11. КОНТРОЛЬНЫЙ ПРОГРЕВ И КОНТРОЛЬНАЯ ПОДСУШКА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Общие положения
11.1. Существуют следующие методы прогрева трансформаторов:
постоянным током;
токами короткого замыкания;
циркуляцией масла через электронагреватели;
индукционный прогрев за счет потерь в стали бака.
Дополнительный прогрев производится с помощью электропечей закрытого типа, устанавливаемых под дно трансформатора.
11.2. Контрольный прогрев следует производить с маслом, без вакуума до достижения температуры верхних слоев масла, превышающей максимальную из указанных в паспорте трансформатора температур, при которых производилось измерение характеристик изоляции:
при прогреве методом короткого замыкания или постоянным током - на 5 °С;
при прогреве индукционным методом или циркуляцией масла через электронагреватели - на 15 °С.
11.3. Прогрев трансформатора при контрольной подсушке в собственном баке с маслом следует производить согласно п. 11.1 настоящей Инструкции.
11.4. Контрольную подсушку следует выполнять при температуре верхних слоев масла 80 °С и максимальном вакууме, предусмотренном конструкцией бака трансформатора (не более 350-380 мм рт. ст.). Через каждые 12 ч подсушки необходимо в течение 4 ч осуществлять циркуляцию масла через трансформатор масляным насосом производительностью 4 - 6 м3/ч (рис. 22).
11.5. Периодически следует измерять характеристики изоляции R60”,  и брать пробы масла для проверки пробивного напряжения.
11.6. Продолжительность прогрева трансформаторов при 80 °С и указанном остаточном давлении должна соответствовать данным табл. 4.
11.7. Подсушка должна быть прекращена при достижении соответствия характеристик изоляции требованиям настоящей Инструкции, но не ранее чем через 24 ч после достижения 80 °С.
Рис. 22. Схема контрольной подсушки.
1 - вакуумметр; 2 - бак трансформатора; 3 - кран Ø 2"; 4 - масляный насос; 5 - вакуумный насос. Стрелкой указано направление циркуляции масла в процессе подсушки.
Таблица 4
Напряжение трансформатора, кВ
|
Мощность трансформатора, кВ·А
|
Время прогрева, ч
|
До 35 включительно
|
Всех мощностей
|
48
|
110
|
Менее 80000
|
48
|
110
|
80000
|
54
|
11.8. Трансформатор должен быть залит маслом до уровня на 150-200 мм ниже крышки.
11.9. Температуру следует контролировать по термометрам сопротивления, установленным в верхних слоях масла.
11.10. После окончания прогрева необходимо приступить к оценке характеристик изоляции в соответствии с требованиями приложения 1 настоящей Инструкции.
Прогрев методом индукционных потерь в стали бака трансформатора
11.11. Мощность (кВт), необходимая для нагрева трансформатора, определяется по формуле
 (1)
где ΔP - удельный расход мощности, кВт/м2; l - периметр бака, м; h - высота боковой поверхности, на которую наматывается намагничивающая обмотка, м.
11.12. Величину удельного расхода мощности в зависимости от периметра бака следует выбирать в соответствии с данными табл. 5.
11.13. Для прогрева дна бака следует применять закрытые электронагревательные печи, мощность которых выбирается в соответствии с табл. 6.
11.14. Число витков намагничивающей обмотки при питании однофазным током определяется по формуле
 , (2)
где A - коэффициент, зависящий от величины ΔP; U - напряжение, питающее намагничивающую обмотку, В.
11.15. Коэффициент A определяется по табл. 7.
11.16. Ток в обмотке (А) определяется по формуле
 , (3)
где U - подводимое напряжение, В;
cosj выбирается равным 0,5 - 0,6.
11.17. Сечение провода (мм2), которым выполняется намагничивающая обмотка, определяется из выражения
 , (4)
где I - ток, A; d - допустимая плотность тока, А/мм2.
Значение величины d, А/мм2:
для медных проводов:
голых - 6;
изолированных - от 3 до 3,5;
для алюминиевых проводов:
голых - 5;
изолированных - от 2 до 2,5.
Таблица 5
Периметр бака трансформатора, м
|
Удельный расход мощности, кВт/м2
|
Периметр бака трансформатора, м
|
Удельный расход мощности, кВт/м2
|
До 10
|
До 2,0
|
От 16 до 20
|
От 2,9 до 3,6
|
От 11 до 15
|
От 2 до 2,8
|
От 21 до 26
|
От 3,7 до 4
|
Таблица 6
Периметр бака трансформатора, м
|
Удельный расход мощности донного подогрева, кВт/м2
|
Периметр бака трансформатора, м
|
Удельный расход мощности донного подогрева, кВт/м2
|
До 10
|
До 0,8
|
От 16 до 20
|
От 1,5 до 1,8
|
От 11 до 15
|
От 0,9 до 1,4
|
От 21 до 25
|
От 1,9 до 2,1
|
Таблица 7
DP, кВт/м2
|
A
|
DP, кВт/м2
|
A
|
DP, кВт/м2
|
A
|
0,75
|
2,33
|
1,35
|
1,77
|
2,40
|
1,44
|
0,80
|
2,26
|
1,40
|
1,74
|
2,50
|
1,42
|
0,85
|
2,18
|
1,45
|
1,71
|
2,60
|
1,41
|
0,90
|
2,12
|
1,50
|
1,68
|
2,70
|
1,39
|
0,95
|
2,07
|
1,60
|
1,65
|
2,80
|
1,38
|
1,00
|
2,02
|
1,70
|
1,62
|
2,90
|
1,36
|
1,05
|
1,97
|
1,80
|
1,59
|
3,00
|
1,34
|
1,10
|
1,92
|
1,90
|
1,56
|
3,25
|
1,31
|
1,15
|
1,88
|
2,00
|
1,54
|
3,50
|
1,28
|
1,20
|
1,84
|
2,10
|
1,51
|
3,75
|
1,25
|
1,25
|
1,81
|
2,20
|
1,49
|
4,00
|
1,22
|
1,30
|
1,79
|
2,30
|
1,46
|
-
|
-
|
11.18. Если имеющееся сечение провода недостаточно для данной плотности тока, намотку намагничивающей обмотки производят в несколько параллелей.
11.19. Для трансформаторов мощностью 25000 кВ·А и выше следует применять трехфазную намагничивающую обмотку.
11.20. Число витков намагничивающей обмотки при питании трехфазным током определяется следующим образом:
 ; (5)
 , (6)
где W1 - число витков в нижней части бака; W2 - число витков в средней части бака; W3 - число витков в верхней части бака.
Общее число витков трехфазной намагничивающей обмотки
 . (7)
11.21. Величины токов, протекающих по каждой из трех обмоток трехфазной намагничивающей обмотки, рассчитываются по формуле
 . (8)
11.22. Сечение проводов трехфазной намагничивающей обмотки определяется в соответствии с пп. 11.17, 11.18.
Пример расчета намагничивающей обмотки для нагрева трансформатора методом индукционных потерь в стали бака трансформатора (для трансформатора ТРДН-25000/110).
l = 13,5 м; h = 2,8 м; ΔР (табл. 5) = 2,4 кВт/м2.
Мощность определяется по формуле (1)
 ;
 .
Ток в трехфазной намагничивающей обмотке рассчитываем по формуле (8)
 ;
δ = 2,5 A/мм2.
Сечение алюминиевого изолированного провода определяем по формуле (4)
 .
Принимаем S =120 мм2.
Коэффициент A при ΔР = 2,4 кВт/м2 определяем по табл. 7: А = 1,44.
По формуле (5)
 .
По формуле (6)
 .
Принимаем W1 = W2 = 30 виткам; W2 = 12 виткам.
W = W1 + W2 + W3 = 30 + 12 + 30 = 72.
Теплоизоляция бака трансформатора и намотка намагничивающей обмотки
11.23. В качестве изолирующего материала для теплоизоляции стенок, крышки и дна бака следует применять асбополотно, асбест листовой или другой негорючий материал. Толщина теплоизоляции боковых стенок бака при температуре окружающего воздуха ниже 0 °С должна быть не менее 30 мм, при температуре выше 0 °С - не менее 15 мм.
11.24. На баке необходимо установить с интервалом 1000-1500 мм вертикальные деревянные или шиферные стойки сечением не менее 50×50 мм2.
11.25. Стойки следует крепить при помощи временных стальных уголков, прихваченных электросваркой. Между стойкой и поясом и на уголки необходимо наложить слой асбеста толщиной 3-5 мм.
11.26. Деревянные стойки перед установкой необходимо пропитать в растворе жидкого стекла с мелом или тальком и высушить при 20 °С в течение 4 ч.
11.27. Вертикальные балки жесткости не утепляют, так как при прогреве их температура на 30 - 40 °С выше температуры стенок бака.
11.28. Следует наматывать намагничивающую обмотку, размещая ее по нижней и верхней частям бака, оставляя середину бака (около 1/4 высоты) свободной. В верхней части бака должно быть сосредоточено около 40 % общего количества витков.
Провод во всех фазах наматывается в одном направлении. Следует крепить каждый виток обмотки к деревянным стойкам гвоздями, к шиферным - при помощи джутового шнура.
11.29. При соединении в звезду крайние фазы следует включать нормально, среднюю фазу - встречно.
11.30. Следует изолировать пространство между дном бака и полом по периметру дна листовым асбестом, асбополотном или другим негорючим материалом.
11.31. Для дополнительного прогрева дна должны быть установлены закрытые электропечи с температурой поверхности не более 110 - 120 °С или тепловоздуходувки. Мощность каждой печи должна быть не более 5 кВт.
11.32. Питание печей осуществляется от отдельного автомата с целью независимого отключения печей при местных перегревах активной части трансформатора.
11.33. Для контроля за прогревом необходимо установить на стенках, крышке и дне бака трансформатора термометры.
Контрольный прогрев силовых трансформаторов токами короткого замыкания и постоянным током
11.34. Предельное значение температуры верхних слоев масла при контрольном прогреве и контрольной подсушке определяют согласно пп. 11.2 и 11.4.
11.35. Контрольный прогрев трансформаторов методом короткого замыкания и постоянным током запрещается в случае обнаружения или предположения на активной части каких-либо дефектов, а также до проведения и получения положительных результатов следующих испытаний:
а) опыта холостого хода при пониженном напряжении (для трансформаторов мощностью 10000 кВ·А и более, напряжением до 35 кВ включительно и всех трансформаторов напряжением 110 кВ);
б) измерения омического сопротивления обмоток постоянному току на всех положениях переключателей;
в) измерения коэффициентов трансформации на всех ступенях переключения;
г) проверки правильности сборки переключающего устройства;
д) проверки изоляции обмоток мегомметром.
11.36. Контрольный прогрев следует проводить на трансформаторах с установленными вводами, расширителем, выхлопной трубой и задействованной газовой защитой. При смонтированной системе охлаждения охлаждающие устройства должны быть отсоединены от трансформатора путем перекрытия задвижек (кранов) на маслопроводе. Два охладителя, места подсоединения которых к баку наиболее удалены друг от друга, необходимо оставить с открытыми задвижками и использовать в период прогрева для обеспечения принудительной циркуляции масла в трансформаторе при работающих маслонасосах и отключенном охлаждении.
11.37. Контрольный прогрев трансформаторов методом короткого замыкания производится за счет тепла, выделяемого потерями в обмотках, добавочными потерями от вихревых токов в проводниках обмоток, потерями в активной стали магнитопровода, в металлических конструктивных деталях активной части и стенках бака, вызываемыми магнитным полем рассеяния обмоток.
11.38. Принцип схем прогрева методом короткого замыкания состоит в том, что одну из обмоток трансформатора (обычно низшего напряжения) замыкают на зажимах вводов накоротко, а другую питают от источника переменного тока промышленной частоты (рис. 23).
11.39. Значение тока прогрева Iпр трансформатора не должно превышать номинального тока обмотки, подключенной к источнику питания, а при отключенном охлаждающем устройстве
 , (9)
где Iн - номинальный ток питаемой обмотки, А.
11.40. Мощность прогрева Рпр не должна превышать максимальной допустимой мощности прогрева Рпр.макс, т.е.
 (10)
где Рк - потери короткого замыкания, приведенные к температуре 75 °С, для применяемого при прогреве режима.
Рис. 23. Схема контрольного прогрева трансформатора токами короткого замыкания.
11.41. Значение Iпр при прогреве трансформатора методом короткого замыкания для случаев, когда мощности участвующих в прогреве обмоток равны, а также когда мощности участвующих в прогреве обмоток не равны, а питание подается на обмотку меньшей мощности, определяется по формуле
 . (11)
Если мощности участвующих в прогреве обмоток не равны, а питание подается на обмотку большей мощности, Iпр определяется по формуле
 , (12)
где РН1 - номинальная мощность (большая) питаемой обмотки, кВ·А; РН2 - номинальная мощность (меньшая) обмотки, замкнутой накоротко, кВ·А.
Для последнего случая должно быть выдержано следующее соотношение:
 . (13)
11.42. Напряжение при прогреве трансформатора методом короткого замыкания для случаев, когда мощности участвующих в прогреве обмоток равны или когда эти мощности не равны, а питание подается на обмотку большей мощности, определяется по формуле
 , (14)
где uк - напряжение короткого замыкания участвующей в прогреве пары обмоток, приведенное к большей из мощностей обмоток, %; UН - номинальное напряжение питаемой обмотки, В.
Если мощности участвующих в прогреве обмоток не равны, а питание подается на обмотку меньшей мощности, Uпр определяется по формуле
 . (15)
11.43. Рекомендуется выбирать тот режим прогрева трехобмоточного трансформатора (ВН - НН, ВН - СН, СН - НН), для которого имеющееся напряжение питания ближе к расчетному напряжению прогрева Uпр.
11.44. При выборе мощности источника питания Sпр необходимо учитывать потери в цепи между источником питания и прогреваемым трансформатором.
Кажущаяся мощность прогрева определяется по формулам:
для однофазного трансформатора
 ; (16)
для трехфазного трансформатора
 . (17)
Продолжительность прогрева должна быть не менее 10 ч.
Требуемую скорость нарастания температуры верхних слоев масла (табл. 8) следует обеспечить изменением напряжения питания или периодическим отключением источника питания.
11.45. Контроль температуры верхних слоев масла при прогреве трансформатора методом короткого замыкания осуществляется при помощи теплосигнализаторов и ртутных термометров.
При температуре окружающего воздуха ниже +10 °С бак трансформатора следует утеплить асбополотном или листовым асбестом.
Таблица 8
Температура верхних слоев масла трансформатора, °С
|
Скорость нарастания температуры, °С/ч, не более
|
До 20
|
8-5
|
От 20 до 50
|
5-3
|
От 50 до 70
|
3-2
|
11.46. Перед прогревом должно быть обеспечено надежное закорачивание вводов прогреваемого трансформатора и зажимов всех вторичных обмоток трансформаторов тока. Для закорачивания следует применять короткие медные шины сечением не менее сечения токоведущих шпилек или шин ввода закорачиваемой обмотки.
Бак трансформатора должен быть надежно заземлен.
Пример расчета параметров для контрольного прогрева трансформатора методом короткого замыкания (для трансформатора ТРДН-25000/110)
Номинальная мощность трансформатора РН = 25000-2×12500 кВ·А; номинальное напряжение трансформатора UН = 115000±9×1,78 % / 6300-6300 В; напряжение источника питания 6300 В; номинальный ток обмотки ВН IН = 122,5 А на 10 ступеней регулирования; напряжение короткого замыкания в режиме ВН/НН1+HН2 uк = 10,8 %; потери короткого замыкания в режиме ВН/НН1 + НН2 Р =121 кВт.
Наибольшую мощность прогрева определяем по формуле (10)
РПР.МАКС = 0,49·121 = 59,2 кВт.
Наибольший ток прогрева определяем по формуле (11)
Наибольшее напряжение прогрева определяем по формуле (14)
 .
Наибольшую кажущуюся мощность прогрева определяем по формуле (17)
 .
При имеющемся источнике питания для прогрева напряжением 6300 В
 кВт;
 .
11.47. Схемы включения обмоток трехфазных двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов для контрольного прогрева методом короткого замыкания приведены в табл. 9.
11.48. Принципиальные схемы включения приборов при контрольном прогреве трансформаторов методом короткого замыкания представлены на рис. 24.
11.49. При проведении прогрева методом короткого замыкания следует вести рабочий журнал прогрева, в котором указываются:
а) схема и расчетные параметры прогрева, температура окружающей среды;
б) тип и номинальные данные источника питания;
в) тип, заводской номер, класс точности, предел измерений контрольных приборов и аппаратов;
г) вид, утепления трансформатора;
д) время начала и общая продолжительность прогрева;
е) способ осуществления циркуляции масла.
В процессе прогрева через каждый час необходимо записывать значения тока, напряжения, мощности, показания термосигнализаторов и термометров.
11.50. Контрольный прогрев трансформаторов постоянным током производится за счет тепла, выделяемого потерями в обмотках, вызванными прохождением постоянного тока, не превышающего по величине номинальных токов обмоток (рис. 25, 26).
11.51. Схемы включения обмоток трансформаторов для контрольного прогрева постоянным током приведены в табл. 10.
Для осуществления прогрева следует выбрать схему, расчетные параметры которой наиболее близки к параметрам имеющегося источника питания постоянного тока.
11.52. Сопротивление схемы прогрева (Ом), приведенное к температуре 75 °С, рассчитывается по формуле
 , (18)
где Rx - сопротивление схемы в начале прогрева или по номограмме (рис. 27), Ом; tx - температура в начале прогрева или по номограмме (рис. 27), °C.
11.53. Значение тока прогрева IПР должно быть таким, чтобы токи, протекающие в каждой из обмоток, были равны номинальным фазным токам IН этих обмоток или меньше их.
Напряжение трансформатора определяется по формуле
 . (19)
Таблица 9
Рис. 24. Схемы включения приборов при прогреве трехфазных трансформаторов токами короткого замыкания.
а, в - метод двух ваттметров; б, г - метод трех ваттметров.
Рис. 25. Схема контрольного прогрева трансформатора постоянным током.
Рис. 26. Схема измерения тока и напряжения прогрева трансформатора постоянным током.
Таблица 10
Наименование схемы
|
Схема
|
Формулы для расчета общего сопротивления схемы, падения напряжения и потребляемой мощности
|
Примечание
|
Схема последовательного соединения обмоток
|
|
|
Две обмотки прогреваются равномерно: за счет увеличения падения напряжения увеличивается потребляемая мощность. Недостаток: обмотка средней фазы не участвует в прогреве
|
Схема последовательно-параллельного соединения обмоток
|
|
|
Прогреваются обмотки ВН трех фаз. Недостаток: неравномерно прогреваются обмотки в крайних фазах, выделяется только 1/4 мощности в средней фазе
|
Схема параллельного соединения трех обмоток при протекании через нейтраль утроенного номинального тока
|
|
|
Схема применима только при условии, что нулевой ввод рассчитан на утроенный номинальный ток, а плотность тока в отводе нейтрали соответствует требованиям п. 11.60
|
Рис. 27. Номограмма для определения температуры обмотки нагретого трансформатора постоянным током по отношению омических сопротивлений .
11.54. Необходимая мощность прогрева, которую может обеспечить схема, определяется по одной из формул:
 (20)
или
 (21)
11.55. Продолжительность прогрева должна быть не менее 10 ч, считая с момента включения на постоянный прогрев.
11.56. Скорость нарастания температуры при прогреве должна соответствовать указанной в табл. 8.
11.57. Источниками постоянного тока на монтаже могут быть:
генераторы постоянного тока;
выпрямительные установки;
сварочные генераторы.
11.58. Следует применять при прогреве разработанный ВНИИпроектэлектромонтажем Минмонтажспецстроя СССР блок выпрямительный на кремниевых диодах (ТУ 36-1644-73).
11.59. Мощность источника питания для контрольного прогрева трансформатора постоянным током должна быть больше мощности прогрева на величину потерь в цепи между источником питания и прогреваемым трансформатором.
11.60. Если схема прогрева собрана таким образом, что в прогреве участвуют нейтральный ввод и нейтральный изолированный отвод, плотность тока в них должна быть не более 3 А/мм2 и не более 5 А/мм2 в неизолированном отводе, если в технической документации нет особых оговорок относительно тока нейтрали.
11.61. Если потери, создаваемые в одной обмотке, недостаточны, для того чтобы нагреть трансформатор до нужной температуры, необходимо включить в прогрев не одну обмотку, а две (например, обмотки ВН и СН).
11.62. Для закорачивания вводов обмоток, не участвующих в прогреве, следует применять короткие медные провода или шины сечением не менее сечения токоведущей шпильки или шины ввода закорачиваемой обмотки. Аналогичные требования должны быть выполнены и по отношению к сечению кабелей, подводящих питание к трансформатору.
Бак трансформатора и обмотки, не участвующие в прогреве, должны быть надежно заземлены.
11.63. Контроль температуры верхних слоев масла трансформатора при прогреве постоянным током проводится в соответствии с указаниями п. 11.45 настоящей Инструкции.
11.64. Метод прогрева постоянным током дает возможность постоянного контроля температуры обмоток трансформатора. Сопротивление обмоток в горячем состоянии определяется по закону Ома
 . (22)
Зная сопротивление обмоток Rx в холодном состоянии при температуре tx, можно определить температуру нагретых обмоток
 . (23)
При определении tГ удобно пользоваться номограммой (рис. 27).
11.65. Для выравнивания температуры прогрева отдельных частей трансформатора должна быть обеспечена принудительная циркуляция масла с помощью двух маслонасосов, места подсоединения которых к баку наиболее удалены друг от друга.
11.66. При температуре окружающего воздуха ниже 10 °С бак трансформатора рекомендуется утеплять с помощью асбополотна или листового асбеста; особенно тщательно утепляются крышка и дно бака.
11.67. При прогреве постоянным током следует вести рабочий журнал прогрева согласно п. 11.49 настоящей Инструкции.
Пример расчета параметров для контрольного прогрева трансформатора постоянным током.
Номинальная мощность трансформатора Рн = 25000 - 2×12500 кВ·А; номинальное напряжение трансформатора Uн = 115000 ± 9×1,78 %/6300 - 6300 В; номинальный ток обмотки ВН Iн, А:
на 1-й ступени регулирования - 108,2;
на 10-й ступени регулирования - 122,5;
на 19-й ступени регулирования - 132,6.
Схема и группа соединения обмоток
Фазное сопротивление обмотки ВН при 30 °С Rх, Ом:
на 1-й ступени регулирования - 1,24;
на 10-й ступени регулирования - 0,978;
на 19-й ступени регулирования - 0,763.
Напряжение источника питания 230 В.
Фазное сопротивление обмотки ВН при 75 °С R75°C (Ом) определяем по формуле (18):
на 1-й ступени регулирования - 
на 10-й ступени регулирования - 
на 19-й ступени регулирования - 
Сопротивление цепи прогрева  .
Наибольшее напряжение при прогреве UПР, В, определяем по формуле (19):
на 1-й ступени регулирования - 108,2·2·1,45=314;
на 10-й ступени регулирования - 122,5·2·1,14=279;
на 19-й ступени регулирования - 132,6·2·0,892=236.
Наибольшую мощность при прогреве РПР, кВт, определяем по формуле (20):
на 1-й ступени регулирования - 10-3·314·108,2=34;
на 10-й ступени регулирования - 10-3 ·279·122,5=34,2;
на 19-й ступени регулирования - 10-3 ·236·132,6=31,4.
На 19-й ступени регулирования схема прогрева наиболее эффективна, так как напряжение источника питания и наибольшее напряжение при прогреве близки.
Тогда:
|
