Что такое вводы у трансформатора

Конструкции трансформаторных вводов

Содержание материала

Ниже дается краткое описание конструкций трансформаторных вводов на напряжения 110 кВ и более.

В первых конструкциях вводов 110 кВ, разработанных и выпускавшихся в промышленных масштабах еще в предвоенные годы, использовалась маслобарьерная изоляция, основу которой составляли изоляционные промежутки в трансформаторном масле с барьерами из картона. Такая изоляция имела ряд достоинств, однако, се электрическая прочность была недостаточно высокой для получения требуемых радиальных размеров вводов на напряжения 220 кВ и более.

В настоящее время у нас в стране и за рубежом различные фирмы выпускают вводы для трансформаторного оборудования на напряжения 110 кВ и более со следующими видами внутренней изоляции: Ф с бумажно-масляной (БМИ или OIР — oil-impregnated paper); Ф с бумажной, слои бумаги и покрыты смолой (RBP — resin-bounded paper); • с бумажной, слои бумаги пропитаны смолой (RIP — resin-impregnated paper).

Последние два вида изоляции называют твердой. Долгое время БМИ применялась во всех вводах на напряжения 110 кВ и более. В последние годы вводы 110—220 кВ выполняют преимущественно с твердой изоляцией (RBP и RIP). Во всех случаях для регулирования электрического поля используют системы конденсаторных обкладок, располагаемых в остове ввода. Такие вводы называют конденсаторными.

Вводы с бумажно-масляной изоляцией (БМИ)

Схематично конструкция ввода с БМИ показана на рис. 1. В этой конструкции основу внутренней изоляции составляет бумажный остов, который выполняется путем намотки слоев кабельной бумаги на центральную трубу. При намотке в остов закладывают, как уже отмечалось ранее, конденсаторные обкладки из алюминиевой фольги для регулирования электрического поля в радиальном и осевом направлениях. Используемые системы конденсаторных обкладок обычно обеспечивают электрическое поле у поверхности остова и поверхностей фарфоровых покрышек близкое к однородному (см. рис. 2), что существенно повышает разрядные напряжения соответствующих участков изоляции. От предпоследней обкладки делается специальный измерительный вывод, который используется для измерений характеристик изоляции ввода при контрольных испытаниях (при измерениях сопротивления, тангенса угла диэлектрических потерь, уровня интенсивности частичных разрядов).

Бумажный остов для вводов до 150 кВ наматывается непосредственно на центральную трубу, у вводов 220 кВ и более с высокими значениями номинального тока намотка производится на отдельную намоточную трубу. Между центральной и намоточной трубами оставляют канал для циркуляции масла и охлаждения остова. В некоторых вводах таким каналом является внутренняя полость центральной трубы. У вводов 750 и 1150 кВ остов состоит из двух секций, между которыми образован дополнительный канал для циркуляции масла и охлаждения конструкции.

До сборки всего ввода остов подвергается сушке под вакуумом для удаления из него влаги, адсорбированной на волокнах бумаги, и воздуха. Влага в бумаге (в исходном состоянии около 5 % по весу) значительно ухудшает электрические свойства БМИ.

Рис. 1. Схема конструкции ввода с бумажно-масляной изоляцией: 1 — центральная труба; 2 — бумажный остов; 3 — верхняя фарфоровая покрышка; 4 — нижняя фарфоровая покрышка; 5 — втулка.

Рис. 2. Картина электрического поля (эквипотенциальные линии) у нижней части ввода с БМИ: 1 — центральная труба; 2 — бумажный остов с конденсаторными обкладками; 3 — нижняя фарфоровая покрышка; 4 — нижний экран.

Изоляционный остов располагается в полости, образованной верхней и нижней фарфоровыми покрышками и соединительной втулкой с фланцем для крепления ввода. Верхний и нижний торцы полости закрываются фланцами. Стыки фарфоровых покрышек с соединительной втулкой и с фланцами уплотняются прокладками из маслостойкой резины. Вся конструкция стягивается с помощью центральной трубы. Стабильное сжатие прокладок обеспечивается специальным пружинным стяжным узлом, компенсирующим изменения длин деталей при изменении температуры от —60 до +100 °С.

Чтобы исключить увлажнение БМИ ввода в процессе эксплуатации, ранее на вводах устанавливались силикагелевые осушительные фильтры и масляные затворы. Современные вводы на напряжения 110 кВ и более выполняют герметичными. Контроль герметичности осуществляется с помощью манометра.

Для компенсации температурных изменений объема масла в герметичных вводах 110—500 кВ используют встроенные компенсаторы давления, состоящие из герметичных металлических сильфонов, заполненных газом. В некоторых вводах 110—220 кВ для этих же целей в верхней части верхней покрышки образуют газовую подушку. Вводы 750 и 1150 кВ, а также некоторые вводы 500 кВ, имеют отдельный выносной компенсатор — бак давления, который устанавливают на крышке бака трансформатора.

Токоведущая система ввода состоит из верхнего контактного зажима, центральной (медной) трубы и нижнего контактного узла. У так называемых протяжных вводов на напряжения 220 кВ и более центральная труба не является токоведущей. В таких вводах токоведущим является гибкий отвод обмотки (голый медный кабель), пропускаемый через центральную трубу. Нижний контактный узел закрывается экраном для выравнивания электрического поля в масляном промежутке до стенки бака трансформатора. Поверхность экрана покрыта слоем твердого диэлектрика, что дает повышение электрической прочности масляного промежутка не менее, чем на 50 %. На верхний конец вводов на напряжения 110—750 кВ в последнее время московский завод «Изолятор» экраны не устанавливает, так как специальными испытаниями установлено, что для выпускаемых заводом конструкций и без экранов обеспечивается отсутствие короны при напряжениях, превышающих на 10 % наибольшее рабочее.

Вводы с БМИ имеют устройства для отбора проб масла и указатели уровня масла.

Конструкция ввода с БМИ, содержащая указанные выше узлы, показана на рис. 3.

Присоединение ввода к обмотке трансформатора осуществляется одним из следующих способов:

• протяжкой, как уже отмечалось, гибкого голого кабеля отвода от обмотки с напаянной шпилькой через центральную трубу (рис. 4);

• зажимом кабеля отвода от обмотки на нижнем контактном наконечнике с помощью специальных гаек или болтов (рис. 5);

Рис. 3. Трансформаторный ввод с бумажномасляной изоляцией: а — конструкция ввода, б — общий вид ввода.

С введением штеккера на нижнем конце ввода в розетку на конце отвода от обмотки (рис. 6), показан элемент конструкции ввода с твердой изоляцией).

Источник

Назначение и описание высоковольтных вводов для трансформаторов, проблемы эксплуатации

Вводы для силовых трансформаторов – необходимые конструктивные элементы оборудования, к которым предъявляются особые технические требования. Вводы бывают различных типов, они классифицируются по особенностям конструкции, наполненности маслом, типологии изоляции. Безусловно, есть определенные проблемы эксплуатации в зависимости от вида элемента, а также основные методики контроля технологического состояния в зависимости от вида.

Назначение

Вводы для трансформатора являются необходимым элементом конструкции. Они предназначаются для изоляции выводимых концов обмотки и последующего крепления устройства к различным дополнительным приборам и элементам.

Выводов существует несколько десятков видов, при этом они различаются в зависимости от размеров и форм, мощности, напряжения, принципа установки, необходимых технических особенностей и другого.

Высоковольтный ввод представляет собой довольно простую конструкцию. Изолятор из фарфоровой пластин соединяется с фланцем из качественного чугуна. Последний необходим для того, что соединить ввод и крышку бака надежно и прочно. Ток передается по медному стержню, именно он связывает обмотку с элементами оборудования. Изолятор по типу своей поверхности имеет мелкие ребра или даже полностью гладкий. Также бывают варианты с зонтообразными ребрами на изоляторе, благодаря чем удается избежать разрядов на поверхности.

Ранее вводы трансформатора обладали такой конструкцией, которая не позволяла убрать их и заменить быстро. Приходилось снимать крышку или открывать активную часть бака, а уже потом снимать их и ремонтировать. На новых трансформаторах устанавливаются вводы, которые имеют съемную конструкцию. Благодаря тому, что нет обойм и фланцев, их легко снимать и заменять на новые в случае необходимости, не поднимая сердечник. Просто открывается устройство, которое прижимает ввод к крышке, а потом снимается уплотнительное кольцо. Ввод вынимается и заменяется.

Проблема работы вводов состоит в том, что появляется сильнейший магнитный поток. Особенно это касается оборудования, которое предназначается для работы с большими токами. Магнитное поле приводит к сильному нагреву крышки и фланцев. Для избегания поломок, связанных с этим фактором, заменяют фланцы из стали и чугуна латунными. Также для уменьшения нагрева к крышке размещают вводы совместно, при этом в одно отверстие, или же делают диаметр дырки для ввода больше, чтоб токовый стержень находился дальше.

Классификация и особенности конструкции

Конструктивные особенности изменяются в зависимости от требуемых технических характеристик и особенностей эксплуатации. Обязательно учитывается этот пункт, в противном случае трансформатор даже если и будет работать, то на эффективность и безопасность рассчитывать не стоит.

Составные

Составные вводы используются исключительно для трансформаторов с напряжением до 1000 В. Они состоят и двух или трех изоляторов из фарфора. При этом в отличии от маслонаполненных внутри полости тут нет масляного состава. Их применение в устройствах с большими показателями напряжения недопустимо.

Съемные

Конституция съемных вводов подразумевает, что понятно из названия, что их можно быстро вынимать и ставить обратно при необходимости. Несъемные варианты подходят только для токов, которые сейчас не соотнесены значениям. Диаметр шпилек у старых образцов значительно меньше. В тоже время съемные вариации отличаются большим диаметром шпилек, что позволяет увеличить показатели длительности рабочего тока.

Маслонаполненные

Трансформаторный ввод представляет собой два или три фарфоровых изолятора, внутри полости которых находится масло. Если речь идет о конфигурациях вводах с напряжением 110 кв или больше, то присутствует две крыши из фарфора. Они сочетаются между собой и крепятся втулкой. Часть внутри в масле, обязательно контролируется его расход.

Маслоподпорные

Маслоподпорные выводы отличаются особой герметичностью, но особенность состоит в том, что масло поступает при помощи специальной трубки, которая располагается непосредственно у самого ввода. Изоляция жидкого типа общая, то есть она с такими же химическим составом, что и трансформаторная. Используется исключительно для устройств с напряжением от 110 кВ.

С твердой изоляцией

Приборы с твердой изоляцией также герметичны и применяются для оборудования с большими мощностными показателями. По своим конструктивным особенностям схожи с вариантами масляными, однако у них нет нижней фарфоровой покрышки.

Проблемы эксплуатации

Проблемы с выводами безусловно коснуться трансформатора. Но специалистам требуется выявить причину и максимально постараться ограждать от нее устройства при последующем использовании.

Более 60 процентов от всех причин поломки силовых трансформаторов относятся к проблемам со вводами. Наибольшая часть — это оборудование высоковольтное от 110 кВ. Типология, особенности повреждений зависят от конструктивных деталей внутри механизма и данных о напряжении. Показывают меньший процент поломок несъемные варианты, но их ремонт невозможен. Чаще меняются приборы с большой мощностью нежели менее 100 кВ.

Присущие дефекты конструкции во многом различаются благодаря внутренней изоляции. Характерны для:

В зависимости от технических характеристик ввода при плановом осмотре трансформатора специалист сверяется, не появились ли дефекты из вышеизложенного списка. Выделяют и другие причины приводящие к снижению чувствительности изоляционных материалов оборудования. Их объединили в четыре большие группы для удобства.

Электрическое старение

Электрическое старение относится к естественным природным факторам, приводящим к износу изоляции тс. Этот фактор представляет собой совокупность, в число которой входят и постоянное увлажнение, окислительные процессы, проявление частичных электрических токовых импульсов на поверхности, перманентное воздействие тепла.

Частые коммутации

Электроприводы, используемые в производстве, подразумевают воздействие на напряжение питающей сети. Появление гармоник и смена напряжения влечет за особой смену частотных коммутаций. К перенапряжение приводят и электроламповые выключатели, применяющиеся часто в совокупности на предприятиях.

Тяжелые режимы работы

Тяжелые режимы работы вызывают перегрев проводников. Как следствие, возникает износ изоляции и так называемый природный температурный износ. При тяжелых режимах работы оборудование применяется с четко ограниченным планом, когда оно функционирует, а когда отдыхает.

Особенности конструкции

Конструктивные нюансы, в особенности увлажнение, являются также частой проблемой вводов трансформаторов. Увлажнение характерно для тс, которые не относятся к герметичному типу. А вот в герметизированных установках превосходящая часть повреждений обусловлена снижением качества состава, а также появление частых электрических разрядов.

Любая проблема на начальном этапе не вызывает беспокойства и не приводит к резкому снижению эффективности устройства или выходу его из строя. На ранних стадиях проблемы наблюдается изменение состава масла, например добавление в него частиц алюминия. В итоге происходит разложение продуктов изоляции, которые приводят к пробою поверхности.

Это влечет за собой выход и строя и необходимость не только смены самих вводов, но и частиц деталей, прилегающих к ним, проверки конститутивных узлов трансформатора.

Основные методы контроля технологического состояния

Методик контроля несколько, к их числу относятся интегральные и дифференциальные. Эти типы различные по своему принципу действия, и они оценивает разные характеристики изоляции. Например, интегральные направлены прежде всего на проверку в общем состояния ввода, а не на то, чтоб обнаружить и искоренить определенный дефект. Используя их, вы будете уверены, что поломка найдется, но не конкретная область, а именно факт того, что она присутствует.

Тогда можно экстренно заменить ввод и не беспокоится о сохранности прибора. А вот дифференциальные направлены на то, чтоб устанавливать конкретное место поломки. В зависимости от характеристик проводимого исследования изменяются первичные установки, в том числе требуется или нет отключать оборудование из сети.

Интегральные

Интегральные методики позволяют проверить состояние устройства в целом. Они не направлены на то, чтоб определять поконкретнее местоположение поломки. Но они сигнализируют о том, что потребуется или полная замена ввода, если это возможно, или проверка дифференциальным методом дополнительно.

Измерение сопротивления изоляции

При помощи методики измерения сопротивления изоляции специалисты выявляют такие дефекты как увлажнение твердой изоляции и наличие загрязнений, в том числе пыли, грязи на поверхности, которые могут служить причиной уменьшения энергоемкости. Этот способ имеет ряд преимуществ, в то числе и то, что можно оценивать не только внешнее состояние и показатели изолятора, но и абсорбционные процессы, которые происходят внутри обмотки.

К недостаткам методики относят то, что трансформатор обязательно отключается при выполнении исследования.

Измерение диэлектрических потерь и емкости изоляции

Различают несколько видов измерения. Распространенное — это измерение тангенса и емкости по зонам устройства. Позволяют выявить то, есть ли частичные разряды в обмотке, насколько увлажнена твердая оболочка и не состарились ли масло. Особенности этой методики:

Также определяют зависимость тангенса и емкости от напряжения для выявления наличия разрядов. Методика довольно эффективная, но придется отключать приборы от сети. А вот если проводится полное измерение, то при его помощи выявляются не только все вышеизложенные показатели, но и наличие пробоя теплового или ионизирующего характера. Хорошая доля вероятности, но это не распространяется на выявление дефектов в масляном канале.

Кроме того, выявить можно и зависимости от температурных показателей. Методика позволяет определить состарилось ли масло и вероятность появления пробоя теплового характера. Единственным недостатком этой методики является то, что исследование должно проводится при различных температурных вариациях.

Анализ масла

Анализ состава масла выявляет разные характеристик и дефекты. При помощи физико-химического исследования определяется уровень увлажнения, перегрева, загрязнения и старения. Анализ газовой составляющей поможет выявить дефекты строения молекул, а производных фурана — износ изоляции твердого типа. Способ эффективный, но нельзя исключать возможность загрязнения при взятии анализа. Вводы должны быть тщательно очищены перед внедрением специального стеклянного шприца.

Измерение давления

Просмотр сведений о давлении выявляет в каком состоянии находится герметичность и наличие или отсутствие частичных разрядов в масляном составе. Измерение давления относится к простейшим процедурам, так как контроль не требуется. Но минус существенный — разряды выявляются только на их последней стадии.

Дифференциальные

Дифференциальные способы в отличии от интегральных направлены на выявление конкретной проблематики. Ими пользуются, когда интегральные методики дали положительный ответ.

Тепловизионное обследование

Данный вид исследования выявляет массу нарушений состояния проводников. К ним относят:

Методика действенная и популярная по причине того, что не нужно выключать оборудование в сети и проводить специального рода манипуляции перед анализом. Контролировать сдачу не нужно, так как все происходит в автоматическом режиме. Информация наглядна и понятна даже не специалисту. Единственная проблема данного вида дифференциального контроля заключается в том, что можно проследить лишь верхнюю и среднюю часть ввода. Для обследования нижней способ не годится.

Регистрация (локализация) частичных разрядов

Локализация определяет характеристики состава, изменилось ли напряжение и наличие дефектов определенной части ввода. При помощи способа выявляются дефекты любой части. Минус в том, что понять типологию сигнала не всегда просто из-за возникающих помех.

Источник

Силовые трансформаторы: что это такое, назначение, классификация и конструктивные особенности

Между генераторами электроэнергии и потребителями может быть десятки, а то и сотни километров. Для минимизации потерь при транспортировке применяется специальная технология, суть которой заключается в повышении напряжения, передачи его посредством ЛЭП и понижении до уровня потребительской сети. Последний этап преобразования осуществляется на подстанциях, оборудованными силовыми трансформаторами (далее по тексту СТ). В данной публикации мы расскажем, что представляют собой эти устройства, их основные конструктивные элементы и особенности.

Что такое силовой трансформатор и его назначение

Это аппарат, преобразующий амплитуду переменного напряжения, оставляя неизменным его частоту. В основу работы такого устройства положен принцип электромагнитной индукции. Мы не будем отвлекаться на его описание, всю подробную информацию можно найти на страницах нашего сайта.

Основная сфера применения СТ связана с передачей и распределением электроэнергии, упрощенно это представлено на рисунке ниже.

Схема передачи электроэнергии

Как видно из рисунка, в цепи между генератором и потребителем может быть установлено несколько СТ. Первый повышает напряжение до 110 кВ (чем оно выше, темь меньше потерь при передаче на дальние расстояния) и подает его на ЛЭП. На выходе линии установлен второй СТ на районной подстанции, откуда производится передача по подземному кабелю на трансформаторный пункт, откуда запитываются конечные потребители.

Трансформаторный пункт

Принятые классификации

Учитывая немалый вес и размеры СТ, чтобы упростить ряд работ, связанных с обслуживанием, транспортировкой и планированием, данные устройства принято делить на габаритные группы. Ниже представлена таблица, где показано соответствие.

Таблица габаритов СТ:

Силовой трансформатор 5-й габаритной группы ТРДЦН-63000/220, вес около 130 тонн

Помимо габаритного распределения, СТ также классифицируют по следующим показателям:

Конструктивные особенности

Несмотря на разнообразие видов СТ их конструкция неизменно включает следующие обязательные элементы:

На рисунке ниже представлена типовая конструкция СТ с масляной системой отвода тепла.

Конструкция силового трансформатора с масляным охлаждением

Обозначения:

Теперь рассмотрим подробно назначение основных конструктивных элементов.

Назначение силовых вводов

Данный элемент конструкции необходим для подключения питания и нагрузки к СТ. Их расположение может быт как внутренним (закрытые клеммные колодки) так и внешним. Обратим внимание, что первый вариант расположение используется только в СТ с воздушной системой отвода тепла.

Обязательно наличие изоляции, между вводом и корпусом, она может быть маслобарьерной, элегазовой, конденсаторной-проходной или же выполнена из материалов, не проводящих электричество (фарфор, полимеры и т.д.).

Рис. 4. Фарфоровые изоляторы на вводах силового трансформатора

Система отвода тепла

В процессе преобразования электроэнергии часть потерь выделяется в виде тепла, поэтому система его отвода неизменно присутствует в любом СТ. Мощные аппараты снабжены для этого специальной двухконтурной системой, охлаждение масла в которой производится следующими способами:

Устройства управления рабочим напряжением

В некоторых случаях возникает необходимость повысить или понизить напряжение нагрузки СТ, для этой цели в большинстве конструкций предусмотрено специальный переключатель. По сути, он меняет коэффициент трансформации путем переключения на большее или меньшее число витков в катушках.

Как правило, такие манипуляции выполняются при снятой нагрузке, но существуют устройства позволяющие изменять КТ без отключения потребителей.

Виды дополнительного оборудования

Для обеспечения стабильной работы и обслуживания СТ их конструкция может включать следующие устройства, именуемые навесным или дополнительным оборудованием:

Принятая маркировка

Буквенно-цифровые обозначения СТ производится в соответствии с представленным ниже рисунком.

Маркировка силового трансформатора

Обозначения:

Особенности обслуживания

СТ являются важными звеньями в схемах передачи электроэнергии, от них зависит работа всей системы. Для обеспечения надежности и бесперебойной работы этих устройств необходимо регулярное обслуживание подготовленными специалистами, имеющих соответствующий уровень допуска.

Если оборудование используется там, где предусмотрено наличие штатного дежурного персонала, то его обязанности входит проведение регулярных осмотров, при которых снимаются показания приборов, характеризующих текущее состояние СТ. Регламентом предписывается контролировать:

При обнаружении отклонения от нормы, подтеков, повреждений или других признаков, свидетельствующих о нештатной работе контролируемых аппаратов, персонал должен принять предписанные инструкцией меры.

Для автономного оборудования, работа которого не требует наличия дежурного персонала, положено проводить технический осмотр ежемесячно. Что касается трансформаторных пунктов, то для них эта норма снижена до полгода.

При обнаружении недостатка масла в системе отвода тепла следует произвести доливку, а в случае несоответствия нормам – полную замену. Определить необходимость замены масла, можно по его цвету.

Свидетельством нештатного режима работы оборудования может быть повышение температуры в помещении подстанции. При обнаружении прямых или косвенных свидетельств анормального функционирования СТ, предписывается проводить внеплановый осмотр с проверкой общего состояния элементов защитного оборудования.

Согласно правилам эксплуатации необходимо раз в год брать пробу масла для лабораторного анализа. Это же действие предписывается в случае капитального ремонта.

Помимо этого при обслуживании периодически приходится производить подстройку рабочего напряжения. Необходимость этого связана с тем, что со временем латунные и медные контакты покрываются оксидной пленкой, что приводит к увеличению переходного сопротивления. Что бы не допустить этого, раз в полгода с СТ снимается нагрузка и питание, после чего производится переключение регулятора напряжения во всем позициям. Процедуру рекомендуется повторить несколько раз, перед тем как вернуть исходное положение.

Источник