Ремонт и эксплуатация масляных трансформаторов

Содержание
Введение…………..……………….…………....…………………….… 3
1. Назначение трансформаторов……………………....……….….…... 4
2. Область применения масляных трансформаторов………….…….. 8
3. Внешний осмотр.………..………………………………………..…. 9
4. Эксплуатация масляных трансформаторов…………………….… 10
5. Ремонт масляных трансформаторов…………………….............… 15
Заключение...……………….………..................................................... 19
Список литературы………....……………………………...……...….. 20

Введение
Одним из важнейших преимуществ переменного тока перед постоянным является легкость и простота, с которой можно преобразовать переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Достигается это посредством простого и остроумного устройства - трансформатора, созданного в 1876 г. замечательным русским ученым Павлом Николаевичем Яблочковым.
П.Н. Яблочков предложил способ “дробления света” для своих свечей при помощи трансформатора. В дальнейшем конструкцию трансформаторов разрабатывал другой русский изобретатель И.Ф. Усагин, который предложил применять трансформаторы для питания не только свечей Яблочкова, но и других приемников.
Важная роль в развитии электротехники принадлежит М.О. Доливо – Добровольскому. Он разработал основы теории многофазных и, в частности, трехфазных переменных токов и создал первые трехфазные электрические машины и трансформаторы. Трехфазный трансформатор современной формы с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости, был сконструирован им в 1891 г. С тех пор происходило дальнейшее конструктивное усовершенствования трансформаторов, уменьшалась их масса и габариты, повышалась экономичность.
1. Назначение трансформаторов
Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформаторы позволяют значительно повысить напряжение, вырабатываемое источниками переменного тока, установленными на электрических станциях, и осуществить передачу электроэнергии на дальние расстояния при высоких напряжениях (110, 220, 500, 750 и 1150 кВ). Благодаря этому сильно уменьшаются потери энергии в проводах и обеспечивается возможность значительного уменьшения площади сечения проводов линий электропередачи.
В местах потребления электроэнергии высокое напряжение, подаваемое от высоковольтных линий электропередачи, снова понижается трансформаторами до сравнительно небольших значений (127, 220, 380 и 660 В), при которых работают электрические потребители, установленные на фабриках, заводах, в депо и жилых домах. На э. п. с. переменного тока трансформаторы применяют для уменьшения напряжения, подаваемого из контактной сети к тяговым двигателям и вспомогательным цепям. Кроме трансформаторов, применяемых в системах передачи и распределения электроэнергии, промышленностью выпускаются трансформаторы: тяговые (для э. п. с), для выпрямительных установок, лабораторные с регулированием напряжения, для питания радиоаппаратуры и др. Все эти трансформаторы называют силовыми. Трансформаторы используют также для включения электроизмерительных приборов в цепи высокого напряжения (их называют измерительными), для электросварки и других целей.
Трансформатор предназначен для преобразования (трансформации) электрической энергии одного напряжения в электрическую энергию другого. Широкое применение нашли силовые трансформаторы для повышения напряжения (повысительные) на электростанциях и для понижения напряжения на подстанциях. Кроме того, изготовляют специальные трансформаторы, применяемые для плавки и сварки металла. Распространены трансформаторы для измерения высоких напряжений и больших токов.
В зависимости от уровня напряжения и мощности различают трансформаторы масляные и сухие. По конструкции они разделяются на однофазные и трёхфазные.
Трансформаторы – это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой присоединяется нагрузка – вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора помечают индексом 1, а относящиеся ко вторичной – индексом 2.
Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке, вследствие действия индуктивной составляющей тока, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком. Другая часть полного потока сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания. ЭДС обмотки пропорциональна числу её витков. Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.
Силовой трансформатор является в энергосистеме одним из важнейших элементов, определяющих надежность электроснабжения. Его способность нести надлежащую нагрузку зависит от состояния отдельных узлов и отсутствия дефектов, которые могли бы перейти в повреждение трансформатора. Отказ крупного силового трансформатора в работе может привести к аварии в энергосистеме с широкомасштабными последствиями. В настоящее время положение в мировой энергетике характеризуется некоторыми особенностями, объясняющими повышенное внимание к надежности работы оборудования энергосистем, и в том числе силовых трансформаторов.
Развитие свободного рынка электроэнергии во многих странах мира (большинство энергокомпаний в мире к настоящему времени являются частными) привело к усилению конкурентной борьбы между компаниями, производящими, передающими и распределяющими электроэнергию. Это в свою очередь привело к стремлению любыми средствами повысить рентабельность производства и снизить расходы на эксплуатацию парка оборудования. Для основного оборудования энергосистем прямым последствием этого явилось снижение капитальных вложений в обновление парка оборудования, стремление как можно дольше эксплуатировать уже работающее оборудование.
Другой особенностью настоящего момента, также вызываемой, главным образом, конкуренцией, являются повышенные требования к качеству электроснабжения потребителей, к надежности работы оборудования. Эти требования противоречат желанию продлить срок работы установленного оборудования, и компромиссные решения являются весьма непростыми. Особенностями эксплуатации трансформаторов в странах СНГ в последние годы являются относительно низкие нагрузки, наличие в сети зон с повышенными рабочими напряжениями (особенно в сетях 500 кВ), отказ от регулярных профилактических ремонтов, прекращение замены силикагеля в адсорбционных фильтрах, снижение квалификации исполнителей внеплановых ремонтных работ.
Одним из главных путей поддержания эксплуатационной надежности в таких условиях является организация эффективного контроля состояния работающего оборудования.
2. Область применения масляных трансформаторов
Масляные трансформаторы предназначены для изменения энергии переменного тока в электросетях энергосистем, в сетях освещения или питания электрооборудования.
Применяются для создания комплектных трансформаторных подстанций. Для режима их работы характерна частота переменного тока 50 Гц и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений.
Также трансформаторы могут использоваться для гальванической развязки цепей.
К трансформаторам специального назначения относятся силовые специальные (печные, выпрямительные, сварочные, радио трансформаторы), измерительные и испытательные трансформаторы, трансформаторы для преобразования числа фаз, формы кривой ЭДС, частоты и т.д.
3. Внешний осмотр
При внешнем осмотре силового трансформатора установленного и находящегося в работе, обращать внимание на:
1. Отсутствие течи масла из-под изоляторов, крышки трансформатора, расширителя, сливного крана.
2. Состояние проходных изоляторов(отсутствие трещин, сколов, перекрытий).
3. Состояние контактных соединений (отсутствие их нагревания, при нагревании появляется побеление шпилек, гаек).
4. Отсутствие пыли и грязи на трансформаторе, в особенности на в/в и н/в изоляторах.
5. Наличие масла в расширителе.
6. Отсутствие посторонних шумов.
4. Эксплуатация масляных трансформаторов
Важнейшей задачей энергетики является поддержание нормального и бесперебойного режима работы оборудования, в том числе и силовых трансформаторов, который может быть обеспечен только при правильной его эксплуатации. В данной статье подробно рассмотрим особенности эксплуатации силовых трансформаторов.

Рисунок 1 – Масляный трансформатор
Температурный режим работы трансформатора.
Работа трансформатора в нормальном температурном режиме обеспечивается, прежде всего, предусмотренной конструктивно системой охлаждения. Соответственно нормальная эксплуатация силового трансформатора возможна только при условии исправности и эффективной работы системы охлаждения.
Если трансформатор устанавливается в закрытой камере, то помимо штатной системы охлаждения должна быть обеспечена эффективная вентиляция в помещении. Для трансформаторов небольшой мощности, как правило, ограничиваются естественной вентиляцией. В зависимости от местных условий, характеристик работы силового трансформатора и его мощности, может быть предусмотрено наличие принудительной приточно-вытяжной вентиляции. Эффективность охлаждения трансформатора определяется по разнице температур приточного и отводимого воздуха – она не должна превышать 15 град.
Отвод тепла от обмоток масляных трансформаторов обеспечивается при помощи трансформаторного масла, в которое помещены обмотки данного элемента оборудования. Во избежание повреждения обмоток в процессе эксплуатации должен быть соблюден требуемый уровень масла в баке трансформатора. Поэтому эксплуатация трансформатора предусматривает контроль уровня масла в расширителе бака трансформатора. Уровень масла должен находиться в пределах допустимых границ и примерно соответствовать температуре окружающей среды с учетом текущей нагрузки на трансформаторе.
Также на трансформаторах устанавливаются термометры или датчики температуры, посредством которых осуществляется контроль над температурой верхних слоев масла трансформатора, которая должна соответствовать требованиям, предъявляемым к той или иной системе охлаждения.
Нагрузочный режим работы трансформатора.
Контроль нагрузочного режима – одна из важнейших задач при эксплуатации силового трансформатора. Ток нагрузки каждой из обмоток трансформатора не должен превышать номинальное значение. Допускаются незначительные перегрузки, величина и продолжительность которых зависит от множества факторов – эти данные указываются в документации по эксплуатации.
Продолжительная перегрузка трансформаторов выше допустимых норм негативно сказывается на сроке эксплуатации трансформатора. Поэтому в случае нехватки мощности трансформатор должен быть заменен на более мощный, который будет соответствовать текущим потребностям потребителей.
В случае сезонных перепадов нагрузок при нехватке мощности вариантом решения проблемы будет установка дополнительного трансформатора, который при необходимости включается в параллельную работу. Включать на параллельную работу трансформаторы можно только при соблюдении нескольких условий:
– равенство групп соединения обмоток;
– соотношение номинальных мощностей трансформаторов не более 1 к 3;
– равенство номинальных напряжений (допускается 0,5% разницы между коэффициентами трансформации);
– равенство напряжения короткого замыкания (допускается отклонение 10%);
– соблюдение фазировки при соединении обмоток.
Защита силовых трансформаторов.
Эксплуатация силовых трансформаторов в пределах заявленного срока службы обеспечивается благодаря наличию защитных устройств, основная задача которых - защита трансформаторов от нежелательных перегрузок и внутренних повреждений.
Поэтому эксплуатация трансформаторов также включает в себя своевременную проверку и техническое обслуживание элементов релейной защиты и автоматики трансформатора.
Как осуществляется эксплуатация силовых трансформаторов на энергетических объектах.
Для обеспечения бесперебойной и продолжительной работы эксплуатация силовых трансформаторов на подстанциях включает в себя следующие мероприятия:
– проведение периодических осмотров оборудования;
– проведение плановых текущих и капитальных ремонтов;
– устранение неисправностей после аварийных ситуаций.
Периодичность осмотров трансформаторов зависит от типа электроустановки. В электроустановках с постоянным дежурством оперативного персонала осмотр осуществляется один раз в сутки, без постоянного персонала - не менее одного раза в месяц, а осмотр трансформаторов в распределительных пунктах - один раз в 6 месяцев.
В зависимости от условий работы трансформатора, в частности нагрузочного режима, температуры окружающей среды, а также технического состояния элемента оборудования в целом периодичность осмотров может быть изменена.
В случае возникновения аварийных ситуаций, после срабатывания защит или резкого изменения температуры окружающей среды производятся внеочередные осмотры трансформатора.
Осмотры трансформаторов производятся без их отключения. При осмотре силового трансформатора проверяются:
– показания датчиков температуры, уровень масла в расширителе и соответствие этих данных среднесуточной температуре окружающей среды с учетом величины нагрузки силового трансформатора;
– отсутствие посторонних потрескиваний внутри бака трансформатора, шумов, не характерных для нормальной работы трансформатора;
– целостность заземляющего проводника (шины);
– целостность и отсутствие загрязнений изоляторов вводов, давление масла и отсутствие течи на герметичных вводах;
– состояние ошиновки и контактных соединений, отсутствие их нагрева;
– отсутствие течи масла на баке трансформатора, трубопроводах и других элементах конструкции;
– состояние сигнального силикагеля в воздухоосушителе;– исправность и правильную работу маслоочистного оборудования, охлаждающих устройств;
– при наличии РПН – соответствие положения РПН на приводе, расположенном на трансформаторе и на указателе, находящемся на панели защит, управления и автоматики;
– также на панели защит проверяются показания приборов – ток нагрузки и уровни напряжения по каждой из сторон, отсутствие посторонних сигналов защит и автоматики, соответствие положений переключающих устройств нормальной схеме работы оборудования.
Эксплуатация трансформаторов также включает в себя контроль над уровнями напряжений у потребителя. В случае отклонения напряжений за пределы допустимых значений осуществляется регулировка напряжения посредством переключений ответвлений обмоток устройствами ПБВ или РПН.
5. Ремонт масляных трансформаторов
При текущем ремонте трансформаторов производят наружный осмотр трансформатора и всей арматуры: спуск грязи из расширителя; доливку масла (в случае необходимости); проверку маслоуказательных устройств, спускного крана и уплотнений, пробивных предохранителей у трансформаторов с незаземленным нулем с низкой стороны, рабочего и защитного заземления, сопротивление изоляции обмоток, испытание трансформаторного масла, проверку газовой защиты.
При капитальном ремонте трансформаторов производят вскрытие трансформатора; подъем сердечника и осмотр его; ремонт выемной части (стали, обмотки, переключателей, отводов); ремонт очистительных устройств; чистку и окраску кожуха; проверку контрольно-измерительных приборов, сигнальных и защитных устройств; очистку и замену масла; сушку изоляции; сборку трансформатора, проведение установленных измерений и испытаний.
Осмотр и дефектация.
Возможные неисправности силовых трансформаторов приведены в таблице 1. При наличии технической документации дефектация сводится к осмотру и определения состояния и комплектности трансформатора, уточнению условий и возможностей ремонта трансформатора на месте. При отсутствии технической документации осмотр и дефектацию производят в полном объеме с выполнением необходимых замеров и испытаний. Результаты заносят в специальную ведомость дефектов.
Таблица 1 – Характерные повреждения трансформаторов
Элементы трансформатора Повреждение Возможные причины
Обмотки Межвитковое замыкание Естественное старение и износ изоляции; систематические перегрузки трансформатора; динамические усилия при сквозных коротких замыканиях
Замыкание на корпус (пробой); междуфазное замыкание. Старение изоляции, увлажнение масла и понижение его уровня; внутренние и внешние перенапряжения; деформация обмоток вследствие динамических нагрузок при коротких замыканиях.
Обрыв цепи. Отгорание отводов обмотки в результате низкого качества соединения или электродинамических нагрузок при коротких замыканиях.
Переключатели напряжения Отсутствие контакта. Нарушение регулировки переключающего устройства.
Оплавление контактной поверхности.
Термическое воздействие сверхтоков на контакт.
Перекрытие на корпус. Трещины в изоляторах; понижение уровня масла в трансформаторе при одновременном загрязнении внутренней поверхности изолятора.
Перекрытие между вводами отдельных фаз Повреждение изоляции отводов к вводам или переключателю
МагнитопроводУвеличение тока холостого хода Ослабление шихтованного пакета магнитопроводаПожар стали Нарушение изоляции между отдельными пластинами стали или изоляции стяжных болтов; слабая прессовка пластин; образование короткозамкнутого контура при повреждении изоляционных прокладок между ярмом и магнитопроводом; образование короткозамкнутого контура при выполнении заземления магнитопровода со стороны вдов обмоток ВН и НН
Таблица 2 – Ремонт обмоток силовых трансформаторов
Операция Ремонтные работы Пояснение
Устранение:
Поверхностных повреждений небольших участков витковой изоляции.
Поврежденную витковую изоляцию восстанавливают путем наложения на оголенный провод витка слоя маслостойкой лакоткани ЛСХМ в полуперекрышу. Эти дефекты устраняют без демонтажа обмоток.
Ослабления прессовки обмоток. Незначительной деформации отдельных секций. Обмотки, не имеющие прессующих колец, подпрессовывают. По всей окружности обмотки между уравнительной и ярмовой изоляциями забивают дополнительные прокладки из прессованного электрокартона.
Повреждение изоляции отвода. Изоляцию отвода восстанавливают путем наложения на поврежденный участок двух слоев лакоткани шириной 25-30 мм. Ремонт изоляции обмоток с использованием провода поврежденной катушки Поврежденную изоляцию удаляют обжигом в печи при температуре 450-500 ۫С. Витки изолируют кабельной бумагой или тафтяной лентой в два слоя с перекрытием. Изолированной придают нужный размер путем подпрессовки. Изготовленную катушку высушивают, пропитывают лаком ГФ-95 и запекают при температуре 100 ۫С в течение 8-12 ч.
Изготовление новой обмотки в зависимости от ее типа. Для этой операции применяют обмоточные станции с ручным или моторным приводом. Катушку наматывают на шаблоне. На шаблон перед намоткой повода накладывают слой электротехнического картона толщиной 0.5 мм, предохраняющего витки первого слоя от сдвига при снятии катушки.
Изготовление цилиндрической обмотки НН на провода прямоугольного профиля. При намотке однослойной катушки витки закрепляют с помощью бандажа из киперной ленты. При намотке многослойных катушек бандажирование не делают. При переходе из одного слоя в другой в местах перхода прокладывают полоску персшпана на 4-5 мм больше ширины витка для предохранения изоляции крайних витков.
Испытание трансформаторного масла.
Очищенное и находящееся в эксплуатации масло подвергается лабораторным испытаниям. Различают два вида испытаний эксплуатационного масла: на пробой и сокращенный анализ.
В объем испытания на пробой входит определение электрической прочности, наличие механических примесей, содержание взвешенного угля, воды. В объем сокращенного анализа дополнительно входитопределение температуры вспышки, содержание органических кислот, наличие водорастворимых кислот и щелочей.
В соответствие с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей изоляционное масло должно подвергаться лабораторным испытаниям в следующие сроки: не реже 1 раза в 5 лет для трансформаторов мощностью свыше 630 кВА, работающих с термосифонными фильтрами; не реже 1 раза в 2 года для трансформаторов, работающих без термосифонных фильтров, после капитальных ремонтов трансформаторов и аппаратов.Перед включением трансформатора в работу проверяют действие газовой защиты, реле уровня масла, манометрических термометров, встроенных трансформаторов тока.
Заключение
Во многих отраслях народного хозяйства активно используются силовые масляные трансформаторы. Такой большой спрос на них обуславливается тем, что установить их легко можно как снаружи, так и внутри помещения.
Тип трансформаторов выбираются в зависимости от условий размещения. Как правило, в отдельно стоящих типовых трансформаторных подстанциях, внутрицеховых применяются масляные трансформаторы. Масляные трансформаторы нужно дополнительно согласовывать с санэпидстанцией и пожарным надзором. В жилых домах ТП только с сухими трансформаторами, при условии, что помещения ТП должны отделяться от жилых помещений нежилыми.
Достоинства силовых масляных трансформаторов:
Обмотки защищены от внешних воздействий, а сам масляный трансформатор имеет сравнительно невысокое реактивное сопротивление. Эти свойства делают данные устройства максимально надежными, что дает возможность ослабить эксплуатационный надзор за ними.
Силовые масляные трансформаторы абсолютно герметичны: в них исключен контакт масла с окружающей средой. В результате масло в них полностью застраховано от увлажнения или окисления. Они обладают более высокой стойкостью к нагрузкам, перегрузочная способность масляного трансформатора значительно выше, чем у сухого. Силовые трансформаторы являются основой системы электроснабжения крупных предприятий.
Недостатки силовых масляных трансформаторов:
Есть у силовых масляных трансформаторов и недостаток - он заключается в том, что окружающая среда должна иметь минимум пыли в воздухе. Кроме того, она должна быть пассивной химически и совершенно невзрывоопасной. Недостатком масляного охлаждения является горючесть масла (температура возгорания масла около 160 °С), оно пожаро и взрывоопасно. Газы, образующиеся при возгорании масла, могут сорвать крышку трансформатора, и масло будет выброшено из бака.
Список литературы
1. Электротехника: учебник для учреждений нач.проф.образования /П.А.Бутырин, О.В. Толчеев, Ф.Н.Шакирзянов; под ред. П.А.Бутырина.- 10-е изд.,испр.- М.:Издательский центр «Академия»,2013.-272с.;
2.Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий. В 2 кн. Кн. 2 :учебник для учреждений нач. проф. образования/ Ю.Д.Сибикин.-8-е изд.,испр.-М.: Издательский центр «Академия»,2013.-256 с.;
3.Электробезопасность при эксплуатации эдектроустановок промышленных предприятий: учеб. пособие для студ. Учреждений сред. проф.образования / Ю.Д.Сибикин. М.Ю.Сибикин.-9-е изд., стер. - М. : Издательский центр «Академия», 2014.- 240 с.;
4.Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования : учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Н.А. Акимова, Н.Ф. Котеленец, Котеленец, Н.И. Сентюрихин ; под общ. ред .Н.Ф. Котеленца.-12-е изд., стер.-М. : Издательский центр «Академия», 2015.- 304 с.;
5.Основы электротехники: учеб. пособие для учреждений нач. проф. образования/ Г.В. Ярочкина . - М.: Издательский центр «Академия», 2013. - 240с.;
6.Электротехника: учебник для учреждений нач. проф. образования/ В.М. Прошин .- 3-е изд. стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2012.-288с.;
7. Атабеков В. Б.: «Ремонт электрооборудования промышленных предприятий»: Учеб. Для сред. ПТУ~5-е изд., испр. М: Высш. Шк., 1985.- -175с, ил.-- (Профтехобразование).;
8. Ерошенко Г.П. «Эксплуатация электрооборудования». - М.: ВО Агропромиздат, 1990. - 287 с. 3. В.П. Таран «Техническое обслуживание электрооборудования в сельском хозяйстве». М.: Космос, 1975. 304 с. 4.