Nozioni di base sui trasformatori di potenza

1. 2. Classificazione per avvolgimento

2. (1) Trasformatore a doppio avvolgimento: utilizzato per trasformatore elevatore, trasformatore riduttore, trasformatore industriale, ecc.

3. (2) Trasformatore a tre avvolgimenti: utilizzato per trasformatore di riduzione, trasformatore di collegamento, ecc.

4. (3) Trasformatore autoaccoppiante: utilizzato per trasformatore di abbassamento, trasformatore di collegamento, ecc.

5. (4) Trasformatore diviso: Esistono due tipi di divisione, assiale e radiale, utilizzati per i trasformatori di fabbrica e i trasformatori di avviamento.

7. 3. Classificazione in base alla struttura

8. (1) Trasformatore monofase: utilizzato per trasformatori da 330~1000 kV.

9. (2) Trasformatore trifase: utilizzato per trasformatori da 10~500 kV.

10. (3) Trasformatore combinato: Il trasformatore è diviso in più parti e il trasformatore viene combinato dopo essere arrivato sul posto, ed è utilizzato in aree con traffico scomodo.

12. 4. Classificazione in base al metodo di raffreddamento

13. (1) Trasformatore immerso in olio: utilizzato per trasformatori da 10 a 1000 kV.

14. (2) Trasformatore a secco: utilizzato per trasformatori da 10~110 kV.

15. (3) Trasformatore SF6: attualmente utilizzato per trasformatori da 110 kV.

17. 5. Modello di trasformatore di potenza

19. (1) Il significato delle lettere nel modello

21. D—Monofase F—Raffreddamento ad aria a immersione in olio

22. O—auto P—circolazione forzata dell'olio

23. S—Trifase o a tre bobine J—Autoraffreddamento a immersione in olio

24. Z—Regolatore di tensione sotto carico L—Bobina di alluminio

26. * Le bobine di rame e le bobine doppie non necessitano di simboli aggiuntivi

28. (2) Esempio

30. SFPSL—120000/110: trasformatore trifase a tre bobine da 110 kV, 120 MVA con circolazione forzata dell'olio e avvolgimento in alluminio raffreddato ad aria.

32. OSFPSZ—240000/330: trasformatore autoaccoppiante trifase a tre bobine da 330 kV, 240 MVA con regolazione della tensione sotto carico, circolazione forzata dell'olio e raffreddamento ad aria.

In secondo luogo, la bobina del trasformatore di potenza

L'avvolgimento è la parte più importante e complessa del trasformatore di potenza. È realizzato in filo di rame (o alluminio) ed è composto da speciali elementi isolanti.

1. Bobina a spirale

La caratteristica principale dell'avvolgimento a spirale è l'elevato numero di fili paralleli; il fascio di fili è avvolto a spirale e ogni fascio di fili costituisce una spira. L'avvolgimento a spirale presenta una buona stabilità meccanica, un'ottima dissipazione del calore e una buona fattura, ed è ampiamente utilizzato negli avvolgimenti di trasformatori a bassa tensione e alta corrente.

A seconda dell'intensità della corrente, la bobina elicoidale può essere avvolta in tre strutture: elica singola, doppia elica e quadrupla.

2. Bobina continua

Quando la bobina è composta da diversi segmenti di filo distribuiti lungo l'asse e non necessitano di essere saldati tra loro, viene detta bobina continua.

La superficie di appoggio terminale della bobina continua è ampia, la forza assiale è elevata, la resistenza al cortocircuito è forte e ogni segmento di linea ha una grande capacità di dissipazione del calore. Questo tipo di bobina ha una vasta gamma di applicazioni indipendentemente dal livello di tensione o dalla gamma di capacità.

3. Spirale aggrovigliata

Una bobina intrecciata è composta da diversi segmenti di linea intrecciati (spicchi). Le bobine con tutti i segmenti di linea intrecciati (torte) sono dette bobine completamente intrecciate e sono ampiamente utilizzate nei trasformatori con tensioni pari o superiori a 220 kV. Una bobina composta da una parte di segmento di linea intrecciato (torta) e da una parte di segmento di linea continuo è detta bobina continua intrecciata e viene utilizzata nei trasformatori con tensioni pari o superiori a 66 kV.

Poiché inserisce spire non adiacenti tra spire adiacenti della bobina, si formano segmenti di linea sfalsati e aggrovigliati, creando una bobina aggrovigliata che aumenta la capacità longitudinale della bobina e fa sì che la tensione impulsiva si distribuisca lungo l'asse verticale della bobina. Le caratteristiche di distribuzione risultano migliorate, pertanto questo sistema è ampiamente utilizzato in diverse bobine ad alta tensione.

4. Bobina interna schermata

La bobina continua di schermatura interna ha lo scopo di migliorare la distribuzione della tensione impulsiva aumentando la capacità in serie tra i segmenti di linea. La sua caratteristica strutturale è che le spire del condensatore aggiuntivo sono avvolte direttamente all'interno del segmento di linea continuo. Le estremità delle spire del condensatore sono avvolte in materiale isolante e quindi sospese nel segmento di linea. Le spire del condensatore non sono attraversate da corrente e funzionano solo in presenza di tensione impulsiva.

Le bobine continue con schermatura interna sono disponibili strutturalmente in forma di ponticello a due sezioni, ponticello a quattro sezioni, ponticello a otto sezioni e connessione segmentata.

Terzo, il nucleo di ferro del trasformatore di potenza

Anche il nucleo di ferro è un componente importante del trasformatore di potenza. È formato da lamierini di acciaio al silicio ad alta permeabilità, fissati poi con clip d'acciaio o legati con nastri di vetro.

1. Lamiera di acciaio al silicio

Le lamiere di acciaio al silicio utilizzate nei trasformatori di potenza sono lamiere di acciaio al silicio al gadolinio a freddo con uno spessore di 0,3-0,5 mm. Attualmente, solo la Wuhan Iron and Steel Plant e la Shanghai Baosteel sono in grado di produrre tali lamiere di acciaio al silicio al gadolinio a freddo. Tuttavia, le lamiere di acciaio al silicio per i trasformatori di grandi dimensioni devono essere importate dal Giappone.

2. La struttura del nucleo di ferro

(1) Nucleo di ferro monofase a due colonne, utilizzato per vari trasformatori monofase.

(2) Nucleo a giogo laterale della colonna a sezione monofase, utilizzato per trasformatori monofase ad alta tensione e grande capacità.

(3) Il nucleo monofase a giogo laterale a due colonne è utilizzato per trasformatori monofase di grande capacità ad alta e altissima tensione.

(4) Il nucleo di ferro è il nucleo di ferro trifase, utilizzato per vari trasformatori trifase.

(5) Nucleo di ferro a cinque colonne per trasformatori trifase di grande capacità.

In quarto luogo, il serbatoio dell'olio del trasformatore immerso nell'olio

1. Il serbatoio dell'olio a forma di barile è utilizzato principalmente per vari trasformatori a bagno d'olio di piccole dimensioni e trasformatori a bagno d'olio di grandi dimensioni.

2. Serbatoio dell'olio a campana, ampiamente utilizzato nei trasformatori a bagno d'olio da 110~500 kV.

3. Il serbatoio dell'olio completamente sigillato sta per essere saldato a morte. Negli ultimi anni è stato utilizzato solo nei trasformatori a bagno d'olio da 110 kV in su.

5. Conservatore dell'olio del trasformatore immerso in olio

Il serbatoio di espansione dell'olio del trasformatore ha due funzioni: la prima è quella di fornire spazio per l'espansione e la contrazione termica dell'olio del trasformatore all'interno del serbatoio; la seconda è quella di isolare l'olio del trasformatore dall'atmosfera esterna per prevenirne l'invecchiamento.

1. Conservatore d'olio a capsula, che utilizza capsule di gomma per separare l'olio del trasformatore dall'atmosfera esterna e fornisce spazio per l'espansione e la contrazione termica dell'olio del trasformatore.

2. Il conservatore d'olio a diaframma utilizza un diaframma di gomma per separare l'olio del trasformatore dall'atmosfera esterna e fornisce spazio affinché l'olio del trasformatore possa espandersi e contrarsi.

3. Il conservatore d'olio ondulato utilizza un espansore metallico composto da lamiere metalliche ondulate per separare l'olio del trasformatore dall'atmosfera esterna e fornire all'olio dello spazio necessario per l'espansione e la contrazione termica. Il conservatore d'olio ondulato si divide in due tipi: tipo interno e tipo esterno. Il tipo interno offre prestazioni migliori ma ha un volume maggiore.

6. Metodo di raffreddamento del trasformatore immerso in olio

1. Simboli che rappresentano i metodi di raffreddamento

La prima lettera: O—olio minerale, K—fluido isolante sintetico, L—gas isolante.

La seconda lettera: N - circolazione a convezione naturale, F - circolazione forzata dell'olio, D - circolazione forzata guidata.

La terza lettera: A - aria, W - acqua.

Quarta lettera: N - convezione naturale, F - circolazione forzata (ventilatore, pompa).

2. Esempi

ONAN - Raffreddamento gratuito

ONAF - raffreddamento ad aria

OFAF - Raffreddamento ad aria a circolazione forzata dell'olio

ODAF - Raffreddamento guidato a circolazione forzata dell'olio

Sette, boccola del trasformatore

1. Boccola isolante in porcellana pura da 40 kV e inferiore

Questo tipo di involucro presenta due strutture: a barra di guida e a cavo. Il tipo a barra di guida è utilizzato per i passacavi a bassa tensione dei trasformatori; il tipo passacavo è utilizzato per le linee di uscita ad alta tensione da 10 a 20 kV.

2. Boccola ad alta corrente da 40 kV e inferiore

Questo tipo di boccola presenta due tipologie strutturali: a barra di guida e capacitiva. La boccola in ceramica pura a barra di guida è utilizzata per l'uscita dell'avvolgimento di bassa tensione dei trasformatori di generazione di media potenza; la boccola capacitiva è utilizzata per l'uscita dell'avvolgimento di bassa tensione dei trasformatori di generazione di grande potenza.

3. Boccola capacitiva olio-carta da 66 kV e superiori

L'isolamento interno di questo manicotto è costituito da un nucleo di condensatore realizzato con carta isolante e foglio di alluminio avvolti alternativamente. Il nucleo del condensatore e il manicotto in porcellana sono riempiti con olio isolante. Il collegamento tra il manicotto e l'avvolgimento presenta due tipi di struttura: a barra guida e a cavo. Il nucleo del condensatore in carta e olio è avvolto alternativamente sul tubo conduttivo con carta per cavi di spessore compreso tra 0,08 e 0,12 mm e foglio di alluminio di spessore 0,01 mm.

4. Boccole capacitive in nastro-carta da 66 kV e superiori

L'isolamento interno di questo involucro è costituito da un nucleo di condensatore formato dall'avvolgimento alternato di carta adesiva e foglio di alluminio. Il nucleo del condensatore e l'involucro di porcellana sono riempiti con olio isolante e la parte inferiore dell'involucro non necessita di un involucro di porcellana. Tuttavia, il fattore di dissipazione (tanδ) di questo tipo di involucro è elevato e la carta adesiva tende a creparsi e a generare scariche parziali, pertanto la produzione è stata attualmente interrotta.

5. Boccola del condensatore in resina colata

L'isolamento principale di questo manicotto è costituito da un nucleo di condensatore formato dall'avvolgimento alternato di carta isolante e foglio di alluminio, e all'esterno viene colata resina epossidica per formare un manicotto isolante solido. Questo tipo di boccola può essere utilizzato come boccola olio-gas: la parte superiore è inserita nella tubazione del GIS e viene riempita con gas SF6; la parte inferiore è immersa nell'olio del trasformatore.

8. Metodo di regolazione della tensione del trasformatore di potenza

1. Metodo di regolazione della tensione

Esistono due tipi di metodi di regolazione della tensione per i trasformatori: la regolazione della tensione a vuoto e la regolazione della tensione sotto carico. La regolazione della tensione a vuoto, nota anche come regolazione della tensione senza carico, serve a regolare la tensione quando il trasformatore è spento e senza carico; il dispositivo di regolazione della tensione a vuoto è chiamato commutatore di prese a vuoto; il dispositivo di regolazione della tensione sotto carico è chiamato commutatore di prese sotto carico.

2. Posizione di regolazione della tensione sotto carico

Esistono tre tipi di regolazioni della tensione sotto carico del trasformatore: regolazione della tensione del punto neutro, regolazione della tensione ai terminali della linea di media tensione e regolazione della tensione ai terminali della linea dell'avvolgimento di alta tensione. Tra queste, la regolazione della tensione del punto neutro presenta una struttura e un processo relativamente semplici e trova numerose applicazioni.

3. Interruttore di regolazione della tensione sotto carico

Il pressostato regolatore funge anche da commutatore di prese. Attualmente, la qualità dei commutatori di prese sotto carico prodotti a livello nazionale non è sufficiente e la maggior parte di essi è importata, soprattutto dalla tedesca MR e dalla svedese ABB.

Nove, olio per trasformatori

1. Composizione dell'olio per trasformatori

L'olio per trasformatori è un olio minerale, ovvero una miscela di numerose molecole di idrocarburi di diverso peso molecolare, costituite principalmente da composti idrocarburici come alcani, nafteni e una piccola quantità di idrocarburi aromatici.

2. Funzione e qualità dell'olio per trasformatori

Olio per trasformatori, utilizzato come olio isolante per trasformatori immersi in olio. L'olio per trasformatori non solo svolge la funzione di isolamento, ma anche quella di dissipazione del calore.

L'olio per trasformatori si divide in olio n. 25 e olio n. 45 in base al suo punto di congelamento. Il punto di congelamento dell'olio n. 25 è di -25 °C; il punto di congelamento dell'olio n. 45 è di -45 °C.

L'olio per trasformatori n. 25 è a base di paraffina, mentre l'olio per trasformatori n. 45 è a base di naftenica. In passato, l'olio per trasformatori n. 45 doveva essere importato dall'estero, ma ora la raffineria Xinjiang Karamay è in grado di produrlo autonomamente.

10. Processo di fabbricazione del trasformatore di potenza

Il trasformatore di potenza è costituito da due parti: il corpo e gli accessori. Il corpo è composto da avvolgimento, parti isolanti, nucleo di ferro, commutatore di prese, olio per trasformatori e serbatoio dell'olio. Gli accessori del trasformatore includono conservatore dell'olio, scambiatore di calore, boccole, relè del gas, valvola di sicurezza e termometro. Tra questi, scambiatori di calore, olio isolante, boccole, commutatori di prese, relè del gas, valvole di sicurezza e termometri vengono tutti acquistati da fornitori esterni. Di seguito viene brevemente illustrato il processo di fabbricazione di alcuni dei componenti principali.

1. Avvolgimento della bobina: installazione dello scheletro di avvolgimento - avvolgimento della bobina - saldatura del filo - isolamento - sagomatura della bobina - collaudo della bobina.

2. Assemblaggio del nucleo di ferro: taglio della lamiera di acciaio al silicio - sbavatura - impilamento del nucleo di ferro - installazione della piastra di trazione e della schermatura - legatura del nucleo di ferro - collaudo del nucleo di ferro - installazione delle clip del nucleo di ferro.

3. Lavorazione dei componenti isolanti: taglio dei componenti isolanti - sbavatura - smussatura degli angoli - trattamento anti-umidità.

4. Lavorazione di serbatoi di carburante e serbatoi di stoccaggio dell'olio: taglio di lamiere d'acciaio - saldatura di serbatoi di carburante e serbatoi di stoccaggio dell'olio - rimozione della ruggine - sabbiatura - verniciatura con primer - verniciatura - prova di resistenza meccanica.

5. Assemblaggio generale: installazione del nucleo di ferro - installazione della tubazione del serbatoio del carburante - impostazione della bobina - impilamento del giogo di ferro - installazione del commutatore di rubinetti - saldatura del filo conduttore - avvolgimento dell'isolamento del filo conduttore - test del semilavorato - asciugatura del corpo - finitura del corpo - assemblaggio del serbatoio del carburante - assemblaggio degli accessori - riempimento dell'olio - test di tenuta - circolazione dell'olio caldo - posizionamento statico.

11. Test di fabbrica del trasformatore di potenza

Il collaudo in fabbrica dei trasformatori di potenza si suddivide in tre tipologie: collaudo di routine (di fabbrica), collaudo di tipo e collaudo speciale. Il collaudo di routine è un test che deve essere eseguito su ogni trasformatore al momento della sua uscita dalla fabbrica e viene solitamente chiamato collaudo di fabbrica; il collaudo di tipo viene eseguito su un campione di 1-2 trasformatori di una determinata tipologia di prodotto; il collaudo speciale è proposto dall'utente e le sue caratteristiche vengono concordate con il produttore.

1. Requisiti e normative di base per le prove di isolamento ad alta tensione

Gli avvolgimenti del trasformatore vengono testati in base alla massima tensione di esercizio Um e al corrispondente livello di isolamento. La tabella seguente riporta gli elementi di prova dell'isolamento previsti dalla norma nazionale GB1094.3-2003 "Trasformatore di potenza Parte III: Livello di isolamento, prova di isolamento e traferro di isolamento esterno".

2. Elementi di prova di routine (di fabbrica)

(1) Misura della resistenza CC dell'avvolgimento: misurazione su tutti i terminali di presa.

(2) Misurazione del rapporto: misurare in tutte le posizioni del rubinetto.

(3) Rilevamento del gruppo di cablaggio: test nella posizione di presa nominale.

(4) Misurazione della resistenza di isolamento, del rapporto di assorbimento e dell'indice di polarizzazione: solo i trasformatori da 220 kV in su possono misurare l'indice di polarizzazione.

(5) Test di tanδ e capacità dell'avvolgimento: i trasformatori da 35 kV in su devono essere testati per tanδ.

(6) Prova di tanδ e capacità delle boccole: le boccole capacitive da 66 kV e superiori devono essere testate per tanδ e capacità

(7) Test dell'olio del trasformatore: analisi dell'olio, rigidità dielettrica, tanδ, analisi cromatografica e altri elementi, i trasformatori da 750 kV e superiori devono essere testati anche per la dimensione delle particelle nell'olio. Inoltre, l'analisi chimica dell'olio e l'analisi cromatografica dell'olio sono state ripetute durante tutto il processo di prova.

(8) Misura della perdita a vuoto e della corrente a vuoto: Eseguire la prova con il cablaggio alla tensione nominale.

(9) Misura della perdita di carico e dell'impedenza di cortocircuito: prova con cablaggio a tensione nominale.

(10) Prova di scarica parziale: la quantità di scarica non viene utilizzata come valutazione, ma solo come riferimento per stabilire se è possibile eseguire una prova ad alta tensione.

(11) Prova di impulso a onda intera da fulmine: trasformatori da 220 kV e superiori, 120 MVA e superiori.

(12) Prova di impatto operativo: trasformatori da 330 kV in su.

(13) Prova di tenuta induttiva con misurazione delle scariche parziali: trasformatori da 110 kV in su.

(14) Prova di tensione di tenuta alla frequenza di costruzione esterna dell'avvolgimento di bassa tensione e del punto neutro.

(15) Prova di scarica parziale: questa prova è una prova di valutazione del valore di prova di fabbrica.

(16) Misurazione elettrica del flusso di olio: trasformatori con pompe dell'olio da 330 kV in su.

(17) Prova di scarica parziale della pompa dell'olio rotante: trasformatori con pompa dell'olio da 330 kV in su.

2. Tipo di elementi di prova

(1) Prova di aumento della temperatura.

(2) L'onda di taglio del fulmine è stata testata.

(3) Prova di impatto a onda intera del fulmine nel punto neutro.

(4) Test di interferenza radio

3. Elementi di prova speciali

(1) Misurazione del livello sonoro.

(2) Misura dell'impedenza di sequenza zero dei trasformatori trifase.

(3) Misura armonica della corrente a vuoto.

(4) Misurazione della potenza assorbita dal motore della ventola e dal motore della pompa dell'olio.

(5) Misurazione delle caratteristiche di trasferimento della tensione transitoria.

(6) Resistere alla prova di capacità di cortocircuito.