Режим перегрузки трансформаторов

Наиболее подверженным процессу старения элементом трансформа­тора является целлюлозная изоляция обмоток, фактически определяющая ресурс (срок службы) трансформатора. Основным фактором, влияющим на старение изоляции, является ее нагрев, обуславливающий термический износ изоляции. Существует так называемое 6-градусное правило: увели­чение температуры изоляции на 6 градусов сокращает срок ее службы вдвое. Это правило справедливо в диапазоне температур 80…140°С.

Наиболее интенсивный нагрев изоляции обмоток происходит при перегрузке трансформаторов. Поэтому режиму перегрузки трансфор­маторов уделим особое внимание.

Перегрузки, обусловленные неравномерным суточным графиком нагрузки трансформатора, называются систематическими. Пере­грузки, обусловленные аварийным отключением какого-либо элемента системы электроснабжения, называются аварийными перегрузками.

Допустимость систематических и аварийных перегрузок транс­форматоров при их эксплуатации регламентируется Руководством по нагрузке силовых масляных трансформаторов (ГОСТ 14209-97). Здесь учитываются система охлаждения трансформатора, температура охла­ждающей среды, график нагрузки трансформатора и другие факторы.

С целью ознакомления с основными положениями ГОСТ 14209-97 рассмотрим сначала режим работы трансформатора при неизменной нагрузке S. Источником нагрева в трансформаторе является его актив­ная часть. Масло нагревается от обмоток, его объем увеличивается,
а плотность уменьшается. Нагретое масло поднимается в верхнюю часть бака и вытесняется в радиаторы системы охлаждения трансформатора (рис. 9.2,а). Проходя через радиаторы, масло остывает и поступает
в нижнюю часть бака. Так происходит естественная циркуляция масла.

На тепловой диаграмме трансформатора (рис. 9.2,б) температура охлаж­дающего воздуха Qа принята неизменной (вертикальная прямая 1). Темпера­тура масла и температура витков обмотки увеличиваются практически ли­нейно по высоте обмотки. Превышение температуры масла над температурой воздуха (прямая 2) в верхней части обмотки достигает величины DQоа.

Рис. 9.2. Естественная циркуляция масла в трансформаторе (а)
и тепловая диаграмма трансформатора (б)

В силу дополнительных потерь в верхней части обмотки будет на­ходиться наиболее нагретая точка обмотки h. Превышение темпера­туры наиболее нагретой точки обмотки над температурой масла (зави­симость 3) в верхней части обмотки достигает величины DQho.

Допустимость работы трансформатора в режиме перегрузки определяется со­поставлением температуры масла в верхней части обмотки Qо и тем­пературы наиболее нагретой точки обмотки Qh с их предельными зна­чениями. Эти предельные значения для распределительных трансфор­маторов (мощность до 2,5 МВ.А и напряжение до 35 кВ) и трансфор­маторов средней мощности (до 100 МВ.А) приведены в табл. 9.1. Здесь же указаны предельные перегрузки трансформаторов, обуславливаю­щие предельные температуры Qо max и Qh max при температуре воздуха Qа=20°С.

Действительная температура воздуха изменяется в течение суток, сезона, года. При одной и той же нагрузке трансформатора увеличение температуры воздуха вызовет увеличение температуры масла и об­мотки. Таким образом, термический износ изоляции определяется как нагрузкой трансформатора, так и температурой окружающего воздуха.

Таблица 9.1

  Распреде- лительные Средней мощности
Режим систематических перегрузок: предельная перегрузка, о.е. предельная температура наиболее нагретой точки обмотки, Qh max, °С предельная температура масла в верхних слоях, Qо max, °С   1,5       1,5    
Режим продолжительных аварийных перегрузок: предельная перегрузка, о.е. предельная температура наиболее нагретой точки обмотки, Qh max, °С предельная температура масла в верхних слоях, Qо max, °С     1,8         1,5    

 

Таблица 9.2

Населенный пункт Эквивалентная температура воздуха a, °С
годовая зимняя летняя
Архангельск 5,8 -11,4 14,0
Вологда 7,4 -10,8 15,5
Воркута 0,5 -19,4 9,4
Калининград 9,9 -2,4 16,5
Кандалакша 4,5 -10,6 12,5
Мурманск 3,4 -9,5 10,7
Нарьян-Мар 2,0 -15,7 10,3
Новгород 8,3 -7,6 16,0
Петрозаводск 7,1 -8,8 15,1
Псков 8,8 -6,5 16,3
Санкт-Петербург 8,6 -6,8 16,4
Сыктывкар 6,5 -14,1 15,0

 

При инженерных расчетах режимов перегрузки трансформаторов используется эквивалентная температура воздуха. Это условно по­стоянная температура, которая в течение рассматриваемого периода времени вызывает такой же износ изоляции, как и действительная из­меняющаяся температура за тот же период времени.

Для разных районов страны эквивалентные сезонные и годовые температуры рассчитаны и приведены в [8]. Значения эквивалентных годовых, зимних и летних температур для некоторых населенных пунктов Северо-Западного региона приведены в табл. 9.2.

9.4. Расчет теплового режима трансформатора и термического
износа изоляции

Практическое снятие суточного графика нагрузки трансформатора осуществляется с некоторым интервалом времени, внутри которого нагрузка считается неизменной. Поэтому график нагрузки представ­ляет собой ступенчатый вид. На рис. 9.3,а приведен суточный ступен­чатый график нагрузки трансформатора, снятый с временным интер­валом 1 ч.

Рис. 9.3. Преобразование графика нагрузки (а) в эквивалентный
двухступенчатый (б) и переходный тепловой режим трансформатора (в)

Для оценки допустимости перегрузки трансформатора суточный график его нагрузки преобразуется в эквивалентный по тепловому воздействию на изоляцию двухступенчатый график. На исходном гра­фике проводится линия номинальной нагрузки Sном. Пересечением этой линии с исходным графиком выделяется участок перегрузки про­должительностью t.

Часть графика нагрузки, расположенная ниже линии Sном, состоит из интервалов Dti c нагрузкой Si на каждом интервале (i=1, 2,…m). Другая часть графика нагрузки, расположенная выше линии Sном, состоит из интервалов Dtj c нагрузкой Sj на каждом интервале (j=1, 2,…n).

Эквивалентирование каждой части графика нагрузки проводится по условию одинакового теплового воздействия на изоляцию переменного и эквивалентного неизменного графика нагрузки:

• эквивалентная неизменная на интервале (24 — t) предшествую­щая нагрузка S1

(9.5)

• эквивалентная неизменная на интервале t перегрузка S2

(9.6)

Эквивалентный по тепловому воздействию на изоляцию двухсту­пенчатый график нагрузки с предшествующей нагрузкой S1 и пере­грузкой S2 показан на рис. 9.2,б.

Рассмотрим расчет теплового режима трансформатора при изме­нении его нагрузки на примере двухступенчатого графика (рис. 9.3). Температура охлаждающей среды в течение суток принимается посто­янной и равной эквивалентной температуре Qа.

 

Установившийся тепловой режим. В установившемся тепловом режиме, предшествующем перегрузке, температура масла Qо и наибо­лее нагретой точки обмотки Qh неизменны. Этому режиму соответст­вует участок графика с нагрузкой S1 (в относительных единицах К1) перед интервалом перегрузки t. Температура масла на выходе из об­мотки Qо К1 и температура наиболее нагретой точки обмотки Qh К1 вы­числяются по следующим выражениям:

(9.8)

(9.9)

(9.10)

(9.11)

Необходимые для расчетов показатели приведены в табл. 9.3.

 

Переходный тепловой режим в интервале t увеличения нагрузки от значения К1 до значения К2. Тепловая постоянная времени металли­ческих обмоток tоб значительно меньше тепловой постоянной времени масла tо. Поэтому при увеличении нагрузки температура обмоток (по сравнению с температурой масла) увеличивается до нового устано­вившегося значения практически мгновенно. В дальнейшем темпера­туры обмоток и масла увеличиваются с одинаковой постоянной вре­мени tо.


Таблица 9.3

Название показателя Обозна-чение Трансформаторы
ТМН ТДН

 

2
Показатель степени масла х 0,8 0,9
Показатель степени обмотки у 1,6 1,6
Отношение потерь Ркз/Рхх R
Тепловая постоянная времени масла, ч o 2,5
Температура воздуха, °С Qа
Превышение температуры масла на вы­ходе из обмотки над температурой воз­духа в номинальном режиме, °С     оаr        
Превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки над температу­рой масла на выходе из обмотки в номи­нальном режиме, °С   hоr    
Температура наиболее нагретой точ- ки обмотки, при которой относительный износ изоляции равен единице, °С     Qh        

Примечание. Индекс r соответствует номинальному значению параметра.

Изменения во времени температуры масла Qо(t) и температуры наиболее нагретой точки обмотки Qh (t) вычисляются по следующим выражениям:

(9.12)

(9.13)

(9.14)

(9.15)

где оа K2 — превышение температуры масла над температурой воз­духа при длительной нагрузке трансформатора, равной К2, рассчи­тываемое по формуле, аналогичной (9.11);

t=1, 2, 3... t — текущее время, ч.

Температура масла на выходе из обмотки и температура наиболее нагретой точки обмотки к концу интервала перегрузки t соответст­венно составят оt и ht.

 

Переходный тепловой режим после интервала t при уменьшении нагрузки от значения К2 до значения К1. После снижения нагрузки про­цесс уменьшения температуры масла Qо(t) и температуры наиболее на­гретой точки обмотки Qh (t) рассчитывается по следующим выражениям:

(9.16)

(9.17)

(9.18)

(9.19)

где t = 1, 2, 3... 3tо — текущее время.

При t @ 3tо наступает установившийся тепловой режим, соответст­вующий нагрузке К1.

 

Расчет термического износа витковой изоляции. При номиналь­ной нагрузке трансформатора, температуре воздуха а=20°С и номи­нальных значениях превышений температур оаr=55°С и r =23°С температура наиболее нагретой точки обмотки h=98°С (см. табл. 9.3). Это базовая температура наиболее нагретой точки обмотки, при кото­рой износ изоляции обмоток соответствует относительному сроку службы трансформатора, равному 1.

В установившемся тепловом режиме с нагрузкой К и температу­рой наиболее нагретой точки обмотки Qизнос витковой изоляции за сутки определяется по выражению

V=2(QhК–98)/D, (9.20)

где D = 6°С — температурный интервал, принятый в соответствии с 6-градусным правилом износа изоляции.

Размерность относительного износа витковой изоляции — нор­мальные сутки. Например, для неизменной в течение суток нагрузки К, обуславливающей температуру наиболее нагретой точки обмотки
Qh К =86°С, относительный износ витковой изоляции составит:

V=2(86–98)/6=0,25 норм. сут. (9.21)

Таким образом, за одни сутки при нагрузке К и температуре наи­более нагретой точки обмотки Q= 86°С витковая изоляция износится так же как за 0,25 суток при нагрузке, обуславливающей температуру наиболее нагретой точки обмотки Qh = 98°С.

В переходном тепловом режиме, когда температура наиболее на­гретой точки обмотки является функцией времени Qh(t), износ изоля­ции на интервале времени t1<t<t2 определяется как

(9.22)

На практике применяется более простой способ расчета термиче­ского износа изоляции в переходном тепловом режиме. Зависимость Qh(t) разбивается на n участков Dti, на каждом из которых изменение Qh(t) можно считать линейным. На каждом i–м участке величина Qh(t) заменяется средним значением температуры Qhi. Износ изоляции оп­ределяется как

(9.23)

Кроме аналитических выражений в [8] приводятся таблицы и но­мограммы, позволяющие при эксплуатации трансформаторов оценить допустимые перегрузки и износ изоляции, не прибегая к вычислениям.








Дата добавления: 2017-09-19; просмотров: 1975;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.018 сек.