Базовая конструкция масляного трансформатора 11 кВ: подробная разбивка

11кВмасляный трансформаторслужит одним из наиболее ответственных устройств преобразования электроэнергии в распределительных электрических сетях. Он широко используется в городских энергосетях, промышленных парках, горнодобывающих объектах, жилых комплексах и новых энергетических станциях. Используя изоляционное масло в качестве охлаждающей и диэлектрической среды, он снижает напряжение со стороны высокого напряжения 11 кВ до напряжения распределения низкого напряжения 0,4 кВ, чтобы обеспечить безопасную передачу и распределение электроэнергии. По сравнению с трансформаторами сухого типа масляные трансформаторы обладают высокой перегрузочной способностью, меньшими капитальными затратами, отличными характеристиками рассеивания тепла и стабильной работой. Чтобы полностью понять принцип работы, проводить плановое техническое обслуживание и прогнозировать потенциальные неисправности, необходимо ознакомиться со всей внутренней и внешней структурой масляного трансформатора 11 кВ. В этой статье один за другим разбираются его основные компоненты, помогая специалистам по закупкам, инженерам по эксплуатации и техническому обслуживанию, а также генеральным подрядчикам быстро разобраться в конструкции оборудования.

Полное напряжение 11 кВ.масляный распределительный трансформаторсостоит из семи основных модулей: узла сердечника и обмотки, масляного бака и системы охлаждения, системы изолирующего масла, переключателя ответвлений, узла втулки, защитных компонентов и базовых аксессуаров. Весь находящийся под напряжением железный сердечник и обмотки полностью погружены в трансформаторное масло. Трансформаторное масло выполняет две основные функции. Во-первых, электрическая изоляция: она изолирует обмотки с разными уровнями потенциала, а также обмотки от сердечника и корпуса бака для предотвращения пробоев и коротких замыканий. Во-вторых, рассеивание тепла: тепло, выделяемое обмотками под напряжением и сердечником, передается масляной среде. За счет естественной конвекции или принудительной циркуляции масла тепло передается к стенкам резервуара и радиаторам и рассеивается в окружающий воздух. Весь блок имеет герметичную конструкцию, чтобы уменьшить попадание воздуха и влаги в масло, замедляя ухудшение изоляции.

3.1 Железное ядро
Железный сердечник образует магнитную цепь трансформатора, проводящую переменный магнитный поток для реализации электромагнитной индукции. В качестве сырья обычно используются холоднокатаные листы кремнистой стали с высокой проницаемостью. Каждый лист кремнистой стали покрыт изолирующим лаком и уложен в чередующемся порядке. Конструкция штабелирования снижает потери на гистерезис и потери на вихревые токи, что минимизирует выделение тепла. Сердечник состоит из основных ножек и ярм. Обмотки надеваются на ножки сердечника, а ярма соединяют верхнюю и нижнюю ножки сердечника, образуя замкнутый магнитный контур. Железный сердечник заземлен в одной точке, чтобы избежать плавающего потенциала, который может вызвать частичный разряд и повредить изоляционные материалы.
3.2 Обмотки ВН и НН
Обмотки составляют электрическую цепь трансформатора, разделенную на обмотки высокого напряжения (11 кВ) и обмотки низкого напряжения (0,4 кВ). Они концентрически установлены на опорных ножках. В большинстве конструкций обмотки низкого напряжения располагаются на внутреннем слое, а обмотки высокого напряжения — на внешнем слое.
В обмотках низкого напряжения используются проводники большей площади поперечного сечения и меньшего количества витков, а в обмотках ВН — большее количество витков с более тонкими проводниками. Проводники обертываются изоляционной бумагой. Между витками и слоями расположены распорные блоки и маслопроводы. Масляные каналы резервируют каналы для циркуляции трансформаторного масла и отвода тепла. После изготовления обмотки проводится вакуумная масляная пропитка для устранения внутренних пузырьков воздуха и повышения диэлектрической прочности.
3.3 Система изоляции
Помимо изоляционной бумаги для проводников, к изоляционным компонентам относятся опорные полосы, сепараторы, угловые кольца и прокладки, обычно изготавливаемые из изоляционного прессованного картона. Эти детали разделяют обмотки высокого и низкого напряжения, поддерживают и фиксируют обмотки, а также образуют каналы для охлаждающего масла. Система изоляции является основой безопасной эксплуатации трансформатора. Если изоляция намокнет или повредится, может произойти межвитковое короткое замыкание или пробой на землю, что приведет к серьезным авариям.

4.1 Масляный бак
Масляный бак представляет собой сварной стальной резервуар, предназначенный для хранения трансформаторного масла и размещения сердечника и обмотки. Он также действует как механическая опорная конструкция для крепления радиаторов, втулок, маслорасширителя и других внешних приспособлений. Масляные резервуары подразделяются на резервуары с плоским верхом и резервуары с гофрированным верхом. Гофрированные резервуары имеют эластичные гофрированные стенки для компенсации изменения объема масла, вызванного тепловым расширением и сжатием, а расширители можно не использовать для небольших распределительных трансформаторов. В установках большей вместимости используются резервуары с плоским верхом в сочетании с консерваторами. В нижней части бака установлен клапан слива масла для отбора проб и слива масла во время технического обслуживания. Болты заземления установлены со стороны резервуара для надежного заземления во время работы и обеспечения безопасности персонала.
4.2 Расширительный бак (масляный расширительный бак)
Расширитель установлен сверху масляного бака и соединен с корпусом бака соединительной трубкой. Трансформаторное масло расширяется при повышении температуры и сжимается при ее понижении. Расширитель учитывает такое изменение объема, гарантируя, что бак всегда полностью заполнен маслом и предотвращает воздействие воздуха на сердечник и обмотки. На расширителе установлен сапун, наполненный изменяющим цвет силикагелем для поглощения влаги из окружающего воздуха и предотвращения попадания влажного воздуха в трансформаторное масло. Индикатор уровня масла установлен сбоку маслорасширителя для визуального отображения уровня масла при плановой проверке.
4.3 Компоненты охлаждения
Общие режимы охлаждения для 11кВмасляные трансформаторывключают ONAN (Oil Natural Air Natural) и ONAF (Oil Natural Air Forced). Небольшие распределительные трансформаторы рассеивают тепло естественным путем через стенки резервуара или гофрированные панели. Модели большей мощности оснащены панельными радиаторами. Радиаторы подключаются к баку посредством трубопроводов. Горячее масло течет вверх в радиаторы для охлаждения, а охлажденное масло возвращается на дно резервуара, создавая естественную конвекционную циркуляцию. Агрегаты, оснащенные охлаждающими вентиляторами, могут активировать вентиляторы при большой нагрузке для улучшения рассеивания тепла и повышения устойчивости к кратковременным перегрузкам.
4.4 Вводы высокого и низкого напряжения
Втулки представляют собой изолирующие компоненты, которые выводят обмотки под напряжением из масляного бака. Один конец подключается к внутренним обмоткам, а другой конец подвергается воздействию атмосферы для подключения внешнего кабеля или шины.. 11Вводы высокого напряжения кВ обычно представляют собой фарфоровые или композитные вводы. Сторона низкого напряжения работает при более низком напряжении и обычно использует фарфоровые или полимерные втулки. Через ввод проходит проводящий стержень, а внешняя изолирующая оболочка выдерживает напряжение заземления. Втулки относятся к наиболее подверженным отказам компонентам. Загрязнение поверхности, растрескивание или попадание влаги могут привести к перекрытию разряда.
4.5 Устройство переключения ответвлений
Переключатель ответвлений регулирует количество витков обмоток высокого напряжения и изменяет коэффициент трансформации для компенсации колебаний напряжения в сети. Его можно разделить на переключатель ответвлений без цепи и переключатель ответвлений под нагрузкой. Большинство распределительных трансформаторов 11 кВ оборудованы переключателями ответвлений без нагрузки, которые необходимо включать в эксплуатацию только после полного обесточивания трансформатора. Устройство РПН монтируется на крышке бака и регулируется с помощью внешней рукоятки управления. Общий диапазон отводов составляет ±2×2,5%. Инженеры по техническому обслуживанию регулируют положения ответвлений в соответствии с фактическим напряжением на объекте, чтобы гарантировать стабильное выходное напряжение низкого напряжения в номинальном диапазоне.

Реле Бухгольца: устанавливается на трубопроводе, соединяющем бак и расширительный бак, и является основным защитным устройством длямасляные трансформаторы. Внутренние разломы вызывают воздействие потока газа или нефти. Реле Бухгольца подает сигналы тревоги или команды на отключение. Защита от легкого газа реагирует на незначительные внутренние неисправности, выделяющие газ, а защита от тяжелого газа реагирует на серьезные случаи короткого замыкания.
Клапан сброса давления: установлен на крышке бака. Внезапное внутреннее короткое замыкание за короткое время приводит к образованию большого количества газа и резкому увеличению давления в резервуаре. Клапан сброса давления быстро открывается, чтобы сбросить давление и избежать деформации или взрыва резервуара.
Термометры: включая термометр поверхности масла и термометр обмотки, контролирующий температуру верхней части масла и температуру обмотки. Сигнализация перегрева активируется, когда показания превышают пороговые значения.
Клапан отбора проб масла: используется для периодического отбора проб масла для проведения газовой хроматографии, испытаний на диэлектрические потери и влажность, оценки состояния старения изоляционного масла.

Каждый конструктивный элемент сети 11 кВмасляный трансформаторвыполняет свою специальную функцию. Магнитная цепь, электрическая цепь, система изоляции, система охлаждения и система защиты работают вместе, чтобы гарантировать стабильное преобразование энергии. Сердечник и обмотки завершают преобразование электромагнитной энергии; трансформаторное масло обеспечивает как изоляцию, так и отвод тепла; масляный бак и расширительный бак поддерживают герметичную масляную среду; вводы экспортируют электроэнергию; переключатель ответвлений стабилизирует выходное напряжение; различные устройства защиты контролируют состояние оборудования в режиме реального времени и быстро реагируют при возникновении неисправностей.
Знание конструкции трансформаторов позволяет группам по закупкам и техническому обслуживанию оценивать качество продукции на этапах тендера и отбора, выявлять потенциальные дефекты при плановых проверках, формировать оптимизированные графики технического обслуживания, продлевать срок службы трансформаторов и снижать риски отключения электроэнергии в распределительных сетях.