Силовой трансформатор. Устройство и ремонт силового трансформатора

Силовой трансформатор – электротехническое устройство, изменяющее значение напряжения или тока одного уровня на другое, сохраняя при этом проходящую через него мощность. Применяется он на станциях, подстанциях и распределительных устройствах. Если на станции он является одним из многочисленных устройств рабочей системы, то на подстанции он - главный элемент.

Механизм работы трансформатора

Принцип работы силового трансформатора основан на свойстве электромагнитной индукции, вызванной электрической движущей силой протекающего по обмоткам переменного тока. Это значит, что не существует трансформаторов на постоянном токе. Трансформаторы способны изменять ток и напряжение, но не способны менять их частоту. Далее рассмотрим устройство силового трансформатора и существующие виды.

Разновидности

Силовой трансформатор – очень сложный механизм, состоящий из множества элементов, состав которых напрямую зависит от его мощности и назначения. В электроэнергетике применяют несколько видов этих электрических машин. Среди них:

• двухобмоточные силовые трансформаторы;
• трехобмоточные;
• с расщепленной вторичной обмоткой;
• разделительные трансформаторы;
• с разомкнутой вторичной обмоткой;
• автотрансформаторы.

В зависимости от мощности, применяют различные диэлектрические материалы, которые требуются для охлаждения и электрической безопасности силового трансформатора. Для трансформаторов малой мощности применяют специальную бумагу, диэлектрический компаунд, электротехнический лак. Устройство силового трансформатора средней и большой мощности предполагает наличие таких важных элементов, как трансформаторное масло и элегаз. Они используются для изоляции обмоток.

Большую часть всех силовых трансформаторов, которые используются в электроэнергетике, составляют силовые масляные трансформаторы. Данные устройства состоят из следующих элементов:

• корпус;
• расширительный навесной бак;
• электрический ввод;
• первичная обмотка;
• вторичная обмотка;
• магнитопровод;
• масляный насос и радиатор (в зависимости от мощности);
• релейная защита и автоматика;
• датчик уровня и состояния трансформаторного масла.

Назначение силовых трансформаторов

Для передачи электрической энергии на дальние расстояния требуется значительно повышать уровень напряжения. Главным врагом в электроэнергетике является электрическое сопротивление разного рода материалов. Закономерность следующая: чем больше электрическое сопротивление, тем больше нагрев элемента. В физике такое явление называется потерями.

При передаче электрической энергии на значительные расстояния эти потери достигают значительных величин. Для их уменьшения требуется снизить величину электрического тока. Это можно сделать путем повышения значения напряжения.

Из школьного курса физики нам известно уравнение нахождения мощности. Звучит оно следующим образом: мощность есть произведение тока на напряжение. Следовательно, при постоянном значении мощности, если увеличивается напряжение, ток естественным образом уменьшается. Конечно, можно использовать проводники с хорошей проводимостью, но стоимость таких материалов довольно высокая. Для повышения или уменьшения напряжения применяют устройства под названием "силовой трансформатор".

Выбор силовых трансформаторов

Расчет силового трансформатора для станций и подстанций кардинально отличается. Это связано с тем, что электрическая станция вырабатывает электрическую энергию, а подстанция распределяет ее по потребителям.

Расчет силового трансформатора для станции сводится к сопоставлению полной мощности, вырабатываемой генератором или группой генераторов. Выбор мощности трансформатора для подстанции намного сложнее.

По понятным причинам суточное потребление электрической энергии значительно различается. График нагрузок в общем виде имеет ступенчатый характер. В промежуток времени между 00.00 до 6.00 потребление энергии имеет минимальное значение, далее с 6.00 до 10.00 возрастает до максимального значения, следующие шесть часов наблюдается небольшой спад, и с 16.00 до 22.00 принимает опять максимальное значение, а в оставшееся время наблюдается уменьшение до минимальных значений. Помимо суточных графиков, существует межсезонный. Летом и зимой данные максимальных и минимальных порогов также отличаются.

Из предоставленных нагрузок определяется средняя мощность. Дабы не допустить завышения установленной мощности силового агрегата по отношению к энергосистеме, производят расчет с учетом возможной кратковременной перегрузки.

Силовой трансформатор имеет множество разновидностей систем охлаждения. В зависимости от этого допускается его перегруз на различных значениях и продолжительностях. В среднем это значение составляет не более 40% при непродолжительном промежутке времени, далее это время можно увеличить при помощи понижения уровня загруженности. Но в любом случае в дальнейшем следует уменьшить нагрузку и перенести дату капитального ремонта на более ранний срок.

Мощность силового трансформатора, при котором он работает в номинальном режиме, соответствует 75-80%. Это позволяет минимизировать потери и продлить срок эксплуатации электрической машины. Таким образом, выбор трансформатора сводится к следующим стадиям:

1. Определение мощности потребляемой системы.
2. Закладывается некий запас по мощности для развития системы.
3. Производится проверка по аварийному режиму.

Техническое обслуживание

Для поддержания трансформаторов в работоспособном состоянии требуется комплекс мер, которые призваны контролировать и устранять появляющиеся дефекты. Все эти мероприятия прописаны в паспорте трансформатора (выдается заводом-изготовителем).

Как и любое другое устройство, силовые трансформаторы подвержены влиянию внешних факторов, а также естественному старению материалов самого устройства. Вовремя выявленные дефекты позволяют проводить периодическое техническое обслуживание, поэтому необходим постоянный мониторинг за состоянием устройства.

В перечень периодического обслуживания, которое производится не реже одного раза в год, входит:

• визуальный осмотр;
• контроль уровня масла;
• проверка состояния силикагеля;
• осмотр уплотнительных швов на наличие подтеков.

Все эти операции проводятся специалистами без отключения трансформатора от сети.

Текущий ремонт

Ремонт силовых трансформаторов - неотъемлемая процедура при эксплуатации данных устройств. Работы по текущему ремонту не требуют демонтажа трансформатора, транспортировки в специальные боксы или на завод-изготовитель. Они включают в себя процедуру частичной разборки корпуса, осмотр всего устройства силового трансформатора целиком, замену всех уплотнительных манжеток и прокладок, поверку контрольно-измерительных приборов и мониторинг трансформаторного оборудования.

После окончания всех работ заливается новое трансформаторное масло, производится поэтапный ввод в эксплуатацию. Периодичность таких ремонтов зависит от самого трансформатора, в среднем это происходит раз в 3-4 года.

Капитальный ремонт

Самым дорогостоящим из всех видов ремонта считается капитальный. Он производится специально обученными людьми в помещениях, оборудованных всем необходимым. Трансформатор демонтируется с места эксплуатации. Производится полная разборка всех узлов и механизмов (регулировка под нагрузкой). Заменяется изоляция межвитковых соединений, магнитопровода.

Данный ремонт схож с капитальным ремонтом двигателя автомобиля, когда все ответственные элементы подвергаются серьезной доработке, а зачастую замене. По окончании всех работ проводятся испытания повышенным напряжением. При положительных результатах ставятся требуемые отметки в паспорте изделия, и трансформатор вводится в эксплуатацию.

Дату первого капитального ремонта определяют по данным периодического мониторинга. При плохих показаниях трансформатор направляется в ремонт. Как правило, это наступает через 20-30 лет в случае правильной эксплуатации и проведения в срок всех регламентных работ.

Вывод

Силовые масляные трансформаторы - очень важный элемент энергетической сети. Стоимость подстанции на 50-60% состоит только из стоимости этих устройств. Они работают 24 часа в сутки и семь дней в неделю. Поэтому обслуживание и их эксплуатация должны выполняться по всем требованиям завода-изготовителя и соответствующих нормативных документов. Устройство силового трансформатора включает множество деталей, что делает его одним из сложнейших устройств.