Аварийный режим работы трансформатора

Трансформаторы. Режимы работы

Трансформатор, как любое электромагнитное устройство, имеет несколько устойчивых режимов, в которых может (и должен) работать неограниченно долго.

Режимы работы трансформатора

Существует пять характерных режимов работы трансформатора:

1. Рабочий режим;
2. Номинальный режим;
3. Оптимальный режим;
4. Режим холостого хода;
5. Режим короткого замыкания;

Рабочий режим

Режим характеризуется следующими признаками:

• Напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему (dot_1 ≈ dot_<1ном>);
• Ток первичной обмотки меньше своего номинального значения или равен ему (dot_1 ≤ dot_1ном).

В рабочем режиме эксплуатируются большинство трансформаторов. Например, силовые трансформаторы работают с напряжениями и токами обмоток отличными от номинальных. Так происходит из-за переменчивого характера их нагрузки.

Измерительные, импульсные, сварочные, разделительные, выпрямительные, вольтодобавочные и другие трансформаторы, также обычно эксплуатируются в рабочем режиме просто из-за того, что напряжение сети к которой они подключены отличается от номинального.

Номинальный режим работы

Характерные признаки режима:

• Напряжение первичной обмотки равно номинальному (dot_1 = dot_<1ном>);
• Ток первичной обмотки равен номинальному (dot_1 = dot_<1ном>).

Номинальный режим работы является частным случаем рабочего режима. В таком режиме могут работать все трансформаторы, но как правило, с б&#243льшими в сравнении с рабочим режимом потерями и как следствие, с меньшим КПД (коэффициентом полезного действия). Из-за этого при эксплуатации трансформатора его избегают.

Оптимальный режим работы

Режим характеризуется условием:

Где (P_<хх>) – потери холостого хода;
(P_<кз>) – потери короткого замыкания;
(k_<нг>) – коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый по формуле:

Где (P_2) – ток нагрузки вторичной обмотки;
(P_<2ном>) – номинальный ток вторичной обмотки.

В оптимальном режиме работы трансформатор работает с максимальным КПД, поэтому выражение (1) по существу представляет собой условие максимального КПД [2, с.308] (Смотри "Трансформаторы. Оптимальный режим работы").

Режим холостого хода

Характерные признаки режима:

• Вторичная обмотка трансформатора разомкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением гораздо большим сопротивления номинальной нагрузки обмотки (1) трансформатора;
• К первичной обмотке приложено напряжение (dot_ <1хх>= dot_<1ном>);
• Ток вторичной обмотки (dot_2 ≈ 0) (для трехфазного трансформатора – (dot_ <2ф>≈ dot_ <2л>≈ 0).

На рисунке 1 изображена схема опыта холостого хода однофазного, а на рисунке 2 – трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 1 – Схема опыта холостого хода однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 2 – Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

По существу в режиме холостого хода трансформатор представляет собой катушку на магнитопроводе, к которой подключен источник напряжения. Режим холостого хода является рабочим для трансформаторов напряжения. Кроме того, этот режим служит для определения тока (i_х), мощности (ΔQ_хх) холостого хода и ряда других параметров [2, c. 291][3, с. 207] (смотри "Опыт холостого хода трансформатора").

Примечание:
1. Под сопротивлением номинальной нагрузки обмотки понимается величина (R_<Нном>), равная отношению номинального напряжения обмотки (U_<ном>) к её номинальному току обмотки (I_<ном>)

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания характеризуется:

• Вторичная обмотка замкнута накоротко или к ней подключена нагрузка сопротивлением гораздо меньшим внутреннего сопротивления трансформатора;
• К первичной обмотке приложена такая величина напряжения (dot_1), что ток первичной обмотки равен её номинальному току (dot_1 = dot_<1ном>)
• Напряжение вторичной обмотки (dot_2 = 0) (для трехфазного трансформатора – (dot_ <2ф>= dot_ <2л>= 0).

Схема опыта короткого замыкания изображена на рисунке 3 для однофазного, а на рисунке 4 – для трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 3 – Схема опыта короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 4 – Схема опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора

Режим короткого замыкания является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов, в тоже время являясь аварийным для других трансформаторов. Также он используется для определения напряжения (u_к), мощности (ΔP_кз) короткого замыкания и других параметров трансформатора [2, c. 294][3, с. 209] (смотри "Опыт короткого замыкания трансформатора").

Монтаж и эксплуатация силовых трансформаторов

Режимы работы трансформаторов

Режим работы силового трансформатора определяется его нагрузкой, напряжением на обмотках, температурой масла, обмоток, условиями окружающей среды и другими параметрами. Можно выделить три режима работы трансформатора: нормальный режим работы, режим перегрузки и аварийный режим.

Нормальный режим работы характеризуется условиями (рабочими параметрами), при которых трансформатор может проработать весь гарантированный заводом-изготовителем срок службы. К нормальному режиму относятся следующие режимы: номинальный режим, режим холостого хода, режим параллельной работы и др.

Номинальный режим трансформатора соответствует его работе с номинальным напряжением, номинальной нагрузкой при температуре окружающей среды (воздуха) +20°С. Данный режим является идеализированным.

Нормальный нагрузочный режим. Практически при работе трансформатора его параметры отклоняются от номинальных, эти отклонения в нормальном режиме лежат в пределах допустимых стандартами, техническими условиями и другими нормативными документами.

Режим холостого хода характеризуется работой трансформатора без нагрузки. С точки зрения эксплуатации данный режим является нежелательным, так как связан с непроизводственными расходами электроэнергии.

Режим параллельной работы трансформаторов допускается при условии, что ни один из них не будет перегружен. Это достигается при соблюдении следующих условий: группы соединений обмоток трансформатора должны быть одинаковы; коэффициенты трансформации не должны отличаться более чем на 0,5%; соотношение номинальных мощностей трансформаторов должно быть не более 1:3; напряжения короткого замыкания должны отличаться не более чем на 10%; должна быть выполнена фазировка трансформаторов.

Режим перегрузки характеризуется отклонением параметров трансформатора (нагрузка, температура) за пределы, установленные нормативными документами для нормального нагрузочного режима. При длительной работе трансформатора в режиме перегрузки происходит сокращение срока его службы. Перегрузка трансформатора может быть систематической, вызванной суточными изменениями графиков нагрузки, и аварийной, вызванной аварийным отключением какого-либо элемента системы электроснабжения. Режим перегрузки трансформатора допускается стандартами и техническими условиями в течении определенного времени (ГОСТ 14209-97).

Аварийный режим работы трансформатора связан со значительными отклонениями параметров трансформатора от номинальных значений. Работа трансформатора в данном режиме недопустима, так как может привести к его значительным повреждениям. Аварийный режим работы может быть связан с внутренними повреждениями в трансформаторе или с внешними повреждениями в системе электроснабжения. Признаками возникновения аварийного режима связанного с внутренними повреждениями может быть:

• сильный и неравномерный шум или потрескивание внутри бака трансформатора;
• повышенный нагрев трансформатора при нагрузке, не превышающей номинальную и нормальной работе охлаждающих устройств;
• выброс масла из расширителя или разрыв диафрагмы выхлопной трубы;
• течь масла или уменьшение уровня масла ниже уровня масломерного стекла в расширителе.

Аварийный режим, связанный с внутренними повреждениями трансформатора, как правило, отключается газовой или дифференциальной защитами.

Аварийный режим, связанный с внешними повреждениями, как правило, характеризуется значительным увеличением тока трансформатора и отключается максимальной токовой защитой.

7.3.1. Аварийными режимами работы считаются такие режимы, при которых они не могут находиться в работе длительное время, поскольку отклонение даже одного из основных его параметров от номинального значения при достаточной длительности создает угрозу повреждения или разрушения частей трансформатора.
7.3.2. При оперативных переключениях и внезапном снижении нагрузки повышение напряжения на трансформаторах в зависимости от длительности не должно превышать значений, приведенных в таблице 8.3.

Таблица 8.3 – Допустимые превышения напряжения

Параметр

Допустимые значения

Длительность превышения напряжения, не более

Предыдущая нагрузка в отношении к номинальному току ответвления, не более

Кратность напряжения в отношении к номинальному напряжению ответвления, не более

Количество превышений напряжения длительностью более 20 мин. не должно быть более 50 в течение года. Количество превышений напряжения длительностью 20 сек. не должно быть более 100 за срок службы трансформатора, установленный согласно ГОСТ 11677 – 85. При этом количество превышений напряжения не должно быть более 15 на протяжении одного года и более двух – на протяжении суток.
Промежуток времени между двумя превышениями напряжения длительностью 20 сек. и 20 мин. должен быть не менее одного часа. Если превышение напряжения длительностью 20 мин. произошло дважды (с часовым интервалом), то третий раз такое превышение допустимо только в аварийной ситуации и не ранее, чем через 4 часа.
При длительности превышения напряжения, промежуточном между двумя указанными выше длительности, допустимое напряжение равняется указанной в таблице 8.3. для большего из двух значений длительности.
Кроме того, при аварийных коммутациях допускаются кратковременные превышения напряжения частотой 50 Гц, значения и длительность которых указано в ГОСТ 1516.1 – 76.
В случаях, когда по условиям работы трансформатора не может быть обеспечено ограничение указанных выше допустимых значений превышений напряжения или длительность их воздействия, необходимо выполнить защиту от повышения напряжения.
7.3.3. Расчетные значения допустимых кратностей установившихся токов короткого замыкания, которые трансформаторы выдерживают без повреждения на протяжении допустимой длительности, определяются согласно ГОСТ 11677 – 85.
Наибольшая продолжительность допустимого значения короткого замыкания на вводах трансформатора: при замыкании на стороне НН (U ном. ≤ 35кВ) – не более 4 сек., а при замыкании на сторонах ВН, СН и НН (U ном ≥ 110 кВ) – не более 3 сек.

7.4. Неисправности и аварии трансформаторов

7.4.1. Неисправности трансформаторов.

7.4.1.1. Неисправности трансформатора можно выявить во время осмотра, по действию предупредительной сигнализации и показывающих приборов, по результатам физико – химического анализа масла из бака трансформатора и контактора, по результатам хроматографического анализа растворенных в масле газов и профилактических испытаний.
7.4.1.2. При выявлении неисправностей необходимо принять меры по их устранению.
Если выявленные неисправности невозможно устранить без отключения трансформатора, трансформатор следует отключить.
Отключать трансформатор для более детального выяснения причин неисправности и последующего, при необходимости вывода в ремонт, необходимо в следующих случаях:
– сильный и неравномерный шум, потрескивание внутри трансформатора;
– работа газовой защиты на сигнал;
– ненормальный, постоянно возрастающий нагрев трансформатора при нормальной работе системы охлаждения и нагрузки не выше номинальной;
– появление трещин и сколов фарфора на вводах трансформатора, а также скользящих разрядов и следов перекрытия;
– выброс масла через предохранитеьные клапаны или трубу;
– износ предохранительной мембраны на баке трансформатора;
– течь масла, которая вызывает его уход из расширителя;
– присутствие в масле взвешенного угля, воды, большого количества механических примесей, кислая реакция масла, пониженное пробивное напряжение и пониженная температура вспышки масла более чем на 5 °С (в сравнении с результатами предыдущих испытаний ).
– резкое изменение цвета масла;
– наличие дефектов твердой изоляции или текучих соединений, выявленных по результатам анализа растворенных в масле газов.
7.4.1.3. При снижении уровня в расширителе трансформатора или устройства РПН необходимо осмотреть трансформатор, определить причину снижения уровня масла и принять меры по его восстановлению.
Основной причиной снижения уровня масла в расширителе, как правило, является нарушение маслоплотности трансформатора. Если устранение течи без отключения трансформатора невозможно, необходимо принять меры по выводу трансформатора из работы для устранения течи и доливки масла.
В случае снижения масла при снижении температуры окружающего воздуха вследствие неправильно установленного уровня масла необходимо долить масло в расширитель.
При появлении сигнала о снижении уровня масла в расширителе бака контактора устройства РПН необходимо принять меры по запрету выполнения операций по переключению устройства РПН.
При появлении сигнала о высоком уровне масла в расширителе трансформатора или устройства РПН необходимо отрегулировать уровень масла в расширителе по средней температуре масла в баке трансформатора или в баке контактора устройства РПН.
Средняя температура масла в отключенном трансформаторе определяется по показаниям термосигнализатора за время 3t – 4t c момента отключения трансформатора (t – постоянная времени трансформатора, указанная в его паспорте).
При доливке масла, при необходимости, в работающий трансформатор для определения среднего значения температуры масла в баке трансформатора следует измеренное значение температуры верхних слоев масла уменьшить на 8 °С для системы охлаждения вида "М” и на 10 °С – для системы "Д”.
Уровень масла в отсеке расширителя устройства РПН устанавливается таким, чтобы показания маслоуказателя (при положительной температуре масла) соответствовали приблизительно середине шкалы маслоуказателя.
Переключения устройства РПН при уровне масла в отсеке расширителя бака контактора устройства РПН или в баке контактора ниже допустимого запрещаются.
7.4.1.5. При застревании устройства РПН в промежуточном положении необходимо принять меры к разгрузке трансформатора и выводу его из работы для устранеия неисправности.
Для трансформаторов с устройством РПН реакторного типа (типа РНТ) предварительно попытаться завершить процесс переключения ключем дистанционного управления со щита управления.
Категорически запрещается доводка устройства РПН до положения рукояткой ручного управления или от кнопок местного управления на трансформаторе, находящемся под напряжением.
7.4.1.4. При повышении температуры масла выше допустимого значения выяснить причины повышения температуры и принять меры к их устранению, для чего:
– проверить величину нагрузки трансформатора и соответствие температуры масла этой нагрузке с учетом температуры окружающей среды;
– сверить показания термосигнализаторов между собой;
– проверить работу системы охлаждения, в частности открытое положение вентилей на радиаторах системы охлаждения.
7.4.1.5. При отключении электродвигателей обдува необходимо зафиксировать время отключения и контролировать температуру верхних слоев масла трансформатора. При невозможности оперативно устранить неисправность необходимо руководствоваться указаниями п. 7.1.13., 7.1.14. настоящей инструкции.
Трансформаторы с системой охлаждения вида "Д” при аварийном отключении всех вентиляторов дутья могут работать с номинальной нагрузкой в течение времени: