Условия параллельной работы трансформаторов

Для лучшего  использования трансформаторов  при параллельной работе необходимо нагрузки распределять между ними прямо пропорционально их номинальным мощностям. Это достигается тождественностью групп соединения обмоток, равенством в пределах допусков соответственно номинальных первичных и вторичных напряжений, а также равенством в пределах допусков напряжений короткого замыкания.

Нарушение первого  условия вызывает появление больших  уравнительных токов между обмотками  трансформаторов, которые приводят к быстрому чрезмерному их нагреву. Требование равенства соответственно номинальных первичных и вторичных  напряжений сводится к установлению равенства коэффициентов трансформации, которые не должны отличаться друг от друга более чем на ±0,5 % их среднего значения во избежание недопустимых уравнительных токов обмоток  трансформаторов.

Схема включения  трехфазных трансформаторов для  параллельной работы

Различие  между напряжениями короткого замыкания  трансформаторов  при параллельной работе допускают  до ±10 % их среднего значения, так как неравенство этих величин вызывает перегрузку тех трансформаторов, у которых напряжение короткого замыкания имеет меньшее значение. Помимо этого, рекомендуется, чтобы отношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов не превышало 3 : 1.

При параллельном включении  трехфазных трансформаторов  нужно, чтобы их одноименные  зажимы были присоединены к одному и тому же проводу сети, а перед первоначальным включением проведена  фазировка, т. е. проверка соответствия по фазе вторичных э. д. с. при подключении первичных обмоток к общей сети.

Фазировка трехфазных трансформаторов при включении их на параллельную работу

Фазировка предусматривает проверку симметрии вторичных э. д. с. каждого трансформатора в отдельности и измерение напряжений между зажимами b и В2, c и С2, которые при закороченных зажимах а и А2 и правильном присоединении трансформатора должны быть равны нулю. Если напряжения между названными зажимами отличны от нуля, это указывает на допущенную ошибку монтажа, исключающую, до ее устранения, возможность включения трансформаторов на параллельную работу. Для измерения напряжений при фазировке следует применять электромагнитный вольтметр на двойное линейное вторичное напряжение трансформаторов.

Схема фазировки трехфазных трансформаторов, включаемых на параллельную работу

Распределение нагрузок между трансформаторами, включенными на параллельную работу

Распределение нагрузок S1 и S2 между параллельно  работающими трансформаторами подчинено  уравнению 

S1 / S2 = (S1ном / S2ном) х (Uк2_* / Uк1_*),

где S1ном, S2ном - номинальные мощности, Uк1_*, Uк2_* - напряжение короткого замыкания трансформаторов, включаемых на параллельную работу.

Параллельная  работа трансформаторов разной мощности

Некоторое перераспределение нагрузки между  параллельно работающими трансформаторами с различными напряжениями короткого замыкания осуществляют изменением их коэффициентов трансформации путем переключения ответвлений первичных обмоток. Переключение необходимо выполнять так, чтобы у недогруженных трансформаторов вторичное напряжение при холостом ходе было выше, чем у трансформаторов, работающих с перегрузкой. В виде исключения допустима параллельная работа трансформаторов с разными коэффициентами трансформации и неодинаковыми напряжениями короткого замыкания при непременном условии, чтобы ни один из трансформаторов не был перегружен сверх установленных норм.

Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает  ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятствовать прохождению черезнего электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Причины повреждений  заключаются в неудовлетворительных условиях эксплуатации, некачественном ремонте и монтаже трансформаторов. Немалую роль играют дефекты отдельных  элементов конструкции современных  трансформаторов, применение недостаточно высокого качества изоляционных материалов.

Типичными являются повреждения изоляции, магнитопроводов, переклключающих устройств, отводов, маслонаполненных и фарфоровых вводов.

Повреждение изоляции трансформаторов

Главная изоляция часто повреждается из-за нарушения ее электрической  прочности при увлажнении, а также  при наличии мелких изъянов. В  трансформаторах 220 кВ и выше повреждения  связывают с появлением так называемого "ползущего разряда", представляющего  собой постепенное разрушение изоляции местными разрядами, распространяющимися  по поверхности диэлектрика под  действием рабочего напряжения. На поверхности изоляции появляется сетка  токопроводящих каналов, При этом сокращается  расчетный изоляционный промежуток, что и ведет к пробою изоляции с образованием мощной дуги внутри бака.

К интенсивному тепловому износу витковой изоляции приводит набухание дополнительной изоляции катушек и связанное  с этим прекращение циркуляции масла  из-за частичного или полного перекрытия масляных каналов.

Механические  повреждения витковой изоляции нередко  происходят при коротких замыканиях во внешней электрической сети и  недостаточной электродинамической  стойкости трансформаторов, что  является результатом ослабления усилий запрессовки обмоток.

Повреждения магнитопроводов трансформаторов

Магнитопроводы повреждаются из-за перегрева вследствие разрушения лаковой пленки между листами и спекания листов стали, при нарушении изоляции прессующих шпилек, при возникновении короткозамкнутых контуров, когда отдельные элементы магнитопровода оказываются замкнутыми между собой и на бак.

Повреждения переключающих устройств трансформаторов

Повреждение переключающих  устройств ПБВ происходит при  нарушении контакта между подвижными контактными кольцами и неподвижными токоведущими стержнями. Ухудшение  контакта происходит при снижении контактного  давления и образовании оксидной пленки на контактных поверхностях.

Переключающие устройства РПН являются достаточно сложными устройствами, требующими тщательной наладки, проверки и проведения специальных  испытаний. Причинами повреждения  РПН являются нарушения в работе контакторов и переключателей, подгары контактов контакторных устройств, заклинивания механизмов контакторов, утрата механической прочности стальными деталями и бумажно-бакелитовым валом. Повторяются аварии, связанные с повреждением регулировочной обмотки в результате перекрытия внешнего промежутка защитного разрядника.

Повреждения отводов  от обмоток к переключающим устройствам  и вводам вызываются главным образом  неудовлетворительным состоянием паек контактных соединений, а также приближением гибких отводов к стенкам баков, загрязнением масла проводящими механическими примесями, в том числе оксидами и частицами металла из систем охлаждения.

Повреждения вводов трансформатора

Повреждения вводов 110 кВ и выше связаны в основном с увлажнением бумажной основы. Попадание  влаги внутрь вводов возможно при  некачественном выполнении уплотнений, при доливке вводов трансформаторным маслом с пониженной диэлектрической прочностью. Заметим, что повреждения вводов, как правило, сопровождаются пожарами трансформаторов, приносящими значительный ущерб.

Характерной причиной повреждения фарфоровых вводов является нагрев контактов в резьбовых  соединениях составных токоведущих  шпилек, или в месте подсоединения  наружных шин.

Защита  трансформаторов  от внутренних повреждения

Защита трансформаторов  от внутренних повреждений осуществляется устройствами релейной защиты. Основными быстродействующими защитами являются дифференциальная токовая зашита от всех видов коротких замыканий в обмотках и на выводах трансформатора, газовая защита от замыканий, происходящих внутри бака трансформатора и сопровождающихся выделением газа и от {понижения уровня масла, токовая отсечка без выдержки времени от повреждений в трансформаторе, сопровождающихся прохождением сравнительно больших токов короткого замыкания.

Все защиты от внутренних повреждений действуют на отключение всех выключателей трансформатора, а  на подстанциях, выполненных по упрощенным схемам (без выключателей со стороны  ВН), — на включение короткозамыкателя  или на отключение выключателя питающей линии.

Контроль  за состоянием трансформаторов и обнаружение возникающих в них повреждений по анализу газов, растворенных в масле

Для обнаружения  повреждений трансформаторов на возможно более ранних стадиях их возникновения, когда выделение  газа может быть еще очень слабым, в эксплуатационной практике широко пользуются методом хроматографического анализа газов, растворенных в масле.

Дело в том, что при развивающихся повреждениях трансформаторов, вызываемых высокотемпературным  нагревом, происходит разложение масла  и твердой изоляции с образованием легких углеводородов и газов (вполне определенного состава и концентрации), которые растворяются в масле  и накапливаются в газовом  реле трансформатора. Период накопления газа в реле может быть достаточно длительным, а скопившийся в нем  газ может существенно отличаться от состава газа, отобранного вблизи места его выделения. Поэтому  диагностика повреждения на основе анализа газа, отобранного из реле, является затрудненной и может быть даже запоздалой.

Анализ пробы  газа, растворенного в масле, помимо более точной диагностики повреждения  дает возможность наблюдения за его  развитием до срабатывания газового реле. И даже в случае крупных  повреждений, когда газовая защита срабатывает на отключение трансформатора, сравнение составов газа, взятого  из реле и растворенного в масле, может быть полезным для более  правильной оценки серьезности повреждения.

Установлены состав и предельные концентрации газов, растворенных в масле, исправных трансформаторов  и при характерных видах повреждений. Так, например, при разложении масла  под действием электрической  дуги (перекрытие в переключателе) выделяется преимущественно водород. Из непредельных углеводородов преобладает ацетилен, который в данном случае является характерным газом. Оксид и двуоксид углерода присутствуют в незначительных количествах.

А вот газ, вьделяющийся при разложении масла и твердой изоляции (междувитковое замыкание в обмотке), отличается от газа, образующегося при разложении только масла, заметным содержанием оксида и диоксида углерода

В целях более  ранней диагностики повреждений  из трансформаторов периодически (2 раза в год) отбирают пробы масла  для хроматографического анализа газов, растворенных в масле, при этом для отбора проб масла пользуются медицинскими шприцами.

Отбор пробы  масла производится следующим образом: очищают от загрязнений патрубок крана, предназначенный для отбора пробы, на патрубок надевают резиновый  шланг. Открывают кран и шланг  промывают маслом из трансформатора, конец шланга поднимают вверх  для удаления пузырьков воздуха. На конце шланга устанавливают зажим; иглу шприца вкалывают в стенку шланга. Забирают масло в шприц и затем! сливают масло через иглу для  промывки шприца, повторяют операцию заполнения шприца маслом, заполненный  маслом шприц вкалывают иглой  в резиновую пробку и в таком  виде отправляют в лабораторию.

Анализ проводится в лабораторных условиях с применением  хроматографа. Результаты анализа сопоставляются с обобщенными данными состава  и концентрации газа, выделяющегося  при различных видах повреждений  трансформаторов, и выдается заключение об исправности трансформатора или  его повреждении и степени  опасности этого повреждения.

По составу  растворенных в масле, газов возможно определение перегрева токопроводящих соединений и элементов конструкции  остова трансформатора, частичных электрических  разрядов в масле, перегрева и  старения твердой изоляции трансформатора.