Для нормального суточного износа изоляции трансформатора температура наиболее нагретой точки его обмоток не должна превышать 98 °C. По правилу, предложенному немецким ученым Монтзингером, следует, что если температуру увеличить на 8 °C, срок службы изоляции сократится примерно в 2 раза. В данном случае под температурой наиболее нагретой точки подразумевается температура наиболее нагретого внутреннего слоя обмотки верхней катушки трансформатора.
На практике трансформаторы работают, как правило, с переменной нагрузкой в условиях непрерывно изменяющейся температуры охлаждающей среды. В таких условиях при перегрузках может иметь место форсированный износ изоляции. При нагрузках же меньше номинальной изоляция недоиспользуется, что также экономически нецелесообразно. Следовательно, режим работы трансформатора должен быть оптимальным, то есть близким к расчетному.
Согласно ПТЭ, допускается длительная перегрузка масляных трансформаторов и трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком любой обмотки по току на 5 %, если напряжение их обмоток не выше номинального; при этом для обмоток с ответвлениями нагрузка не должна превышать 1,05 номинального тока ответвления. В автотрансформаторе ток в общей обмотке должен быть не выше наибольшего длительно допустимого тока этой обмотки.
Продолжительные допустимые нагрузки сухих трансформаторов устанавливаются в стандартах и технических условиях конкретных групп и типов трансформаторов.
В ряде случаев такой допустимой перегрузки для оптимального использования изоляции трансформатора оказывается недостаточно. В этом случае продолжительность и значения перегрузок трансформаторов номинальной мощностью до 100 МВА находят по графикам нагрузочной способности в зависимости от суточного графика нагрузки, эквивалентной температуры охлаждающей среды и постоянной времени трансформатора. Это же правило относится и к трансформаторам с расщепленными обмотками.
Если при наступлении перегрузки у оперативного персонала отсутствуют суточные графики нагрузки и персонал не может воспользоваться графиками нагрузочной способности для определения допустимой перегрузки, рекомендуется пользоваться данными табл. 2.2 и 2.3 — в зависимости от системы охлаждения трансформатора (см. также п. 2.2.4).
Таблица 2.2
Таблица 2.3
Окончание табл. 2.3
Из этих таблиц следует, что систематические перегрузки, допустимые после нагрузки ниже номинальной, устанавливаются в зависимости от превышения температуры верхних слоев масла над температурой охлаждающей среды, которое определяется не позднее начала наступления перегрузки.
Кроме систематических перегрузок в зимние месяцы года допускаются 1 %-ные перегрузки трансформаторов на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %. Это правило применяется в том случае, если максимум нагрузки не превышал номинальной мощности трансформатора.
Перегрузки по нагрузочной способности и по 1 %-ному правилу могут применяться одновременно при условии, если суммарная нагрузка не превышает 150 % номинальной мощности трансформатора.
При возникновении аварий, например, при выходе из работы одного из параллельно работающих трансформаторов и отсутствии резерва, разрешается аварийная перегрузка оставшихся в работе трансформаторов независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды.
При разрешенных аварийных перегрузках форсированный износ изоляции и сокращение ее срока службы считается меньшим злом, чем аварийное отключение потребителей электроэнергии.
В соответствии с ПТЭ, в аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды в следующих пределах:
Допускается продолжительная работа трансформаторов (при нагрузке не выше номинальной мощности) при повышении напряжения на любом ответвлении любой обмотки на 10 % сверх номинального напряжения данного ответвления. При этом напряжение на любой из обмоток должно быть не выше наибольшего рабочего напряжения.
Во избежание повреждения трансформаторов и развития аварии величины и время аварийных перегрузок трансформаторов должны находиться под контролем.
За время аварийной перегрузки оперативно-ремонтный персонал должен принять меры по замене поврежденного оборудования резервным, а затем разгрузить перегруженные трансформаторы до номинальной мощности отключением менее ответственных по категории надежности электроснабжения потребителей.
2.2.4. Устройство и обслуживание систем охлаждения масляных трансформаторов
Процесс передачи теплоты, выделяющейся в обмотках, магнитопроводе и стальных деталях конструкции работающего трансформатора в окружающую среду, можно разбить на следующие два этапа:
передача теплоты от обмоток и магнитопровода охлаждающему маслу
и передача теплоты от масла в окружающую среду.
На первом этапе передача теплоты определяется превышением температуры обмоток и магнитопровода над температурой охлаждающего масла; на втором этапе — превышением температуры масла над температурой окружающей среды.
Исходя из этого, условно принято, что охлаждающее устройство масляного трансформатора состоит из двух систем: системы внутреннего охлаждения, которая обеспечивает передачу теплоты на первом этапе охлаждения, и системы наружного охлаждения, которая обеспечивает передачу теплоты на втором этапе.
Элементами системы внутреннего охлаждения являются вертикальные и горизонтальные каналы в обмотках и магнитопроводе, а также специальные трубы и изоляционные щиты, создающие направленную циркуляцию масла по каналам. Все эти элементы находятся внутри бака трансформатора, что делает невозможным осуществление визуального контроля за ними.
В систему наружного охлаждения входят маслоохладители, фильтры, насосы, вентиляторы и другое оборудование, расположенное снаружи трансформатора. За работой этого оборудования ведется систематический контроль.
На ПС применяются трансформаторы с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц.
Система естественного масляного охлаждения (М) выполняется для трансформаторов небольшой мощности (до 16 МВА) напряжением, как правило, до 35 кВ. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается маслу, циркулирующему по баку и радиаторам, а затем — окружающему воздуху. Баки таких трансформаторов гладкие с охлаждающими трубами или навесными трубчатыми радиаторами (охладителями). Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности. Каждый радиатор представляет собой самостоятельный узел, присоединяемый своими патрубками к патрубкам бака. Между фланцами патрубков встроены плоские краны, перекрывающие доступ масла в радиатор. Естественное движение нагретых и холодных слоев масла в трансформаторе происходит за счет их разной плотности, то есть за счет гравитационных сил. В окружающую среду теплота передается конвекционными потоками воздуха у поверхности бака и радиаторов, а также излучением. При номинальной нагрузке трансформатора в соответствии с требованиями ПТЭ температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95 °C.
Система охлаждения Д (масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла) применяется для более мощных трансформаторов напряжением 35, 110 и 220 кВ. Охлаждение основано на использовании навесных радиаторов, обдуваемых вентиляторами, которые устанавливаются на приваренных к стенке бака консолях. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Каждый вентилятор состоит из приводного асинхронного двигателя и крыльчатки серии МЦ. Пуск и останов вентиляторов осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Включение и отключение двигателей вентиляторов производится автоматически с использованием термометрических сигнализаторов типа ТС-100 и вручную. Ступица крыльчатки имеет шпоночную посадку на вал двигателя, исключающую соскакивание крыльчатки во время работы.
Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100 % номинальной, а температура верхних слоев масла не более 55 °C, а также независимо от нагрузки при отрицательных температурах окружающего воздуха и температуре масла не выше 45 °C. Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе трансформатора с номинальной нагрузкой составляет 95 °C.
