Системы охлаждения силовых трансформаторов

 

Предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность трансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

Естественное воздушное охлаждение

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется посредством естественной конвекции воздуха и частичного лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих». Условно принято обозначать естественное охлаждение при открытом исполнении С, при защитном исполнении — СЗ, при герметичном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха (дутьем) — СД.

Допустимое превышение температуры обмотки сухого трансформатора над температурой окружающей среды зависит от класса

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677—85 должно быть не больше

· 60 °С для класса А,

· 75 °С — для класса Е,

· 80 °С — для класса В,

· 100 °С — для класса F,

125 °С — для класса Н

Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому применяется для трансформаторов мощностью до 1600 кВА при напряжении до 15 кВ.

Естественное масляное охлаждение (М)

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВА. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается маслу, циркулирующему по баку и радиаторам, а затем — окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора в соответствии с Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95°С.

Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д)

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб помещают вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% от номинальной, а температура верхних слоев масла не более 55 °С, а также независимо от нагрузки при отрицательных

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

температурах окружающего воздуха и температуре масла не выше 45 °С (ПТЭ). Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе трансформатора с номинальной нагрузкой 95 °С.

Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора, что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью до 80 000 кВА.

Рисунок 1.14 Схема системы охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла:
1 — бак трансформатора; 2 — радиаторы охладителя; 3 — вентилятор обдува

 

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ)

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ)применяется для трансформаторов мощностью 63000 кВА и выше. Охладители состоят из тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Благодаря высокой скорости циркуляции масла, большой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габаритные размеры трансформаторов. Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

Рисунок 1.15 Схема масляного охлаждения с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители: 1 — бак трансформатора; 2 — масляный электронасос; 3 — адсорбционный фильтр; 4 — охладитель; 5 — вентилятор обдува

Масляно-водяное охлаждение трансформаторов с принудительной циркуляцией масла (Ц)

Масляно-водяное охлаждение трансформаторов с принудительной циркуляцией масла (Ц)принципиально устроено так же, как охлаждение ДЦ, но в отличие от последнего охладители в этой системе состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать 70 °С. Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давление масла в маслоохладителях в этом случае должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МПа (2 Н/см2). Эта система охлаждения эффективна, но имеет довольно сложное конструктивное исполнение и поэтому применяется для мощных трансформаторов (160 MBА и более).

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

2. Расчет параметров двухобмоточного трансформатора с высшим напряжением 10 кВ

 

Тип трансформатора ТМ

Т – трансформатор трехфазный,

М – охлаждение масляное с естественной циркуляцией воздуха и масла,

 

Параметры трансформатора:

Мощность трансформатора

S_ном=250 кВА

Напряжение в первичной обмотке

U_вн=35 кВ

Напряжение во вторичной обмотке

U_нн=0,69кВ

Потери холостого хода

P_x=900 Вт

Потери короткого замыкания

P_k=4200 Вт

Напряжение короткого замыкания

U_к=6,5%=0,065

Ток короткого замыкания

I_х=2,3%=0,023

 

Решение:

Определим сопротивление трансформатора по параметрам опыта короткого замыкания.

1) Активное сопротивление трансформатора

2) Индуктивное сопротивление трансформатора

3) Определим номинальный коэффициент трансформации

Проводимости определяются по опыту холостого хода

4) Определим активную проводимость

5) Определим реактивную проводимость

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

Полное сопротивление

Проводимость

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

3. Выбор номинальной мощности и типа трансформатора для однотрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ, предназначенной для электроснабжения потребителей 3-ей категории.

ФИО студента	№ варианта	Pmax, МВт	cosɸ	tокр.з, ˚С	tокр.л, ˚С
Семенов Денис Алексеевич		11,5	0,89	-10

 

Рассчетные данные:

а

Эквивалентная температура воздуха:

(зимой)

(летом)

 

Суточный график нагрузок

Таблица 1

Часы	21 вариант
НГ зима, %	НГ лето, %

 

Решение:

1) На основе заданных значений нагрузок строим суточный график нагрузок однотрансформаторной подстанции для зимнего (сплошная линия) и летнего времени (штриховая линия).

Рисунок 3 Суточный график нагрузок однотрансформаторной подстанции для зимнего и летнего времени

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

2) Найдем максимальное значение полной мощности, передаваемую через трансформаторную подстанцию:

Рассмотрим к выбору трансформатор ТДН-10000/110 (трехфазный с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла,с устройством РПН, номинальной мощностью .

К выбору целесообразно рассматривать трансформатор стандартной мощности ближайшей меньшей к максимальному значению полной мощности, передаваемой через трансформаторную подстанцию и, соответствующей этой мощности системы охлаждения.

 

 

3) На исходном суточном графике (рис.3) проведем линию номинальной нагрузки трансформатора (К = 1):

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

4) В точках пересечения линии номинальной нагрузки с кривой графика нагрузки выделим участок перегрузки (К>1) продолжительностью .

5) Оставшуюся часть графика с меньшей нагрузкой (К<1) разобьем на интервалы времени t₁, t₂ …t_n.

 

6) Определим значение начальнойнагрузкиК₁эквивалентного графика (рис.3) для зимнего времени:

,

где S₁, S₂ … S_n – заданные значения мощностей, в относительных единицах при К<1;

t₁, t₂ … t_n – отрезки времени, соответствующие мощностям S₁, S₂ … S_n.

 

 

7) Рассчитаем значение предварительного превышения перегрузки эквивалентного зимнего графика:

 

 

где S₁, S₂ … S_n – заданные значения мощностей, в относительных единицах, при К>1;

h₁, h₂ … h_n – отрезки времени, соответствующие мощностям S₁, S₂ … S_n.

 

 

8) Сравним значение с произведением , где – значение максимальной нагрузки трансформатора, определяется по формуле:

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

Для допустимых систематических перегрузок при системе охлаждения Д, температуре охлаждающей среды , значения номинальной нагрузки , длительности перегрузки по таблице приложения 1 находим значение максимально допустимой систематической нагрузки трансформатора .

Для нахождения значения воспользуемся формулой линейной интерполяции:

1,27> 1,166, что удовлетворяет условию

 

 

Преобразуем исходный летний график (рис.3) в эквивалентный с параметрами К₁, К₂, h.

1) Начальная нагрузка К₁ эквивалентного летнего графика составит:

,

где S₁, S₂ … S_n – заданные значения мощностей, в относительных единицах при К<1;

t₁, t₂ … t_n – отрезки времени, соответствующие мощностям S₁, S₂ … S_n.

 

2) Находим значение предварительного превышения перегрузки эквивалентного летнего графика:

 

где S₁, S₂ … S_n – заданные значения мощностей, в относительных единицах, при К>1;

h₁, h₂ … h_n – отрезки времени, соответствующие мощностям S₁, S₂ … S_n.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

 

3) Сравним значение с произведением , где – значение максимальной нагрузки трансформатора, определяется по формуле:

 

Для допустимых систематических перегрузок при системе охлаждения Д, температуре охлаждающей среды , значения номинальной нагрузки , длительности перегрузки по таблице приложения 1 находим значение максимально допустимой систематической нагрузки трансформатора .

Для нахождения значения воспользуемся формулой линейной интерполяции:

1,526> 0,903, что удовлетворяет условию

 

4) Таким образом трансформатор типа ТДН-10000/110 удовлетворяет расчетным условиям при всех возможных режимах работы однотрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ.

 

Тип трансформатора ТДН

Т – трансформатор трехфазный,

Д – масляный с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха,

Н – с регулированием напряжения под нагрузкой.

 

Параметры трансформатора:

Мощность трансформатора

S_ном=10 000кВА

Напряжение в первичной обмотке

U_вн=115кВ

Напряжение во вторичной обмотке

U_нн=11кВ

Потери холостого хода

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

P_x=18кВт

Потери короткого замыкания

P_k= 60кВт

Напряжение короткого замыкания

U_к=10,5%=0,105

Ток короткого замыкания

I_х=0,9%=0,009

 

Решение:

Определим сопротивление трансформатора по параметрам опыта короткого замыкания.

1) Активное сопротивление трансформатора

2) Индуктивное сопротивление трансформатора

3) Определим номинальный коэффициент трансформации

Проводимости определяются по опыту холостого хода

4) Определим активную проводимость

5) Определим реактивную проводимость

Полное сопротивление

Проводимость

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

4. Выбор номинальной мощности и типа трансформаторов для двухтрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ, предназначенной для электроснабжения потребителей 1 и 2 категорий.

ФИО студента	№ варианта	Напряжение, кВ	СН	НН	tокр.з, ˚С	tокр.л, ˚С
ВН	СН	НН	Мощность, МВт	cosɸ	Мощность, МВт	cosɸ
Семенов Денис Алексеевич						0,89		0,9	-10

 

 

Расчетные данные:

 

Суточный график нагрузок

 

	21 вариант
Часы	Сеть НН	Сеть СН
НГ зима, %	НГ лето, %	НГ зима, %	НГ лето, %

 

 

Задание: выбрать номинальную мощность и тип трансформаторов для двухтрансформаторной понижающей подстанции 110/10 кВ, предназначенной для электроснабжения потребителей 1 и 2 категорий.

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

Решение:

 

1) Переведем графики потребления активной мощности, выраженной в % от P_max(рисунок 4.1), в графики мощности в именованных единицах.

 

а) Сеть НН б) Сеть СН

Рисунок 4.1 – Суточные графики потребления активной мощности (в % от P_max)

 

 

.

 

2) При известной активной максимальной мощности нагрузки можно перевести типовой график в график нагрузки данного потребителя, используя соотношения для каждой ступени графика:

где - ордината соответствующей ступени типового графика;

– активная мощность соответствующей ступени, МВт;

– активная максимальная мощность нагрузки, МВт.

 

Для зимнего графика (рис.4.1 а): Для зимнего графика (рис.4.1 б):

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

Для летнего графика (рис 4.1 а): Для летнего графика (рис 4.1 б):

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

На основании расчетов построим графики потребления активной мощности (рисунок 4.2).

а) сеть НН б) сеть СН

Рисунок 4.2 – Суточные графики потребления активной мощности

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

Затем преобразуем графики потребления активной мощности по сети НН и СН в графики полной мощности:

где – полная мощность соответствующей ступени, ;

– коэффициент мощности.

Для зимнего графика (рис.4.2 а): Для зимнего графика (рис.4.2 б):

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

Для летнего графика (рис.4.2 а): Для летнего графика (рис.4.2 б):

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

На основании расчетов построим графики потребления полной мощности по сети НН и СН (рисунок 4.3).

 

а) сеть НН б) сеть СН

Рисунок 4.3 – Суточные графики потребления полной мощности

 

Просуммируем графики нагрузки НН+СН для зимнего периода:

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

Просуммируем графики нагрузки СН+НН для летнего периода:

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ТТм-11

Построим суточный график потребления полной мощности по сети ВН (рис. 4.4)

 

Рисунок 4.4 – Суточный график потребления полной мощности по сети ВН