Трансформатором называется электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной первичной системы переменного тока в другую вторичную, имеющую другие характеристики, в частности другое напряжение.
Обычно трансформатор состоит из стального замкнутого сердечника и двух или нескольких электрически не связанных между собой обмоток.
Трансформатором с ответвлениями называется трансформатор, обмотки которого имеют специальные ответвления для изменения соотношения между числами витков обмоток. Та из обмоток трансформатора, к которой подводится энергия переменного тока, называется первичной обмоткой, другая, от которой энергия отводится, называется вторичной. В соответствии с названиями обмоток, все величины, относящиеся к первичной обмотке, как, например, напряжение, мощность, ток, сопротивление и т.д., тоже называются первичными, а относящиеся ко вторичной обмотке вторичными. Если первичной обмоткой является обмотка высшего напряжения, а вторичной обмотка низшего напряжения, то такой трансформатор называется понижающим. При вторичном напряжении выше первичного трансформатор называется повышающим. Соответственно системе тока имеются трансформаторы одно-, трех- и многофазные. Обмоткой многофазного трансформатора является совокупность всех соединенных между собой фазных обмоток.
Для улучшения охлаждения трансформатора его сердечник вместе с обмотками размещается в баке с жидкостью, обычно трансформа торным маслом; такие трансформаторы называются масляными. Трансформаторы с воздушным охлаждением называются сухими.
1.Причины и виды ремонта трансформаторов
В обеспечении безаварийной длительной работы трансформатора большую роль играет его изоляция. Различают изоляцию маслонаполненного трансформатора внешнюю и внутреннюю. К внешней относят воздушную изоляцию, находящуюся вне бака, например изоляционное расстояние по воздуху между вводами трансформатора. Внутренней является изоляция, расположенная внутри бака. Она делится на главную и продольную. К главной изоляции относят детали, изолирующие обмотки друг от друга и от заземленных частей, например электрокартонные (мягкие) и бумажно – бакелитовые (жесткие) цилиндры, масляные каналы и др. Главная изоляция обмотки класса напряжения 35 кВ показана на рис. 1 а, и обмотки 110 кВ на рис. 1 б.
Трансформаторы, их назначение, принцип действия, примеры использования
... достижения указанной цели, в работе поставлены следующие задачи: изучить исторический аспект изобретения. дать детальную характеристику электрического аппарата. выделить основные принципы, которые характерны для трансформатора проанализировать динамику востребовательности с ...
В продольную изоляцию входит изоляция витков обмотки, между ее катушками или дисками, между слоями и элементами емкостной защиты обмотки. В процессе работы трансформатора все элементы его главной и продольной изоляции подвергаются различным воздействиям, снижающим их электрическую прочность и сроки службы. Наиболее сильное отрицательное воздействие на электрическую прочность изоляции оказывают химические процессы, происходящие в трансформаторе из-за наличия в изоляции посторонних примесей в виде: влаги, оставшейся в изоляции при недостаточной сушке обмоток после ремонта или скопившейся вследствие увлажнения охлаждающего масла трансформатора; остатка растворителя пропиточного лака, не удаленного при запекании пропитанных обмоток; воздушных или газовых включений в изоляцию, оставшихся при заполнении бака трансформаторным маслом; посторонних механических примесей и твердых частиц, попавших в бак при его заполнении маслом.
При работе трансформатора, сопровождающейся повышенным нагревом его внутренних частей, химические процессы становятся более интенсивными и их отрицательное воздействие на изоляцию резко возрастает.
Рис. 1. Расположение главной изоляции обмоток классов напряжений: а-35 кВ, 6–110 кВ; 2 – уравнительная и ярмовая изоляции; 3 – стержень магнитопровода; 4, 5 – изоляционные цилиндры обмоток НИ и ВН; 6 – обмотки НИ и ВН; 7, 11 – прессующее и емкостное кольца; 8, 12 – верхнее и нижнее ярка; 9 – угловые шайбы; 10 – междуфазные перегородки.
При увеличении в твердой и мягкой изоляции содержания влаги, недостаточном удалении из нее растворителей, воздуха и газовых включений электрическая прочность изоляции снижается, а срок службы изоляционных покрытий в результате химических реакций резко сокращается. Присутствие в масле различных механических примесей (волокон и др.) снижает его пробивное напряжение.
Отдельные изоляционные детали, например бумажно-бакелитовые цилиндры, испытывают и механические воздействия, вызываемые электродинамическими усилиями, которые возникают в обмотках при сквозных коротких замыканиях.
Качество изоляции основной показатель, определяющий надежность трансформатора в эксплуатации, поэтому при ремонте трансформаторов качеству и соблюдению технологии изоляционных работ необходимо уделять особое внимание. Изоляция отремонтированного трансформатора должна без повреждений и ухудшений диэлектрических свойств выдержать весь комплекс послеремонтных испытаний, а также электрические, тепловые, химические и другие воздействия на нее, возможные в процессе работы трансформатора.
Наиболее уязвимой и часто повреждающейся частью трансформатора являются его обмотки ВН и реже НН. Повреждения чаще всего возникают вследствие снижения электрической прочности изоляции на каком-либо участке обмотки, в результате чего происходит электрический пробой изоляции между витками и их замыкание на этом участке, приводящее к выходу трансформаторов из строя. Нередки случаи перехода напряжения с обмотки ВН на обмотку НН из-за ухудшения состояния изоляции между ними.
В трансформаторах могут повреждаться также вводы, переключатели, крышка и другие детали. Примерное соотношение повреждений отдельных частей трансформатора следующее:
- обмотки и токопроводящие части – 53%;
- вводы -18%;
- переключатели -12%;
- все остальные части, взятые вместе -17%.
Исследования причин аварийных выходов трансформаторов из строя показали, что обычно аварии происходят из-за неудовлетворительного обслуживания и низкого качества ремонта.
Трансформатор с поврежденными обмотками или другими его частями подлежит немедленному выводу из работы и ремонту. Наиболее распространенная в электроремонтных цехах большинства предприятий структурная схема ремонта трехфазных трансформаторов с масляным охлаждением показана на рис. 2.
В соответствии с этой схемой поврежденный трансформатор, находящийся на складе неисправных трансформаторов в ожидании ремонта, поступает в дефектационно – подготовительное отделение, состоящее из трех участков: разборки и мойки, дефектировки обмоток и механической части трансформатора.
На разборочном участке очищают трансформатор, сливают масло из его расширителя, бака и маслонаполненных вводов, а затем, убедившись из записей в сопроводительных документах и из предварительных испытаний в неисправности трансформатора, переходят к его разборке и дефектировке.
Разборку трехфазного масляного двухобмоточного трансформатора и ряда его частей производят одновременно или с небольшим смещением во времени. Дефектировкой трансформатора называют комплекс работ по выявлению характера и степениповреждения его отдельных частей. Работа по дефектировке наиболее ответственный этап ремонта, поскольку при этом определяются действительный характер и размеры повреждений, а также объем предстоящего ремонта и потребность в ремонтных материалах и оснастке. Поэтому производящий дефектировку должен хорошо знать не только признаки и причины неисправности, но и способы их безошибочного выявления и устранения. Характерные неисправности силовых трансформаторов и возможные причины их возникновения приведены в табл. 1.
Рис. 2. Функциональная схема ремонта силовых трансформаторов с масляным охлаждением
Таблица 1. Неисправности трансформаторов и возможные причины их возникновения
|
Элемент трансформатора |
Неисправность |
Причина неисправности |
|
Обмотки |
Витковое замыкание Замыкание на корпус (пробой), межфазное к. з. Обрыв цепи |
Естественное старение изоляции; систематические перегрузки трансформатора; динамические усилия при сквозных коротких замыканиях. Старение изоляции; увлажнение масла или понижение его уровня. Внутренние и внешние перенапряжения; деформация обмоток вследствие прохождения больших токов к. з. |
|
Переключатели регулирования напряжения Выводы Магнитопровод Бак и арматура |
Отсутствие контакта Оплавление контактной поверхности Электрический пробой (перекрытие) на корпус «Пожар стали» Течь масла из сварных швов фланцев и кранов |
Нарушение регулировки переключающего устройства Термическое воздействие на контакт токов к. з. Трещины в изоляторах ввода; понижение уровня масла в трансформаторе при одновременном загрязнении внутренней поверхности изоляторов Нарушение изоляции между отдельными листами стали или стяжными болтами; слабая прессовка стали магнитопровода; образование короткозамкнутого контура при выполнении заземления магнитопровода со стороны обмоток ВН и НН Нарушение целостности сварного шва, плотности фланцев соединений, плохой притертости пробки пробкового крана, повреждения его прокладки в месте соединения с фланцем. |
Повреждения внешних деталей трансформатора (расширителя, бака, арматуры, наружной части вводов, пробивного предохранителя) можно выявить тщательными осмотрами, а внутренних деталей – различными испытаниями. Однако результаты испытаний не всегда позволяют точно установить действительный характер повреждений, поскольку любое отклонение от нормы, выявленное в результате испытаний (например, повышенный ток холостого хода), может быть вызвано различными причинами, в том числе витковым замыканием в обмотке, наличием замкнутого контура тока через стяжные болты и прессующие детали, неправильным включением параллельных обмоток и др. Поэтому в процессе дефектировки, как правило, разбирают трансформатор и при необходимости поднимают активную часть, что позволяет не только точно установить причины, характер и масштабы повреждений, но и определить требуемые для ремонта трансформатора материалы, инструменты и приспособления, а также время.
Новейшие силовые трансформаторы отечественного производства при правильной эксплуатации могут работать без ремонта в течение 25 лет и более. Однако для определения технического состояния и предупреждения аварий «Правила технической эксплуатации» предусматривают планово-предупредительные ремонты (ППР) трансформаторов.
Согласно этим правилам главные трансформаторы электрических станций и подстанций (через которые передается основная часть электрической энергии) и трансформаторы собственных нужд (обеспечивающие питание потребителей, от которых зависит работа самой станции, подстанции) нужно по мере необходимости вскрывать для осмотра и ремонта. Вскрывать и осматривать следует также трансформаторы после длительной транспортировки к месту установки.
Планово-предупредительные ремонты заранее предусматривают и включают в план ремонтов. Ремонты трансформаторов подразделяют на текущие, средние и капитальные. Текущий ремонт является часто профилактическим ремонтом без вскрытия трансформатора. В него входят: наружный осмотр; выявление и устранение мелких дефектов в арматуре, системе охлаждения, навесных устройствах; подтяжка креплений; устранение течей масла и доливка масла; протирка наружных поверхностей от загрязнений; измерение сопротивления изоляции обмоток и другие мелкие работы. Текущий ремонт выполняет эксплуатационный персонал, обслуживающий электроустановку. Средний ремонт включает вскрытие трансформатора с подъемом активной части (или съемной части бака, если бак имеет нижний разъем); мелкий ремонт и осмотр отдельных устройств, активной части (без ее разборки); замену вводов, отводов, переключающих устройств, охладителей, тёрмосифонного фильтра, маслозапорной арматуры, масляных насосов, вентиляторов и т.д. Его выполняют с отключением трансформатора на сравнительно непродолжительное время в зависимости от объема заботы (от нескольких дней до нескольких недель).
