Они позволяют контролировать напряжение сети: повышать на электростанции перед транспортировкой и понижать после передачи до нужного потребителям значения. Также использование трансформаторов существенно уменьшает количество изоляции, а следственно, и расходы на передачу энергии [2].
При работе трансформатора в его активной части появляются потери, обусловленные прохождением тока по концентрам и магнитного потока по остову. Одна часть этих потерь, в виде тепла, нагревает обмотки и остов, а вторая часть выделяется в окружающую среду. Если тепло не будет рассеиваться, то температура трансформатора будет расти бесконечно, и он вскоре выйдет из строя по причине разрушения изоляции: бумаги, хлопчатобумажной ленты, электрокартона, которые не могут выдерживать продолжительного воздействия температуры, превышающей норму [3].
Если трансформатор не эксплуатировался долгое время, то его температура равна температуре окружающего воздуха. После включения температура его частей начинает расти и, как только становится больше температуры воздуха, трансформатор становится источником тепла и отдает его окружающему воздуху. С момента как трансформатор начинает выделять тепло в окружающую среду, нагрев его составных частей начинает замедляться, а через определенный промежуток времени становится настолько незначительным, что им можно пренебречь. После этого наступает установившийся тепловой режим [4].
Значение установившегося при определенной нагрузке превышения температуры над температурой воздуха зависит от теплоотдающей поверхности трансформатора и от интенсивности теплоотдачи.
Трансформатор является неоднородным телом, если рассматривается его нагрев. Листы магнитопровода имеют высокую теплопроводность, а изоляционные прослойки – малую. Концентры изготовлены из медных или алюминиевых проводников обладающих высокой теплопроводностью и изоляционного материала, обладающего малой теплопроводностью. В процессе эксплуатации трансформатора, нагретые части отводят тепло наружным поверхностям, которые в свою очередь отводят его к маслу или воздуху. Между нагретыми частями и маслом или воздухом устанавливается определенная разница температур. Температура деталей трансформатора и масла в различных точках по высоте неодинакова, и она увеличивается при переходе от нижних частей к верхним [5].
Наибольшая величина нагрева частей трансформатора ограничивается сроком службы изоляционных деталей. С ростом напряжения трансформатора требования к электрической прочности изоляции возрастают [21].
Специфика формирования технологической части дипломного проекта
... с ограничением сроков реализации и оформления результатов. Роль технологической части дипломной работы Технологический раздел дипломной работы играет важнейшую роль в подготовке и оценке новоиспеченного специалиста. ... цикла и пр.). Какие источники информации кладут в основу технологической части дипломной работы? Технологическая часть ВКР представлена в виде всевозможных расчетов, схем и графиков, ...
Для лучшего отведения тепла от трансформатора используются радиаторы или охладители. При их применении увеличивается объем необходимого для охлаждения масла, увеличиваются габариты, и повышается стоимость трансформатора. Снизить нагрев трансформатора можно с помощью применения охлаждающей системы типа ДЦ [6].
Её использование отразится на стоимости, но это будет существенно влиять на повышение цены лишь при проектировании трансформаторов большой мощности. Если мы выберем систему охлаждения ДЦ для трансформатора мощностью 80000 – 100000 кВА существенного прироста в цене мы не заметим, так как количество охладителей, обеспечивающих отвод нужного количества тепла существенно отличается от количества радиаторов для отвода того же количества тепла [7].
Таким образом, выбор охлаждающей системы для трансформатора конкретной мощности и класса напряжения является неоднозначной, многофакторной технической задачей. Ее решение возможно за счет сравнения технико-экономических показателей трансформаторов с разными системами охлаждения. В данной работе будет рассматриваться трансформатор мощностью 80000 кВА и классом напряжения 110 кВ.
Цель выпускной квалификационной работы – выбрать оптимальный вариант системы охлаждения для силового масляного трансформатора мощностью 80000 кВА и классом напряжения 110 кВ исходя из техникоэкономических показателей.
1 Анализ систем охлаждения силовых трансформаторов
Трансформатор мощностью 80000 кВА напряжением 110 кВ выполняется маслонаполненным. Масло в трансформаторе играет роль не только изолирующей среды, но является еще и основным элементом системы охлаждения [8].
Тепловой расчет трансформатора без знания размеров активной части и величины электромагнитных нагрузок невозможен. Поэтому в рамках работы будет выполняться электромагнитный и тепловой расчеты трансформатора заданной мощности и класса напряжения [9].
В трансформаторах с типом охлаждения М активную часть помещают в бак, который может иметь разнообразную форму. Бак заполняют трансформаторным маслом, которое нагревается от активной части и его плотность уменьшается. Масло поднимается в верхнюю часть бака, соприкасаясь со стенками, и отдает им часть теплоты, а при наличии радиаторов (охладителей) часть масла заходит в них и также охлаждается. Более холодное масло опускается в нижнюю часть бака, снова нагревается от активной части. Далее цикл повторяется. Таким образом, создается естественная циркуляция масла и соответственно отвод тепла от активной части к стенкам бака и радиаторов (охладителей), которые в свою очередь охлаждаются путем естественной конвекции воздуха [10].
Для трансформаторов малой мощности до 40 кВА применяют гладкие баки. При больших мощностях приходится увеличивать поверхность охлаждения трансформаторов. С такой целью применяют трубчатые и ребристые баки. Особенность их конструкции в том, что в верхнюю и нижнюю часть бака изогнутыми концами вваривают трубы круглого или овального сечения. Эти трубы могут располагаться в несколько рядов в зависимости от нужной поверхности охлаждения. Более 4 труб нецелесообразно использовать, так как у внутренних рядов труб ухудшается теплоотдача. Например, при трех рядах труб эффективность теплоотдачи составляет 83%, а при шести рядах труб 50% при расположении труб в один ряд. Такие баки применяют в основном в трансформаторах мощностью до 1600 кВА. Так же в трансформаторах мощностью 63 – 63000 кВА применяются баки с навесными трубчатыми радиаторами, которые позволяют получить большую поверхность охлаждения.
Обмотка и изоляция трансформаторов
... дополнительно измерив характеристики изоляции нагретого трансформатора и подробно испытав масло, включая определение значения в зависимости от температуры. 3. Сушка трансформатора Трансформаторы, прошедшие ремонт с полной или ... Данные измерений и сопротивления изоляции по температуре допускается пересчитывать для трансформаторов и реакторов мощностью до 80 МВА и напряжением до 150 кВ при разности ...
В трансформаторах с типом охлаждения Д используются вентиляторы для принудительной циркуляции воздуха вдоль наружных поверхностей бака и радиаторов при естественной циркуляции масла. Теплоотдача этого типа охлаждения увеличивается почти в два раза, по сравнению с системой М. Такое охлаждение используется для трансформаторов мощностью 10000 – 80000 кВА. Так же система охлаждения Д допускает длительную работу трансформатора с выключенными вентиляторами при нагрузке, не превышающей половину от номинальной.
В трансформаторах с системой охлаждения МЦ и НМЦ для принудительной циркуляции масла в каждом радиаторе ставится насос в маслопроводе, идущего от бака к радиатору, чтобы исключить попадание воздуха. Системы охлаждения НМЦ имеют специальные перегородки, с помощью которых создается направленное движение масла, что существенно увеличивает теплоотдачу и значительно уменьшает габариты самого трансформатора. Так же системы охлаждения МЦ и НМЦ допускают длительную работу трансформатора при нагрузке 30 – 40% от номинальной.
В трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и НДЦ используется принудительная циркуляция масла через специальные охладители малых габаритов с принудительным воздушным охлаждением. Такая система охлаждения применяется в силовых трансформаторах мощностью 80000 – 400000 кВА [22].
В трансформаторах с системой охлаждения Ц и НЦ используется принудительная циркуляция масла через охладители с принудительным водяным охлаждением. В охладителях вода движется по трубам, а масло между труб. Межтрубное пространство разделяют специальными перегородками, чтобы обеспечить зигзагообразное направление движения масла. Эта система охлаждения более эффективна, по сравнению с ДЦ, так как коэффициент теплопередачи от масла к воде существенно выше, чем от масла к воздуху. Поэтому водяные охладители имеют меньший размер, чем воздушные. Они могут рассеивать мощность до 1000 кВт. К минусам такой системы можно отнести использование большого количества воды и невозможность работы системы охлаждения с выключенными насосами.
Таким образом, предварительный анализ показывает, что для трансформатора мощностью 80000 кВА приемлемы два варианта охладительных систем: исполнение типа Д и – ДЦ. Окончательный выбор можно сделать на основе учета многих факторов. Один из главных определяющих показателей – это мощность, а точнее величина потерь энергии для данного типа трансформатора [23].
На выбор системы охлаждения, как известно, влияют также количество тепла, отводимого с единицы поверхности; трудоемкость изготовления элементов и стоимость обслуживания охлаждающей системы. Оценка этих составляющих может быть сделана только по результатам соответствующих расчетов. Поэтому в ходе выполнения бакалаврской работы будут решаться следующие основные задачи, связанные с выполнением соответствующих расчетов:
1. Электромагнитный расчет трансформатора.
2. Тепловой расчет трансформатора с системой охлаждения Д.
Расчет масляного трансформатора
... форсированного охлаждения трансформаторов с направленной циркуляцией масла в каналах обмоток и эффективных охладителях. В связи с повышением общих требований, предъявляемых энергетикой к силовым трансформаторам, ... зданий, т.е. там, где установка масляных трансформаторов вследствие их взрыво- и пожароопасности недопустима. Мощность в единице этих трансформаторов достигает в нормальных сериях ...
3. Тепловой расчет трансформатора с системой охлаждения ДЦ.
Для проверки технической возможности реализации принятого варианта охлаждающей системы и доказательства ее оптимальности в рамках данной работы будет решаться такая задача, как оценка технико-экономических показателей трансформатора с разными системами охлаждения и выбор оптимального решения.
2 Электромагнитный расчет трансформатора
2.1 Контроль витков обмотки высшего напряжения (ВН)
2.1.1 Начальное напряжение витка, В, рассчитывается по формуле (1):
U0 4,44 f ВС 0 FСТ , (1)
где ВС 0 – начальное значение индукции, Тл,:
- f – частота сети, Гц;
- FСТ – сечение стержня, м .
2.1.2 Количество витков в концентре низкого напряжения (НН), рассчитывается по формуле (2):
U НН _ фазн
WНН , (2)
U0
где U НН U НН _ фазн .
2.1.3 Уточненное значение напряжения одного витка, В, рассчитывается по формуле (3):
U HН _ фазн
Uе . (3)
WНН
2.1.4 Значение индукции, Тл, рассчитывается по формуле (4):
Uе
BСТ . (4)
4,44 f FС
2.1.5 Количество витков концентра ВН, рассчитывается по формуле (5):
U ВН _ фазн
WВН . (5)
Uе
2.1.6 Номинальное фазное напряжение концентра ВН, В, рассчитывается по формуле (6):
U ВН
U ВН _ фазн . (6)
11
2.1.7 Номинальный фазный ток ВН, А, рассчитывается по формуле (7):
Sн
I ВН _ фазн . (7)
3 U ВН
По формулам 1 – 7 выполнены расчеты в программе SAPR-TON. Полученные результаты сведены таблицу 1.
Таблица 1 – Контроль витков обмотки ВН Ступени регули- Uвн, В Витки Ток Действитель- Отклонение рования, % линейное ВН ВН, А ное фазное фазного
фазное напряжения, напряжения,
В %
133420 +16,02 659 346 76886 -0,19
77030
131370 +14,24 649 352 75719 -0,17
75847
129330 +12,46 639 357 74552 -0,16
74669
127280 +10,68 629 363 73385 -0,14
73485
125230
+8,9 619 369 72219 -0,11
72302
123190
+7,12 609 375 71052 -0,10
71124
121140
+5,34 599 381 69885 -0,08
69940
119090
+3,56 589 388 68719 -0,06
68757
117040
+1,78 579 395 67552 -0,03
67573 Продолжение таблицы 1
115000
ном 569 402 66385 -0,02
65212
112950
- 1,78 559 409 65219 0,01
65212
110910
- 3,56 549 416 64052 0,03
64034
108860
- 5,34 539 424* 62885 0,06
62850
106820
- 7,12 529 424 61718 0,07
61673
104770
- 8,9 519 424 60552 0,10
60489
102720
- 10,68 509 424 59385 0,13
59305
100670
- 12,46 499 424 58218 0,17
58122
98630
- 14,24 489 424 57052 0,19
56944
96580
- 16,02 479 424 55855 0,22
55760
Примечание * – Ограничение по мощности ГОСТ 52719-2007.
2.2. Расчет параметров обмоток
Технология ремонта обмоток электрических машин
... кусками лакоткани. Рис. 3. Укладка в пазы сердечника статора проводов катушки всыпной обмотки При ремонте электрических машин старых конструкций с закрытыми пазами рекомендуется до начала ... (соответственно). Для однослойной концентрической обмотки приближенную величину определяют, умножая результаты подсчета из формулы (3) на коэффициент 1,12. Уточнение размеров вылета лобовых частей пробной ...
2.2.1 Расчёт параметров обмотки ВН
Обмотка ВН трансформатора ТРДЦН-80000/110 принимается равномерной непрерывной с целью уменьшения числа витков. Так же она обладает высокой механической и электрической прочностью и имеет хорошее охлаждение [11].
2.2.1.1 Количество прокладок, рассчитывается по формуле (8):
Дн в
nкат к , (8)
к lп
где к – кратность количества катушек в ветви;
- l п – расстояние между прокладками, м;
- Дн в – средний диаметр между НН и ВН, м.
2.2.1.2 Сечение обмотки, м2, рассчитывается по формуле (9):
I ВНф
Fобм.0 , (9)
J0
где J 0 – предварительная плотность тока, А/м2.
2.2.1.3 Радиальный размер провода, м, рассчитывается по формуле (10):
Fобм.0
bпр , (10)
k зап.пр hпр nпар
где k зап.пр 0,985 – коэффициент заполнения сечения провода;
- nпар – число параллельных проводов.
2.2.1.4 Отношение осевого размера провода к радиальному, рассчитывается по формуле (11):
hпр
- (11)
bпр
2.2.1.5 Площадь сечения провода, мм2, рассчитывается по формуле (12):
Fпр k зап.пр hпр bпр . (12)
2.2.1.6 Площадь сечения обмотки, мм2, рассчитывается по формуле (13):
Fобм nпар Fпр . (13)
2.2.1.7 Плотность тока, А/мм2, рассчитывается по формуле (14):
I ВНф
j . (14)
Fобм
2.2.1.8 Индукция осевого поля рассеяния, Тл, рассчитывается по формуле (15):
1,78 10 I ВНф WВН K ОС
Boc , (15)
H обм
где K ОС 0,95 ;
- H обм – осевой размер концентра, м.
2.2.1.9 Добавочные потери от осевого поля рассеяния, %, рассчитываются по формуле (16):
2 2
f bпр Bос
Pдоб.ос % 54,8 , (16)
пр j
где пр 2,13 10 8
- удельное сопротивление провода при 75оС, Ом м.
2.2.1.10 Осевой размер катушки, м, рассчитывается по формуле (17):
hкат hпр t Ввн , (17)
где t Ввн – толщина изоляции провода на две стороны.
2.2.1.11 Число катушек, рассчитывается по формуле (18):
H обм
nкат кат , (18)
(hкат hкан. мин (1 k ус ) кат )
где hкан. мин – высота наименьшего канала в радиальном направлении, м;
- hкат – осевой размер катушки, м.
2.2.1.12 Витки катушки, рассчитываются по формуле (19):
WВН mВ
Wкат . (19)
nкат
2.2.1.13 Радиальный размер катушки, м, рассчитывается по формуле (20):
nпар
bкат 1,03 bпр t Ввн Wкат . (20)
mВ
2.2.1.14 Диаметр между НН и ВН, м, рассчитывается по формуле (21):
ДН В Д СТ 1 2 К СТ О 2 bО Н bН bН В , (21)
где К СТ О – коэффициент учитывающий толщину бандажей;
- bО Н – расстояние от стержня до НН, м;
- bН В – расстояние между НН и ВН, м;
- bН – ширина НН, м.
2.2.1.15 Диаметр НН, м, рассчитывается по формуле (22):
Д Н .ср ДН В bН bН В . (22)
2.2.1.16 Диаметр ВН, м, рассчитывается по формуле (23):
Д В.ср ДН В bН bН В . (23)
2.2.1.17 Диаметр бака, м, рассчитывается по формуле (24):
вН вВ
ДБ Д Н .ср вН В ДН В Д В.ср , (24)
Катушки индуктивности, дроссели и трансформаторы
... называется прибор для измерения индуктивности катушек, дросселей, обмоток трансформаторов, а также сопротивления активных потерь катушек. Наиболее широкое применение находят измерители ... D к – диаметр каркаса; d – диаметр провода; W – количество витков. Для многослойной катушки: L 0 = f ( l н ... катушки, мкГн, может быть рассчитана по формулам: L = L 0 W 2 D· 10 -3 (3) Для однослойной катушки ...
3 3
где вН В – приведенная ширина канала между концентрами ВН и НН, м;
- вН – предварительная ширина концентра ВН, м;
- в В – предварительная ширина концентра НН, м.
2.2.1.18 Реактивная составляющая напряжение КЗ, %, рассчитывается по формуле (25):
2,48 10 3
f S ном Д Б К ОС
U кз. р . (25)
mФ U В2 H ном
2.2.2 Расчет параметров обмотки НН
2.2.2.1 Количество катушек, рассчитывается по формуле (26):
nкат nзах mв Wобм , (26)
где nзах – количество заходов винтовой обмотки.
2.2.2.2 Осевой размер провода, мм, рассчитывается по формуле (27):
H обм hкан. мин 1 k ус
hпр hкан. мин 1 k ус tв . (27)
nкат
2.2.2.3 Радиальный размер провода, мм, рассчитывается по формуле (28):
3 H обм
bпр 3,73 10 3 tв . (28)
Wобм m nзах hпр bкат.о K ос
2.2.2.4 Площадь сечения провода, мм2, рассчитывается по формуле (29):
Fпр k зап.кр hпр bпр . (29)
2.2.2.5 Количество параллельных проводов, рассчитывается по формуле (30):
I ф.ном
nпар . (30)
j0 Fпр
Рисунок 1 – Осевое строение обмотки ВН
Осевые охлаждающие каналы в концентре ВН набраны из прокладок толщиной 1,6 мм. * – каналы которые разрешается изменять на одну прокладку.
2.2.2.6 Сечение обмотки, мм2, рассчитывается по формуле (31):
Fобм nпар Fпр . (31)
2.2.2.7 Плотность тока, А/мм2, рассчитывается по формуле (32):
I ф.ном
j . (32)
Fобм
2.2.2.8 Осевой размер катушки, мм, рассчитывается по формуле (33):
hкат hпр tв . (33)
2.2.2.9 Радиальный размер катушки, мм, рассчитывается по формуле (34):
nпар
bкат 1,03 bпр tв . (34)
m nзах
2.2.2.10 Средняя высота канала, мм, рассчитывается по формуле (35):
H обм nкат hкат
hкан.ср hкан. мин tв . (35)
1 k ус nкат 1
2.2.3 Расчёт параметров регулировочной обмотки (РО)
2.2.3.1 Осевой размер провода, мм, рассчитывается по формуле (36):
nсл H обм. ро
hпр tв.сл . (36)
Wступ mзах mв. ро
2.2.3.2 Сечение обмотки, мм2, рассчитывается по формуле (37):
I ВН .ф.ном
Fобм.о . (37)
jВН
2.2.3.3 Радиальный размер провода, мм, рассчитывается по формуле (38):
Fобм.о
bпр . (38)
k зап.пр hпр nпар
2.2.3.4 Отношение высоты провода к его ширине, рассчитывается по формуле (39):
hпр
- (39)
bпр
2.2.3.5 Сечение провода, мм2, рассчитывается по формуле (40):
Fпр k зап.пр hпр nпар . (40)
2.2.3.6 Сечение обмотки, мм2, рассчитывается по формуле (41):
Fобм nпар Fпр . (41)
2.2.3.7 Ширина слоя, мм, рассчитывается по формуле (42):
(bпр tв.сл ) nпар
bсл . (42)
mв. ро
2.2.3.8 Плотность тока, А/мм2, рассчитывается по формуле (43):
I ВН .ф.ном
j . (43)
Fобм
2.2.3.9 Радиальный размер катушки, мм, рассчитывается по формуле (44):
bкат bсл nсл bмс (nсл 1).
(44)
Расчет параметров концентров трансформатора выполнен по формулам 8 – 44 в программе SAPR-TON, результаты сведены в таблицу 2.
Рисунок 2 – Осевое строение обмотки НН
Диагностика высоковольтных силовых трансформаторов системы электроснабжения
... системе электроснабжения. В дипломной работе для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: анализ дефектов и методов технической диагностики силовых трансформаторов при работе в СЭС; анализ методов технической диагностики отключенного силового трансформатора; диагностика силового трансформатора ... 4. Нарушения в системе охлаждения силового трансформатора из-за повреждения маслонасосов; ...
Осевые охлаждающие каналы в концентре НН набраны из прокладок толщиной 1,6 мм.
2.3 Вычисление добавочных потерь в концентрах и металлоконструкциях.
2.3.1 Межосевой промежуток, м, рассчитывается по формуле (45):
LМО ДН В bн в 2 (bв bв ро bро ) bм ф . (45)
2.3.2 Внешний диаметр, м, рассчитывается по формуле (46):
Д вн Дн ВН bн в 2 bв . (46)
2.3.3 Радиальный размер бака, м, рассчитывается по формуле (47):
ВБ Д вн 2 Bобм . (47)
где Bобм – расстояние от обмотки до стенки бака, м.
2.3.4 Продольный размер бака, м, рассчитывается по формуле (48):
LБ 2 LМО Д вн 2 Bобм Б . (48)
2.3.5 Периметр бака, м, рассчитывается по формуле (49):
ПБ 4 ( LМО ВБ ) . (49)
2.3.6 Радиус бака, м, рассчитывается по формуле (50):
( LБ ВБ 2 LМО )
RБ . (50)
2.3.7 Поток, проходящий через стержень, Вб, рассчитывается по формуле (51):
Фст Fст Вст . (51)
2.3.8 Потери в конструктивных элементах, Вт, рассчитываются по формуле (52):
к U КЗ
- р ФСТ H ОБМ 10
2 3 4
Pконст 2
, (52)
Дн в
П Б H ОБМ 2 RБ
где к=2,2.
2.3.9 Полные потери короткого замыкания, Вт, рассчитываются по формуле (53):
Pкз Росн Рдоб.обм Рдоб.конст . (53)
Таблица 2 – Основные характеристики концентров трансформатора
Ед. Винтовая Непрерывная Параметр Слоевая РО
изм НН ВН Осевой размер об м 2,02 2,019 1,898 мотки, Hобм Номинальный ток,
А 1270 402 424
Iф.ном Плотность тока, J А/мм2 2,979 2,86 3,86 Тип провода – ПТБ ПБП ПБПУ Количество витков
- 45 9 10 в катушке, Wкат Продолжение таблицы 2 Количество параллельных проводов, – 31 3 4
nпар Количество кату – 2 64 10 шек, nкат Осевой размер
мм 6,3 10,6 11,2 провода, hпр Радиальный размер
мм 2,24 2,24 2,5 провода, bпр Площадь сечения
мм2 426,25 140,28 109,8 обмотки, Fобм
2.4 Вычисление напряжения короткого замыкания (КЗ).
2.4.1 Реактивная составляющая напряжения КЗ, %, рассчитывается по формуле (54):
2,48 10 3 f S ном Д Б К ОС
U кз. р . (54)
mФ U В2 H ном
2.4.2 Активная составляющая напряжения КЗ, %, рассчитывается по формуле (55):
Ркз
U кз.а 100%. (55)
S ном
2.4.3 Полное напряжение КЗ, %, рассчитывается по формуле (56):
U кз U кз2 . р U кз2 .а . (56)
Расчет выполнен по формулам 54 – 56 в программе SAPR-TON. В результате получили полное напряжения короткого замыкания 11% при заданном технической спецификацией напряжении короткого замыкания 10,5±7,5%, что соответствует требуемым условиям. 2.5 Вычисление параметров холостого хода. 2.5.1 Объём стержней, м3, рассчитывается по формуле (57):
Vстерж 3 H окн Fcт , (57) где H окн – высота окна, м. 2.5.2 Масса стержней, кг, рассчитывается по формуле (58):
Gстержн СТ Vстерж , (58) где γст=7650 кг/м3 – плотность стали. 2.5.3 Объём углов, м3, рассчитывается по формуле (59):
Vугл 6 ДСТ FСТ . (59) 2.5.4 Масса углов, м3, рассчитывается по формуле (60):
Проектирование силового трансформатора
... систем форсированного охлаждения трансформаторов с направленной циркуляцией масла в каналах обмоток и эффективных охладителях. В связи с повышением общих требований, предъявляемых энергетикой к силовым трансформаторам, ... энергии. Силовые трансформаторы подразделяются на два вида. Трансформаторы общего назначения предназначены для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или ...
Gугл СТ Vугл . (60) 2.5.5 Объём ярм, м3, рассчитывается по формуле (61):
Vугл
Vярм 4 к ус. яр FСТ LМО . (61) 2.5.6 Масса ярм, кг, рассчитывается по формуле (62):
Gярм СТ Vярм . (62) 2.5.7 Масса магнитопровода, кг, рассчитывается по формуле (63):
GCТ Gстерж Gугл Gярм . (63) 2.5.8 Индукция ярма, Тл, рассчитывается по формуле (64):
ВСТ
Вярм . (64)
1,02
2.5.9 Индукция в стыке, Тл, рассчитывается по формуле (65):
BСТ
Bстык . (65) 2.5.10 Индукция в угле, Тл, рассчитывается по формуле (66):
BСТ Вярм
Bугл . (66) 2.5.11 Площадь стыка, м2, рассчитывается по формуле (67):
Fстык Fст 2. (67)
2.5.12 Потери холостого хода (ХХ), Вт, рассчитываются по формуле (68):
Pxx ( Pстерж К р.отв.ст К р.тех .ст G стерж Р ярм К р.отв. яр К р.тех . яр G ярм
(68)
Р угл К р.отв. угл К р.тех . угл К р. угл G угл Рстык n стык Fстык ) К р.пресс К р.ф. яр К р.шихт . яр ,
где nстык – число стыков.
Кр.отв., Кр.тех., Кр.прес. , Кр.ф.яр. , Кр.шихт.яр. – коэффициенты увеличения потерь.
2.5.13 Намагничивающая мощность, ВАР, рассчитывается по формуле (69): Qxx (qстерж К q.отв .ст К q.тех .ст Gстерж q ярм К q.отв. яр К q.тех . яр G ярм
(69)
q угл К q.отв. угл К q.тех . угл К q. угл G угл qстык nстык Fстык ) К q.пресс К q.ф. яр К q.шихт . яр
где Кq.отв , Кq.техн , Кq.прес , Кq.ф.яр , Кq.шихт.яр – коэффициенты увеличения мощности.
2.5.14 Реактивная составляющая тока ХХ, %, рассчитывается по формуле (70):
Qxx
ixx . р 100. (70)
S ном
2.5.15 Активная составляющая тока ХХ, %, рассчитывается по формуле (71):
Pxx
ixx .а 100. (71)
S ном
2.5.16 Суммарный ток ХХ, %, рассчитывается по формуле (72):
2 2
ixx ixx .а ixx . р . (72)
Расчет выполнен по формулам 45 – 53 и 57 – 72 в программе SAPR-TON, результаты сведены в таблицу 3.
Таблица 3 – Параметры холостого хода трансформатора.
Параметр Единица измерения Числовое значение
GCТ кг 33464
BСТ Тл 1,62
Pxx Вт 36650
ixx % 0,1
Потери холостого хода не превышают заданные технической спецификацией 35000+15%, ток холостого хода 0,1% так же не превышает заданный спецификацией ток холостого хода равный 0,2+30%.
3 Тепловой расчет системы охлаждения типа Д
3.1 Коэффициент, учитывающий закрытие поверхности катушки прокладками, рассчитывается по формулам (73, 74):
Д нн.ср
К закр.катНН , (73)
Д нн.ср n прокл bпрокл. НН
Д вн .ср
К закр.кат.ВН , (74)
Д вн .ср n прокл bпроклВН
где bпроклВН , bпрокл.НН – радиальный размер изоляционной детали, м
3.2 Коэффициент для учёта добавочных потерь, рассчитывается по формулам (75, 76):
Pв.ос.НН Pв. рад.НН
К доб.катНН . (75)
Росн.НН
Pв.ос.ВН Pв. рад.ВН
К доб.катВН . (76)
Росн.ВН
3.3 Термическая нагрузка поверхности катушки, Вт/м2, рассчитывается по формулам (77, 78):
пр j нн I НН .ф WНН К закр.кат.НН (1 К доб.кат.НН )
q катНН . (77)
2 mв (bНН hНН )
пр j вн I ВН .ф WВН К закр.кат.ВН (1 К доб.кат.ВН )
Электротехнические материалы, применяемые в силовых трансформаторах
... Расчет трансформатора Размеры сердечника силового трансформатора определяются в зависимости от габаритной (кажущейся) мощности трансформатора. Обмотки рассчитываются ... значения которой зависят от мощности трансформатора, по формуле В заключение проверяют, уложатся ли ... трансформаторов, о которых и пойдет речь в моем реферате. Пример расчета силового трансформатора. Назначение Силовой трансформатор ...
q катВН . (78)
2 mв (bВН hВН )
3.4 Превышение нагрева катушки над маслом, оС, рассчитывается по формулам (79, 80):
Ккат
Qкат. мсНН 0,147 (1 (5 bНН 0,18)) qкатНН 2,75 (tв 0,55 10 3 ) qкатНН . (79)
Ккат
Qкат. мсВН 0,147 (1 (5 bВН 0,18)) qкатВН 2,75 (tв 0,55 10 3 ) qкатВН . (80)
3.5 Осевой размер бака, м, рассчитывается по формуле (81):
HБ 2 Д СТ H окн hБ ня
hБ вя
, (81)
где hБ ня
, hБ вя
- расстояние от ярма до дна бака и от ярма до крышки бака, м.
3.6 Отношение высоты центра потерь к высоте центра охлаждения, рассчитывается по формуле (82):
H цп Д СТ hБ ня
H окн
2 . (82)
тц
H цо 1
H окн 2 Д СТ H мо
3.7 Коэффициент расположения центров, рассчитывается по формуле (83):
К тц 1,179 2
тц 1,375 тц 1,473. (83)
3.8 Превышение нагрева масла над воздухом, оС, рассчитывается по формуле (84):
Qв.сл . м
Q мс.ср , (84)
1,2 К тц
где Qв.сл . м 60 оС – максимальное превышение температуры верхних слоев масла.
3.9 Превышение нагрева масла над воздухом, оС, рассчитывается по формуле (85):
Q мс [Qобм ] Q кат. мс. макс . (85)
о
где Qобм 65 С – стандартизованное максимальное значение превышения
температуры обмоток;
- Qкат. мс. макс – превышение наиболее нагретой обмотки над маслом.
3.10 Полные потери трансформатора, Вт, рассчитываются по формуле
(86):
Pрасч 1,1 ( Pхх Pк.з ).
(86)
3.11 Удельная термическая нагрузка бака, Вт/м2, рассчитывается по формуле (87):
1, 25
Qмс.ср
qБ . (87)
0,262
3.12 Поток тепла, отводимый поверхностью бака, Вт, рассчитывается по формуле (88):
BБ2
QБ qБ H Б ПБ 2 Lмо BБ 0,75 . (88)
Выбираем панельные радиаторы с характеристиками: теплоотдающая по верхность радиатора Fрад 49 м , расстояние между патрубками H мо 2,8 м, ко личество панелей 25.
3.13 Поток тепла, отводимый радиаторами, Вт, рассчитывается по форму ле (89):
Qрад Pрасч QБ . (89)
3.14 Удельная термическая нагрузка радиатора, Вт/м2, рассчитывается по формуле (90):
1, 25
Qмс.ср
q рад , (90)
К охл
где К охл 0,22
3.15 Количество радиаторов, рассчитывается по формуле (91):
Q рад
n рад . (91)
Fрад q рад
Расчет выполнен по формулам 73 – 91 в программа SAPR-TON. Результа ты сведены в таблицу 4.
Таблица 4 – Перегрев концентров и масла при использовании системы охла ждения Д, С
100% 60% Обмотка Норма
tо-м. tо-в. tннт tо-м. tо-в. tннт НН 21,2 50,3 73,2 10,2 48,0 62,2 ВН 29,3 58,4 77,2 14,2 52,0 64 65/78 РО 31,0 60,1 77,8 14,1 51,9 67,6 tм.ср 29,1 37,8 tм.в 46,3 48,9
где tо-м – перегрев обмотки над маслом, оС;
- tо-в – перегрев обмотки над воздухом, оС;
- tннт – температура наиболее нагретой точки трансформатора, оС;
- tм.ср – температура средних слоев масла, оС;
- tм.в – температура верхних слоев масла, оС.
По расчетам определено необходимое количество радиаторов и вентиляторов. Для охлаждения трансформатора мощностью 80000 кВА и классом напряжения 110 кВ требуется 10 панельных радиаторов типа Eurocooler 2800 с теплоотдающей поверхностью каждого радиатора 49 м2, и межосевым расстоянием по высоте между присоединительными патрубками радиатора равным 2800 мм. Каждый радиатор состоит из 25 панелей. Так же для системы охлаждения Д необходимо 5 вентиляторов, расход воздуха каждого из которых не менее 22500 м3/ч.
4 Тепловой расчет системы охлаждения типа ДЦ
4.1 Коэффициент, учитывающий закрытие поверхности катушки прокладками, рассчитывается по формулам (92, 93):
Д нн.ср
К закр.катНН , (92)
Д нн.ср nпрокл bпрокл. НН
Д вн .ср
К закр.кат. ВН , (93)
Д вн .ср nпрокл bпроклВН
где bпроклВН , bпрокл.НН – радиальный размер изоляционной детали, м.
4.2 Коэффициент для учёта добавочных потерь, рассчитывается по формулам (94, 95):
Pв.ос.НН Pв. рад.НН
К доб.катНН . (94)
Росн.НН
Pв.ос.ВН Pв. рад.ВН
К доб.катВН . (95)
Росн.ВН
4.3 Термическая нагрузка поверхности катушки, Вт/м2, рассчитывается по формулам (96, 97):
пр j нн I НН .ф WНН К закр.кат.НН (1 К доб.кат. НН )
q катНН . (96)
2 mв (bНН hНН )
пр j вн I ВН .ф WВН К закр.кат.ВН (1 К доб.кат.ВН )
q катНН . (97)
2 mв (bВН hВН )
4.4 Превышение нагрева катушки над маслом, оС, рассчитывается по формулам (98, 99):
Ккат
Qкат. мсНН 0,147 (1 (5 bНН 0,18)) qкатНН 2,75 (t в 0,55 10 3 ) qкатНН . (98)
Ккат
Qкат. мсВН 0,147 (1 (5 bВН 0,18)) q катВН 2,75 (t в 0,55 10 3 ) q катВН . (99)
4.5 Осевой размер бака, м, рассчитывается по формуле (100):
HБ 2 ДСТ H окн hБ ня
hБ вя
, (100)
где hБ ня
, hБ вя
- расстояние от ярма до дна бака и от ярма до крышки бака, м.
4.6 Отношение высоты центра потерь к высоте центра охлаждения, рассчитывается по формуле (101):
H цп Д СТ hБ H окн
ня
2 . (101)
тц
H цо 1
H окн 2 Д СТ H мо
4.7 Коэффициент расположения центров, рассчитывается по формуле (102):
К тц 1,179 2
тц 1,375 тц 1,473. (102)
4.8 Превышение нагрева масла над воздухом, оС, рассчитывается по формуле (103):
Qв.сл. м
Qмс.ср , (103)
1,2 К тц
где Qв.сл . м 60 оС – максимальное превышение температуры верхних слоев масла.
4.9 Превышение нагрева масла над воздухом, оС, рассчитывается по формуле (104):
Q мс [Qобм ] Qкат. мс. макс , (104)
о
где Qобм 65 С – стандартизованное максимальное значение превышения
температуры обмоток;
- Qкат. мс. макс – превышение наиболее нагретой обмотки над маслом.
4.10 Полные потери трансформатора, Вт, рассчитываются по формуле (105):
Pрасч 1,1 ( Pхх Pк.з ).
(105)
4.11 Удельная термическая нагрузка бака, Вт/м2, рассчитывается по формуле (106):
1, 25
Qмс.ср
qБ . (106)
0,262
4.12 Поток тепла, отводимый поверхностью бака, Вт, рассчитывается по формуле (107):
BБ2
QБ qБ H Б ПБ 2 Lмо BБ 0,75 . (107)
Выбираем охладители типа ОДЦ – 180.
4.13 Поток тепла, отводимый охладителями, Вт, рассчитывается по формуле (108):
Qохл Pрасч QБ . (108)
4.14 Удельная термическая нагрузка охладителя, Вт/м2, рассчитывается по формуле (109):
1, 25
Qмс.ср
qохл , (109)
К охл
где К охл – коэффициент для системы охлаждения ДЦ
4.15 Количество охладителей, рассчитывается по формуле (110):
Qохл
nохл . (110)
Fохл qохл ц .б
Расчет выполнен по формулам 92 – 110 в программа SAPR-TON. Результаты сведены в таблицу 5.
Таблица 5 – Перегрев концентров и масла при использовании системы охлаждения ДЦ, С
Нагрузка 100% Нагрузка 75% Нагрузка 40% Обмотка Норма
tо-м. tо-в. tннт tо-м. tо-в. tннт tо-м. tо-в. tннт НН 21,2 51,2 60,9 14,3 48,3 55,9 6,8 23,8 27,6 ВН 29,3 59,3 69,2 19,8 53,8 61,5 9,6 26,6 30,4 65/78 РО 31,0 61,0 70,5 15,9 49,9 60,1 6,4 23,4 27,0 tм.ср 30,0 34,0 17,0 tм.в 32,6 37,0 18,3 Количество
2+1 1+1 1+1 охладителей
где tо-м – перегрев обмотки над маслом, оС;
- tо-в – перегрев обмотки над воздухом,оС;
- tннт – температура наиболее нагретой точки трансформатора, оС;
- tм.ср – температура средних слоев масла, оС;
- tм.в – температура верхних слоев масла, оС.
Тепловой расчет выполнен на расчетные потери с допуском 10%:
363 кВт при нагрузке 100%
222 кВт при нагрузке 75%
92 кВт при нагрузке 40%
По расчетам определено необходимое количество охладителей. Для охлаждения трансформатора мощностью 80000 кВА и классом напряжения 110 кВ требуется 2 основных охладителя ОДЦ — 180 и 1 резервный.
5 Оценка технико-экономических параметров разных систем охлаждения трансформатора ТРД(Ц)Н-80000/110
Так как мы рассматриваем один трансформатор с разными системами охлаждения, целесообразно будет вести технико-экономический расчет, учитывая только параметры системы охлаждения. Остальные параметры трансформатора остаются одинаковыми как для системы охлаждения типа Д, так и для системы охлаждения типа ДЦ, так как сама конструкция трансформатора не меняется, а изменяется только система охлаждения.
Оценка технико-экономических параметров трансформатора ТРД(Ц)Н80000/110 с системой охлаждения типа Д и ДЦ
Исходя из технико-экономического расчета проведенного в программе SAPR-TON можно сделать вывод о стоимости исполнения трансформатора как с системой охлаждения Д, так и с системой охлаждения ДЦ.
Таблица 6 – Сравнение систем охлаждения Д и ДЦ исходя из техникоэкономического расчета
Охлаждение типа Д Охлаждение типа ДЦ
10 радиаторов Eurocooler Стоимость радиа 2800 стоимостью 212000 руб- торов
лей каждый
2 охладителя ОДЦ 180 + Стоимость охла- 1 резервный охладитель
дителей стоимостью 750000
рублей каждый
10 радиаторов по 824 кг каж Масса радиаторов дый. Масса охладите- 3 охладителя по 995 кг
лей каждый
5 вентиляторов стоимостью Вентиляторы 30000 рублей каждый
Исходя из полученных параметров, можем сделать вывод, что трансформатор с системой охлаждения ДЦ существенно легче трансформатора с системой охлаждения Д, так как масса радиаторов обеспечивающих охлаждение 8240 кг, а масса охладителей 2985 кг. Также для оптимального охлаждения система ДЦ требует меньшего объема трансформаторного масла [12, 24]. Стоимость охладителей незначительно выше стоимости радиаторов, поэтому можно считать их стоимость примерно одинаковой. Так же при использовании системы охлаждения типа ДЦ уменьшаются габариты трансформатора, так как охладители меньше чем радиаторы. Исходя из всего вышеперечисленного можем сделать вывод что использование системы охлаждения ДЦ вместо системы охлаждения Д экономически выгоднее.
6 Монтаж систем охлаждения типа Д и ДЦ
При выполнении монтажа системы охлаждения типа Д на бак крепят кронштейны на которых будут размещаться электродвигатели с вентиляторами. После этого начинают монтаж электрической схемы питания, затем устанавливают радиаторы и открывают радиаторные краны [13].
Рисунок 3 – Монтаж радиаторов системы Д: 1 – стенка бака; 2 – электродвигатель; 3 – растяжка; 4 – бобышка; 5 – кронштейн; 6 – скоба; 7 – крепление провода; 8 – провод; 9 – распределительная ко робка.
Систему охлаждения типа ДЦ транспортируют в навесном или выносном исполнении. При выносном – охладители устанавливают на стоящих отдельно фундаментах, а затем соединяют с трансформатором с помощью труб. Их узлы подгоняются и свариваются на месте установки [14].
При навесном – все детали и узлы трубопроводов свариваются и подготавливаются заводом изготовителем перед транспортировкой. При монтаже охладители вешают на бак и соединяют с ним при помощи труб [15]
Рисунок 4 – Монтаж охладителей системы ДЦ:
- а – выносные охладители;
- б – навесные охладители;
- 1 – фильтр термосифонный;
- 2 – охладитель;
- 3 – насос масляный;
- 4 – стойка;
5 – бак; 6 – вентиляторы.
Вместе с установкой системы охлаждения выполняют также и установку остальных деталей трансформатора – монтируют фильтры термосифонные, расширитель, воздухоосушитель крепят к расширителю, монтируют газовое реле и манометрические термометры. Расширитель транспортируют отдельно и тщательно проверяют. В случае выявления ржавчины на внутренней поверхности расширителя устраняют ёё или заменяют расширитель на новый. Маслоуказатель расширителя доставляют в разобранном виде и устанавливают при монтаже трансформатора. Во избежание вытекания масла из расширителя монтируют реле уровня масла [16].
Рисунок 5 – Маслоуказатель: 1 – болт; 2 – колено нижнее; 3 – электрокартонная прокладка; 4 и 9 –прокладки из резины; 5 и 8 – втулки; 6 –трубка из стали; 7 – трубка из стекла; 10 – колено
верхнее; 11 – кран.
После монтажа маслоуказателя и реле уровня масла расширитель проверяют на герметичность. Обычно для этого его заполняют сухим трансформаторным маслом, с выдержкой в течение 3 ч. После завершения установки всех частей трансформатора и системы охлаждения доливают оставшуюся часть масла в бак и заливают маслом охлаждающую систему.
7 Эксплуатация систем охлаждения типа Д и ДЦ
Эксплуатация системы охлаждения трансформатора, включающая в себя наблюдение и обслуживание ее наружной части, является одним из наиболее трудоемких и ответственных элементов эксплуатации всего трансформатора. Работа системы охлаждения оказывается прямое и косвенное влияние на эксплуатационную надежность трансформатора и его срок службы.
В процессе эксплуатации масло и твердая изоляции трансформатора стареют, т.е. подвергаются сложным физико-химическим изменения, которые для твердой изоляции носят необратимый характер [17].
В результате старения масла, в основном связанного с окислительными процессами, ухудшаются его электроизоляционные свойства; происходит накопление осадков на активной части трансформатора, затрудняющее отвод тепла от обмоток и магнитопровода; увеличиваются коррозионная агрессивность масла и его вязкость; происходит ускоренное старение твердой изоляции. Срок службы трансформатора определяется главным образом разрушением твердой изоляции, основой которой являются бумага и электрокартон, так как масло может быть регенерировано или заменено [18].
В результате старения бумаги, которое наиболее интенсивно происходит под действием продуктов окисления масла, она становится хрупкой, что в сочетании с другими факторами (динамические усилия, перенапряжения, перегрузки) может явиться причиной витковых замыканий, электрического или теплового пробоя.
Наибольшее действие старение масла и твердой изоляции оказывают высокая температура, влага и кислород воздуха, причем температура является главной причиной старения. Поэтому обеспечение эффективной работы системы охлаждения и поддержание ее в хорошем состоянии являются одним из важнейших источников сохранения длительной работоспособности масла и твердой изоляции трансформатора [19].
Сроки контроля нагрузки, температуры и качества масла, а также осмотра трансформаторов определяются нормативными документами [20].
При осмотре систем охлаждения проверяют:
- отсутствие течей масла;
- работу радиаторов системы охлаждения типа Д путем прощупывания ру кой их нагрева по высоте;
- работу охладителей охлаждающей системы ДЦ по показаниям маномет ров, обычно устанавливаемых со стороны напорного и всасывающего па трубков насоса;
- работу насосов по показанию манометров и амперметра;
- отсутствие шума и вибрации насосов;
работу вентиляторов и отсутствие вибрации электродвигателей и крыль чаток, правильность направления вращения крыльчаток без задевания их
за кожух;
- отсутствие значительных вибраций отдельных частей системы охлажде ния;
- состояние сетчатых фильтров по показаниям манометров;
- работу термосифонных фильтров (на ощупь);
затяжку всех болтовых соединений и креплений насосов, вентиляторов,
охладителей и остальных частей системы охлаждения;
- состояние резиновых прокладок крепления вентиляторов;
- состояние наружной покраски.
Практически единственным критерием качества и эффективности работы системы охлаждения является температура верхних слоев масла, измеряемая термометрическими сигнализаторами [25].
За максимальную температуру верхних слоев масла принимается температура масла под крышкой бака, измеренная термометрическим сигнализатором в конце длительного режима работы трансформатора с неизменной номинальной нагрузкой при неизменной температуре охлаждающей среды, равной ее максимальному значению. Под длительным режимом работы понимают режим, продолжающийся в течение 6 – 8 ч для системы охлаждения типа ДЦ и в течение 9 – 12 ч для системы охлаждения типа Д. Ограничивается также и минимальная температура верхних слоев масла, которая в зимний период не должна опускать ниже 10 – 20оС.
Причины повышенного нагрева масла для системы охлаждения типа Д могут быть следующими:
- не полностью открыты плоские краны радиаторов, что вызывает увеличе ние гидравлического сопротивления потоку масла и уменьшает его ско рость;
- не выпущен воздух из верхних коллекторов радиаторов;
- сильное загрязнение наружной поверхности трубок радиаторов;
- отказ некоторых вентиляторов;
- неправильное направление вращения крыльчаток;
- отклонение профиля лопаток крыльчаток и угла их установки от черте жей.
Причины повышенного нагрева масла для системы охлаждения типа ДЦ могут быть следующими:
- загрязнение наружной поверхности оребренных трубок охладителей;
- отказ некоторых вентиляторов;
- неправильное направление вращения рабочего колеса насоса;
- неправильное направление вращения крыльчаток вентиляторов;
зазор между кожухом и крыльчаткой вентилятора превышает 3 % длины
лопатки;
нарушение целостности спирального проволочного оребрения стальных
охладителей;
- большой процент неработающих трубок алюминиевых охладителей, за глушенных для устранения течи масла;
- снижение расхода объема воздуха.
Заключение
Целью данного дипломного проекта является оптимизация системы охлаждения силового масляного трансформатора путем замены системы охлаждения типа Д на охлаждение ДЦ. Данный способ обеспечивает уменьшение массы трансформатора и его габаритов, за счет замены радиаторов на охладители. Также это обеспечивает уменьшение температуры нагрева масла и обмоток. Все эти факторы в итоге обеспечивают экономическую выгоду и длительный срок эксплуатации изоляции.
Был выполнен электромагнитный расчет и получены следующие значения: тип каждой из обмоток и их параметры, такие как высота обмотки, плотность тока, количество витков и другие. Также были получены значения потерь и тока холостого хода. Было рассчитано напряжение короткого замыкания.
После этого был выполнен тепловой расчет системы охлаждения Д и определены следующие параметры: тип радиаторов, количество радиаторов, превышение температуры масла и обмоток над воздухом. Те же параметры были определены при расчете системы охлаждения ДЦ. После этих расчетов были сделаны выводы о целесообразности применения системы охлаждения типа ДЦ.
Далее был описан процесс монтажа систем охлаждения типа Д и ДЦ и были даны советы по эксплуатации этих систем охлаждения.
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/bakalavrskaya/po-teplotehnike-teplovoy-raschet-silovogo-transformatora/
