Эксплуатация электрических подстанций и распределительных устройств

Перегрузки по нагрузочной способности и по 1 %-ному правилу могут применяться одновременно при условии, если суммарная нагрузка не превышает 150 % номинальной мощности трансформатора.

При возникновении аварий, например, при выходе из работы одного из параллельно работающих трансформаторов и отсутствии резерва, разрешается аварийная перегрузка оставшихся в работе трансформаторов независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды.

При разрешенных аварийных перегрузках форсированный износ изоляции и сокращение ее срока службы считается меньшим злом, чем аварийное отключение потребителей электроэнергии.

В соответствии с ПТЭ, в аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды в следующих пределах:

Допускается продолжительная работа трансформаторов (при нагрузке не выше номинальной мощности) при повышении напряжения на любом ответвлении любой обмотки на 10 % сверх номинального напряжения данного ответвления. При этом напряжение на любой из обмоток должно быть не выше наибольшего рабочего напряжения.

Во избежание повреждения трансформаторов и развития аварии величины и время аварийных перегрузок трансформаторов должны находиться под контролем.

За время аварийной перегрузки оперативно-ремонтный персонал должен принять меры по замене поврежденного оборудования резервным, а затем разгрузить перегруженные трансформаторы до номинальной мощности отключением менее ответственных по категории надежности электроснабжения потребителей.

2.2.4. Устройство и обслуживание систем охлаждения масляных трансформаторов

Процесс передачи теплоты, выделяющейся в обмотках, магнитопроводе и стальных деталях конструкции работающего трансформатора в окружающую среду, можно разбить на следующие два этапа:

передача теплоты от обмоток и магнитопровода охлаждающему маслу

и передача теплоты от масла в окружающую среду.

На первом этапе передача теплоты определяется превышением температуры обмоток и магнитопровода над температурой охлаждающего масла; на втором этапе — превышением температуры масла над температурой окружающей среды.

Исходя из этого, условно принято, что охлаждающее устройство масляного трансформатора состоит из двух систем: системы внутреннего охлаждения, которая обеспечивает передачу теплоты на первом этапе охлаждения, и системы наружного охлаждения, которая обеспечивает передачу теплоты на втором этапе.

Элементами системы внутреннего охлаждения являются вертикальные и горизонтальные каналы в обмотках и магнитопроводе, а также специальные трубы и изоляционные щиты, создающие направленную циркуляцию масла по каналам. Все эти элементы находятся внутри бака трансформатора, что делает невозможным осуществление визуального контроля за ними.

В систему наружного охлаждения входят маслоохладители, фильтры, насосы, вентиляторы и другое оборудование, расположенное снаружи трансформатора. За работой этого оборудования ведется систематический контроль.

На ПС применяются трансформаторы с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц.

Система естественного масляного охлаждения (М) выполняется для трансформаторов небольшой мощности (до 16 МВА) напряжением, как правило, до 35 кВ. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается маслу, циркулирующему по баку и радиаторам, а затем — окружающему воздуху. Баки таких трансформаторов гладкие с охлаждающими трубами или навесными трубчатыми радиаторами (охладителями). Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности. Каждый радиатор представляет собой самостоятельный узел, присоединяемый своими патрубками к патрубкам бака. Между фланцами патрубков встроены плоские краны, перекрывающие доступ масла в радиатор. Естественное движение нагретых и холодных слоев масла в трансформаторе происходит за счет их разной плотности, то есть за счет гравитационных сил. В окружающую среду теплота передается конвекционными потоками воздуха у поверхности бака и радиаторов, а также излучением. При номинальной нагрузке трансформатора в соответствии с требованиями ПТЭ температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95 °C.

Система охлаждения Д (масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла) применяется для более мощных трансформаторов напряжением 35, 110 и 220 кВ. Охлаждение основано на использовании навесных радиаторов, обдуваемых вентиляторами, которые устанавливаются на приваренных к стенке бака консолях. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Каждый вентилятор состоит из приводного асинхронного двигателя и крыльчатки серии МЦ. Пуск и останов вентиляторов осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Включение и отключение двигателей вентиляторов производится автоматически с использованием термометрических сигнализаторов типа ТС-100 и вручную. Ступица крыльчатки имеет шпоночную посадку на вал двигателя, исключающую соскакивание крыльчатки во время работы.

Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100 % номинальной, а температура верхних слоев масла не более 55 °C, а также независимо от нагрузки при отрицательных температурах окружающего воздуха и температуре масла не выше 45 °C. Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе трансформатора с номинальной нагрузкой составляет 95 °C.

На рис. 2.1 приведена схема питания электродвигателей вентиляторов.

Система охлаждения ДЦ (масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители) применяется для охлаждения трансформаторов наружной установки мощностью 63 МВА и более напряжением 110 кВ и выше. Эта система основана на применении масляно-воздушных охладителей с принудительной циркуляцией масла и форсированным обдувом ребристых труб охладителей воздухом. Охладители состоят из тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором, и комплектуются бессальниковыми центробежными насосами серии ЭЦТ и тихоходными вентиляторами типа НАП-7,4. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Благодаря высокой скорости циркуляции масла, большой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габаритные размеры трансформаторов. Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора. С целью повышения эффективности теплообмена у крупных трансформаторов масло подается по специальным трубам к определенным частям обмоток, в результате чего создается направленная циркуляция масла по охлаждающим каналам. Для охлаждающих устройств с направленной циркуляцией масла через обмотки трансформаторов применяются насосы с экранированным статором типа ЭЦТЭ. Управление охлаждением автоматическое и ручное. Схема автоматического управления обеспечивает включение основной группы охладителей при включении трансформаторов в сеть, увеличение интенсивности охлаждения включением дополнительного охладителя при достижении номинальной нагрузки или заданной температуры масла в трансформаторе, включение резервного охладителя при аварийном отключении любого работающего, отключение вентиляторов обдува без остановки циркуляционных насосов. Шкафы управления охлаждением оборудованы постоянно включенной сигнализацией о прекращении циркуляции масла, остановке вентиляторов дутья, включении резервного охладителя, переключении питания двигателей системы охлаждения от резервного источника при исчезновении напряжения или его понижении в сети.

Система охлаждения Ц (масляно-водяное охлаждение трансформаторов с принудительной циркуляцией масла) применяется для трансформаторов наружной и внутренней установки. Эта система принципиально устроена так же, как и система охлаждения ДЦ, но в отличие от последней охладители в этой системе состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать 70 °C. Данная система компактна и из-за большей интенсивности теплообмена от масла к воде, чем от масла к воздуху, обладает высокой надежностью и тепловой эффективностью. Однако применение охлаждения Ц возможно лишь при наличии мощного источника водоснабжения. Для трансформаторов наружной установки охладители размещают в помещении с положительной температурой. Кроме того, в зимнее время предусматриваются меры по предотвращению замерзания воды в маслоохладителях, насосах, водяных магистралях, например, слив воды из охладителей при отключении трансформатора, отепление охладителей и др. С целью исключения подсосов воды в масло при образовании неплотностей и трещин в трубах, по которым циркулирует вода, маслонасосы устанавливают перед маслоохладителями. С этой же целью избыточное давление масла в маслоохладителе поддерживают выше давления воды не менее чем на 0,2 МПа (2 Н/см2). В системах охлаждения Ц имеются приборы для контроля температуры, расхода и давления масла и воды, для очистки масла и воды, а также аппаратура управления охлаждением и различные сигнальные устройства. Эта система охлаждения эффективна, но имеет сложное конструктивное исполнение и поэтому применяется для мощных трансформаторов (160 МВА и выше).

При ручном управлении включение системы охлаждения производится после включения трансформатора в сеть в следующей последовательности: сначала включают в работу масляный насос и проверяют циркуляцию масла в маслоохладителе, затем подают охлаждающую воду и проверяют соотношение давлений воды и масла. При необходимости регулируют давление воды. Маслоохладители в системе масловодяного охлаждения снижают температуру масла на 10–15 °C и способны поддерживать температуру верхних слоев масла на уровне 50–55 °C. Поэтому подачу охлаждающей воды в маслоохладители производят при температуре не ниже 15 °C. Циркуляцию воды прекращают при понижении температуры масла до 10 °C. Отключение масловодяного охлаждения производят после отключения трансформатора от сети в следующей последовательности: сначала прекращают доступ воды в маслоохладитель, а затем отключают маслонасос.

В соответствии с требованиями ПТЭ, при номинальной нагрузке трансформатора температура верхних слоев масла должна быть не выше (если заводами-изготовителями в заводских инструкциях не оговорены иные температуры):

у трансформаторов с системой масляного охлаждения с дутьем и принудительной циркуляцией масла (ДЦ) — 75 °C;

с системами масляного охлаждения (М) и масляного охлаждения с дутьем (Д) — 95 °C;

у трансформаторов с системой масляного охлаждения с принудительной циркуляцией масла через водоохладитель (Ц) температура масла на входе в маслоохладитель должна быть не выше 70 °C.

На трансформаторах и реакторах с системами масляного охлаждения ДЦ, направленной циркуляцией масла в обмотках (НДЦ), Ц, направленной циркуляцией масла в обмотках и принудительной через водоохладитель (НЦ) устройства охлаждения должны автоматически включаться (отключаться) одновременно с включением (отключением) трансформатора (реактора).

На номинальную нагрузку включение трансформаторов допускается:

с системами охлаждения М и Д — при любой отрицательной температуре воздуха;

с системами охлаждения ДЦ и Ц — при температуре окружающего воздуха не ниже минус 25 °C. При более низких температурах трансформатор должен быть предварительно прогрет включением на нагрузку до 0,5 номинальной без запуска системы циркуляции масла, которая должна быть включена в работу только после увеличения температуры верхних слоев масла до минус 25 °C.

В аварийных режимах допускается включение трансформаторов на полную нагрузку независимо от температуры окружающего воздуха (трансформаторов с системами охлаждения НДЦ, НЦ — в соответствии с заводскими инструкциями).

Принудительная циркуляция масла в системах охлаждения должна быть непрерывной независимо от нагрузки трансформатора.

Количество включаемых и отключаемых охладителей основной и резервной систем охлаждения ДЦ (НДЦ), Ц (НЦ), условия работы трансформаторов с отключенным дутьем системы охлаждения Д определяются заводскими инструкциями.

Эксплуатация трансформаторов и реакторов с принудительной циркуляцией масла допускается лишь при включенной в работу системе сигнализации о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды и работы вентиляторов обдува охладителей.

При включении масловодяной системы охлаждения Ц (НЦ) в первую очередь должен быть пущен маслонасос. Затем при температуре верхних слоев масла выше 15 °C включается водяной насос. Отключение водяного насоса производится при снижении температуры верхних слоев масла до 10 °C, если иное не предусмотрено заводской документацией.

Давление масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей воды не менее чем на 10 кПа (0,1 кгс/см2) при минимальном уровне масла в расширителе трансформатора.

Должны быть предусмотрены меры для предотвращения замораживания маслоохладителей, насосов, водяных магистралей.

Для трансформаторов с системами охлаждения Д при аварийном отключении всех вентиляторов допускается работа с номинальной нагрузкой в зависимости от температуры окружающего воздуха в течение следующего времени:

Для трансформаторов с системами охлаждения ДЦ и Ц допускается:

при прекращении искусственного охлаждения работа с номинальной нагрузкой в течение 10 мин или режим холостого хода (ХХ) в течение 30 мин, если по истечении указанного времени температура верхних слоев масла не достигла 80 °C; для трансформаторов мощностью свыше 250 МВА допускается работа с номинальной нагрузкой до достижения указанной температуры, но не более 1 ч;

при полном или частичном отключении вентиляторов или при прекращении циркуляции воды с сохранением циркуляции масла продолжительная работа со сниженной нагрузкой при температуре верхних слоев масла не выше 45 °C.

Указанные требования действительны, если в инструкциях заводов-изготовителей не оговорены иные.

На трансформаторах с системой охлаждения Д электродвигатели вентиляторов должны систематически включаться при температуре масла 55 °C или токе, равном номинальному, независимо от температуры масла. Отключение электродвигателей вентиляторов производится при снижении температуры верхних слоев масла до 50 °C, если при этом ток нагрузки менее номинального.

Основными задачами обслуживания систем охлаждения являются наблюдение за работой и технический уход за оборудованием системы охлаждения.

Осмотр системы охлаждения производится одновременно с осмотром трансформатора. При осмотре проверяется целость всей системы охлаждения, то есть отсутствие течей масла; работа радиаторов (на ощупь определяется степень их нагрева); работа охладителей системы охлаждения ДЦ по их нагреву и по показаниям манометров, установленных вблизи патрубков маслоперекачивающих насосов; работа адсорбционных фильтров — ощупыванием рукой; состояние креплений трубопроводов, охладителей, насосов и вентиляторов; работа вентиляторов — по отсутствию вибраций, скрежета и задеваний крыльчаток за кожух.

При осмотре шкафов автоматического управления охлаждением проверяется отсутствие нагрева и коррозии контактов, а также повреждений изоляции токоведущих частей аппаратуры, уплотнение днищ и дверей шкафов от проникновения в них пыли и влаги.

Внеочередной осмотр автоматических выключателей в шкафах следует производить после каждого отключения ими тока КЗ. Также следует осматривать контакты коммутационной аппаратуры после автоматического отключения электродвигателей вентиляторов и насосов.

Технический уход за устройствами систем охлаждения включает в себя устранение обнаруженных при осмотре неисправностей, замену износившихся деталей (лопаток насосов, лопастей вентиляторов, подшипников), чистку охладителей и вентиляторов, смазку подшипников, контроль сопротивления изоляции электродвигателей.

При уходе за охладителями системы охлаждения Ц выполняются периодические очистки труб и водяных камер от ила и других отложений на поверхностях охлаждения.

Исправность схем питания двигателей охлаждения и действие АВР проверяются по графику не реже 1 раза в месяц.

Эффективность работы систем охлаждения в целом проверяется по температуре верхних слоев масла в трансформаторе. При исправном охлаждении максимальные температуры масла не должны превышать в трансформаторах:

с охлаждением М и Д — 95 °C;

с охлаждением ДЦ при мощности до 250 МВА включительно — 80 °C и при мощности выше 250 МВА — 75 °C;

с охлаждением Ц температура масла на входе в маслоохладители — 70 °C.

За максимальную температуру масла в данном случае принимается температура масла под крышкой бака, измеренная при работе трансформатора с номинальной нагрузкой в течение 10–12 ч для трансформаторов с охлаждением М и Д, и в течение 6–8 ч — для трансформаторов с охлаждением ДЦ при неизменной температуре охлаждающего воздуха, равной 40 °C.

В эксплуатации при номинальной нагрузке трансформатора температура верхних слоев масла редко достигает максимального значения.

Возможны следующие причины повышения нагрева масла для систем охлаждения М и Д:

закрыты или не полностью открыты плоские краны радиаторов; из верхних коллекторов радиаторов не выпущен воздух при заполнении радиаторов маслом;

сильно загрязнены наружные поверхности радиаторов.

Для охлаждения Д помимо перечисленных возможны следующие причины:

в работе находятся не все вентиляторы,

крыльчатки вентиляторов вращаются в обратную сторону.

Для системы охлаждения ДЦ характерны следующие причины:

рабочее колесо насоса вращается в обратную сторону;

недостаточно число работающих вентиляторов;

крыльчатки вентиляторов вращаются в обратную сторону;

сильно загрязнены поверхности ребер трубок охладителей и т. д.

Если при внешнем осмотре не будет обнаружена неисправность в работе механизмов системы охлаждения, следовательно, причиной повышенного нагрева может явиться неисправность самого трансформатора.

В соответствии с требованием ПУЭ, каждый масляный трансформатор следует устанавливать в отдельной камере, расположенной на первом этаже. Допускается установка масляных трансформаторов на втором этаже, а также ниже уровня пола первого этажа на 1 м в незатопляемых зонах при условии обеспечения возможности транспортирования наружу и удаления масла в аварийных случаях.

Допускается установка в общей камере двух масляных трансформаторов с объемом масла до 3 т каждый, имеющих общее назначение, управление, защиту и рассматриваемых как один агрегат.

2.3. Включение трансформатора в сеть и контроль за его работой

Для включения трансформатора в сеть предварительно необходимо проверить:

уровень масла в расширителе и выводах, который должен быть не ниже отметки, соответствующей температуре окружающего воздуха;

состояние пускового устройства оборудования в системе охлаждения;

соответствующее положение указателей переключателей напряжения;

исправность заземляющих разъединителей и оборудования защиты нейтралей;

положение дугогасящего реактора (должен быть отключен), а на ПС без выключателей со стороны ВН — положение коротко-замыкателей (должны быть отключены);

после ремонта трансформатора — отсутствие закороток, защитных заземлений на трансформаторе и его оборудовании, чистоту рабочих мест.

Если трансформатор находился в резерве (ручном или автоматическом), то его допускается включать в работу без предварительного осмотра. Осмотр резервных трансформаторов и проверка их готовности к немедленному включению производится при очередных осмотрах работающего оборудования.

Трансформатор включается в сеть обычно со стороны питания, то есть со стороны ВН. Включение часто сопровождается броском тока намагничивания, что фиксируется резким отклонением стрелки амперметра.

Следует знать, что максимальный ток намагничивания в несколько раз превышает номинальный ток трансформатора. Поскольку обмотки трансформатора рассчитаны на прохождение токов КЗ, значения которых больше максимально возможных токов намагничивания, имеющих затухающий характер, то броски тока намагничивания для трансформатора не представляют какой-либо опасности. Поэтому для устранения ложных срабатываний дифференциальной защиты трансформатора она отстраивается от токов намагничивания.

На ПС напряжением 110–220 кВ с упрощенными схемами (без выключателей со стороны ВН) включать трансформатор под напряжение рекомендуется разъединителями.

После включения трансформатора в сеть на нем устанавливается нагрузка в зависимости от нагрузки на шинах ПС, вплоть до номинальной нагрузки. Трансформаторы с охлаждением М и Д разрешается включать под номинальную нагрузку при температуре масла не ниже минус 25 °C. Если температура верхних слоев масла окажется ниже минус 25 °C, ее следует повысить включением трансформатора только на ХХ или под нагрузку не более 40–50 % номинальной.

В аварийных ситуациях указанных ограничений не придерживаются и включают трансформаторы на номинальную нагрузку при любой температуре. Возникающий при этом значительный перепад температуры между маслом и обмотками из-за высокой вязкости холодного масла не приводит к повреждению трансформатора, но ускоряет процесс старения изоляции, то есть приводит к ее форсированному износу.

Повышение вязкости масла в зимнее время учитывается при включении не только самого трансформатора, но и охлаждающих устройств. Циркуляционные насосы, погруженные в воду, надежно работают при температуре перекачиваемого масла не ниже минус 20–25 °C. Поэтому у трансформаторов с охлаждением ДЦ и Ц рекомендуется включать насосы лишь после предварительного нагрева масла до указанной выше температуры. В остальных случаях насосы принудительной циркуляции масла должны включаться в работу одновременно с включением трансформатора в сеть и постоянно находиться в работе независимо от его нагрузки.

Вентиляторы охладителей при низких температурах воздуха включаются в работу позже, когда температура масла достигнет 45 °C.

При системе охлаждения Д допускается работа трансформатора с отключенными устройствами воздушного дутья только при нагрузке 0,5 номинальной независимо от температуры масла. Отсюда следует, что вентиляторы дутья должны находиться в работе, если нагрузка трансформатора S ≥ S_ном или если температура верхних слоев масла ≥ 55 °C.

Отключение вентиляторов дутья должно производиться при снижении температуры масла до 50 °C, если нагрузка трансформатора меньше номинальной.

Трансформаторы с охлаждением ДЦ могут эксплуатироваться только при работающих вентиляторах дутья, насосах циркуляции масла и с включенной сигнализацией о прекращении подачи масла и остановке вентиляторов обдува.

Следует иметь в виду, что при остановленном охлаждении отвод теплоты потерь в трансформаторе не обеспечивается, даже если он без нагрузки. В этом случае в режиме ХХ трансформатор может находиться не более 30 мин, а с номинальной нагрузкой — не более 10 мин. Время работы трансформатора под нагрузкой ниже номинальной может быть продлено до 1 ч, если у трансформаторов мощностью до 250 МВА температура верхних слоев масла не достигла 80 °C, а у трансформаторов мощностью выше 250 МВ-А — 75 °C.

Поэтому во избежание резкого возрастания разности температур по истечении этого времени и невозможности восстановления необходимых условий охлаждения трансформатор должен быть разгружен.

Нагрузка трансформаторов с системами охлаждения ДЦ и Ц при отключении части охладителей должна быть уменьшена пропорционально числу отключенных охладителей, а именно:

Контроль за нагрузками трансформатора ведется по амперметрам, на шкалах которых нанесены красные риски, соответствующие номинальным нагрузкам обмоток. Нанесение рисок на стеклах приборов не допускается из-за возможных ошибок при отсчете.

Контроль за напряжением, подведенным к трансформатору, и напряжением его вторичных обмоток ведется по вольтметрам, измеряющим напряжением на шинах.

Превышение напряжения на трансформаторе сверх номинального допускается в небольших пределах, а именно: длительно на 5 % при нагрузке не более номинальной и на 10 % при нагрузке не более 25 % номинальной. При этом линейное напряжение на любой обмотке не должно превышать наибольшего рабочего напряжения для данного класса напряжения трансформатора: