Podstawy transformatorów mocy

1. 2. Klasyfikacja według uzwojenia

2. (1) Transformator dwuuzwojeniowy: stosowany w transformatorach podwyższających napięcie, transformatorach obniżających napięcie, transformatorach fabrycznych itp.

3. (2) Transformator trójuzwojeniowy: stosowany w transformatorach obniżających napięcie, transformatorach łączących itp.

4. (3) Transformator samosprzęgający: stosowany w transformatorach obniżających napięcie, transformatorach łącznikowych itp.

5. (4) Transformator dzielony: Istnieją dwa rodzaje podziału osiowego i promieniowego, które są stosowane w transformatorach fabrycznych i transformatorach rozruchowych.

7. 3. Klasyfikacja według struktury

8. (1) Transformator jednofazowy: stosowany do transformatorów 330~1000 kV.

9. (2) Transformator trójfazowy: stosowany do transformatorów 10~500 kV.

10. (3) Transformator kombinowany: Transformator jest dzielony na kilka części, a po przybyciu na miejsce jest łączony; stosuje się go w miejscach o utrudnionym ruchu.

12. 4. Klasyfikacja według metody chłodzenia

13. (1) Transformator olejowy: stosowany do transformatorów 10~1000 kV.

14. (2) Transformator suchy: stosowany do transformatorów 10~110 kV.

15. (3) Transformator SF6: obecnie stosowany w transformatorach 110 kV.

17. 5. Model transformatora mocy

19. (1) Znaczenie liter w modelu

21. D — Jednofazowy F — Chłodzenie powietrzne metodą zanurzeniową w oleju

22. O—self P—wymuszona cyrkulacja oleju

23. S — Trójfazowy lub trójcewkowy J — Samoczynne chłodzenie zanurzone w oleju

24. Z — regulator napięcia pod obciążeniem L — cewka aluminiowa

26. * Cewki miedziane i cewki podwójne nie wymagają dodawania symboli

28. (2) Przykład

30. SFPSL—120000/110: 110 kV, 120 MVA, trójfazowy, trójcewkowy transformator z wymuszonym obiegiem oleju i chłodzony powietrzem, z cewką aluminiową

32. OSFPSZ — 240000/330: 330 kV, 240 MVA, trójfazowy, trójcewkowy, samosprzęgający transformator z regulacją napięcia pod obciążeniem, wymuszonym obiegiem oleju, chłodzony powietrzem

Po drugie, cewka transformatora mocy

Cewka jest najważniejszym i najbardziej złożonym elementem transformatora mocy. Jest wykonana z drutu miedzianego (lub aluminiowego) i składa się ze specjalnych elementów izolacyjnych.

1. Cewka spiralna

Główną cechą cewki spiralnej jest duża liczba równoległych drutów, spiralny splot drutu, a jeden splot drutu tworzy cewkę o jednym zwoju. Cewka spiralna charakteryzuje się dobrą stabilnością mechaniczną, dobrym odprowadzaniem ciepła i solidnym wykonaniem, dzięki czemu jest szeroko stosowana w cewkach transformatorów niskiego i wysokiego napięcia.

Cewkę śrubową można nawinąć w trzy struktury: pojedynczą helisę, podwójną helisę i poczwórną helisę, w zależności od wielkości prądu.

2. Cewka ciągła

Gdy cewka składa się z kilku segmentów drutu rozmieszczonych wzdłuż osi i nie ma potrzeby ich ze sobą spawać, nazywa się ją cewką ciągłą.

Powierzchnia podparcia cewki ciągłej jest duża, siła osiowa jest duża, rezystancja zwarciowa jest wysoka, a każdy segment linii charakteryzuje się dużą pojemnością cieplną. Cewka tego typu ma szeroki zakres zastosowań, niezależnie od poziomu napięcia czy zakresu pojemności.

3. Splątana cewka

Cewka splątana składa się z kilku splątanych segmentów linii (tortów). Cewki ze wszystkimi splątanymi segmentami linii (tortów) nazywane są cewkami całkowicie splątanymi i są szeroko stosowane w transformatorach o napięciu 220 kV i wyższym. Cewka składająca się z części splątanego segmentu linii (tortu) i części ciągłego segmentu linii nazywana jest splątaną cewką ciągłą i jest stosowana w transformatorach o napięciu 66 kV i wyższym.

Ponieważ wstawia on niesąsiadujące ze sobą zwoje między sąsiednie zwoje cewki, powstają przesunięte, splątane odcinki linii i powstaje splątana cewka, zwiększając w ten sposób pojemność wzdłużną cewki i generując napięcie impulsowe wzdłuż osiowej wysokości cewki. Poprawia to charakterystykę rozprowadzania, dzięki czemu jest ona szeroko stosowana w różnych cewkach wysokiego napięcia.

4. Wewnętrzna cewka ekranowana

Wewnętrzna cewka ekranowana ma na celu poprawę rozkładu napięcia impulsowego poprzez zwiększenie pojemności szeregowej między segmentami linii. Jej cechą konstrukcyjną jest to, że dodatkowe zwoje kondensatora są nawinięte bezpośrednio wewnątrz segmentu linii ciągłej. Końce zwojów kondensatora są owinięte izolacją, a następnie zawieszone w segmencie linii. Zwoje kondensatora nie przewodzą prądu i pracują jedynie pod napięciem impulsowym.

Cewki ciągłe ekranowane wewnętrznie są dostępne konstrukcyjnie w postaci zworek dwusekcyjnych, czterosekcyjnych, ośmiosekcyjnych i segmentowych.

Po trzecie, rdzeń żelazny transformatora mocy

Rdzeń żelazny jest również ważnym elementem transformatora mocy. Powstaje poprzez ułożenie warstw blach ze stali krzemowej o wysokiej przenikalności, a następnie zaciśnięcie ich stalowymi zaciskami lub wiązanie szklanymi taśmami.

1. Blacha ze stali krzemowej

Blachy krzemowe stosowane w transformatorach mocy to blachy z gadolinem krzemowym, produkowane na zimno, o grubości 0,3–0,5 mm. Obecnie tylko huty żelaza i stali w Wuhan oraz Shanghai Baosteel mogą produkować takie blachy z gadolinem krzemowym. Jednak blachy krzemowe do dużych transformatorów muszą być importowane z Japonii.

2. Struktura rdzenia żelaznego

(1) Jednofazowy, dwukolumnowy rdzeń żelazny, stosowany w różnych transformatorach jednofazowych.

(2) Jednofazowy rdzeń jarzma sekcyjnego po stronie kolumny, stosowany w jednofazowych transformatorach wysokiego napięcia i dużej pojemności.

(3) Jednofazowy rdzeń jarzma bocznego dwukolumnowego stosowany jest w jednofazowych transformatorach wysokiego i bardzo wysokiego napięcia o dużej pojemności.

(4) Trójfazowy transformator trójkolumnowy to rdzeń żelazny, który jest stosowany w różnych transformatorach trójfazowych.

(5) Pięciokolumnowy rdzeń żelazny do transformatorów trójfazowych o dużej mocy.

Po czwarte, zbiornik oleju transformatora zanurzonego w oleju

1. Zbiornik oleju typu beczkowego jest stosowany głównie w małych transformatorach olejowych i bardzo dużych transformatorach olejowych.

2. Zbiornik oleju typu dzwonowego, powszechnie stosowany w transformatorach olejowych 110~500 kV.

3. Całkowicie uszczelniony zbiornik oleju ma zostać zaspawany na śmierć. W ostatnich latach był on stosowany wyłącznie w transformatorach olejowych o napięciu 110 kV i wyższym.

5. Konserwator oleju transformatora zanurzonego w oleju

Konserwator oleju transformatorowego ma dwie funkcje. Pierwsza to zapewnienie przestrzeni na rozszerzalność i kurczliwość cieplną oleju transformatorowego w zbiorniku oleju. Druga to odizolowanie oleju transformatorowego od atmosfery zewnętrznej, aby zapobiec jego starzeniu się.

1. Konserwator oleju typu kapsułowego, który wykorzystuje gumowe kapsuły do ​​oddzielania oleju transformatorowego od atmosfery zewnętrznej i zapewnia przestrzeń na rozszerzalność i kurczenie się oleju transformatorowego pod wpływem ciepła.

2. Konserwator oleju z przeponą wykorzystuje gumową przeponę do oddzielania oleju transformatorowego od atmosfery zewnętrznej i zapewnia olejowi transformatorowemu przestrzeń do rozszerzania się i kurczenia.

3. Falisty konserwator oleju wykorzystuje metalowy ekspander wykonany z metalowych blach falistych, aby oddzielić olej transformatorowy od atmosfery zewnętrznej i zapewnić mu przestrzeń na rozszerzanie się i kurczenie termiczne. Falisty konserwator oleju dzieli się na dwa typy: wewnętrzny i zewnętrzny. Wewnętrzny konserwator oleju charakteryzuje się lepszą wydajnością, ale większą objętością.

6. Sposób chłodzenia transformatora olejowego

1. Symbole oznaczające metody chłodzenia

Pierwsza litera: O — olej mineralny, K — syntetyczny płyn izolacyjny, L — gaz izolacyjny.

Druga litera: N - naturalna cyrkulacja konwekcyjna, F - wymuszona cyrkulacja oleju, D - wymuszona cyrkulacja kierująca.

Trzecia litera: A - powietrze, W - woda.

Czwarta litera: N - konwekcja naturalna, F - obieg wymuszony (wentylator, pompa).

2. Przykłady

ONAN — chłodzenie swobodne

ONAF - chłodzenie powietrzem

OFAF — wymuszona cyrkulacja oleju i chłodzenie powietrzem

ODAF — chłodzenie sterowane wymuszonym obiegiem oleju

Siedem, przepust transformatorowy

1. Przepust izolacyjny z czystej porcelany o napięciu 40 kV i niższym

Ten rodzaj obudowy ma dwie konstrukcje: prętową i kablową. Obudowa prętowa jest stosowana w przepustach niskiego napięcia transformatorów, a obudowa przelotowa – w liniach wysokiego napięcia 10–20 kV.

2. Przepust wysokoprądowy 40 kV i niższy

Ten rodzaj przepustu występuje w dwóch rodzajach konstrukcji: z prętem prowadzącym i pojemnościowym. Przepust ceramiczny z prętem prowadzącym jest stosowany do wyprowadzenia uzwojeń niskiego napięcia w transformatorach generatorowych średniej mocy; przepust pojemnościowy jest stosowany do wyprowadzenia uzwojeń niskiego napięcia w transformatorach generatorowych dużej mocy.

3. Przepust pojemnościowy papierowo-olejowy 66 kV i więcej

Izolację wewnętrzną tej tulei stanowi rdzeń kondensatora wykonany z papieru izolacyjnego i folii aluminiowej nawiniętych naprzemiennie. Rdzeń kondensatora i porcelanowa tuleja wypełnione są olejem izolacyjnym. Połączenie tulei z uzwojeniem ma dwa rodzaje konstrukcji: prętową i kablową. Rdzeń kondensatora olejowo-papierowego jest nawinięty naprzemiennie na rurkę przewodzącą za pomocą papieru kablowego o grubości 0,08–0,12 mm i folii aluminiowej o grubości 0,01 mm.

4. Przepusty pojemnościowe taśmowo-papierowe 66 kV i powyżej

Izolację wewnętrzną tej osłony stanowi rdzeń kondensatora utworzony z naprzemiennie nawiniętego papieru klejącego i folii aluminiowej. Rdzeń kondensatora i osłona porcelanowa są wypełnione olejem izolacyjnym, a dolna część osłony nie wymaga osłony porcelanowej. Jednak tanδ tego rodzaju obudowy jest duży, a papier klejący łatwo pęka i generuje wyładowania niezupełne, dlatego produkcja została obecnie wstrzymana.

5. Przepust kondensatora odlewanego żywicą

Główną izolację tej tulei stanowi rdzeń kondensatora, utworzony przez naprzemienne nawijanie papieru izolacyjnego i folii aluminiowej, a na zewnątrz zalewana jest żywica epoksydowa, tworząc solidną tuleję izolacyjną. Tego rodzaju przepust może być stosowany jako przepust olejowo-gazowy. Górna część jest osadzona w rurociągu GIS, a pomiędzy nimi znajduje się gaz SF6; dolna część jest zanurzona w oleju transformatorowym.

8. Metoda regulacji napięcia transformatora mocy

1. Metoda regulacji napięcia

Istnieją dwa rodzaje metod regulacji napięcia transformatorów: regulacja napięcia bez wzbudzenia i regulacja napięcia pod obciążeniem. Regulacja napięcia bez wzbudzenia, znana również jako regulacja napięcia jałowego, polega na regulacji napięcia, gdy transformator jest zatrzymany i bez obciążenia. Urządzenie regulujące napięcie bez wzbudzenia nazywane jest przełącznikiem zaczepów bez obciążenia; urządzenie regulujące napięcie pod obciążeniem nazywane jest przełącznikiem zaczepów pod obciążeniem.

2. Pozycja regulacji napięcia pod obciążeniem

Istnieją trzy rodzaje regulacji napięcia pod obciążeniem transformatora: regulacja napięcia punktu neutralnego, regulacja napięcia na końcu linii średniego napięcia oraz regulacja napięcia na końcu linii cewki wysokiego napięcia. Spośród nich struktura i proces regulacji napięcia punktu neutralnego są stosunkowo proste i mają wiele zastosowań.

3. Przełącznik regulacji napięcia pod obciążeniem

Przełącznik regulacji ciśnienia pełni również funkcję przełącznika zaczepów. Obecnie jakość krajowych przełączników zaczepów pod obciążeniem jest niezadowalająca, a większość z nich opiera się na imporcie, z czego większość pochodzi z niemieckiej firmy MR i szwedzkiej ABB.

Dziewięć, olej transformatorowy

1. Skład oleju transformatorowego

Olej transformatorowy to olej mineralny, który jest mieszaniną wielu cząsteczek węglowodorów o różnej masie cząsteczkowej. Są to głównie związki węglowodorowe, takie jak alkany, nafteny i niewielka ilość węglowodorów aromatycznych.

2. Funkcja i gatunek oleju transformatorowego

Olej transformatorowy do oleju izolacyjnego transformatorów zanurzonych w oleju. Olej transformatorowy pełni nie tylko funkcję izolacyjną, ale również odprowadzania ciepła.

Olej transformatorowy dzieli się na olej nr 25 i olej nr 45 w zależności od temperatury krzepnięcia. Temperatura krzepnięcia oleju nr 25 wynosi minus 25°C, a oleju nr 45 minus 45°C.

Olej transformatorowy nr 25 to olej na bazie parafiny, a olej transformatorowy nr 45 to olej naftenowy. W przeszłości olej transformatorowy nr 45 musiał być importowany z zagranicy, a teraz rafineria Xinjiang Karamay również może go produkować.

10. Proces produkcji transformatora mocy

Transformator mocy składa się z dwóch części: korpusu i akcesoriów. Korpus składa się z cewki, części izolacyjnych, rdzenia żelaznego, przełącznika odczepów, oleju transformatorowego i zbiornika oleju. Akcesoria transformatora obejmują konserwator oleju, chłodnicę, przepust, przekaźnik gazowy, reduktor ciśnienia i termometr. Wśród nich znajdują się chłodnice, olej izolacyjny, przepusty, przełączniki odczepów, przekaźniki gazowe, reduktor ciśnienia i termometry, które są kupowane od dostawców zewnętrznych. Poniżej przedstawiono jedynie krótki opis procesu produkcyjnego kilku głównych komponentów.

1. Nawijanie cewki: montaż szkieletu uzwojenia – nawijanie cewki – spawanie drutem – pakiet izolacyjny – kształtowanie cewki – test cewki.

2. Montaż rdzenia żelaznego: cięcie blachy z blachy krzemowej – gratowanie – układanie rdzenia żelaznego – instalowanie płytki naciągowej i osłony – wiązanie rdzenia żelaznego – test rdzenia żelaznego – instalowanie zacisków rdzenia żelaznego.

3. Obróbka elementów izolacyjnych: cięcie elementów izolacyjnych, gratowanie, fazowanie narożników, zabezpieczanie przed wilgocią.

4. Obróbka zbiorników paliwowych i zbiorników do magazynowania oleju: cięcie blach stalowych - spawanie zbiorników paliwowych i zbiorników do magazynowania oleju - usuwanie rdzy - piaskowanie - malowanie podkładowe - malowanie - badanie wytrzymałości mechanicznej.

5. Montaż ogólny: montaż rdzenia żelaznego, montaż rurociągu zbiornika paliwa, ustawienie cewki, ułożenie jarzma żelaznego, montaż przełącznika odczepów, spawanie przewodu, owinięcie izolacji przewodu, test półproduktu, suszenie korpusu, wykończenie korpusu, montaż zbiornika paliwa, montaż akcesoriów, napełnianie olejem, test szczelności, cyrkulacja gorącego oleju, rozmieszczenie statyczne.

11. Test fabryczny transformatora mocy

Testy fabryczne transformatorów mocy dzielą się na trzy rodzaje: test rutynowy (fabryczny), test typu i test specjalny. Test rutynowy to test, który musi zostać przeprowadzony dla każdego transformatora opuszczającego fabrykę i jest zwykle nazywany testem fabrycznym; test typu to test przeprowadzany poprzez pobranie próbek 1–2 transformatorów danego typu produktu; test specjalny jest proponowany przez użytkownika, a testy są uzgadniane z producentem.

1. Podstawowe wymagania i przepisy dotyczące badania izolacji wysokiego napięcia

Uzwojenia transformatora są testowane zgodnie z najwyższym napięciem roboczym Um i odpowiadającym mu poziomem izolacji. Poniższa tabela przedstawia elementy testu izolacji określone w normie krajowej GB1094.3-2003 „Transformator mocy, część III: Poziom izolacji, test izolacji i zewnętrzna szczelina powietrzna izolacji”.

2. Rutynowe (fabryczne) elementy testowe

(1) Pomiar rezystancji uzwojenia prądu stałego: pomiar na wszystkich zaciskach odczepowych.

(2) Pomiar stosunku: mierz we wszystkich położeniach odczepu.

(3) Wykrywanie grupy okablowania: test w znamionowym położeniu odczepu.

(4) Pomiar rezystancji izolacji, współczynnika absorpcji i wskaźnika polaryzacji: Tylko transformatory o napięciu 220 kV i wyższym mogą mierzyć wskaźnik polaryzacji.

(5) Badanie tanδ i pojemności uzwojenia: Transformatory o napięciu 35 kV i wyższym należy badać pod kątem tanδ.

(6) Badanie tanδ i pojemności przepustów: przepusty pojemnościowe o napięciu 66 kV i wyższym należy badać pod kątem tanδ i pojemności

(7) Badanie oleju transformatorowego: analiza oleju, wytrzymałość dielektryczna, tanδ, analiza chromatograficzna i inne elementy. Transformatory o napięciu 750 kV i powyżej należy również badać pod kątem wielkości cząstek w oleju. Ponadto w trakcie całego procesu testowego powtarzano analizę chemiczną oleju i analizę chromatograficzną oleju.

(8) Pomiar strat jałowych i prądu jałowego: Przeprowadzić test przy napięciu znamionowym przewodu.

(9) Pomiar strat obciążeniowych i impedancji zwarciowej: badanie przy napięciu znamionowym przewodów.

(10) Badanie wyładowań niezupełnych: Ilość wyładowania nie służy do oceny, lecz jedynie jako punkt odniesienia przy określaniu, czy można wykonać badanie wysokiego napięcia.

(11) Badanie udarowe pełnofalowe piorunowe: transformatory o mocy 220 kV i większej, 120 MVA i większej.

(12) Badanie eksploatacyjne udarności: transformatory o napięciu 330 kV i wyższym.

(13) Badanie wytrzymałości napięciowej indukcyjnej z pomiarem wyładowań niezupełnych: transformatory o napięciu 110 kV i wyższym.

(14) Badanie wytrzymałości napięciowej częstotliwości konstrukcji zewnętrznej uzwojenia niskiego napięcia i punktu neutralnego.

(15) Badanie rozładowań niezupełnych: Badanie to jest badaniem oceniającym wartość testu fabrycznego.

(16) Pomiar przepływu oleju w transformatorach z pompami olejowymi o napięciu 330 kV i wyższym.

(17) Badanie wyładowań niezupełnych wirującej pompy olejowej: transformatory z pompą olejową o napięciu 330 kV i wyższym.

2. Wpisz elementy testu

(1) Test wzrostu temperatury.

(2) Przeprowadzono test fali przycinającej piorun.

(3) Badanie odporności na pełnofalowe uderzenie pioruna w punkcie neutralnym.

(4) Test zakłóceń radiowych

3. Specjalne elementy testowe

(1) Pomiar poziomu dźwięku.

(2) Pomiar impedancji składowej zerowej transformatorów trójfazowych.

(3) Pomiar harmonicznych prądu jałowego.

(4) Pomiar mocy pobieranej przez silnik wentylatora i silnik pompy olejowej.

(5) Pomiar charakterystyk przejściowego przenoszenia napięcia.

(6) Badanie wytrzymałości na zwarcie.