Системы охлаждения силовых трансформаторов

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Энергетический  факультет

Кафедра «Электрические станции»

 

 

 

 

 

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ  РАБОТА

«СИСТЕМЫ  ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ»

 

 

 

 

 

 

Студент группы 106619      Е. В. Дегалевич

 

 

Руководитель        П. И. Климкович

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012 
РЕФЕРАТ

 

 

Работа 30 с., 9 рис., 4 табл., 3 источника.

 

ТРАНСФОРМАТОР, СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР, СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ, МАГНИТОПРОВОД, РАДИАТОР, ВЕНТИЛЯТОР.

 

Объектом исследования являются системы охлаждения трансформаторов.

Цель работы – рассмотреть системы охлаждения сухих трансформаторов, масляных и трансформаторов с негорючим диэлектриком.

Представлены технические характеристики трансформаторов, принципы действия систем охлаждения, технические данные охлаждающих устройств.

В процессе работы использовались интернет ресурсы, техническая литература.

 

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1 СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ 7

1.1 Системы охлаждения сухих трансформаторов 10

1.2 Системы охлаждения масляных трансформаторов 11

1.3 Системы охлаждения с негорючим жидким диэлектриком 23

1.4 Ремонт систем охлаждения трансформаторов 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 30

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Трансформаторы – электромагнитные статистические преобразователи электрической энергии, имеющие две ли большее число индуктивно связанных обмоток и предназначены для изменения напряжения переменного тока. Трансформаторы также применяются для преобразования числа фаз и частоты. В современной энергетике они применяются на всех стадиях выработки, преобразования и использования электроэнергии.

Генераторы переменного тока на электростанциях вырабатывают электрическую  энергию при напряжении 6–30 кВ, а передача электроэнергии на дальни расстояния осуществляется при значительно больших напряжениях 110, 150, 220, 330, 400, 500, 750, 1150 кВ. Поэтому на каждой электростанции устанавливают трансформаторы, повышающие напряжение.

Распределение электрической энергии  между промышленными предприятиями, городами и сельскими районами, а также внутри промышленных предприятий производиться по воздушными кабельным линиям при напряжениях 220, 110, 35, 20, 10, 6 кВ. Следовательно, во всех узлах распределительных сетей должны быть установлены трансформаторы, понижающие напряжение.

Таким образом, электрическая энергия  при передаче от электрических станций  к потребителям подвергается многократной трансформации 
(5 раз и более). Трансформаторы, используемые для преобразования электрической энергии в сетях энергосистем, распределительных сетях и в установках, предназначенных для приема и использования электроэнергии, называют силовыми. К ним относят трехфазные трансформаторы мощностью 
6,3 кВ·А и более.

Трансформаторы, применяемые в  схемах с полупроводниковыми приборами (диодами, тиристорами, транзисторами), в которых осуществляется выпрямление переменного или инвертирование постоянного тока, называют преобразовательными. Такие трансформаторы мощностью до сотен мегавольт-ампер применяются в электрических установках промышленных предприятий. Кроме этих трансформаторов выпускают другие специальные трансформаторы для питания рудно-термических печей, электрической сварки, электротяги, питания электронных устройств, а также измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Силовые трансформаторы имеют мощность в трехфазном исполнении до 1250 МВ·А, в групповом исполнении из трех однофазных трансформаторов – до 2000 МВ·А, масса таких трансформаторов достигает 500 т.

В вентильных преобразователях, осуществляется выпрямление или инвертирование, главное название трансформаторов  состоит в обеспечении нужной схемы включения вентилей т согласовании напряжений на входе и выходе преобразователя. Поскольку соотношение напряжений на входе и выходе вентильных преобразователей зависит от схемы включения вентилей, при подаче на вход преобразователя  стандартного напряжения на выходе напряжение будет нестандартным. Поэтому каждый преобразовательный трансформатор  проектируют для конкретной схемы  включения вентилей, определяющей специфику  расчета и проектирования схемных  обмоток, к которым подключается вентильный преобразователь.

Значительным техническим достижением  в области создания преобразовательных трансформаторов является построение уникальных трансформаторов для линий электропередачи постоянного тока, когда в начале линии осуществляется выпрямление переменного тока сверхвысокого напряжения с получением постоянного напряжения 1500 кВ, а затем в конце линии осуществляется инвертирование.

Особенность трансформаторов, применяемых  для различных технологических процессов (электросварки, выплавки стали и др.), относительно небольшие выходные напряжения – порядка 100–200 В. В связи с этим электропечные трансформаторы, особенно при мощности 50–100 МВ·А, проектируют на большие тока вторичных обмоток, достигающие сотен килоампер.

Измерительные трансформаторы используются для включения электроизмерительных приборов и аппаратов защиты в электрические цепи высокого напряжения или цепи, по которым проходят большие токи, для расширения пределов измерения и обеспечения электробезопасности. Как правило, они имеют небольшую мощность, определяемую мощностью,  потребляемой электроизмерительными приборами, реле, информационными системами. Эти трансформаторы отличаются высокой точностью исполнения при реализации специальных конструкций. Предусматривающих сведение к минимуму погрешностей измерения.

 

1 СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

 

При работе трансформатора происходит нагрев обмоток и магнитопровода за счет потерь энергии в них. Предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность трансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

Масляное охлаждение с дутьем и  естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов.

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется путем естественной конвекции воздуха и частичного лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название "сухих". Условно принято обозначать естественное охлаждение при открытом исполнении С, при защитном исполнении – СЗ, при герметизированном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха – СД.

Допустимое превышение температуры  обмотки сухого трансформатора над температурой окружающей среды зависит от класса нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677-85 должно быть больше: 60 °С (класса А); 75 °С (класса Е); 80 °С (класса В); 100 °С (класса F); 125 °С (класса Н). Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому применяется для трансформаторов мощностью до 1600 кВ·А при напряжении до 15 кВ.

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВ·А включительно. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается окружающему маслу, циркулирующему по баку и радиаторам, и передается окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95 °С (ПТЭ). Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

Краткое описание применяемых систем охлаждения трансформаторов приводится ниже. Имеют различные обозначения (таблица 1.1).

 

Таблица 1.1 – Виды систем охлаждения трансформаторов

Вид системы охлаждения	Условное обозначение
Сухие трансформаторы:
Естественное воздушное в открытом исполнении	С
Естественное воздушное в закрытом исполнении	СЗ
Естественное воздушное в герметичном исполнении	СГ
Воздушное с дутьем	СД
Масляные трансформаторы:
Естественная циркуляция воздуха и масла	М
Принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла	Д
Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция с ненаправленным потоком масла	МЦ
Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция с направленным потоком масла	НМЦ
Принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла	ДЦ
Принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла	НДЦ
Принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла	Ц
Принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла	НЦ

Окончание таблицы 1.1

Вид системы охлаждения	Условное обозначение
Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком:
Естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком	Н
Охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха	НД
Охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха и с направленным потоком жидкого диэлектрика	ННД

 

В этом случае в навесных охладителях  из радиаторных труб помещают вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100 % номинальной, а температура верхних слоев масла не более +55 °С, а также при минусовых температурах окружающего воздуха и при температуре масла не выше +45 °С независимо от нагрузки (ПТЭ). Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе с номинальной нагрузкой +95 °С.

Форсированный обдув радиаторных  труб улучшает условия охлаждения масла, а, следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора, что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью до 80000 кВ·А.

Масляное охлаждение с дутьем и  принудительной циркуляцией масла  через воздушные охладители (ДЦ) применяются для трансформаторов  мощностью 63000 кВ·А и выше. Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВ·А включительно. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается окружающему маслу, циркулирующему по баку и радиаторам.

Охладители состоят из тонких ребристых  трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители.

Благодаря большой скорости циркуляции масла, развитой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габариты трансформаторов. Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.

Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как система ДЦ, но в отличие от последнего охладители состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать +70 °С. Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давление масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МПа (2 Н/см²). Эта система охлаждения эффективна, но имеет более сложное конструктивное выполнение и выполняется на мощных трансформаторах (160 МВ·А и более).

1.1 Системы охлаждения сухих трансформаторов

 

В трансформаторах с охлаждением типа С и СЗ активная часть (магнитопровод с обмотками и конструктивными деталями) имеет непосредственное соприкосновение с окружающим воздухом и ее охлаждение происходит путем излучения и естественной конвекции воздуха.

В трансформаторах с охлаждением  типа СГ часть помещают в бак, заполненный газом, например элегазом (газообразная шестифтористая сера). В этом случае охлаждение происходит за счет естественного циркуляции газа и воздуха.

В трансформаторах с охлаждением  типа СД применяют искусственное форсирование движения воздуха с помощью вентиляторов.

Следует отметить, что из-за меньшей  теплопроводности и электрической прочности воздуха по сравнению с маслом сухие трансформаторы применяют при мощностях до 1600–2500 кВ·А и напряжении до 15–20 кВ. При этом они устанавливаются только в сухих помещениях с относительной влажностью воздуха до 80 %.