Наилучшие способы предупреждения отказов трансформаторов.

Поломок трансформаторов и угроз их безопасности можно избежать или свести их к минимуму, убедившись в том, что проводники и оборудование имеют правильный размер, защиту и надлежащее заземление. Неправильная установка трансформаторов может вызвать пожар из-за неправильной защиты, а также поражение электрическим током в связи с несоответствующим заземлением.

Как только трансформатор будет смонтирован, бак должен быть постоянно заземлен на правильно установленном стационарном заземлении надлежащего сечения.

В условиях повышенной влажности или дождя доступ к заполненному жидкостью трансформаторному баку должен быть ограничен.

Сухой воздух должен непрерывно поступать в газовое пространство, если влажность превышает 70%.

Силовой трансформатор должен быть защищен от дождя таким образом, чтобы вода не попадала внутрь.

Все оборудование, используемое при обработке жидкостей (шланги, насосы и т.д.) должно быть чистым и сухим. Если в ходе проверки выводиться изоляционная жидкость, его уровень должен оставаться не ниже верхней части обмотки.

Когда заполненный жидкостью трансформатор установлен снаружи, необходимо поддерживать положительное постоянное давление газа на уровне от 1 до 2 МПа (даже при низкой температуре окружающей среды).

Прежде чем подать напряжение, необходимо провести заключительный осмотр трансформатора. Должна быть произведена проверка всех соединений, изоляции и вводов.

При загрузке трансформатор должен находиться под наблюдением в течение первых часов работы. Температура и давление в баке трансформатора должны контролироваться на протяжении первой недели работы.

Переходные процессы в трансформаторах

Переходные процессы получаются при переходе от одного установившегося режима работы к другому. Такой переход не совершается мгновенно, так как энергия магнитных и электрических полей, связанных с цепями, различна при различных установившихся режимах, а для конечного изменения энергии полей необходимо некоторое время.

Изменение энергии полей сопровождается возникновением, так называемых свободных полей и соответствующих им токов и напряжений, накладывающихся на токи и напряжения установившегося режима.

При переходных процессах результирующие токи, а также напряжения на отдельных частях обмоток могут значительно превышать те же величины при установившихся режимах, что необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации трансформаторов и электрических машин.

Включение трансформатора. Будем рассматривать переходный процесс при включении ненагруженного трансформатора.

3 Модернизация оборудования собственных нужд тяговой подстанции

Целью модернизации оборудования собственных нужд тяговых подстанций является замена морально и физически устаревшего на современное оборудование.

На большинстве тяговых подстанций оборудование собственных нужд выработало свой ресурс и не отвечает современным требованиям надежности электроснабжения потребителей, среди которых потребители 1 категории, для которых недопустимо прекращение электроснабжения.

Связано это с тем, что на большинстве подстанций со времен массовой электрификации (1956 – 1965 гг.) не проводилась модернизация оборудования.

Установка нового оборудования не только повысит надежность электроснабжения, но и снизит текущие расходы на ремонт и обслуживание. Будет производиться переход к малообслуживаемым тяговым подстанциям.

Основные направления модернизации:

1) замена старых масляных трансформаторов собственных нужд на малообслуживаемые сухие трансформаторы мощностью 400 кВ∙А (как альтернатива – замена более современными масляными трансформаторами);

2) установка автоматических выключателей на низкой стороне трансформатора для восстановления нормального режима работы трансформатора.

3.1 Замена трансформаторов собственных нужд

В качестве новых трансформаторов будут использоваться сухие трансформаторы типа ТСЗГЛ – 400-10/0,4 – У3, для этих трансформаторов характерны все преимущества, указанные в пункте 2.1, но с дополнительными достоинствами:

- для изоляции обмоток используется эпоксидный компаунд с кварцевым наполнителем (геафоль);

- дополнительно обмотки усилены стеклотканью, что исключает возникновение трещин в эпоксидном компаунде даже при перегрузке трансформаторов.

Геафоль не оказывает вредного влияния на окружающую среду, не выделяет токсичных газов даже при воздействии дуговых разрядов. Благодаря такой изоляции обмотки не требуют технического обслуживания.

Рисунок 3.1.1 – Условное обозначение и расшифровка трансформатора ТСЗГЛ

Для защиты от перегрева трансформаторы комплектуются цифровым реле тепловой защиты ТР-100, оборудованным интерфейсом RS-485 MODBUS RTU. Реле ТР-100 имеет универсальное питание и может подключаться на постоянное или переменное напряжение от 24 до 260 В. Реле тепловой защиты управляется тремя датчиками температуры с характеристикой РТ100, встроенными в обмотки низкого напряжения. На рисунке 23 приведено условное обозначение и расшифровка трансформаторов ТСЗГЛ.

Обслуживание трансформаторов ТСЗГЛ:

Обслуживание трансформатора заключается в периодических осмотрах и плановых отключениях (не реже одного раза в год).

При плановых отключениях следует выполнять следующие работы [6]:

- Изоляционные детали и обмотки протереть от образовавшегося налета и пыли;

- Охлаждающие каналы между магнитопроводом и обмотками, обмотками соседних фаз продуть сухим сжатым воздухом;

- Проверить состояние заземления, контактных соединений шин.

- Порядок замены старых трансформаторов на новые:

- Производится перевод питания на резервный трансформатор;

- Производят отключение всех коммуникаций трансформатора;

- Производится демонтаж старого трансформатора (слив масла, погрузка на железнодорожную платформу или на автоприцеп, вывоз трансформатора);

- Подготавливается площадка под установку нового трансформатора;

- Устанавливается новый трансформатор;

- Подключаются вводы высокого и низкого напряжения;

- Производится тестовый запуск трансформатора.

Те же действия производят с резервным трансформатором.

На рисунке 24 показаны общий вид и габаритные размеры трансформатора ТСЗГЛ-400-10/0,4 У3.

Рисунок 3.1.2 – Общий вид трансформатора ТСЗГЛ-400-10/0,4 У3

Цифрами на рисунке 3.1.2 показаны:

1 – ролик транспортный; 2 – съемные стенки кожуха; 3 – пластина для подъема трансформатора; 4 – табличка; 5 – реле теплозащиты ТР-100; 6 – узел заземления трансформатора; 7 – кожух; 8 – клеммы регулирования напряжения ВН; 9 – вывод ВН; 10 – уголок, установленный на время транспортирования; 11 – вывод НН

В качестве более дешевой альтернативы можно использовать масляные трансформаторы типа ТМГ номинальной мощностью 400 кВ∙А.

Силовые трансформаторы серии ТМГ (масляные герметичные) мощностью 16-2500 кВ∙А, классом напряжения 10(6)/0,4 кВ изготавливаются в гофробаке, заполненном дегазированным маслом в вакуумной камере. Гофрированные баки обеспечивают необходимую поверхность охлаждения, без применения съемных охладителей.

В трансформаторах ТМГ используются герметичные баки без расширителя. Отсутствие расширителя исключает контакт масла с окружающей средой, предотвращая тем самым процессы увлажнения, окисления и шламообразования. Благодаря этому масло не меняет своих диэлектрических свойств в течение всего срока службы.

Регулирование напряжения осуществляется переключателем типа ПБВ (переключение без возбуждения) в ручном режиме при снятой нагрузке и напряжении, путем переключения ответвлений обмотки ВН.

Рисунок 3.1.3 – Условное обозначение и расшифровка трансформатора ТМГ

Рисунок 3.1.4 – Общий вид трансформатора ТМГ 400-10/0,4 У1

На рисунке 3.1.4 показан общий вид и габаритные размеры трансформатора ТМГ 400-10/0,4 У1, цифрами обозначены:

1 – ролик транспортный; 2 – зажим заземления; 3 – пробка сливная; 4 – бак; 5 – табличка; 6 – маслоуказатель; 7 – ввод НН; 8 – ввод ВН; 9 – гильза термометра; 10 – патрубок для заливки масла; 11 – серьга для подъема трансформатора; 12 – переключатель; 13 – пробивной предохранитель.

Трансформатор трёхфазный масляный предназначен для преобра­зования электроэнергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии в условиях наружной или внутренней установки умеренного (от плюс 40 до минус 45 С) или холодного (от плюс 40 до минус 60 С) климата. Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли в концентрациях, снижающих

параметры изделий в недопустимых пределах.

Трансформатор ТМГ 400 МЭТЗ не предназначен для работы в условиях тряски, вибрации, ударов, в химически активной среде. Высота установки над уровнем моря не более 1000 м.

Номинальная частота 50 Гц. Регулирование напряжения осуществляется в диа­пазоне до ± 5 % на полностью отключенном трансформаторе (ПБВ) переключением ответвлений обмотки ВН ступенями по 2,5 %. Трансформатор ТМГ 400 МЭТЗ герметичного исполнения, без масло расширителя. Температурные изменения объема масла компенсируются изменением объема гофров бака за счет пластичной их деформации.

Таблица 3.1.5 – Размеры и масса трансформатора ТМГ-400-10/0,4 У1

Размеры, мм												Масса, кг
L	B	H	H1	A	A1	A2	A3	A4	b	b1	Масла		Полная
1300	860	1485	1085	660	660	270	110	110	140	150	350			1360

Для контроля уровня масла трансформаторы типа ТМГ снабжаются масло указателем поплавкового типа.

Для измерения температуры верхних слоев масла на крышке трансформаторов предусмотрена гильза для установки жидкостного стеклянного термометра.

3.2 Установка автоматических выключателей на низкой стороне трансформатора собственных нужд

В качестве устанавливаемых автоматических выключателей будем использовать выключатели ВА 88-32 российской фирмы IEK. Технические характеристики выключателя указаны в таблице 5.

Автоматы ВА 88 предназначены для защиты электрооборудования в трехфазных сетях, проведения тока в при значения In соответствующих расчетным и размыкания электроцепи при коротких замыканиях, токах перегрузки, а также при недопустимых снижениях напряжения с помощью минимальных и расцепителей. Возможно ручные оперативные включения и отключения участков электроцепей. Выключатели рассчитаны на использование в электроустановках с напряжением до 400В.

Основные области применения выключателей ВА 88

- вводные автоматические выключатели в электрощите;

- защита цепей электродвигателей;

- защита отходящих линий;

- на вводе резерва;

- защита отходящих линий на низкой стороне трансформатора.

Особенности и основные характеристики выключателей ВА 88:

- 6 типоразмеров на номинальные токи от 100 до 1600А;

- диапазон уставки расцепителей по току перегрузки в зависимости габарита корпуса от 12,5 до 1600А;

- предельная отключающая способность от 12,5 до 5,кА в зависимости от типоразмера;

- автоматы ВА88 изготавливаются с термомагнитными и электронными расцепителями;

- наличие кнопки тест для проверки работы расцепителей, электронные расцепители позволяют создавать селективную систему защиты;

Автоматические выключатели ВА 88 могут комплектоваться следующими дополнительными устройствами:

- аварийный контакт сигнализации – дополнительный контакт, переключающий свое состояние в момент срабатывания автомата;

- дополнительный контакт;

- независимый расцепитель – для дистанционного принудительного размыкания цепи, путем подачи управляющего сигнала на выводы расцепителя;

- расцепитель минимального напряжения – для автоматического отключения автомата ВА88 при снижении напряжения ниже допустимого значения;

- привод ручной поворотный – удлиненная рукоятка для ручного оперирования выключателем через дверцу шкафа;

- электропривод – для дистанционного включения устройства, путем подачи управляющего напряжения на выводы электропривода;

- втычная панель (цоколь);

- выкатная панель (корзина);

Все оборудование устанавливается дополнительно, что позволяет модернизацию выключателей в процессе эксплуатации.

Конструкция и принцип действия выключателя:

Выключатель ВА88 выполнен в виде моноблока и состоит из основания и крышки с фальшпанелью, в которой имеется окно для рукоятки управления и толкатель кнопки “Тест” проверки механизма отключения выключателя. Основание является несущей конструкцией для присоединительных зажимов, неподвижных силовых контактов с системой дугогашения, механизма управления с системой подвижных контактов, блока защиты от сверхтоков. Крышка закрывает все подвижные элементы механизма управления и внутренние токоведущие части. Механизм управления выключателя построен на принципе переламывающегося рычага и снабжен мощной возвратной пружиной.

При взведении рукоятки механизма управления приводится в движение изолирующая рейка, на которой закреплены подпружиненные подвижные силовые контакты с гибкими соединениями. Рейка поворачивается в боковых направляющих, обеспечивая не только замыкание подвижных и неподвижных силовых контактов, но и необходимые провалы для увеличения и выравнивания давления на подвижные контакты. Действие возвратной пружины блокируется элементами переламывающегося рычага, находящимися в этот момент на одной прямой линии и опирающимися одним коленом на выступ поворотного элемента “сброса” механизма управления. “Сброс” механизма управления осуществляется посредством плоской рейки, на которую воздействуют через регулировочные винты толкатели и биметаллических пластин тепловых расцепителей и электромагнитов защиты от коротких замыканий.

Система дугогашения выключателей в исполнениях ВА88-32 и 33 (до 160А) состоит из дугогасящих решеток со стальными никелированными вкладышами; в исполнении ВА88-35 (250А) и выше применены дополнительные распылители дуги в виде толстых перфорированных стальных пластин, вставленных в крышку.

Тем не менее, при установке выключателей в замкнутый объём распределительных устройств, необходимо учитывать возможность выброса вперед на расстояние до 30 мм продуктов горения дуги, в случае срабатывания защиты от сверхтока.

Таблица 3.2.1 – Технические характеристики выключателя ВА 88-32

Максимальный номинальный ток Inm, А	Номинальный ток (уставка теплового расцепителя), In, А	Уставка электромагнитного расцепителя Im, А	Номинальная наибольшая отключающая способность Ics при 400В, кА	Номинальная предельная отключающая способность Icu при 400В, кА	Номинальная наибольшая включающая способность Icm/cosφ при 400В, кА
125	12,5; 16; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125.	10∙ In	12,5	25	73,5/0,25

Рисунок 3.2.2 – Внутреннее устройство выключателя ВА 88-32

На рисунке 3.2.2 приведено внутреннее устройство выключателя ВА 88-32, цифрами на нем указаны:

1 – Корпус из термостойкой пластмассы; 2 – Винтовые зажимы; 3 – Неподвижные силовые контакты; 4 – Подвижные силовые контакты; 5 – Блок системы дугогашения; 6 – Механизм взвода; 7 – Изолирующая рейка; 8 – Плоская рейка; 9 – Узел теплового и электромагнитного расцепителя; 10 – Регулировочные винты теплового расцепителя.

Для возможности дистанционного управления выключателем на него устанавливаются электропривод и независимый расцепитель.

С данным выключателем устанавливается электропривод ЭП-32. Технические характеристики указаны в таблице 6.

Электропривод предназначен для дистанционного включения и отключения автоматических выключателей серии ВА-88 и по своим характеристикам соответствует техническим условиям ТУ3429-030-18461115-2006.

Данный электропривод допускает возможность перехода на ручное управление при отсутствии напряжения в цепи управления.

Электропривод обеспечивает надежную и устойчивую работу при следующих условиях эксплуатации:

- Диапазон рабочих температур окружающего воздуха – от -40 до +50˚С;

- Высота над уровнем моря – не более 2000 м;

- Относительная влажность воздуха – не более 98% при 25˚С;

- Климатическое исполнение по ГОСТ 15150 – УХЛ3.

Таблица 3.2.3 – Технические характеристики электропривода ЭП-32

Наименование параметра	Значение
Номинальное рабочее напряжение Ue, В	230
Диапазон рабочих напряжений U, В
Номинальная частота сети, Гц	50
Максимальная мощность при пуске, В∙А	2000
Время включения, с, не более	0,1
Время отключения, с, не более	0,1
Износостойкость, циклов В-О, не менее	8000
Масса, кг, не более	0,84

Конструкция и принцип действия электропривода:

Конструкция электропривода представляет собой моноблок, устанавливаемый на переднюю (лицевую) панель выключателя, и включает в себя два электромагнита, питаемых через выпрямители, и переключаемый концевой выключатель. На передней панели электропривода расположена рукоятка ручного оперирования электроприводом (вкл/откл). К соединительным проводникам 1, 2, 3 длиной 15 см каждый подключаются кнопки дистанционного управления SB1, SB2 и питающее напряжение. Принцип действия электропривода следующий: если выключатель находится во включенном состоянии, то при нажатии на кнопку SB1 “Откл” подается напряжение на электромагнит YA1, срабатывание которого приводит к отключению выключателя. Цепь питания электропривода переключается контактами концевого выключателя SQ. При нажатии на кнопку SB2 “Вкл” питающее напряжение подается на электромагнит YA2, срабатывание которого приводит к включению выключателя. При срабатывании выключателя от сверхтока, независимого расцепителя, расцепителя минимального напряжения или кнопки “Тест” (при этом рукоятка электропривода установится в среднее положение) для повторного включения выключателя необходимо нажать кнопку SB1 “Откл”, а затем нажать кнопку SB2 “Вкл”.

На рисунке 3.2.4 показана принципиальная электрическая схема электропривода.

Рисунок 3.2.4 – Принципиальная электрическая схема электропривода ЭП-32

Условные обозначения на рисунке 30:

SB1, SB2 – выключатели кнопочные; SQ – выключатель концевой; VD1, VD2 – выпрямители; YA1, YA2 – электромагниты; 1, 2, 3 – присоединительные проводники.

На рисунке 3.2.5 приведены габаритные размеры выключателя ВА 88-32 с электроприводом ЭП-32.

Рисунок 3.2.5 – Габаритные размеры выключателя ВА 88-32 с электроприводом ЭП-32

Данный выключатель комплектуется независимым расцепителем РН-125/160 (РН-32/33).

Независимый расцепитель предназначен для дистанционного отключения выключателя. После подачи напряжения в цепь управления независимого расцепителя его электромагнитный механизм отключает выключатель, у которого размыкаются контакты главной цепи. При этом поворотная рейка выключателя воздействует на вспомогательные контакты, встроенные в механизм независимого расцепителя и блокирующие повторную подачу напряжения. Это позволяет обходиться без установки в механизм независимого расцепителя для его защиты свободных вспомогательных контактов.

Также на выключатель может быть установлен расцепитель минимального напряжения РМ-125/160 (РМ-32/33).

Расцепитель минимального напряжения предназначен для отключении выключателя при снижении фазного или линейного напряжения на его вводе до 70% от номинального, а также препятствует его включению, если напряжение в этой цепи меньше 85% от номинального. Основным назначением расцепителя минимального напряжения является отключение электрооборудования при недопустимом для него снижении напряжения. Расцепитель минимального можно также использовать в качестве независимого расцепителя, если последовательно в цепь его управления включить кнопочный выключатель с размыкающим контактом. При кратковременном размыкании контакта кнопочного выключателя расцепитель минимального напряжения отключит автоматический выключатель.

На рисунке 3.2.6 показаны независимый расцепитель РН-125/160 (РН-32/33) и расцепитель минимального напряжения РМ-125/160 (РМ-32/33).

Рисунок 3.2.6 – Независимый расцепитель РН-125/160 (а), и расцепитель минимального напряжения РМ-125/160 (б)

4 Техника безопасности

4.1 Техника безопасности при ревизии трансформатора собственных нужд

Под ревизией понимается совокупность работ по вскрытию, осмотру, проверке, устранению замеченных неполадок и герметизации активной части трансформатора. Ревизия производится в случае нарушений требований транспортирования и хранения трансформаторов и других нарушений, которые могут привести к повреждению активной части трансформатора. Началом ревизии для трансформаторов, транспортируемых с маслом, считается начало слива масла, для трансформаторов, транспортируемых без масла, — вскрытие крышки или любой заглушки. Кратковременное вскрытие какой-либо заглушки (например, для установки термометра с целью измерения температуры при прогреве) не принимается во внимание. Для трансформаторов до 35 кВ включительно окончанием ревизии считается герметизация бака перед заливкой масла.