Систематические и аварийные перегрузки трансформатора

Перегрузка трансформатора – это режим работы, при которой расчетный износ изоляции обмоток превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы.
Такой режим соответствует нагрузке выше номинальной мощности трансформатора или температура охлаждающей среды при данной эксплуатации будет больше принятой расчетной.
Различают систематические и аварийные перегрузки.
Допустимые систематические перегрузки трансформатора могут возникать систематически за счет неравномерности нагрузки в течение суток и лимитируются износом изоляции.
Аварийная перегрузка разрешается в аварийных случаях.
Например, при выходе из стоя одного из двух параллельно включенных трансформаторов.
Допустимость аварийных перегрузок лимитируется не износом изоляции, а предельно допустимыми температурами для электрической обмотки и масла. Например, температура обмотки не должна превышать 140°С.
Аварийные перегрузки вызывают повышенный износ витковой изоляции.
Различают 2 вида аварийных перегрузок: кратковременные и длительные, зависящие от предшествующей нагрузки.
Значения допустимой аварийной перегрузки определяется в соответствии с государственным стандартом (ГОСТ).
ГОСТ-14209-85, в зависимости от коэффициента начальной нагрузки и температуры охлаждающей среды во время возникновения перегрузки и длительности перегрузки.
Максимальная аварийная перегрузка не должна превышать двукратного значения номинальной мощности трансформатора.
Трансформатор с системой охлаждения М, Д, ДЦ при первоначальной нагрузке, составляющей не более 90% номинальной мощности, допускают перегрузку на 40% в течение 6 часов при температуре 20°С и допускают перегрузку на 30% в течение 4 часов при температуре 30°С.

Источник

Перегрузочная способность масляных силовых трансформаторов

5 августа 2014 k-igor

Электроснабжение невозможно без применения силовых трансформаторов, т.к. электростанции располагаются, как правило, рядом с добычей энергоресурсов и передавать электроэнергию приходится при высоком напряжении. Для повышения (понижения) напряжения применяют силовые трансформаторы.

Сегодня хочу затронуть тему перегрузки силовых масляных трансформаторов 10/0,4кВ, т.к. с ними проектировщики работают постоянно. Лично я с сухими трансформаторами сталкивался крайне редко, цена – имеет значение.

Многие темы на блоге появляются после того, как сам столкнешься с той или иной проблемой. В одном из проектов РЭС потребовал установку ТП, однако экспертиза зарубила это решение и потребовала предоставить расчет нагрузок по ТП. Оказалось РЭС был действительно не прав.

Кстати, я уже писал про выбор силовых трансформаторов, почитать можно здесь.

В зависимости от мощности силовые трансформаторы делят по категориям:

распределительные трансформаторы – до 2500 кВА;
трансформаторы средней мощности – до 100 МВА;
трансформаторы большой мощности – более 100 МВА.

В нашем случае, в основном проектировщики имеют дело с распределительными трансформаторами.

Под нагрузочной способностью трансформатора понимают свойство трансформатора нести нагрузку сверх номинальной при определенных условиях эксплуатации — предшествующей нагрузке трансформатора, температуре охлаждающей среды.

Силовой трансформатор способен работать в разных режимах:

Режим циклических нагрузок.

Режим нагрузки с циклическими изменениями (обычно цикл равен суткам), который определяют с учетом среднего значения износа за продолжительность цикла. Режим циклических нагрузок может быть режимом систематических нагрузок или режимом продолжительных аварийных перегрузок.

а) Режим систематических нагрузок.

Режим, в течение части цикла которого температура охлаждающей среды может быть более высокой и ток нагрузки превышает номинальный, однако с точки зрения термического износа (в соответствии с математической моделью) такая нагрузка эквивалентна номинальной нагрузке при номинальной температуре охлаждающей среды. Это достигается за счет понижения температуры охлаждающей среды или тока нагрузки в течение остальной части цикла.

При планировании нагрузок этот принцип может быть распространен на длительные периоды, в течение которых циклы со скоростью относительного износа изоляции более единицы компенсируются циклами со скоростью износа менее единицы.

б) Режим продолжительных аварийных перегрузок.

Режим нагрузки, возникающий в результате продолжительного выхода из строя некоторых элементов сети, которые могут быть восстановлены только после достижения постоянного значения превышения температуры трансформатора. Это не обычное рабочее состояние, и предполагается, что оно будет возникать редко, однако может длиться в течение недель или даже месяцев и вызывать значительный термический износ. Тем не менее такая нагрузка не должна быть причиной аварии вследствие термического повреждения или снижения электрической прочности изоляции трансформатора.

Режим кратковременных аварийных перегрузок

Режим чрезвычайно высокой нагрузки, вызванный непредвиденными воздействиями, которые проводят к значительным нарушениям нормальной работы сети, при этом температура наиболее нагретой точки проводников достигает опасных значений и в некоторых случаях происходит временное снижение электрической прочности изоляции. Однако на короткий период времени этот режим может быть предпочтительнее других. Можно предполагать, что нагрузки такого типа будут возникать редко. Их необходимо по возможности быстрее снизить или на короткое время отключить трансформатор во избежание его повреждения. Допустимая продолжительность такой нагрузки меньше тепловой постоянной времени трансформатора и зависит от достигнутой температуры до перегрузки; обычно продолжительность перегрузки составляет менее получаса.

Согласно ГОСТ 14209-97 распределительные трансформаторы в режиме систематических нагрузок могут работать с перегрузкой до 1,5.

Таблица предельных значений температуры и тока для режимов нагрузки, превышающей номинальную :

Источник

Рассчёты систематических и аварийных перегрузок

Расчеты допустимых нагрузок и перегрузок основаны на расчёте относительного износа витковой изоляции F. При этом графики нагрузки, при которых F ≤ 1 и не превышаются максимальные температуры наиболее нагретых точек, следует относить к графикам допустимых систематических нагрузок. Графики нагрузки, при которых F > 1 и не превышаются максимальные температуры наиболее нагретых точек, следует относить к графикам допустимых аварийных перегрузок.

В табл.1-7 ГОСТ 14209-85 «Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки» приведены значения времени h допустимых систематических перегрузок К₂ для суточного двухступенчатого графика нагрузки масляных трансформаторов с системами охлаждения типа М, Д и ДЦ при различных значениях коэффициентов начальной загрузки К₁ и температуры охлаждающей среды ϴ_ОХЛ. При этом значения начальной нагрузки трансформаторов К₁ приведены в диапазоне от 0,25 S_НОМ до S_НОМ., а температуры охлаждающей среды – от – 20 до +40 0 С. По этим же таблицам можно определить и допустимую систематическую нагрузку трансформатора К₂ на определённый интервал времени суток h в зависимости от его начальной загрузки К₁ и температуры охлаждающей среды ϴ_ОХЛ. (табл. 2.1).

Для промежуточных значений K₁ и ϴ_охл., т.е. в интервале между указанными их значениями в таблицах, K₂ следует определять линейной интерполяцией.

Таблица 2.1 Допустимые систематические нагрузки

трансформаторов при температуре охлаждающей среды ϴ_охл. = 30 °С

К₂ при значениях К₁ = 0,25 – 1,0

Пример 1. Определить допустимое время систематической нагрузки трансформатора типа ТМГ 400/10, если начальная загрузка трансформатора К₁ равна 0,7, температура окружающей среды равна +30 0 С, а планируемая нагрузка составляет 500 кВА.

1. Определим коэффициент перегрузки трансформатора: 500 / 400 = 1,25.

2. Для масляного трансформатора с естественной системой охлаждения (типа М) по таблице 2.1 определяем, что при температуре воздуха +30 0 С для К₁ = 0,7 и К₂ = 1,25 допустимое время систематической нагрузки h не должно превышать трёх часов.

Пример 2. Определить допустимую суточную систематическую нагрузку трансформатора типа ТМГ 400/10, если начальная загрузка трансформатора К₁ равна 0,9, а температура окружающей среды равна +30 0 С.

Решение: для масляного трансформатора с естественной системой охлаждения (типа М) по таблице 2.1 определяем, что при температуре воздуха+30 0 С для К₁ = 0,9 допустимый коэффициент шестичасовой нагрузки К₂ не должен превышать 0,91. То есть максимально допустимая нагрузка трансформатора ТМГ 400/10 в течение 24 часов подряд не должна превышать 400 × 0,91 = 364 кВА.

В табл.8-14 ГОСТ 14209-85 приведены значения допустимых аварийных перегрузок K₂ в зависимости от значения начальных нагрузок K₁ при различных значениях температуры охлаждающей среды ϴ_охл. для масляных трансформаторов классов напряжения до 110 кВ включительно с системами охлаждения типа М, Д, ДЦ и Ц (табл. 2.2).

Таблица 2.2 Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при температуре охлаждающей среды ϴ_охл. = 0 °С

К₂ при значениях К₁ = 0,25 – 1,0

По этим таблицам следует определять допустимую аварийную перегрузку трансформатора и допустимое время действия этой перегрузки в зависимости от коэффициента начальной загрузки трансформатора К₁ и температуры охлаждающей среды ϴ_ОХЛ.

При неизвестной начальной нагрузке трансформатора любого класса напряжения до 110 кВ включительно ГОСТ 14209-85 для определения допустимой аварийной перегрузки рекомендует использовать табл. 1 Приложения №3 (табл. 2.3)

Таблица 2.3. Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов без учета начальной (предшествующей) нагрузки

в течение суток, ч

Перегрузки, в долях номинального тока, в зависимости от температуры охлаждающего воздуха во время перегрузки

Источник

СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Длительная работа трансформаторов гарантируется при соблюдении нормированных условий их эксплуатации. Расчетный срок службы трансформаторов в 25 лет обеспечивается при соблюдении ряда условий.

Реальные условия работы трансформаторов могут существенно отличаться от нормированных. При этом возникает вопрос о допустимых перегрузках трансформаторов, которые возникают при несоблюдении одного или одновременно нескольких условий, обеспечивающих нормативный срок службы силового трансформатора.

Перегрузки по напряжению нормально должны исключаться схемой и режимом работы электрической сети, а также защитными устройствами. Поэтому обычно рассматривается только допустимость перегрузок по мощности (току) в условиях изменяющейся температуры охлаждающей среды.

Различают систематические и аварийные перегрузки. Первые могут иметь место систематически при неравномерном суточном графике нагрузки трансформатора, вторые — при аварийной ситуации, когда требуется обеспечить электроснабжение потребителей, несмотря на наличие перегрузки трансформатора.

Нагрузочная способность трансформаторов — это совокупность допустимых нагрузок и перегрузок.

Допустимая нагрузка — это не ограниченная во времени длительная нагрузка, при которой износ изоляции обмоток от нагрева не превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы.

Перегрузка трансформатора — режим, вызывающий ускоренный износ изоляции. Такой режим возникает, если нагрузка на данный трансформатор окажется больше его номинальной мощности или температура охлаждающей среды больше принятой расчетной +20 0 С.

Перегрузки могут быть аварийными и систематическими.

Аварийные перегрузки делятся на два типа:

¾ кратковременные (вне зависимости от предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и места установки трансформатора);

¾ длительные (в зависимости от предшествующей нагрузки, введенные в государственный стандарт с учетом нужд и требований энергосистем).

Аварийная перегрузка разрешается в аварийных случаях, например, при выходе из строя параллельно включенного трансформатора. Допустимая перегрузка определяется предельно допустимыми температурами обмотки + 140°С и масла +115°С. Согласно стандарту ГОСТ 11677-75 допускается кратковременная аварийная перегрузка сверх номинального тока (независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и места установки) в следующих пределах:

Длительная, аварийная перегрузка для трансформаторов с системами охлаждения допускается на 40% в течение не более 5 суток, продолжительностью не более 6 часов в сутки при соблюдении еще целого ряда дополнительных условий.

Указанная перегрузка может привести к значительному перегреву обмоток, поэтому необходимо принимать меры для усиления охлаждения трансформатора (орошение бака водой, включение резервных охладителей, вентиляторов дутья и т. д.).

Систематическая перегрузка трансформаторов возможна за счет неравномерной нагрузки в течение суток. Из суточного графика нагрузки трансформатора, как правило, видно, что в ночные, утренние и дневные часы трансформатор недогружен, а во время вечернего максимума (от 18 до 22 ч) перегружен. При недогрузке износ изоляции мал, при перегрузке износ значительно усиливается. Допустимая систематическая перегрузка определяется из условия, что износ изоляции за время максимальной нагрузки и предшествующей недогрузки такой же, как при работе трансформатора при постоянной номинальной нагрузке, когда температура наиболее нагретой точки обмотки не превышает +98°С.

Допустимая систематическая перегрузка зависит от начальной нагрузки, длительности перегрузки, системы охлаждения и мощности трансформатора и температуры охлаждающей среды.

Если нагрузка не имеет значительных суточных или сезонных колебаний, то принимают =+20°С; если сезонные колебания нагрузки совпадают с периодом максимальных среднесуточных температур, то определяют эквивалентную температуру (методы определения ее приведены в государственном стандарте).

С учетом всех перечисленных факторов построены графики нагрузочной способности, по которым можно определить допустимые систематические перегрузки. Всего в ГОСТ 14203-69 36 таких графиков.

Перегрузка более 50% должна быть согласована с заводом-изготовителем.

Кроме систематической перегрузки за счет суточного колебания нагрузки допускается перегрузка за счет сезонного колебания; если максимум типового графика нагрузки в летнее время меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимние месяцы допускается дополнительная однопроцентная перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15%.

Суммарная нагрузка не должна быть больше 150% номинальной. При отказе системы принудительного охлаждения трансформатора нагрузка должна быть снижена.

Источник