1.5.5. Нагрузочная способность силовых трансформаторов

В условиях эксплуатации нагрузка трансформатора меняется в течение суток, и если мощность выбрать по максимальной нагрузке, то в периоды ее спада трансформатор будет не загружен, т. е. недоиспользована его моность. Опыт эксплуатации показывает, что трансформатор может работать часть суток с перегрузкой, если в другую часть его нагрузка меньше номинальной. Критерием различных режимов является износ изоляции трансформатора.

Нагрузочная способность трансформатора — это совокупность допустимых нагрузок и перегрузок.

Допустимая нагрузка — это длительная нагрузка, при которой расчетный износ изоляции обмоток от нагрева не превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы.

Перегрузка трансформатора — режим, при котором расчетный износ изоляции обмоток превосходит износ, соответствующий номи­нальному режиму работы. Такой режим возникает, если нагрузка окажется больше номинальной мощности трансформатора или температура охлаждающей среды больше принятой расчетной.

Допустимые систематические нагрузки трансформатора больше его номинальной мощности возможны за счет неравномерности нагрузки в течение суток. На рис.4.2 изображен суточный график нагрузки, из которого видно, что в течение времени суток продолжительностью h' трансформатор перегружен, а в остальное время недогружен. При недогрузке износ изоляции мал, а во время перегрузки значительно увеличивается. Максимально допустимая систематическая нагрузка определяется при условии, что наибольшая температура обмотки 140 °С, наибольшая температура масла в верхних слоях 95 °С и износ изоляции за время максимальной нагрузки такой же, как при работе трансформатора при постоянной номинальной нагрузке, когда температура наиболее нагретой точки не превышает 98 °С (ГОСТ 14209-85). Для определения нагрузочной способности трансформатора его реальный суточный (Т = 24 ч) график нагрузки преобразуется в эквивалентный двухступенчатый. Методика преобразования сле­дующая.

1. На исходном суточном графике нагрузки (рис. 4.2) проводится линия номинальной нагрузки К = 1.

2. В точках пересечения линии К = 1 с кривой графика нагрузки выделяется участок перегрузки продолжительностью h'.

3. Оставшаяся часть графика с меньшей нагрузкой разбивается на m интервалов Δt, исходя из возможности проведения в каждом из них линии средней нагрузки, т.е. так, чтобы площади участков над и под средней линией были примерно равными, а затем определяются значения нагрузки сред­них линий S₁,S₂,…,S_m.

4. Рассчитывается начальная нагрузка К₁ эквивалентного графика

5. Участок перегрузки h' на исходном графике нагрузки делится на р интервалов Δh, исходя из возможности проведения линии средней нагрузки на каждом интервале, а затем определяются зна­чения S'₁,S'₂,…,S'_m.

6. Рассчитывается предварительное превышение перегрузки эквивалентного графика

7. Сравнивается значение К'₂ с К_max исходного графика нагрузки.

Если К'₂ > 0,9К_max, К₂ = К'₂. При К₂ < 0,9К_max в расчет вводится К₂ = 0,9К_max, а продолжительность перегрузки h эквивалентного графика нагрузки пересчитывается по формуле

8. Если исходный суточный график нагрузки трансформатора содержит два близких по значению максимума различной продолжительности, значния h и К₂ определяются по максимуму большей продолжительности, а значение К₁ — как среднее квадратическое значение остальной нагрузки. Наконец, еcли график нагрузки содержит несколько последовательных близких масимумов, значения К₂ и h определяются из охвата всех максимумов, а К₁ — как среднее квадратическое значение оставшейся нагрузки.

Зная среднюю температуру охлаждающей среды за время действия графика (Θ_ОХЛ), систему охлаждения трансформатора (М, Д, ДЦ, Ц), по таблицам, приведенным в ГОСТ, определяют допустимость относительной нагрузки К₂ и ее продолжительность.

Нагрузка более 1,5S_ном должна быть согласована с заводом-из­готовителем. Нагрузка более 2 S_ном не допускается.

Аварийная перегрузка разрешается в аварийных случаях, например при выходе из строя параллельно включенного трансформатора.

Допустимая аварийная перегрузка определяется предельно до­пустимыми температурами обмотки (140 °С для трансформаторов напряжением выше 110 кВ и 160 °С для остальных трансформаторов) и температурой масла в верхних слоях (115 °С).

Аварийные перегрузки вызывают повышенный износ витковой изоляции, что может привести к сокращению нормированного срока службы трансформатора, если повышенный износ впоследствии не компенсирован нагрузкой с износом изоляции ниже нормального.

Анализируя приведенные в ГОСТ 14209—85 таблицы допустимых перегрузок, можно сделать вывод, что трансформаторы с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц при первоначальной нагрузке 0,9 S_ном допускают перегрузку на 40 % в течение 6 ч при температуре охлаждающего воздуха не более 20 °С.