Масляный трансформатор: Надежная основа для передачи электроэнергии

Сайт масляный трансформатор является важнейшим устройством в энергосистеме. Его сердечник и обмотки погружены в изоляционную жидкость (в основном трансформаторное масло). Принцип его работы основан на законе электромагнитной индукции. Проще говоря, трансформатор состоит из первичной, вторичной обмоток и сердечника. Когда переменный ток проходит через первичную обмотку, в сердечнике возникает переменное магнитное поле, которое индуцирует электродвижущую силу во вторичной обмотке. Согласно принципу электромагнитной индукции, величина индуцированной электродвижущей силы пропорциональна числу витков обмотки. Разумно рассчитав соотношение витков первичной и вторичной обмоток, можно добиться преобразования напряжения, например, преобразовать высоковольтное электричество в низковольтное, пригодное для домашнего и промышленного использования.

В то же время трансформаторное масло играет в нем двойную важную роль. С одной стороны, оно обладает хорошими изоляционными свойствами и может эффективно изолировать электрические соединения между обмотками, между обмотками и сердечниками, а также между обмотками и коробками, предотвращая возникновение таких неисправностей, как утечка и короткое замыкание, и обеспечивая безопасную и стабильную работу трансформатора. С другой стороны, во время работы трансформатора обмотка и сердечник будут выделять тепло из-за теплового воздействия тока. Высокая удельная теплоемкость и хорошая теплопроводность трансформаторного масла позволяют ему поглощать это тепло и отводить его в окружающую среду через стенки бака и радиатор, обеспечивая тем самым поддержание температуры трансформатора в пределах нормы и предотвращая повреждение оборудования из-за перегрева.

Структура и состав масляного трансформатора

Масляный трансформатор состоит в основном из следующих ключевых компонентов:

1. Сердечник: Сердечник, являющийся частью магнитной цепи трансформатора, обычно укладывается из высокопроницаемых листов кремниевой стали. Листы кремниевой стали имеют низкие потери на гистерезис и низкие потери на вихревые токи, которые могут эффективно направлять и концентрировать магнитное поле и повышать эффективность электромагнитного преобразования. Метод укладки позволяет уменьшить потери вихревых токов в сердечнике, поскольку между каждым листом кремниевой стали находится изолирующий слой, который предотвращает протекание вихревых токов по большой площади сердечника. Существует два типа структур сердечника: сердечник и оболочка. Тип сердечника имеет простую структуру, а сборка обмотки и обработка изоляции относительно удобны. Он наиболее широко используется в силовых трансформаторах; сердечник оболочечного типа имеет более высокую механическую прочность и часто используется в некоторых специальных случаях, например, в трансформаторах электрических печей.
2. Обмотка: Обмотка - это часть цепи трансформатора, которая делится на первичную и вторичную обмотки. Обычно она изготавливается из металлических материалов с хорошей проводимостью, таких как медь или алюминий. В зависимости от уровня напряжения и мощности трансформатора варьируется количество витков и диаметр провода обмотки. Для обеспечения хороших изоляционных характеристик провод обмотки обматывается изоляционными материалами, такими как бумага, эмаль и т. д. В больших масляных трансформаторах обмотка также имеет специальную конструкцию, например, спутанные и непрерывные витки, что улучшает сопротивление короткому замыканию и механическую прочность обмотки. Например, спутанная обмотка увеличивает реактивное сопротивление обмотки за счет изменения способа соединения обмоток, так что обмотка может выдержать больший удар тока при коротком замыкании.
3. Масляный бак: Масляный бак - это внешняя оболочка трансформатора, обычно сваренная из стальных листов, которая играет роль защиты внутренних компонентов, содержит трансформаторное масло и отводит тепло. Для усиления эффекта теплоотдачи на поверхности масляного бака обычно устанавливаются радиаторы или теплоотводы. В некоторых крупных трансформаторах также используется принудительное охлаждение с циркуляцией масла, при котором трансформаторное масло циркулирует между масляным баком и радиатором через масляный насос, отводя тепло, выделяемое обмотками и сердечником, что повышает эффективность теплоотдачи. Герметичность масляного бака также очень важна. Хорошее уплотнение может предотвратить утечку трансформаторного масла и проникновение внешних примесей и влаги, а также обеспечить нормальную работу трансформатора.
4. Изоляционное масло: Изоляционное масло играет двойную роль - изоляции и охлаждения в масляных трансформаторах. Оно обладает высокой диэлектрической прочностью и может эффективно изолировать электрические соединения между обмотками, обмотками и сердечниками, обмотками и масляными баками, предотвращая утечки и короткие замыкания. В то же время изоляционное масло обладает большой удельной теплоемкостью, которая может поглощать тепло, выделяемое обмотками и сердечниками, передавать тепло стенкам масляного бака и радиатора посредством конвекции и теплопроводности, а также рассеивать его в окружающую среду. Обычно используются такие изоляционные масла, как минеральное масло, синтетическое эфирное масло и т.д. Различные типы изоляционных масел имеют несколько разные характеристики. Например, минеральное масло относительно дешево и широко используется; синтетическое эфирное масло имеет лучшие экологические характеристики и более высокую температуру воспламенения, и подходит для некоторых случаев с высокими требованиями к пожарной безопасности.
5. Другие компоненты: Помимо вышеперечисленных основных компонентов, масляные трансформаторы включают в себя и некоторые другие важные компоненты. Например, масляная подушка используется для регулировки изменения объема трансформаторного масла в зависимости от изменения температуры, поддержания масляного бака полным масла и уменьшения площади контакта между маслом и воздухом, замедляя скорость окисления масла; газовое реле используется для контроля неисправностей внутри трансформатора. При коротком замыкании, локальном перегреве или других неисправностях внутри трансформатора образуется газ. После обнаружения газа газовое реле подает сигнал или срабатывает для защиты трансформатора; изоляционная втулка используется для вывода проводов обмоток высокого и низкого напряжения трансформатора, чтобы провода были хорошо изолированы от масляного бака и закреплены.

Существенные преимущества масляного трансформатора

• Эффективное рассеивание тепла
  В различных типах трансформаторов теплоотвод всегда был ключевым фактором, влияющим на их производительность и срок службы. Масляный трансформатор отлично справляется с отводом тепла. Трансформаторное масло внутри него может быстро поглощать тепло, выделяемое сердечником и обмоткой, подобно эффективному тепловому коллектору. Благодаря текучести масла, тепло будет передаваться стенкам бака и радиатору по мере циркуляции масла, а затем рассеиваться в окружающую среду. Такой способ отвода тепла гораздо эффективнее, чем в некоторых сухих трансформаторах, где для отвода тепла используется только конвекция воздуха. Например, на некоторых крупных промышленных подстанциях масляные трансформаторы могут работать стабильно, и даже при высокой нагрузке температура может регулироваться в разумных пределах, обеспечивая непрерывную и стабильную работу оборудования.
• Отличные изоляционные характеристики
  Изоляционные характеристики являются важной гарантией безопасной работы трансформаторов. Трансформаторное масло в масляном трансформаторе обладает высокой диэлектрической прочностью и может эффективно изолировать электрические соединения между обмотками, обмотками и сердечниками, а также обмотками и масляными баками. Если взять в качестве примера масляные трансформаторы с напряжением 110 кВ и выше, то их изоляционное масло способно выдерживать чрезвычайно высокое напряжение без разрушения, что значительно снижает вероятность утечки и короткого замыкания. В то же время трансформаторное масло способно предотвратить попадание влаги и примесей из воздуха в трансформатор, обеспечивая тем самым стабильность изоляционных характеристик.
• Возможность адаптации к большому диапазону мощности
  Различные энергосистемы и сценарии энергопотребления предъявляют разные требования к мощности трансформаторов. Масляный трансформатор имеет широкий диапазон мощностей, от десятков кВА для небольших распределительных трансформаторов до сотен МВА или даже выше для крупных силовых трансформаторов. В городских электросетях небольшие распределительные масляные трансформаторы могут удовлетворить маломощные потребности в электроэнергии жилых районов, коммерческих объектов и т.д., в то время как на крупных электростанциях и в сетях электропередачи масляные трансформаторы большой мощности могут взять на себя тяжелую задачу высоковольтной передачи и подстанций большой мощности.
• Экономическое преимущество по стоимости
  С точки зрения стоимости масляный трансформатор имеет определенные преимущества как в плане первоначальных инвестиций, так и в плане долгосрочных затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание. Процесс его производства относительно развит, а стоимость сырья относительно низкая, что делает первоначальную стоимость покупки более конкурентоспособной. В процессе эксплуатации стоимость технического обслуживания масляных трансформаторов также невелика. Благодаря относительно простой конструкции и определенным возможностям самозащиты и самовосстановления трансформаторного масла, при условии регулярной проверки качества масла и простого технического обслуживания, можно гарантировать его долгосрочную стабильную работу. По сравнению с некоторыми трансформаторами со сложными системами охлаждения и изоляции, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание масляных трансформаторов значительно ниже.

Сравнительный анализ с сухими трансформаторами

Метод охлаждения и эффективность рассеивания тепла

Масляный трансформатор в основном использует для охлаждения изоляционное масло. Тепло, выделяемое трансформатором во время работы, поглощается изоляционным маслом, а затем рассеивается через стенки масляного бака и радиатор. Этот метод охлаждения является высокоэффективным и позволяет эффективно контролировать температуру трансформатора во время работы с высокой нагрузкой. Например, на крупных подстанциях, даже если трансформатор работает с полной нагрузкой в течение длительного времени, масляный трансформатор может поддерживать температуру в безопасном диапазоне благодаря хорошей системе теплоотвода.

Сухие трансформаторы в основном охлаждаются воздушной конвекцией, а для сухих трансформаторов большой мощности также используется охлаждение с помощью вентилятора. Несмотря на простоту воздушного охлаждения, эффективность его теплоотдачи относительно низка по сравнению с циркуляционным охлаждением масляных трансформаторов. При работе с высокой нагрузкой температура сухого трансформатора быстро повышается, что требует более строгого контроля температуры и мер по отводу тепла. Например, для обеспечения стабильной работы при высокой нагрузке сухие трансформаторы, используемые в некоторых центрах обработки данных, необходимо оснащать специальной системой кондиционирования воздуха для отвода тепла, что увеличивает эксплуатационные расходы и усложняет процесс эксплуатации.

Изоляционная среда и производительность

В масляных трансформаторах в качестве основной изоляционной среды используется изоляционное масло. Изоляционное масло обладает высокой диэлектрической прочностью и может эффективно изолировать электрические соединения между обмотками, обмотками и сердечниками, а также обмотками и масляными баками, обеспечивая надежную защиту изоляции. В то же время изоляционное масло может в определенной степени предотвращать попадание влаги и примесей из воздуха в трансформатор, обеспечивая стабильность изоляционных характеристик.

В сухих трансформаторах используются твердые изоляционные материалы, такие как эпоксидная смола и силиконовая резина. Эти материалы обладают хорошими изоляционными свойствами, они экологичны, безопасны и пожаробезопасны. Однако твердые изоляционные материалы относительно быстро стареют, и их изоляционные свойства могут пострадать в жестких условиях окружающей среды, таких как высокая температура и влажность. В отличие от них, изоляционное масло обладает относительно стабильными характеристиками и длительным сроком службы при нормальных условиях эксплуатации.

Адаптация к условиям окружающей среды

Масляный бак масляного трансформатора обеспечивает дополнительную защиту внутренних компонентов, что делает его очень устойчивым к неблагоприятным условиям окружающей среды. Его можно устанавливать на открытом воздухе, и он может нормально работать даже в суровых погодных условиях, таких как ветер, песок, дождь и снег. Например, в линиях электропередачи в отдаленных районах масляные трансформаторы могут адаптироваться к сложным природным условиям и обеспечивать стабильную передачу электроэнергии.

К сухим трансформаторам предъявляются высокие требования по защите окружающей среды, поэтому необходимо избегать повреждения изоляционных материалов под воздействием таких факторов, как влага и пыль. Они больше подходят для установки в закрытых помещениях, таких как коммерческие здания и распределительные помещения в жилых районах. В таких условиях сухие трансформаторы могут воспользоваться преимуществами низкого уровня шума и простоты обслуживания.

Ежедневное техническое обслуживание и устранение неисправностей

Точки ежедневного обслуживания

• Проверка температуры масла: Температура масла - важный показатель, отражающий рабочее состояние масляных трансформаторов. Как правило, трансформатор оснащен баком для измерения температуры, вставляемым в трансформаторное масло в верхней части корпуса. Температура трансформаторного масла измеряется путем установки в него термоизмерительного элемента. Обычно мы называем это температурой масла в верхней части трансформатора. Оператор должен регулярно регистрировать температуру масла и сравнивать ее с нормальным диапазоном рабочих температур трансформатора. Например, на некоторых подстанциях с уровнем напряжения 110 кВ и выше указывается верхний предел температуры верхнего масла трансформатора, например 85℃ в качестве предела. Если температура верхнего слоя масла превышает 80℃, подается сигнал тревоги. Если во время планового технического обслуживания обнаруживается, что температура масла более чем на 10℃ выше, чем обычно, или нагрузка остается неизменной, но температура продолжает расти, в то время как охлаждающее устройство работает нормально, это может указывать на то, что трансформатор имеет внутреннюю неисправность.
• Контроль уровня масла: Нормальный уровень масла напрямую связан с изоляцией и охлаждающим эффектом трансформатора. Трансформаторы обычно оснащены указателем уровня масла для отображения его уровня. На одной стороне указателя уровня масла нанесены температурные шкалы -30℃, +20℃ и +40℃. Эти шкалы показывают температуру окружающей среды при работе трансформатора, и уровень масла должен соответствовать соответствующей температуре окружающей среды. Во время ежедневных проверок проверяйте, находится ли уровень масла в пределах нормы. Если уровень масла слишком низкий, в трансформаторе может быть утечка масла. Необходимо вовремя обнаружить место утечки и устранить ее, поскольку при сильной нехватке масла сердечник и обмотка трансформатора подвергаются воздействию воздуха, что не только легко приводит к отсыреванию и снижению изоляции, но и может вызвать пробой изоляции. Если уровень масла слишком высок, это может быть вызвано слишком высокой температурой масла или слишком большим количеством газа в масле, и необходимо дополнительно проверить причину.
• Проверка внешнего вида: Всесторонняя проверка внешнего вида трансформатора также является важной частью ежедневного технического обслуживания. Он включает в себя проверку наличия утечек в масляном баке, шкафу для хранения масла, втулке, охлаждающем устройстве, соединительной трубе, клапане, фланце и сварном шве; наличие повреждений, трещин, маслянистых следов разряда или других аномальных явлений на втулке; наличие посторонних предметов на проводах, соединениях и шинах, нагрев токоведущих соединений и шин, ослабление или обрыв проводов и т. д. Например, во время плановой проверки сотрудники обнаружили, что на поверхности втулки масляного трансформатора имеются небольшие следы разряда. После дальнейшего осмотра и анализа было установлено, что поверхность втулки была загрязнена, и под действием высокого напряжения произошел частичный разряд. Втулка была своевременно очищена и обработана, чтобы избежать дальнейшего распространения неисправности.
• Контроль звука: Нормально работающий масляный трансформатор издает равномерный гудящий звук. При ежедневном обслуживании оператор должен обращать внимание на звук работы трансформатора. Если звук ненормальный, например, резкие звонки, неравномерный шум или другие аномальные звуки, это может указывать на наличие неисправности внутри трансформатора, например, ослабление сердечника, короткое замыкание обмотки и т. д. Например, при повреждении изоляции между листами кремниевой стали сердечника трансформатора вибрация сердечника усиливается, что приводит к появлению ненормального звука. Как только звук становится ненормальным, необходимо своевременно провести детальный осмотр. При необходимости для дальнейшего обнаружения и анализа трансформатора можно использовать профессиональное оборудование для обнаружения, например, детектор частичного разряда трансформатора.

Общие методы устранения неисправностей

• Поиск и устранение неисправностей газовой защиты: Газовая защита является одним из важных защитных устройств масляных трансформаторов. При возникновении неисправностей внутри трансформатора, таких как короткое замыкание обмоток, многоточечное заземление сердечника и т. д., образуется газ. После того как газовое реле обнаружит газ, оно подаст сигнал или отключится. Когда газовая защита активирована, необходимо сначала проверить характер и количество газа в газовом реле. Если газ бесцветный, без запаха и невоспламеняющийся, это может быть небольшим перегревом трансформатора; если газ желтый и воспламеняющийся, это может быть более серьезной неисправностью трансформатора, например, повреждением изоляции обмоток. В то же время необходимо провести комплексный анализ в сочетании с другими параметрами, такими как температура масла, уровень масла и звук работы трансформатора, чтобы определить причину и степень серьезности неисправности.
• Поиск и устранение неисправностей обмоток: Обмотка - ключевой компонент трансформатора, и неисправность обмотки может привести к нарушению нормальной работы трансформатора. К распространенным неисправностям обмотки относятся межвитковое замыкание, межслойное замыкание и т. д. При поиске неисправностей обмоток можно судить по измерению сопротивления обмотки постоянному току. В нормальных условиях сопротивление постоянному току трехфазной обмотки должно быть сбалансированным. Если сопротивление постоянного тока фазной обмотки сильно отклоняется от двух других фаз, это может свидетельствовать о неисправности фазной обмотки. Кроме того, обмотку можно проверить с помощью тестера деформации обмоток трансформатора, чтобы определить, деформирована ли обмотка. Например, во время капитального ремонта трансформатора при измерении сопротивления обмотки постоянному току было обнаружено, что значение сопротивления фазной обмотки значительно больше. Дальнейшая проверка показала, что в фазной обмотке произошло межвитковое короткое замыкание. Неисправная обмотка была своевременно отремонтирована для обеспечения нормальной работы трансформатора.
• Устранение неисправностей изоляции: Характеристики изоляции являются важной гарантией безопасной работы трансформатора. Неисправности изоляции могут стать причиной серьезных аварий, таких как утечки и короткие замыкания. При устранении неисправностей изоляции можно судить о характеристиках изоляции трансформаторного масла, например, измерить напряжение пробоя и коэффициент диэлектрических потерь трансформаторного масла. Если изоляционные характеристики трансформаторного масла снижаются, это может быть вызвано загрязнением, влажностью или старением масла. Кроме того, можно измерить сопротивление изоляции трансформатора. Используйте тестер сопротивления изоляции для измерения сопротивления изоляции обмотки к обмотке, обмотки к сердечнику, сердечника к земле и других частей. Если значение сопротивления изоляции меньше указанного, это означает, что возможно нарушение изоляции. Например, в масляном трансформаторе во время работы произошел аномальный разряд. При проверке характеристик изоляции и сопротивления изоляции трансформаторного масла было обнаружено, что напряжение пробоя трансформаторного масла значительно снизилось, а сопротивление изоляции также значительно уменьшилось. В итоге было установлено, что характеристики изоляции снизились из-за длительной эксплуатации трансформатора и старения изоляционного масла, что и стало причиной нарушения изоляции.

Выберите правильный масляный трансформатор

Выбор правильного масляного трансформатора имеет решающее значение для стабильной работы энергосистемы и требует рассмотрения многих аспектов.

Выясните свои собственные потребности

Определите мощность и уровень напряжения трансформатора в соответствии с реальным сценарием энергопотребления. Например, для распределения электроэнергии в жилых домах обычно используются масляные трансформаторы мощностью от нескольких сотен кВА до 1 МВА и уровнем напряжения 10 кВ/0,4 кВ; в то время как для крупных промышленных предприятий, таких как металлургические и химические заводы, могут потребоваться трансформаторы мощностью несколько МВА или даже десятков МВА и более высоким уровнем напряжения из-за большой мощности нагрузки. В то же время необходимо учитывать характеристики нагрузки, будь то резистивная, индуктивная или емкостная нагрузка. Различные характеристики нагрузки предъявляют разные требования к трансформаторам. Например, при включении индуктивной нагрузки возникает большой пусковой ток, что требует от трансформатора хорошей перегрузочной способности.

Обратите внимание на технические параметры

• Потери холостого хода и потери нагрузки: Потери холостого хода - это потери мощности трансформатора при работе без нагрузки, которые в основном состоят из потерь на гистерезис и вихревых токов в сердечнике; потери под нагрузкой - это потери сопротивления в обмотке и потери на утечку, когда трансформатор работает с нагрузкой. Трансформаторы с малыми потерями позволяют снизить эксплуатационные расходы и повысить энергоэффективность. При выборе продукции следует отдавать предпочтение изделиям, соответствующим национальным стандартам энергоэффективности, например, масляным трансформаторам нашей страны серии S13, у которых значительно снижены потери холостого хода и потери под нагрузкой по сравнению с традиционной серией S9.
• Импеданс короткого замыкания: Импеданс короткого замыкания - важный параметр трансформатора, который отражает его работу в условиях короткого замыкания. Чем больше импеданс короткого замыкания, тем меньше ток короткого замыкания трансформатора при коротком замыкании и тем меньше воздействие на трансформатор и энергосистему, но в то же время это увеличивает скорость регулирования напряжения трансформатора и влияет на стабильность напряжения. Поэтому необходимо разумно выбирать значение сопротивления короткого замыкания в соответствии с реальными потребностями. В общем, для случаев с большими изменениями нагрузки импеданс короткого замыкания может быть выбран меньшим, чтобы обеспечить стабильность напряжения; для случаев с большим током короткого замыкания импеданс короткого замыкания должен быть выбран большим, чтобы ограничить ток короткого замыкания.
• Уровень изоляции: Уровень изоляции напрямую связан с безопасной эксплуатацией трансформатора. Трансформаторы разных уровней напряжения имеют соответствующие стандарты изоляции. При выборе необходимо убедиться, что уровень изоляции трансформатора соответствует требованиям реальной среды использования и уровня напряжения. Например, трансформаторы, используемые в суровых условиях, таких как влажная и пыльная среда, должны иметь более высокий уровень изоляции и защиты.

Выбор надежного поставщика

Выбор поставщика с хорошей репутацией и богатым опытом - это ключ к обеспечению качества продукции и послепродажного обслуживания. Поставщики известных брендов обычно имеют передовое производственное оборудование, строгие системы контроля качества, профессиональные технические команды и могут предоставить высококачественную продукцию. Такие всемирно известные бренды, как Siemens и ABB, а также крупные отечественные предприятия, такие как TBEA и China XD, имеют хорошую репутацию в отрасли и надежное качество продукции. В то же время необходимо понимать возможности поставщика по послепродажному обслуживанию, в том числе обеспечивает ли он своевременную техническую поддержку, сервисное обслуживание и поставку запасных частей. Хорошее послепродажное обслуживание позволяет сократить время простоя оборудования и снизить эксплуатационные расходы. Вы можете провести комплексную оценку поставщиков, изучив отзывы их клиентов, примеры из практики, а также проконсультировавшись с представителями отрасли.