8.3. Обслуживание охлаждающих устройств

Теплопередача в трансформаторе. Теплота, выделяющаяся в об­мотках, магнитопроводе и стальных деталях конструкции работа­ющего трансформатора, рассеивается в окружающей среде, при этом процесс передачи теплоты может быть разбит на два этапа: передача теплоты от обмоток и магнитопровода охлаждающему маслу и передача теплоты от масла окружающей среде. На первом этапе передача теплоты определяется превышением температуры обмоток и магнитопровода над температурой масла, на втором — превышением температуры масла над температурой окружающей среды.

Принято считать, что охлаждающее устройство масляного трансформатора состоит из системы внутреннего охлаждения, обес­печивающей передачу теплоты на первом этапе охлаждения, и системы наружного охлаждения, обеспечивающей передачу теп­лоты на втором этапе.

Э лементами системы внутреннего охлаждения являются гори­зонтальные и вертикальные каналы в обмотках и магнитопроводе, а также специальные трубы и изоляционные щиты, созда­ющие направленную циркуляцию масла по каналам. Все элемен­ты системы внутреннего охлаждения находятся внутри бака транс­форматора, поэтому визуальный контроль за их состоянием не­возможен.

Система наружного охлаждения включает в себя маслоохлади­тели, фильтры, насосы, вентиляторы и другое оборудование, рас­положенное в наружно части трансформатора. За работой этого оборудования ведется систематический контроль.

Системы охлаждения. На подстанциях энергосистем приме­няются трансформаторы отечественного производства с система­ми охлаждения «М», «Д», «ДЦ» и «Ц». На электростанциях при­меняют более совершенные системы охлаждения, например типа «МЦ» и др.

Масляные трансформаторы изготовляют мощностью до 16 MB • А — с естественным масляным охлаждением (М); мощно­стью 100 MB • А — с масляным охлаждением и принудительной вентиляцией (Д); мощностью 63 MB • А и более — с масляным охлаждением и принудительной циркуляцией масла (ДЦ). Мощ­ные трансформаторы изготовля­ют также с принудительной цир­куляцией масла через масловодяной охладитель (Ц), с прину­дительной циркуляцией масла (МЦ).

Система охлаждения «М» (рис. 8.2) применяется у транс­форматоров сравнительно не­большой мощности напряжени­ем до 35 кВ. Баки таких транс­форматоров гладкие с охлажда­ющими трубами или навесными трубчатыми охладителями (ради­аторам ц). Каждый радиатор представляет собой самостоя­тельный узел, присоединяемый своими патрубками к патрубкам бака. Между фланцами патруб­ков встроены плоские краны, перекрывающие доступ масла в радиатор. Естественное движение нагретых и холодных слоев мас­ла в трансформаторе происходит

з а счет разной их плотности, т. е. за счет гравитационных сил. В ок­ружающую среду теплота пере­дается конвекционными потока­ми воздуха у поверхности бака и радиаторов, а также излуче­нием.

Системы наружного охлажде­ния трансформатора включают в себя масляные радиаторы (для трансформаторов с системой ох­лаждения «Д»), охладители (для трансформаторов с системой ох­лаждения «ДЦ»), вентиляторы обдува с двигателями мощнос­тью от 0,25 до 3,0 кВТ, масло-насосы типа ЭЦТ, водяные на­сосы и др.

Система охлаждения «Д* (рис. 8.3) применяется у транс­форматоров средней мощности напряжением 35, 110 и 220 кВ.

Она основана на использовании навесных радиаторов, обдуваемых вентиляторами. Вентиляторы устанавливаются на консолях, прива­ренных к стенке бака. Каждый вентилятор состоит из трехфазного асинхронного двигателя типа АЗЛ-31-4У и крыльчатки серии МЦ. Ступица крыльчатки имеет шпоночную посадку на вал двигателя, исключающую соскакивание крыльчатки во время работы.

Обдув вентиляторов включается автоматически при достижении температуры верхних слоев масла + 55 °С или полной нагрузке транс­форматора (независимо от температуры окружающего воздуха).

На рис. 8.4 приведена схема питания электродвигателей венти­ляторов от электрической сети. По кабелю 1 напряжение от исто­чника питания подается в магистральную коробку 2, установлен­ную на баке трансформатора. От этой коробки кабели идут к рас­пределительным коробкам 3, соединенным в кольцевую сеть. Из распределительных коробок через предохранители 4 (типа ПД1 с плавкими вставками на 4 А при напряжении 220 В) питание по проводам 5 подается к электродвигателям.

Система охлаждения «ДЦ» (рис. 8.5) получила распространение для охлаждения мощных трансформаторов наружной установки напряжением 110 кВ и выше. Она основана на применении масляно-воздушных охладителей с принудительной циркуляцией масла и форсированным обдувом ребристых труб охладителей воздухом. Охладители комплектуются бессальниковыми центробежными на­сосами серии ЭЦТ и тихоходными вентиляторами типа НАП-7,4.

Рис. 8.4. Схема питания электродвигателей вентиляторов системы охлаж­дения «Д»:

1 — кабель; 2 — магистральная коробка; 3 — распределительная коробка; 4 —

предохранители; 5 — провода

Для повышения эффективности теплообмена у крупных транс­форматоров, выпускаемых отечественной промышленностью, дви­жение масла внутри трансформатора упорядочено: охлажденное масло подается по специальным трубам к определенным частям обмоток, в результате чего создается направленная циркуляция масла по охлаждающим каналам.

Для охлаждающих устройств с направленной циркуляцией масла через обмотки трансформаторов применяются насосы с экрани­рованным статором типа ЭЦТЭ.

Управление системой охлаждения «ДЦ» автоматическое и руч­ное. Аппаратура управления смонтирована в специальных шкафах автоматического управления охлаждением трансформатора типа ШАОТ-ДЦ или ШАОТ-ДЦН (в обозначении типа шкафа: ДЦ — масляное охлаждение с дутьем и ненаправленной циркуляцией масла; ДЦН — то же, но с направленной циркуляцией масла).

Схема автоматического управления обеспечивает включение ос­новной группы охладителей при включении трансформатора в сеть, увеличение интенсивности охлаждения включением дополнитель­ного охладителя при достижении номинальной нагрузки или за­данной температуры масла в трансформаторе, включение резерв­ного охладителя при аварийном отключении хотя бы одного из

Рис. 8.5. Схема возщушно-масляного охлаждения (система охлаждения <ДЦ»):

1— бак трансформатора; 2 — электронасос; 3 — охладитель; 4 — вентиляторы для обдувания охладителя; 5 — адсорбционный фильтр; 6 — струйное реле

работающих охладителей, отключение вентиляторов обдува без остановки циркуляционных насосов.

Шкафы управления охлаждением оборудованы постоянно вклю­ченной сигнализацией о прекращении циркуляции масла, об оста­новке вентиляторов дутья, о включении резервного охладителя, переключении питания двигателей системы охлаждения от резерв­ного источника при исчезновении напряжения или его пониже­нии в основной сети. В шкафах имеются нагревательные элементы.

Система охлаждения «Ц» применяется для трансформаторов как наружной, так и внутренней установки. Она компактна, обла­дает высокой надежностью и тепловой эффективностью, что объяс­няется большей интенсивностью теплообмена от масла к воздуху. Однако применение системы охлаждения «Ц» возможно только при наличии мощного источника водоснабжения.

Ддя трансформаторов наружной установки охладители разме­щают в помещениях с положительной температурой. Предусмат­риваются также меры, предотвращающие замерзание воды в мас­лоохладителях, насосах, водяных магистралях в зимнее время (слив воды из охладителей при отключении трансформатора и др.).

На рис. 8.6 приведена принципиальная схема системы охлаж­дения «Ц». Горячее масло из верхней части бака трансформатора 7 перекачивается рабочим насосом 2 через маслоохладитель б, ох­лаждается циркулирующей в нем водой и возвращается через сетча-

Рис. 8.6. Принципиальная схема системы охлаждения «Ц»:

1 — трансформатор; 2 — рабочий насос; 3 — нормально открытая задвижка; 4 — адсорбер; 5 — пробковый кран; 6 — маслоохладитель; 7 — дифманометр; 8 — нормально закрытый обратный клапан; 9 — резервный насос; 10 — пусковой насос

тый фильтр в нижнюю часть бака. Циркуляция воды через охлади­тель осуществляется с помощью водяного центробежного насоса.

Чтобы исключить подсосы воды в масло в случае образования неплотностей и трещин в трубах, по которым циркулирует вода, маслонасосы устанавливают перед маслоохладителем. С этой це­лью избыточное давление масла в маслоохладителе поддерживают выше давления воды не менее чем на ОД ...0,2 МПа.

В схеме охлаждения «Ц» имеется ветвь с пусковым насосом 10, который предназначен для перемешивания масла и выравнива­ния его температуры во всех зонах бака трансформатора. Пусковой насос создает циркуляцию масла вне контура охладителей. Он ав­томатически включается при включении трансформатора под на­пряжение и отключается при достижении температуры масла 15 °С. Затем включаются рабочие насосы, которые должны работать при всех режимах работы трансформатора.

В системах охлаждения «Ц» имеются приборы для контроля тем­пературы, расхода и давления масла и воды, для очистки масла и воды, а также аппаратура управления охлаждением и различные сигнальные устройства.

Автоматическое и ручное управление охлаждением «Ц» осуще­ствляется при помощи шкафов типов ШАОТ-ЦТ и ШАОТ-ЦТЭ (в обозначении шкафа: Ц — условное обозначение системы ох­лаждения; Т — для управления насосами серии ЭЦТ; ТЭ — то же для насосов ЭЦТЭ). В шкафах имеются индивидуальные ключи для выбора режима работы каждого насоса с положениями: «От­ключено», «Ручное управление», «Автоматическое управление».

При ручном управлении включение в работу системы охлажде­ния производится после включения трансформатора в сеть: сна­чала включают в работу масляный насос и проверяют циркуля­цию масла в маслоохладителе, затем подают охлаждающую воду и проверяют соотношение давления воды и масла. При необходи­мости регулируют давление воды. Маслоохладители в системе масловодяного охлаждения снижают температуру масла на 10... 15 °С и способны поддерживать температуру верхних слоев масла на уров­не 50... 55 °С. Поэтому подачу охлаждающей воды в маслоохлади­тели производят при температуре не ниже 15 °С. Циркуляцию воды прекращают при понижении температуры масла до 10 °С. Отклю­чение масловодяного охлаждения производят после отключения трансформатора от сети: сначала прекращают доступ воды в мас­лоохладитель, а затем отключают маслонасос.

Схема шкафа при автоматическом управлении обеспечивает следующие процессы: автоматическое включение пускового на­соса при подаче напряжения на трансформатор, если температу­ра верхних слоев масла в баке выше 15 °С; отключение пускового насоса при отключении трансформатора от сети, а также при вклю­чении рабочего насоса; включение рабочего насоса при подаче напряжения на трансформатор, если температура масла равна или превышает 15 "С; отключение рабочего насоса при снятии напря­жения с трансформатора или снижении температуры масла ниже 15 °С (только после закрытия задвижки подачи воды); включение нагревателей в шкафу при температуре окружающей среды —20 °С; включение резервного насоса вместо рабочего, вышедшего из строя; включение резервного источника питания при исчезнове­нии напряжения в основной питающей сети; защита насосов от перегрузки, КЗ и обрыва фазы электродвигателя, что часто быва­ет при нарушении контакта в предохранителе вследствие повы­шенной вибрации.

Обслуживание систем охлаждения. Обслуживание состоит в на­блюдении за работой и в техническом уходе за оборудованием, используемым в системе охлаждения. При техническом уходе ру­ководствуются заводскими инструкциями и местными указания­ми по обслуживанию оборудования. Осмотр систем охлаждения выполняют одновременно с осмотром трансформаторов. При ос­мотре проверяется следующее: целость системы охлаждения, т.е. отсутствие течи масла; работа радиаторов — по их нагреву, опре­деляемому на ощупь; работа охладителей системы охлаждения «ДЦ» — по их нагреву и показаниям манометров, установленных вблизи патрубков маслоперекачивающих насосов; работа абсорбных фильтров — ощупыванием рукой, состояние креплений тру­бопроводов, охладителей, насосов и вентиляторов; работа венти­ляторов — по отсутствию вибрации, скрежета и задеваний крыль­чаток за кожух. Следует отметить, что главными причинами поломки крыльчаток, износа подшипников и течи масла из охлаж­дающих устройств является повышенная вибрация, появляющая­ся из-за несвоевременного устранения мелких дефектов, ослабления болтовых креплений, плохой смазки подшипников, осевых биений крыльчаток вентиляторов и т.д.

Технический уход за устройствами систем охлаждения заклю­чается в устранении обнаруженных при осмотрах неисправнос­тей, замене износившихся деталей (лопаток насосов, лопастей вентиляторов, подшипников), чистке охладителей и вентилято­ров, смазке подшипников, контроле сопротивления изоляции электродвигателей.

При уходе за охладителями системы охлаждения «Ц» выполня­ют периодические очистки труб и водяных камер от ила и других отложений на поверхностях охлаждения.

При осмотрах шкафов автоматического управления охлажде­нием проверяют отсутствие нагрева и коррозии контактов, а так­же повреждений изоляции токоведущих частей аппаратуры, уп­лотнений днищ и дверей шкафов от проникновения в них пыли и влаги.

Внеочередной осмотр автоматических выключателей в шкафах проводят после каждого отключения ими тока КЗ. Необходимо осматривать контакты магнитных пускателей и автоматических вык­лючателей после автоматического отключения электродвигателей вентиляторов и насосов. При осмотрах следует руководствоваться требованиями безопасности, так как наличие напряжения на то­коведущих частях аппаратов и сборных узлов, не имеющих защит­ных кожухов, представляет опасность для персонала.

Исправность схем питания двигателей охлаждения и действия АВР проверяют по графику не реже одного раза в месяц.

Эффективность работы систем охлаждения в целом проверяют по температуре верхних слоев масла в трансформаторе. При ис­правном охлаждении максимальная температура масла не должна превышать в трансформаторах с системами охлаждения «М» и «Д» 95 °С, с системой охлаждения «ДЦ» при мощности до 250 MB -A включительно — 80 °С и при мощности выше 250 MB -A — 75 °С, у трансформаторов с системой охлаждения «Ц» температура масла на входе в маслоохладители не должна превышать 70 °С.

За максимальную температуру масла здесь принимается темпе­ратура масла под крышкой бака, измеренная при работе транс­форматора с нормальной нагрузкой в течение 10... 12 ч для транс­форматоров с системами охлаждения «М» и «Д» и в течение 6... 8 ч для трансформаторов с системой охлаждения «ДЦ» при неизмен­ной температуре охлаждающего воздуха, равной 40 °С. Большой период времени наступления установившегося теплового режима у трансформаторов с системами охлаждения «М» и «Д» объясня­ется значительным перепадом температур между обмотками и верхними слоями масла при сравнительно низких скоростях движения масла в баке. У трансформаторов с принудительной циркуляцией масла (охлаждение «ДЦ») скорость перемещения масла в баке выше, и перепад температур между обмотками и верхними сло­ями масла близок к расчетному превышению средней темпера­туры обмоток над средней температурой масла, который состав­ляет около 30 °С.

В эксплуатации при номинальной нагрузке трансформатора тем­пература верхних слоев масла редко достигает максимального зна­чения. Однако если это случается, особенно у трансформаторов, включаемых в работу после ремонта, то возможны следующие при­чины повышения нагрева масла для систем охлаждения «М» и «Д»: закрыты или не полностью открыты плоские краны радиаторов; из верхних коллекторов радиаторов не выпущен воздух при заполнении радиаторов маслом; сильно загрязнены наружные по­верхности радиаторов. Для системы охлаждения «Д» кроме пере­численных могут быть названы следующие причины: рабочее ко­лесо насоса вращается в обратную сторону; недостаточное число работающих вентиляторов, крыльчатки вентиляторов вращаются в обратную сторону; сильно загрязнены поверхности ребер тру­бок охладителей и т.д.

Если неисправность в работе механизмов охлаждения не будет обнаружена при внешнем осмотре, следует предположить, что причиной повышения нагрева является неисправность самого трансформатора.