Модернизация релейной защиты и автоматики газотурбинной электростанции

Нормальный режим.

1. Нормальный режим работы трансформатора - это режим, при котором параметры трансформатора не отклоняются от номинальных более, чем допустимо в соответствии со стандартами и техническими условиями.

Номинальным режимом работы трансформатора /на основном ответвлении/ называется его работа при номинальных значениях напряжения, частоты, нагрузки и при номинальных условиях места установки и охлаждающей среды, оговоренных соответствующим ГОСТ или техническими условиями.

Трансформатор может длительно работать в этом режиме. Номинальные данные трансформатора указываются предприятием-изготовителем на щитке.

2. Температура верхних слоев масла при нормальной нагрузке трансформатора и максимальной температуре охлаждающей среды (средне-суточнная температура охлаждающего воздуха +30⁰С) не должна превышать следующих максимально допустимых величин;

а) +95⁰ С - в трансформаторах, имеющих естественное масляное охлаждение (М) или дутьевое охлаждение (Д);

б) +75⁰С - в трансформаторах, имеющих циркуляционное охлаждение с принудительной циркуляцией масла и воздуха (ДЦ), если в технической условиях на трансформаторе заводом-изготовителем не оговорена другая температура.

При изменении охлаждающей среды.

1. Трансформаторы с принудительной циркуляцией масла (охлаждения ДЦ) должны работать, как правило, с включенными маслонасосами, вентиляторами дутья вне зависимости от нагрузки.

Для трансформаторов с системой охлаждения ДЦ допускается работа:

а) при прекращении искусственного охлаждения работа с номинальной нагрузкой в течении 10 минут или в режиме холостого хода в течении 30 мин. Если по истечении указанного времени температура верхних слоев масла не достигла +80⁰ С, то допускается дальнейшая работа с номинальной нагрузкой до достижения температуры верхних слоев масла +80 ⁰С - для трансформаторов мощностью до 250 МВА, но не более одного часа.

б) при полном или частичном отключении вентиляторов, но с сохранением циркуляции масла - работа со сниженной нагрузкой длительно при температуре верхних слоев масла не выше +45⁰ С.

2. При неисправности маслонасоса отключить маслонасос, разобрать его электросхему и закрыть напорную задвижку на маслопроводе трансформатора.

3. В зимнее время температура верхних слоев масла при работе трансформаторов не должна падать ниже +10⁰С во избежание ухудшения охлаждения обмоток вследствии повышения вязкости масла.

При изменении напряжения.

1. Допускается продолжительная работа трансформаторов при мощности не более номинальной при напряжении на любом ответвлении обмотки на 10% выше номинального для данного ответвления.

При этом напряжении на любой обмотке должно быть не выше наибольшего рабочего, а именно :

Класс напряжения, кВ 6 10 110 220

Наибольшее рабочее напряжение, кВ 6,9 11,5 126 252

2. У трансформаторов (автотрансформаторов), имеющих устройство регулирования напряжения под нагрузкой, переключение ответвлений производится дистанционно.

О произведенных переключениях ответвлений дежурный персонал делает запись в специальный журнал и оперативный журнал.

3. Нейтрали автотрансформаторов должны быть заземлены наглухо.

4. Для защиты электрооборудования (автотрансформаторов) вместо вентильных разрядников соответствующего класса напряжения установлены ограничители перенапряжения нелинейные типа ОПН.

Ограничители представляют собой аппараты опорного типа, которые состоят из высоконелинейного резистора, заключенного в фарфоровую герметизированную покрышку.

Защитное действие ограничителей обусловлено тем, что при возникновении перенапряжения в сети через ограничители протекает значительный импульсный ток вследствие высокой нелинейности резисторов, в результате чего величина перенапряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции защищаемого оборудования.

ОПН к «земле» подсоединен с помощью ножа заземления. В нормальной работе нож заземления должен быть включен.

Нож заземления можно размыкать только для замеров с помощью изолирующей штанги применяемой при обслуживании электроустановок напряжением до 10 кВ.

Параллельно ножу заземления установлен защитный нелинейный резистор, используемый для измерения тока проводимости ограничителя под рабочим напряжением.

Допустимые перегрузки.

Для всех трансформаторов и автотрансформаторов в зависимости от условий эксплуатации, определяемых резервом трансформаторной мощности, графиком нагрузки и временем года, могут быть допущены систематические и аварийные перегрузки. Систематические перегрузки трансформаторов допускаются в зависимости от характера суточного графика, температуры охлаждающей среды и недогрузки в летнее время.

Таблица 2.1 - Допустимая продолжительность перегрузки трансформаторов

Аварийные перегрузки допускаются в исключительных случаях при выходе из строя одного из работающих трансформаторов.

2.2.1 Расчет допустимых перегрузок трансформатора ТДТН-40000-110-У1 по суточному графику нагрузок

Риcунок 2.1 - Суточный график нагрузки

На исходном графике нагрузки трансформатора выделим пиковую часть из условия S_пик S_ср и проведём линию номинальной мощности трансформатора S_ном , она же линия относительной номинальной нагрузки К = 1. Выделим на графике участок перегрузки продолжительностью h'.

Оставшуюся часть исходного графика с меньшей нагрузкой разбиваем на т интервалов t_j, а затем определяем значения S_1, S₂, S_m.

Рассчитаем коэффициент начальной нагрузки К₁ эквивалентного графика по формуле

, (2.2)

где S_н1 - начальная нагрузка, МВА;

S₁, S₂ , …, S_m - значения нагрузки в интервалах t_1, t_2, …, t_m.

K₁=.

Участок перегрузки h' на исходном графике нагрузки разбиваем на р интервалов h_p в каждом интервале, а затем определим значения , , .

Рассчитаем предварительное превышение перегрузки эквивалентного графика нагрузки в интервале h =h₁+ h₂ +…+ h_р по формуле

. (2.3)

.

Полученное значение сравниваем с =1,36 (рис. 2.1) исходного графика нагрузки: 0,9= 1,22. Принимаем = 1,23 и корректируем продолжительность перегрузки по формуле

. (2.4)

h= ч.

Максимально допустимая систематическая нагрузка определяется при условии, что наибольшая температура обмотки +140 ⁰С, наибольшая температура масла в верхних слоях +95 ⁰С и износ изоляции за время максимальной нагрузки такой же, как при работе трансформатора при постоянной номинальной нагрузке, когда температура наиболее нагретой точки не превышает +108 ⁰С [1].

По полученным значениям К₁ = 0,78 и h = 12,35 ч при средней температуре охлаждающей среды за время действия графика _охл = 29,00 ⁰С по 1, П.I определяем допустимое значение перегрузки = 1,01. Трансформатор неможет систематически перегружаться по данному графику нагрузки, т.к. = 1,23.

Номинальная мощность силового трансформатора находится из выражения

. (2.5)

=40295 кВ•А.

На основании выполненного расчёта примем к рассмотрению трансформаторы с номинальной мощностью 40000 кВА.

Коэффициент загрузки трансформаторов в часы максимума нагрузки определим по формуле (2.6)

. (2.6)

.

Рассчитаем предварительное превышение перегрузки эквивалентного графика нагрузки по формуле (2.3)

.

Полученное значение сравниваем с =1,13 (рис. 2.1) исходного графика нагрузки: 0,9= 1,01. Принимаем = 1,10 и корректируем продолжительность перегрузки по формуле (2.4)

h= ч.

Допустимая систематическая перегрузка за счёт неравномерности суточного графика составит К_,доп = 1,13 по 1, П.табл.I при h = 4,00 ч, уточнённом значении К_з1 = 0,79 и средней температуре охлаждающей среды за время действия графика _охл = 29,00 ⁰С. Следовательно, такая перегрузка допустима.

При отключении одного трансформатора мощностью 40000 кВА расчетный коэффициент аварийной перегрузки составит К_,ав=1,10. Допустимый коэффициент аварийной перегрузки Kав.доп=1,21 найдём по 1, П.табл.H.1 в зависимости от h = 4,00 ч при средней температуре охлаждающей среды за время действия графика _охл = 29,00 ⁰С.

Следовательно, такая перегрузка допустима.

Годовой график нагрузок трансформатора ТДТН-40000-110-У1 приведен на риcунок 2.2

Риcунок 2.2. Годовой график нагрузок ТДТН-40000-110-У1

Рассчитанные параметры сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2- Параметры перегрузки трансформатора

2.3 Условия включения трансформаторов на параллельную работу

2.3.1 Порядок подготовки к включению

Об увлажненности обмоток трансформатора и возможности ввода его в эксплуатацию судят по комплексу данных измерения и условиям хранения и монтажа трансформатора.

Сушка изоляции трансформаторов состоит в том, что искусственно создаются условия, при которых влага перемещается из внутренних слоев изоляции к поверхности и с поверхности в окружающую среду.

В зависимости от конкретных условий (места сушки, типа трансформатора, подлежащего сушке, наличия оборудования для сушки) сушка активной части трансформаторов может производиться одним из следующих способов:

а) в стационарном сушильном шкафу под вакуумом 700-750 мм рт. ст.;

б) в специальной камере без вакуума;

в) в своих баках индукционным нагревом;

г) в своих баках нагревом токами нулевой последовательности;

д) инфракрасным излучением вне бака.

Сушка трансформатора в камере при помощи воздуходувки показана на рисунке 2.1. При сушке изоляции сухим воздухом активную часть трансформатора посещают в хорошо утепленную и защищенную внутри от возгорания камеру. Сухой воздух в камеру подается от воздуходувки и удаляется через вытяжное отверстие, унося с той пары воды. Температура входящего в камеру воздуха должны быть не выше 105°С и выходящего не ниже 80-90°С. Контроль за температурой ведется по термометрам. Количество воздуха, подаваемого в камеру за 1 мин. должно быть в 1,5 раза больше объема камеры.

Наибольшее распространение в эксплуатации получил индукционный способ сушки активной части в своем баке под вакуумом за счет тепла, выделяющегося в стенках бака от вихревых токов. Вихревые токи индуктируются специальной намагничивающей обмоткой, наматываемой на бак трансформатора.

Рисунок 2.3 - Сушка трансформатора в камере при помощи воздуходувки

Обозначения на рисунке 2.3: 1-вентилятор; 2-нагреватель;3-искроуловитель; 4-утопленная камера; 5-регулированный набор; 6-термометры; 7-термопары на обмотке.

Для сушки активную часть опускают в совершенно сухой бак; в различных местах активной части устанавливают термопары и терморезисторы; все отверстия в баке тщательно уплотняют; стенку бака утепляют асбополотном или стеклотканью; снаружи под теплоизоляцией устанавливают на бак с таким расчетом, чтобы в нежней части находилось 60-65% общего числа витков, а остальные в верхней части. Такое расположение обмотки обеспечивает равномерный нагрев активной части. Питание индукционной обмотки осуществляют от трансформатора мощностью 560-1000 кВ•А, напряжением 380 В. Дно бака прогревают электрическими печами. Время нагрева активной части до температуры 100-105°С зависит от ее размеров, массы и класса изоляции. Для трансформаторов 110 кВ оно составляет 30-40 ч, для трансформаторов 220-500 кВ - 60-80 ч. Схема сушки изображена на рис 2.2

Рисунок 2.4 - Схема сушки трансформатора в своем баке под вакуумом

Обозначения на рисунке 2.4: 1-теплоизоляция бака; 2-витки индукционной обмотки; 3-охладительная колонка; 4-вакуумные насосы; 5-фильтр для очистки подсасываемого воздуха; 6-бачок для слива масла; 7-вакуумметр.

После проверки работы вакуумной системы подают напряжение на индукционную обмотку, включают печи донного подогрева и температуру в баке доводят до +100°С. Затем включают вакуумные насосы (4) и открывают кран, через который в нижнюю часть бака подсасывается горячий воздух, забираемый из поддонного пространства через фильтр (5). Подсос воздуха регулируют с таким расчетом, чтобы вакуум в баке не поднимался выше 0,003 МПа (для трансформаторов 110 кВ и ниже).

Для ускорения сушки режим нагрева чередуют со сжатием вакуума и быстрым охлаждением верхних слоев изоляции, чтобы создать перепад температур между внутренними и внешними слоями изоляции. Контроль за сушкой ведется непрерывно. Каждый час записывают показания термометров и вакуумметра (7), производят измерения сопротивления изоляции мегомметром на 2500 В. Сушка считается законченной, если устанавливается постоянное значение сопротивления изоляции и тангенса угла диэлектрических потерь при неизменной температуре, а также прекращается выделение влаги и в охладительной колонке. После этого нагрев прекращают, температуру в баке понижают до +80-85°С, и трансформатор заполняют сухим маслом под вакуумом. Через 6-10 часов, когда изоляция пропитывается маслом, активную часть вскрывают для осмотра и подпрессовки обмоток, так как изоляция при сушке усыхает.

Сушка под вакуумом в собственном баке.

Для уменьшения требуемой мощности нагрева на 30-40% бак утепляется листовым асбестом.

Под дно бака ставятся электронагреватели из расчета 1,5 -3,0 кВт/м² поверхности дна трансформатора.

Мощность нагрева определяется по формуле:

,

кВт,

где =6 (м) - высота бака; =27 (м) - периметр бака; (кВт/м²) - удельные потери на 1 м² поверхности бака. =1,5кВт/м² для всех трансформаторов, кроме =2,5кВт/м² для трансформаторов со встроенным РПН.

Нагревательная обмотка может быть одно- или трехфазная.

Расчет однофазной обмотки

Число витков:

(витков),

витков,

где =220 (В) - напряжение; =27(м) - периметр бака; (-) -коэффициент, значение которого равно: при =1,5 А =1,6; при =2,5 А =1,5.

Для трехфазной обмотки расчет следующий (см. схему трехфазной обмотки на рис.2.3).

Обмотка состоит из трех отдельных фаз. Число витков первой и третьей обмоток равно, у второй обмотки число витков несколько меньше:

(витков);

витков,

(витков);

витков.

Токи в обмотках вычисляются следующим образом: для однофазной обмотки

(А);

А,

для трехфазной обмотки

(А).

А,

Рисунок 2.5. - Индукционный нагрев трансформатора

= 0,7; если обмотка укладывается прямо на бак без воздушного зазора; 0,35 - если предусматривается воздушный зазор 20-40мм. Напряжение: для однофазной обмотки - 220 В; для трехфазной обмотки - 380 В.

Низкий коэффициент мощности может быть компенсирован шунтовыми емкостями, величина которых вычисляется по формуле:

(мкФ), (2.7)

мкФ,

где (В) - напряжение обмотки.

2.5 Признаки неисправности работы силовых трансформаторов при эксплуатации

Причины пробоя обмоток трансформатора:

а) возникли перенапряжения, связанные с грозовыми явлениями, аварийными или коммутационными процессами;

б) резко ухудшилось качество масла (увлажнение, загрязнение и пр.);

в) понизился уровень масла;

г) изоляция подверглась естественному износу (старению);

д) при внешних коротких замыканий, а также при замыканиях внутри трансформатора возникли электродинамические усилия.

Необходимо подчеркнуть, что при перенапряжениях могут происходить не пробои изоляции, а только перекрытия между обмотками, фазами или между обмоткой и корпусом трансформатора. В результате перекрытия обычно происходит лишь оплавление поверхности нескольких витков и появляется копоть на соседних витках, полное же соединение между витками, фазами или же между обмоткой и корпусом трансформатора отсутствует.

Пробой изоляции обмотки трансформатора можно обнаружить мегомметром. Однако в некоторых случаях, когда в результате перенапряжений на обмотке возникают оголенные места в виде точек (точечный разряд), выявить дефект можно, только испытав трансформатор приложенным или индуктированным напряжением. Необходимо отремонтировать обмотку, а в случае необходимости заменить трансформаторное масло.

2.5.3 Обрывы в обмотках трансформатора

В результате обрыва или плохого контакта происходит оплавление или выгорание части проводника. Дефект обнаруживается по выделению горючего газа в газовом реле и работе реле на сигнал или отключение.

Причины обрывы в обмотках трансформатора:

а) плохо выполнена пайка обмотки;

б) возникли повреждения проводов, соединяющих концы обмоток с выводами;

в) при коротких замыканиях внутри и вне трансформатора развиваются электродина-мические усилия. Обрыв можно обнаружить по показаниям амперметров или с помощью мегомметра.

При соединении обмоток трансформатора треугольником нахождение фазы, имеющей обрыв, производится путем разъединения обмотки в одной точке и испытания каждой фазы трансформатора в отдельности. Обрыв чаще всего происходит в местах изгиба кольца под болт. Необходимо отремонтировать обмотку.

Чтобы предотвратить повторение обрыва в отводах обмотки трансформатора, следует отвод, выполненный круглым проводом, заменить гибким соединением - демпфером, состоящим из набора тонких медных лент сечением, равным сечению провода.

2.5.4 Ненормальное вторичное напряжение трансформатора

Первичные напряжения трансформатора одинаковы, а вторичные напряжения одинаковы при холостом ходе, но сильно разнятся при нагрузке.

Причины:

а) плохой контакт в соединении одного зажима или внутри обмотки одной фазы;

б) обрыв первичной обмотки трансформатора стержневого типа, соединенного по схеме треугольник - звезда или треугольник - треугольник.

2.6 Определение коэффициента трансформации