Характеристики и применение сухих трансформаторов

В настоящее время в Китае в основном используются трехфазные силовые трансформаторы твердого сечения серии SC, такие как: трехфазные трансформаторы с обмотками серии SCB9, трехфазные трансформаторы с фольгой серии SCB10 и трехфазные трансформаторы с фольгой серии SCB9. Их напряжение обычно находится в диапазоне 6-35 кВ, а максимальная мощность достигает 25 МВА. Сухие трансформаторы в основном делятся на два типа: с пропиткой и с смолой.

1. Трансформатор сухого типа с пропиткой

В китайских трансформаторах сухого типа с пропиткой провод покрывается стекловолокном, а на контактную площадку методом горячего прессования наносится соответствующий изоляционный материал. Они в основном используются на гидроэлектростанциях и в высотных зданиях, обладая хорошей огнестойкостью.

Из-за различий в пропиточной краске изоляция трансформаторов делится на B, F, H, C, основную и вертикальную изоляцию (основная изоляция между обмотками и между обмотками и изоляцией сердечника).

Вертикальная изоляция относится к изоляции между различными точками и различными частями обмотки трансформатора с разными потенциалами, в основном включая изоляционные свойства между витками, слоями и участками обмотки. В качестве изоляционной среды используется воздух.

Этот тип трансформатора более подвержен воздействию окружающей среды, чем сухой трансформатор на основе смолы, он также имеет большие габариты и вес, а его выходная мощность, как в стране, так и за рубежом, имеет тенденцию к снижению.

На обоих концах обмотки имеются торцевые уплотнения, трансформатор не боится приливов и отливов, обладает высокой огнестойкостью, обеспечивает защиту от возгорания при открытом огне при температуре 750 ℃ ​​и является относительно новым типом сухого трансформатора. 1.2 Сухие трансформаторы на смоляной основе. Современные ведущие отечественные трансформаторы на смоляной основе можно разделить на следующие три категории.

Первый тип, называемый трансформатором с проволочной обмоткой, имеет высоковольтное исполнение в виде цилиндрического литья с проволочной обмоткой, низковольтное — в виде цилиндрического (или сегментированного) литья с проволочной обмоткой; Ли Цянь, Шэньсийская провинциальная электроэнергетическая компания (группа), ООО. Примечание: литье без присадочных материалов.

Второй тип, называемый трансформатором с фольговой обмоткой, имеет высоковольтную обмотку сегментированного типа с фольговой обмоткой, низковольтную — с обмоткой из медной (или алюминиевой) фольги; литье осуществляется с использованием припоя.

Третий тип – высоконапорный тип для заливки проволочной проволоки в цилиндр, низконапорный тип для намотки медной (или алюминиевой) фольги; отливка производится без примесей.

Три вышеупомянутых типа продукции имеют свои особенности в производстве и характеристиках, и в настоящее время занимают определенную долю рынка. В данной статье мы сосредоточимся на обсуждении трансформаторов с проволочной обмоткой.

2. Литой трансформатор с проволочной обмоткой

2.1. Структурные особенности

На второй электростанции города Баоцзи провинции Шэньси используются сухие трансформаторы заводского производства, все они представляют собой трансформаторы с проволочной обмоткой, рассчитанные на напряжение 6 кВ, мощность от 100 кВА до 1600 кВА и предназначены для установки внутри помещений.

Высоковольтные и низковольтные обмотки изделия изготовлены из медной проволоки, полностью намотаны, армированы стекловолокном, имеют тонкую изоляцию, не содержат смолы и заливаются в вакууме, а отверждение производится в соответствии с заданной температурной кривой.

В обмотках высокого напряжения используется специальная сегментированная цилиндрическая структура, а в обмотках низкого напряжения — многослойный цилиндрический тип, сегментированный цилиндрический тип или специальный сегментированный цилиндрический тип в зависимости от уровня напряжения.

2.2 Технические характеристики

2.2.1 Ударопрочная проволочная намотка высоковольтной обмотки трансформатора выполнена с использованием специальной цилиндрической конструкции, основанной на обычной катушечной обмотке. Эта конструкция сочетает в себе преимущества ударопрочной катушечной обмотки и решает проблему высокого напряжения в катушечной обмотке, являясь идеальной конструкцией обмотки, которую часто называют нерезонансной.

По сравнению с обычным сегментированным цилиндром, специальный сегментированный цилиндр позволяет дополнительно снизить напряжение между слоями, улучшить распределение напряжения и значительно повысить ударопрочность, позволяющую выдерживать атмосферные и рабочие перенапряжения.

Ударопрочность зависит не только от структуры обмотки, но и от качества литья обмотки, а также от электрических свойств изоляционного материала.

После завершения намотки изделия, его заливают чистой смолой в вакууме, без добавления наполнителей, чтобы не снижались текучесть смолы.

А поскольку обмотка намотана проволокой, смола может полностью пропитать обмотку, независимо от ее осевого или радиального направления, и внутри не образуется пузырьков.

Аннотация: В данной статье представлена ​​классификация и характеристики сухих трансформаторов, особое внимание уделяется конструктивным особенностям трансформаторов с проволочной обмоткой, техническим характеристикам, системе охлаждения, системе регулирования температуры и т. д., а также обобщаются перспективы развития сухих трансформаторов. Ключевые слова: сухой трансформатор; классификация трансформаторов с проволочной обмоткой.

Материал, состоящий из смолы и стекловолокна, обеспечивает надежную изоляцию, обладает не только хорошей ударопрочностью, но и очень малым локальным разрядом.

2.2.2. Хорошая механическая прочность и высокая устойчивость к короткому замыканию. Для обмоток проволок сегментированного цилиндрического типа после вакуумной заливки смола может пропитывать слои, витки и участки обмотки одновременно.

После отверждения смола, проволока и стекловолокно плотно соединяются, образуя прочную жесткую структуру. Высокие механические свойства этой структуры определяют хорошую устойчивость изделий, полученных методом намотки проволоки.

Коэффициент теплового расширения композитного изоляционного материала, образованного отверждаемой смолой и стекловолокном, составляет (18 ~ 20)×10⁻⁶/К, а коэффициент расширения меди, используемой в обмотке, составляет 17×10⁻⁶/К, что в основном близко к этим двум значениям. Это устраняет механическое напряжение между проводником обмотки и изоляционным материалом, вызванное тепловым расширением и сжатием при работе трансформатора, и предотвращает образование трещин.

Поскольку изделие отливается из смолы под высоким и низким давлением, а железный сердечник покрыт смолой, оно обладает высокой влаго- и коррозионной стойкостью. При относительной влажности воздуха 100% оно может работать длительное время.

Благодаря тому, что композитная изоляция, состоящая из чистой смолы и стекловолокна, обладает чрезвычайно высокой электрической прочностью, толщина поверхностной изоляции изделия составляет всего 1,5–2 мм, что значительно повышает эффективность теплоотвода на поверхности обмотки.

2.3. Система охлаждения и защиты

Сухие трансформаторы охлаждаются естественным воздушным охлаждением и принудительной циркуляцией воздуха. Естественное воздушное охлаждение используется для обеспечения нормальной работы трансформатора при номинальной нагрузке. Все сухие трансформаторы, используемые на электростанции Баоцзи № 2, охлаждаются принудительным воздушным потоком с помощью радиального вентилятора.

После охлаждения с помощью принудительной циркуляции воздуха мощность сухого трансформатора мощностью 800 кВА и ниже может быть увеличена на 40%, а мощность сухого трансформатора мощностью 800 кВА и выше — на 50%, и он может работать непрерывно.

Сухой трансформатор обычно имеет степень защиты IP00, то есть без защитного кожуха, предназначен для использования внутри помещений. Вторая электростанция Баоцзи использует именно этот тип защиты. Также, по требованию заказчика, может быть добавлен защитный кожух.

Корпус со степенью защиты IP20 предотвращает попадание твердых посторонних предметов размером более 12 мм и обеспечивает защиту токоведущих частей. При использовании степени защиты IP23, помимо функции защиты IP20, также обеспечивается защита от брызг воды.

2.4. Система контроля температуры

Безопасная и надежная работа, а также срок службы силового трансформатора во многом зависят от надежной изоляции обмоток. Превышение температуры обмотки температуры изоляции является одной из основных причин разрушения изоляции и невозможности нормальной работы трансформатора.

В трансформаторе серии SC с проволочной обмоткой используется автоматическая система защиты от перегрева XMTB. В первый виток низковольтной обмотки встроен платиновый терморезисторный измерительный элемент, который автоматически определяет повышение температуры обмотки, отображает температуру трехфазной низковольтной обмотки и обеспечивает ее тепловую защиту.

При изменении температуры окружающей среды и нагрузки, когда обмотка достигает предельной температуры, регулятор температуры автоматически посылает сигнал для управления запуском вентилятора (110 ℃), остановкой вентилятора (90 ℃), аварийным сигналом (120 ℃) ​​и отключением (145 ℃), обеспечивая надежную защиту изделия от перегрузки в процессе эксплуатации.

В трансформаторах серии SC3 с проволочной обмоткой, изготовленных методом литья, используется запатентованная компанией M&C технология для определения и контроля температуры обмоток трансформатора, а также разработан температурный контроллер, который позволяет напрямую измерять температуру обмоток и осуществлять принудительное воздушное охлаждение (AF), сигнализацию о перегреве и защиту от перегрева.

После стандартной отладки регулятора температуры трансформатор сначала переводится в сетевой режим работы, а затем регулятор температуры включается для работы. Регулятор температуры находится в режиме автоматического управления, осуществляется контроль температуры и защита трансформатора. Когда температура обмотки превышает 110 ℃, регулятор температуры запускает вентилятор для принудительного охлаждения; если температура обмотки падает ниже 90 ℃ при принудительном воздушном охлаждении, вентилятор останавливается.

Если температура обмотки дополнительно повысится, регулятор температуры выдаст сигнал тревоги о перегреве (155 ℃) и сигнал срабатывания защиты от перегрева (170 ℃). Если регулятор температуры выходит из строя и его невозможно временно снять, его следует извлечь, после чего трансформатор может продолжить работу; необходимо лишь следить за его состоянием и обеспечивать его нормальную работу.

3. Сравнение сухого трансформатора и трансформатора с масляным охлаждением.

Значительные преимущества и низкая стоимость масляных трансформаторов затрудняют их замену другими типами трансформаторов. В условиях эксплуатации на открытом воздухе и в целях противопожарной защиты в обычных местах, как сейчас, так и в будущем, в основном будут использоваться масляные трансформаторы.

Однако в местах с высокими требованиями к пожарной безопасности используются сухие трансформаторы или трансформаторы с негорючим жидкостным охлаждением. Сухой трансформатор обладает большей перегрузочной способностью, чем трансформатор с масляным охлаждением, главным образом потому, что плотность тока у сухого трансформатора ниже, теплоемкость больше, а постоянная времени обмотки больше.

По сравнению с масляными трансформаторами, у сухих трансформаторов улучшены условия работы изоляции. Масляные трансформаторы используются чаще, их чаще устанавливают на открытом воздухе.

Диапазон мощности сухих трансформаторов невелик, поэтому они чаще используются внутри помещений. По сравнению с масляными трансформаторами, они страдают от меньшей амплитуды напряжения молнии, более медленной головной волны и меньшей вероятности удара молнии.

Сухие трансформаторы часто защищаются металлооксидными разрядниками, которые ограничивают не только атмосферное перенапряжение, но и внутреннее перенапряжение.