводов типов ПР, ПРГ равной 3 – 6 А/мм 2 , а для алюминиевых проводов типа АПР – 2 – 5 А/мм 2 .

Определение мощности P, необходимой для сушки, выбор удельной мощности ΔP и коэффициента A для трехфазной обмотки производится так же, как и для однофазной обмотки. Число витков определяется из выражений

где ω₁, ω₃ – числа витков, укладываемые в верхней и нижней частях бака; ω₂ – число витков в средней части бака; U_л – линейное напряжение, В.

Если при включении обмотки окажется, что нагрев трансформатора недостаточен, то число витков необходимо уменьшить. При этом при неизменном напряжении ток в обмотке и, следовательно, магнитный поток увеличатся, увеличится и нагрев трансформатора.

Пример. Рассчитать намагничивающую обмотку для сушки трансформатора типа ТД-10000/35; 10000 кВ×А, 35/6,3 кВ. Бак утепляется асбестовым полотном в два слоя. Периметр бака l = 6,3 м; высота обмотки на боковой поверхности бака h_об = 2,2 м; площадь дна бака 2,6 м 2 ; напряжение сети U_л = 380 В.

Удельную мощность ΔP выбираем равной 1,25 кВт/м 2 , которой соответствует значение A = 1,7 (смотрите выше).

Мощность, требуемая для сушки:

Число витков обмотки

Сечение провода типа ПР

Выбираем ближайшее сечение по стандарту

Мощность электропечей, устанавливаемых под дно бака:

В таблице 2 приведены расчетные и опытные данные по сушке трансформаторов индукционными потерями с утеплением бака.

Трансформатор	Uсети, В	ω	Pнагр, кВ×А	I, А
ТМ-50/6 ТМ-100/6 ТМ-15000/35	220 220 65 220 65 65 65 120 65 120 220 65 120 220 120 220 120 220 120 220 120 220 380 120 220 380 220 380 220 380	135 130 47 135 44 42 33 61 30 56 102 30 55 102 49 89 42 77 39 77 39 71 121 37 68 121 65 112 63 108	4,4 4,8 3 4,8 3,4 4 6,25 6,25 8,45 8,3 8,35 10 10 10 13,6 13,6 18,5 18,5 20 18,5 20,4 20,4 20,8 22 22 22 22,8 22,8 25,6 25,6	20 22 46 22 52 61 96 52 130 69 38 156 85 46 114 62 154 85 167 85 170 93 55 183 99 58 104 60 117 68

Режим и контроль сушки трансформатора в своем баке без вакуума с естественной или принудительной вентиляцией ведутся так же, как и при сушке в камере без вакуума.

При сушке под вакуумом величину его выбирают в зависимости от прочности бака. Трансформаторы старых конструкций с ребристыми баками допускают вакуум не более 200 мм ртутного столба; трансформаторы напряжением 154 кВ и ниже не более 350 мм ртутного столба. Повышение вакуума сверх допустимого приведет к сдавливанию бака атмосферным давлением и его деформации. Сушку трансформатора под вакуумом рекомендуется производить с подсосом окружающего или нагретого воздуха, так как при этом продолжительность сушки сокращается в 3 – 4 раза против продолжительности при той же величине вакуума, но без подсоса. Объясняется это тем, что дополнительная вентиляция подсасываемого воздуха снижает относительную влажность внутри бака и тем самым резко ускоряется выделение влаги из обмоток.

Для прогрева активной части трансформатора температура воздуха внутри бака поднимается до 105 °С. Продолжительность прогрева составляет, примерно 6 – 12 часов и 4 – 8 часов для трансформаторов напряжением 35 и 6 – 10 кВ соответственно.

При прогреве активной части необходимо производить периодические продувки бака под вакуумом 200 – 300 мм ртутного столба окружающим или подогретым воздухом. Для этого следует включить вакуум-насос и при достижении вакуума 200 – 300 мм ртутного столба открыть на 2 – 3 часа маслоспускной кран настолько, чтобы вакуум не поднимался выше 200 – 300 мм ртутного столба. Затем насос отключается и прогрев ведется без вакуума в течение 2 – 3 часов, после чего снова производится продувка. По достижении температуры на изоляции 105 °С вакуум-насос включается на постоянную работу и сушка продолжается с подсосом воздуха до момента, когда скорость увеличения сопротивления изоляции замедляется, что указывает на близкое окончание сушки. После этого подсос воздуха прекращается и вакуум поднимается до предельно допустимого.

Если при подсосе воздуха со скоростью не менее 50% объема бака в час вакуум в баке понизится до 200 – 150 мм ртутного столба и поднять его не удается из-за недостаточной производительности вакуум-насоса, то сушку следует производить при пониженном вакууме, так как процесс сушки с достаточным подсосом воздуха при пониженном вакууме происходит быстрее, чем при более высоком вакууме, но практически без подсоса.

По окончании сушки трансформаторов 35 кВ и ниже вакуум снимается до нуля, температура активной части понижается до 40 – 50 °С. После этого активная часть вынимается из бака, подвергается ревизии и затем опускается в бак и заливается чистым маслом.

Сушка трансформатора током нулевой последовательности

При этом способе сушка производится за счет тепла, выделяющегося в стержнях и конструктивных деталях магнитопровода и в баке трансформатора от вихревых токов под действием переменного магнитного поля. Магнитное поле создается рабочими обмотками одного из напряжений трансформатора, соединенными таким образом, чтобы магнитные потоки во всех стержнях магнитопровода совпадали по величине и направлению.

Если в трехфазном трансформаторе для нагрева используется обмотка, соединенная в звезду, то напряжение подключается между соединенными вместе выводами фаз и нулевой точкой; если обмотка соединена в треугольник, напряжение подключается в разрыв треугольника (рисунок 3). Для этой цели треугольник распаивается в одной точке и концы разомкнутого треугольника выводятся на крышку через рабочие или специально устанавливаемые выводы.

Рисунок 3. Схема включения обмоток трехфазных трансформаторов для сушки их токами нулевой последовательности. а – при соединении в звезду; б – при соединении в треугольник

Рисунок 4. Схемы включения обмоток однофазных трансформаторов при сушке токами нулевой последовательности. а – обмотки с одинаковым направлением намотки; б – обмотки с разным направлением намотки

Обмотки, не используемые для создания магнитного поля, должны быть разомкнуты. Свободная обмотка, соединенная в треугольник, должна быть распаяна в одной точке. Распаянные концы следует изолировать. На рисунке 4 показаны схемы включения однофазных трансформаторов при сушке их токами нулевой последовательности. Заводские соединения между катушками распаиваются, и указанные схемы выполняются при помощи временных перемычек. При подготовке к сушке должно быть замерено сопротивление изоляции стяжных шпилек. Нарушение изоляции может привести к недопустимому перегреву их при сушке.

В таблице 3 приведены опытные данные по сушке трансформаторов токами нулевой последовательности.

Источник