Conceptos básicos de los transformadores de potencia

1. 2. Clasificación por bobinado

2. (1) Transformador de doble bobinado: utilizado para transformador elevador, transformador reductor, transformador industrial, etc.

3. (2) Transformador de tres devanados: utilizado para transformador reductor, transformador de enlace, etc.

4. (3) Transformador autoacoplado: utilizado para transformador reductor, transformador de enlace, etc.

5. (4) Transformador dividido: Hay dos tipos de transformadores divididos axiales y radiales, que se utilizan para transformadores de fábrica y transformadores de arranque.

7. 3. Clasificación por estructura

8. (1) Transformador monofásico: utilizado para transformadores de 330~1000 kV.

9. (2) Transformador trifásico: utilizado para transformadores de 10~500 kV.

10. (3) Transformador combinado: El transformador se divide en varias partes y se combina después de llegar al sitio, lo cual se utiliza en áreas con tráfico inconveniente.

12. 4. Clasificación por método de enfriamiento

13. (1) Transformador sumergido en aceite: utilizado para transformadores de 10~1000 kV.

14. (2) Transformador de tipo seco: utilizado para transformadores de 10~110 kV.

15. (3) Transformador SF6: actualmente se utiliza para transformadores de 110 kV.

17. 5. Modelo de transformador de potencia

19. (1) El significado de las letras en el modelo

21. D—Monofásico F—Enfriamiento por aire con inmersión en aceite

22. O—autocirculación de aceite P—circulación forzada de aceite

23. S—Trifásico o de tres serpentines J—Autoenfriamiento sumergido en aceite

24. Z—Regulador de voltaje bajo carga L—Bobina de aluminio

26. * Las bobinas de cobre y las bobinas dobles no necesitan añadir símbolos.

28. (2) Ejemplo

30. SFPSL—120000/110: Transformador trifásico de tres bobinas con circulación forzada de aceite y refrigeración por aire, de 110 kV y 120 MVA, con bobinas de aluminio.

32. OSFPSZ—240000/330: Transformador autoacoplado, refrigerado por aire, trifásico, de tres bobinas, con regulación de tensión bajo carga, circulación forzada de aceite, 330 kV, 240 MVA

En segundo lugar, la bobina del transformador de potencia

La bobina es la parte más importante y compleja del transformador de potencia. Está hecha de alambre de cobre (o aluminio) y se compone de elementos aislantes especiales.

1. Bobina espiral

La característica principal de la bobina espiral es que tiene un gran número de hilos paralelos, el haz de hilos se enrolla en espiral y cada haz de hilos constituye una espira. La bobina espiral posee buena estabilidad mecánica, buena disipación de calor y buena fabricación, y se utiliza ampliamente en bobinas de baja tensión y alta corriente en transformadores.

La bobina helicoidal se puede enrollar en tres estructuras: hélice simple, hélice doble y hélice cuádruple, según la magnitud de la corriente.

2. Bobina continua

Cuando la bobina está compuesta por varios segmentos de alambre distribuidos a lo largo del eje y no necesitan estar soldados entre sí, se denomina bobina continua.

La bobina continua cuenta con una amplia superficie de apoyo en los extremos, una gran fuerza axial, una alta resistencia a cortocircuitos y una gran capacidad de disipación de calor en cada segmento. Este tipo de bobina tiene una amplia gama de aplicaciones, independientemente del nivel de voltaje o la capacidad de la bobina.

3. Enredo en espiral

Una bobina enmarañada consta de varios segmentos de línea entrelazados (pasteles). Las bobinas con todos los segmentos de línea entrelazados (tortas) se denominan bobinas totalmente enmarañadas y se utilizan ampliamente en transformadores con tensiones de 220 kV o superiores. Una bobina compuesta por una parte del segmento de línea entrelazado (torta) y una parte del segmento de línea continuo se denomina bobina continua enmarañada y se aplica a transformadores con tensiones de 66 kV o superiores.

Al insertar espiras no adyacentes entre espiras adyacentes de la bobina, se forman segmentos de línea entrelazados y escalonados, creando así una bobina enmarañada. Esto aumenta la capacitancia longitudinal de la bobina y mejora la distribución del voltaje de impulso a lo largo de su eje. Por ello, se utiliza ampliamente en diversas bobinas de alta tensión.

4. Bobina interna blindada

La bobina continua de blindaje interno mejora la distribución de la tensión de impulso al aumentar la capacitancia en serie entre los segmentos de línea. Su característica estructural reside en que las espiras adicionales del condensador se enrollan directamente dentro del segmento de línea continuo. Los extremos de las espiras del condensador se recubren con aislamiento y se suspenden en el segmento de línea. Las espiras del condensador no conducen corriente y solo funcionan bajo tensión de impulso.

Las bobinas continuas con blindaje interno están disponibles estructuralmente en forma de puente de dos secciones, puente de cuatro secciones, puente de ocho secciones y conexión segmentada.

En tercer lugar, el núcleo de hierro del transformador de potencia.

El núcleo de hierro también es un componente importante del transformador de potencia. Se forma apilando láminas de acero al silicio de alta permeabilidad y sujetándolas con abrazaderas de acero o atándolas con cintas de vidrio.

1. Lámina de acero al silicio

Las láminas de acero al silicio utilizadas en los transformadores de potencia son láminas de acero al silicio gadolinio en frío con un espesor de 0,3 a 0,5 mm. Actualmente, solo la planta siderúrgica de Wuhan y Shanghai Baosteel pueden producir este tipo de láminas. Sin embargo, las láminas de acero al silicio para transformadores de gran tamaño deben importarse de Japón.

2. La estructura del núcleo de hierro

(1) Núcleo de hierro monofásico de dos columnas, utilizado para varios transformadores monofásicos.

(2) Núcleo de yugo lateral de columna de sección monofásica, utilizado para transformadores monofásicos de gran capacidad y alta tensión.

(3) El núcleo de yugo lateral de dos columnas monofásico se utiliza para transformadores monofásicos de gran capacidad de alta tensión y ultra alta tensión.

(4) El núcleo de hierro trifásico de tres columnas se utiliza para diversos transformadores trifásicos.

(5) Núcleo de hierro de cinco columnas para transformadores trifásicos de gran capacidad.

En cuarto lugar, el tanque de aceite del transformador sumergido en aceite.

1. El tanque de aceite tipo barril se utiliza principalmente para diversos transformadores sumergidos en aceite pequeños y transformadores sumergidos en aceite extragrandes.

2. Tanque de aceite tipo campana, ampliamente utilizado en transformadores sumergidos en aceite de 110~500 kV.

3. El tanque de aceite completamente sellado está a punto de sufrir daños por soldadura. En los últimos años, solo se ha utilizado en transformadores sumergidos en aceite de 110 kV o superiores.

5. Conservador de aceite del transformador sumergido en aceite

El conservador de aceite del transformador tiene dos funciones: una es proporcionar espacio para la expansión y contracción térmica del aceite del transformador en el tanque de aceite; la otra es aislar el aceite del transformador de la atmósfera externa para evitar que envejezca.

1. Conservador de aceite tipo cápsula, que utiliza cápsulas de goma para separar el aceite del transformador de la atmósfera externa y proporciona espacio para la expansión y contracción térmica del aceite del transformador.

2. El conservador de aceite de diafragma utiliza un diafragma de goma para separar el aceite del transformador de la atmósfera exterior y proporciona espacio para que el aceite del transformador se expanda y se contraiga.

3. El conservador de aceite corrugado utiliza un expansor metálico compuesto por láminas metálicas corrugadas para separar el aceite del transformador de la atmósfera exterior y proporcionarle espacio para la expansión y contracción térmica. Este conservador se divide en dos tipos: de aceite interno y de aceite externo. El de aceite interno ofrece un mejor rendimiento, pero tiene un mayor volumen.

6. Método de enfriamiento del transformador sumergido en aceite

1. Símbolos que representan métodos de enfriamiento

La primera letra: O—aceite mineral, K—fluido aislante sintético, L—gas aislante.

La segunda letra: N - circulación por convección natural, F - circulación forzada de aceite, D - circulación forzada guiada.

La tercera letra: A - aire, W - agua.

Cuarta letra: N - convección natural, F - circulación forzada (ventilador, bomba).

2. Ejemplos

ONAN—Refrigeración gratuita

ONAF - refrigeración por aire

OFAF: Refrigeración por aire con circulación forzada de aceite

ODAF: Refrigeración guiada por circulación forzada de aceite

Siete, buje de transformador

1. Buje aislante de porcelana pura de 40 kV o inferior

Este tipo de carcasa presenta dos estructuras: una con varilla guía y otra con cable. La de varilla guía se utiliza para los pasamuros de baja tensión de los transformadores; la de cable pasante se utiliza para las líneas de salida de alta tensión de 10 a 20 kV.

2. Aislador pasamuros de alta corriente de 40 kV o inferior

Este tipo de buje presenta dos estructuras: de varilla guía y capacitiva. El buje cerámico puro de varilla guía se utiliza en la salida del devanado de baja tensión de transformadores generadores de capacidad media; el buje capacitivo se utiliza en la salida del devanado de baja tensión de transformadores generadores de gran capacidad.

3. Buje capacitivo de papel impregnado en aceite de 66 kV o superior

El aislamiento interno de esta funda es un núcleo de condensador hecho de papel aislante y lámina de aluminio enrollados alternativamente. El núcleo del condensador y la funda de porcelana están rellenos de aceite aislante. La conexión entre la funda y el bobinado tiene dos tipos de estructura: tipo varilla guía y tipo cable. El núcleo del condensador de papel y aceite está enrollado alternativamente sobre el tubo conductor con papel de cable de 0,08 a 0,12 mm de espesor y lámina de aluminio de 0,01 mm de espesor.

4. Aisladores capacitivos de cinta y papel de 66 kV y superiores

El aislamiento interno de esta funda consiste en un núcleo de condensador formado por el enrollado alternado de papel adhesivo y lámina de aluminio. El núcleo del condensador y la funda de porcelana están rellenos de aceite aislante, y la parte inferior de la funda no requiere una funda de porcelana. Sin embargo, la tangente de pérdidas (tanδ) de este tipo de carcasa es elevada, el papel adhesivo tiende a agrietarse y generar descargas parciales, por lo que su producción se ha interrumpido actualmente.

5. Casquillo de condensador fundido en resina

El aislamiento principal de este manguito es un núcleo de condensador formado por el enrollado alterno de papel aislante y papel de aluminio, y se vierte resina epoxi en el exterior para formar un manguito aislante sólido. Este tipo de buje se puede utilizar como buje para aceite y gas; la parte superior se coloca en la tubería del GIS y se llena con gas SF6; la parte inferior se sumerge en aceite de transformador.

8. Método de regulación de voltaje del transformador de potencia

1. Método de regulación de voltaje

Existen dos tipos de métodos de regulación de voltaje para transformadores: regulación de voltaje sin excitación y regulación de voltaje con carga. La regulación de voltaje sin excitación, también conocida como regulación de voltaje en vacío, consiste en regular el voltaje cuando el transformador está detenido y sin carga. El dispositivo de regulación de voltaje sin excitación se denomina cambiador de tomas en vacío; el dispositivo de regulación de voltaje con carga se denomina cambiador de tomas con carga.

2. Posición de regulación de voltaje bajo carga

Existen tres tipos de regulación de voltaje en carga para transformadores: regulación de voltaje en el punto neutro, regulación de voltaje en el extremo de la línea de media tensión y regulación de voltaje en el extremo de la línea de la bobina de alta tensión. Entre ellas, la regulación de voltaje en el punto neutro presenta una estructura y un proceso relativamente sencillos, y cuenta con numerosas aplicaciones.

3. Interruptor regulador de tensión bajo carga

El interruptor regulador de presión también funciona como cambiador de tomas. Actualmente, la calidad de los cambiadores de tomas bajo carga de fabricación nacional no es lo suficientemente buena, y la mayoría de estos dispositivos se importan, principalmente de la empresa alemana MR y la sueca ABB.

Nueve, aceite de transformador

1. La composición del aceite de transformador

El aceite para transformadores es aceite mineral, que es una mezcla de muchas moléculas de hidrocarburos de diferentes pesos moleculares, que son principalmente compuestos de hidrocarburos como alcanos, naftenos y una pequeña cantidad de hidrocarburos aromáticos.

2. La función y el grado del aceite para transformadores

Aceite para transformadores, utilizado como aceite aislante en transformadores sumergidos en aceite. Este aceite no solo cumple la función de aislamiento, sino también la de disipación de calor.

El aceite para transformadores se divide en aceite n.° 25 y aceite n.° 45 según su punto de congelación. El punto de congelación del aceite n.° 25 es de -25 °C; el punto de congelación del aceite n.° 45 es de -45 °C.

El aceite para transformadores n.° 25 es un aceite a base de parafina, mientras que el aceite para transformadores n.° 45 es un aceite nafténico. Anteriormente, el aceite para transformadores n.° 45 debía importarse del extranjero, pero ahora la refinería Xinjiang Karamay también puede producirlo.

10. Proceso de fabricación de un transformador de potencia

El transformador de potencia consta de dos partes: el cuerpo y los accesorios. El cuerpo se compone de bobina, elementos aislantes, núcleo de hierro, cambiador de tomas, aceite para transformadores y depósito de aceite. Los accesorios del transformador incluyen conservador de aceite, enfriador, buje, relé de gas, válvula de alivio de presión y termómetro. Entre ellos, los enfriadores, el aceite aislante, los bujes, los cambiadores de tomas, los relés de gas, las válvulas de alivio de presión y los termómetros se adquieren externamente. A continuación, se describen brevemente los procesos de fabricación de algunos de los componentes principales.

1. Bobinado de la bobina: instalación del esqueleto de bobinado - bobinado de la bobina - soldadura del alambre - paquete de aislamiento - conformado de la bobina - prueba de la bobina.

2. Ensamblaje del núcleo de hierro: corte de la lámina de acero al silicio - desbarbado - apilamiento del núcleo de hierro - instalación de la placa de tracción y el blindaje - unión del núcleo de hierro - prueba del núcleo de hierro - instalación de los clips del núcleo de hierro.

3. Procesamiento de piezas aislantes: corte de piezas aislantes, desbarbado, biselado de esquinas y tratamiento antihumedad.

4. Procesamiento de tanques de combustible y tanques de almacenamiento de petróleo: corte de chapa de acero - soldadura de tanques de combustible y tanques de almacenamiento de petróleo - eliminación de óxido - chorro de arena - pintura de imprimación - pintura - prueba de resistencia mecánica.

5. Montaje general: instalar el núcleo de hierro - instalar la tubería del tanque de combustible - colocar la bobina - apilar la horquilla de hierro - instalar el cambiador de tomas - soldar el cable conductor - envolver el aislamiento del cable conductor - prueba del producto semiacabado - secado de la carrocería - acabado de la carrocería - montaje del tanque de combustible - montaje de accesorios - llenado de aceite - prueba de sellado - circulación de aceite caliente - colocación estática.

11. Prueba de fábrica del transformador de potencia

La prueba de fábrica de un transformador de potencia se divide en tres tipos: prueba de rutina (de fábrica), prueba de tipo y prueba especial. La prueba de rutina es una prueba que debe realizarse a cada transformador cuando sale de fábrica y generalmente se denomina prueba de fábrica; la prueba de tipo es una prueba que se realiza tomando como referencia 1 o 2 transformadores de un tipo de producto; la prueba especial es propuesta por el usuario y los elementos de prueba se acuerdan con el fabricante.

1. Requisitos básicos y normativa para la prueba de aislamiento de alta tensión

Los devanados del transformador se prueban según la tensión de funcionamiento máxima Um y el nivel de aislamiento correspondiente. La siguiente tabla muestra los elementos de prueba de aislamiento estipulados en la norma nacional GB1094.3-2003 "Transformador de potencia Parte III: Nivel de aislamiento, prueba de aislamiento y entrehierro de aislamiento externo".

2. Elementos de prueba rutinarios (de fábrica)

(1) Medición de la resistencia de CC del bobinado: medición en todos los terminales de derivación.

(2) Medición de la relación: medir en todas las posiciones de la llave.

(3) Detección del grupo de cableado: prueba en la posición de derivación nominal.

(4) Medición de la resistencia de aislamiento, la relación de absorción y el índice de polarización: Solo los transformadores de 220 kV y superiores pueden medir el índice de polarización.

(5) Prueba de tanδ y capacitancia del devanado: los transformadores de 35 kV y superiores deben someterse a pruebas de tanδ.

(6) Prueba de tanδ y capacitancia del buje: los bujes capacitivos de 66 kV y superiores deben someterse a pruebas de tanδ y capacitancia.

(7) Prueba de aceite de transformador: análisis de aceite, rigidez dieléctrica, tanδ, análisis cromatográfico y otros parámetros. Los transformadores de 750 kV y superiores también deben someterse a pruebas para determinar el tamaño de las partículas en el aceite. Además, el análisis químico y el análisis cromatográfico del aceite se repitieron durante todo el proceso de prueba.

(8) Medición de pérdidas y corrientes en vacío: Realice la prueba con el cableado de tensión nominal.

(9) Medición de la pérdida de carga y la impedancia de cortocircuito: prueba bajo cableado de tensión nominal.

(10) Prueba de descarga parcial: La cantidad de descarga no se utiliza como una evaluación, sino solo como una referencia para determinar si se puede realizar una prueba de alto voltaje.

(11) Prueba de impulso de onda completa de rayo: transformadores de 220 kV y superiores, de 120 MVA y superiores.

(12) Prueba de impacto operacional: transformadores de 330 kV y superiores.

(13) Prueba de tensión resistiva inductiva con medición de descarga parcial: transformadores de 110 kV y superiores.

(14) Prueba de tensión de resistencia a la frecuencia de construcción externa del devanado de baja tensión y del punto neutro.

(15) Prueba de descarga parcial: Esta prueba es una prueba de evaluación del valor de prueba de fábrica.

(16) Medición eléctrica del flujo de aceite: transformadores con bombas de aceite de 330 kV y superiores.

(17) Prueba de descarga parcial de bomba de aceite rotativa: transformadores con bomba de aceite de 330 kV y superiores.

2. Escriba los ítems de la prueba

(1) Prueba de aumento de temperatura.

(2) Se ha probado la onda de recorte del rayo.

(3) Prueba de impacto de onda completa de rayo en el punto neutro.

(4) Prueba de interferencia de radio

3. Elementos de prueba especiales

(1) Medición del nivel de sonido.

(2) Medición de impedancia de secuencia cero de transformadores trifásicos.

(3) Medición armónica de la corriente en vacío.

(4) Medición de la potencia absorbida por el motor del ventilador y el motor de la bomba de aceite.

(5) Medición de las características de transferencia de voltaje transitorio.

(6) Prueba de resistencia a cortocircuitos.