Системы охлаждения силовых трансформаторов

1.2 Системы охлаждения масляных трансформаторов

 

1.2.1 Система охлаждения масляных трансформаторов типа М.

Этот  вид охлаждения трансформатора наиболее простой. Теплопередача от активной части к маслу и далее в окружающее пространство при этом осуществляется за счет конвекции масла и окружающей среды.

Для трансформаторов  до 40 кВ·А применяются гладкие баки. Поверхность гладкого бака имеет малую отдачу тепла, которое выделяется в трансформаторе при его работе, поэтому трансформаторы мощностью  
40–10000 кВ·А оснащаются навешиваемыми на бак радиаторами. Конструкции радиаторов многообразны. Наиболее используемыми являются трубчатые (рисунок 1.1) и пластинчатые (рисунок 1.2) радиаторы.

Во вновь  разрабатываемых трансформаторах  все более применяются пластинчатые радиаторы, обеспечивающие более высокий  уровень теплоотдачи, по сравнению с трубчатыми.

Пластинчатые  радиаторы состоят из двух трубчатых  коллекторов, между которыми помещаются пластинчатые элементы с каналами для  масла с внутренними размерами  от 5 до 10 мм. Пластинчатые элементы устанавливаются параллельно друг другу на расстоянии 45 мм. Радиаторы могут укомплектовываться элементами одинаковой, либо различной длины, что обеспечивает скос радиатора. Защита от коррозии создается за счет гальванизации элементов и покрытием внешней их поверхности алкидными смолами, внутренней – лаком.

 
Рисунок 1.1 – Сдвоенный прямотрубный радиатор: 1 – фланец; 2 – коллектор коробчатый; 3 – трубы с овальным профилем; 4 – пробка для выпуска воздуха; 5 – пробка для спуска масла

 

Рисунок 1.2 – Эскиз пластинчатого радиатора

Фирма «Menk Radiators» Великобритания, поставляет пластинчатые радиаторы типа М моделей S (диаметр масляного канала 9/5 мм) и  
Q (канал 11 мм). Обозначение радиаторов с фланцевым присоединением и с элементами одной длины – FG; для элементов со скосом на две стороны – FGSb.

Используя мегаомметр 500 кВ, производят проверку электрического сопротивления изоляции как статорной обмотки электродвигателя, так и всех электрических цепей относительно заземленных частей. Сопротивление должно быть не менее 0,5 МОм.

Применение  системы охлаждения М возможно для  трансформаторного оборудования мощностью и более 10000 кВ·А. Например, изготавливаются реакторы типа РОМБС мощностью 60000 кВ·А с навешенными на бак радиаторами.

1.2.2 Система охлаждения типа Д.

Естественная  циркуляция масла и принудительная циркуляция воздуха (система Д). Эта система охлаждения трансформаторов основана на применении радиаторов, обдуваемых вентиляторами. Принципиальная схема и диаграмма системы Д приведена на рисунке 1.3. Вентиляторы создают принудительное движение воздуха со скоростью, значительно большей, чем при естественной циркуляции. Увеличение скорости движения воздуха увеличивает коэффициент теплоотдачи радиатора, поэтому отвод тех же потерь будет происходить при меньшей логарифмической разности температур. При одинаковом значении этой разности теплосъем радиатора увеличивается в  
2,6 раза.

1.2.3 Система охлаждения типа  МЦ и НМЦ.

В трансформаторах с охлаждением  типа МЦ и НМЦ на каждом радиатор устанавливают насос для создания принудительной циркуляции масла. Для исключения попадания воздуха в масляную систему насос и его приводной электродвигатель встраивают в маслопровод. Идущий от бака к радиатору. Система НМЦ имеет также специальные устройства (перегородки, щиты с помощью которых обеспечивается направленное движение масла в каналах обмоток и магнитопровода (рисунок 1.4), что весьма эффективно увеличивает теплоотдачу и уменьшает габариты трансформатора. При отключении масляных насосов системы МЦ и НМЦ допускают длительную работу трансформатора, если нагрузка не превышает 30–40 % от номинальной.

Рисунок 1.3 – Принципиальная схема естественного масляного охлаждения

 

Рисунок 1.4 – Трубчатый радиатор с вентиляторами

 

1.2.4 Система охлаждения силовых трансформаторов типа ДЦ.

Система охлаждения типа ДЦ состоит из отдельных  охлаждающих устройств, которые  подключаются к баку трансформатора всасывающим и нагнетательным маслопроводами. В мощных трансформаторах на напряжение 220 кВ и выше в нагнетательном маслопроводе устанавливают пластинчатый фильтр, предназначенный для очистки масла от механических примесей.

Каждое  охлаждающее устройство состоит  из калорифера, двух электровентиляторов и электромаслонасоса. На охлаждающем устройстве смонтирован адсорбционный фильтр, служащий для постоянной регенерации масла в трансформаторе в процессе эксплуатации.

При работе системы охлаждения горячее трансформаторное масло из верхней части, бака трансформатора засасывается электронасосами через  всасывающий маслопровод, проходит через калориферы, в которых оно  охлаждается, и поступает в нижнюю часть бака трансформатора. Теплоотдающая поверхность калориферов охлаждается воздухом, нагнетаемым осевыми вентиляторами. Создаваемая электронасосами интенсивная циркуляция масла в баке обеспечивает необходимую скорость отвода теплоты от нагреваемых частей трансформатора.

Калорифер состоит из пучка оребренных снаружи труб, внутри которых проходит циркулирующее масло. Концы труб вмонтированы в трубные стенки, к которым приварены короба, образующие распределительные коллекторы (рисунок 1.5). Трубы смонтированы в жесткой стальной раме. Количество рядов труб и количество труб в ряду калорифера зависит от конструкции охлаждающего устройства. Верхняя часть калорифера конструктивно выполнена так, что трубы имеют возможность перемещаться относительно неподвижной рамы при температурном расширении.

Внутри  распределительных коллекторов  имеются перегородки, предназначенные для создания направленного движения масла по трубам. В зависимости от их количества калориферы бывают двухходовыми и многоходовыми. При четном количестве ходов входной и выходной патрубки калорифера ввариваются в нижний коллектор, а при нечетном – входной патрубок в верхний, выходной – в нижний коллектор.

Рисунок 1.5 – Схема устройства и вакуумной заливки системы охлаждения типа ДЦ: 1 – бак трансформатора; 2 – адсорбционный фильтр; 3 – маслоохладитель (четырехходовой); 4 – бачок для вакуумирования охлаждающих устройств; 5 – вакуум-насос (тип ВН-4, ВН-6); 6 – диффузор; 7 – вентилятор;

8 – электронасос (тип 5Т-100/15У1); 9 – фильтр пластинчатый;

10 – вакуум-провод; 11 – маслопровод

 

В качестве электровентилятора применяют осевой многолопастный вентилятор типа НАП-7,4, закрепленный на валу асинхронного электродвигателя типа А02-41/8. Электровентиляторы располагают на обечайках, которые закреплены к раме калорифера.

В охлаждающих  устройствах применяют электронасосы  типов Т и ТЭ. Электронасос представляет собой бессальниковый агрегат, состоящий из асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и центробежного насоса с рабочим колесом, насаженным на вал электродвигателя; электродвигатель и насос расположены в едином корпусе (рисунок 1.6). Смазка подшипников и охлаждение электродвигателя производятся трансформаторным маслом в процессе работы электронасоса. Отсутствие сальниковых уплотнений обеспечивает надежную маслоплотность электронасоса. В корпусе насоса имеются заглушённые пробками отверстия для выпуска воздуха, слива масла и подсоединения манометра.

Рисунок 1.6 – Электронасос типа 5Т-100/8У1: 1 – напорный патрубок; 2 – заглушка; 3 – всасывающий патрубок; 4 – пробка выпуска воздуха; 5 – рабочее колесо насоса; 6 – шарикоподшипник; 7 – статор; 8 – ротор электродвигателя; 9 – пробка выпуска воздуха; 10 – выводной штырь клеммной плиты;

11 – вал ротора

 

На боковой  стенке корпуса насоса расположена  коробка выводов обмотки статора. На клеммной панели коробки расположены шесть выводов, позволяющих переключить обмотку статора в треугольник и звезду, и один заземляющий вывод.

В электронасосах типа ТЭ статор электродвигателя экранирован  тонкостенной гильзой, отделяющей обмотку от контакта с перекачиваемым маслом. Основные технические данные охлаждающего устройства типа  
ДЦ-180/2280-/У1 приведены в таблице 1.2.

Пластинчатый  фильтр представляет собой стальной сварной корпус, внутри которого расположен фильтрующий пакет (рисунок 1.7). Фильтрующий пакет состоит из набора прямоугольных пластин, стянутых шпильками; зазор между пластинами составляет 0,28–0,5 мм. На корпусе фильтра имеются люк для выемки фильтрующего пакета, пробки для впуска воздуха и слива масла. На корпус фильтра нанесена стрелка, указывающая направление движения масла.

 

Таблица 1.2 –  Основные технические данные охлаждающего устройства типа ДЦ

Теплосъем при превышении температуры  масла над температурой окружающего воздуха 35 °С, кВт	180
Номинальный расход масла, м3/ч	100
Номинальный расход воздуха, м3/ч	30000
Установленная мощность электродвигателей, кВт	3,5
Внутренний объем для масла, м3	0,12
Масса, кг	1150
Габаритные размеры, мм	1276x1000x270

 

А-А

Рисунок 1.7 – Пластинчатый фильтр: 1 – плоский кран; 2 – корпус; 3 – пробка технологическая; 4 – крышка; 5 – фильтрующий пакет

 

Фильтры изготовляют четырех типоразмеров для маслопроводов с условным проходом 100, 125, 150, 225 мм.

Основные  технические данные фильтров приведены  в таблице 1.3.

Всасывающий и нагнетательный маслопроводы изготовляют  из стальных патрубков, которые соединяют  между собой при помощи накидных фланцев. На патрубках имеются пробки для выпуска воздуха и слива  масла.

 

Таблица 1.3 – Технические данные типоисполнений пластинчатых фильтров

Условный проход, мм	Расход масла, м3/ч	Гидравлическое сопротивление, Па	Установочные размеры				Масса, кг
			L	L1	H	H1
100	63	0,95·104	416	185	385	170	42
125	100	0,9·104	437	202	390	175	44
150	160	1,43·104	437	202	390	175	50
225	360	1,32·104	868	555	590	262	150

 

По способу  подключения к баку трансформатора различают три типоисполнения системы охлаждения типа ДЦ: навесное, выносное и групповое.

В навесном исполнении охладители крепят непосредственно  к баку трансформатора; при выносном исполнении их устанавливают на отдельном  фундаменте вблизи трансформатора; при  групповом – систему охлаждения комплектуют отдельными групповыми унифицированными охлаждающими устройствами, устанавливаемыми возле трансформатора на фундамент или рельсы. Групповое охлаждающее устройство представляет собой единый агрегат, состоящий из трех и более параллельно соединенных самостоятельных устройств и шкафа управления, смонтированных на общей раме  
(рисунок 1.8). Основанием рамы служат всасывающий и нагнетательный коллекторы устройства. Устройство оборудовано поворотными каретками, что позволяет устанавливать его на рельсы.

В настоящее  время применяются в основном групповые устройства типов ГОУ/3 и ГОУ/4, состоящие соответственно из трех и четырех самостоятельных охлаждающих устройств. Технические данные этих устройств приведены в таблице 1.4.

Рисунок 1.8 – Групповое охлаждающее устройство (ГОУ/3)

 

Таблица 1.4 –  Технические данные охлаждающий устройств типов ГОУ/3 и ГОУ/4

Тип групповых охлаждающих устройств	ГОУ/3	ГОУ/4
Мощность отводящих тепловых потерь при превышении температуры масла над температурой воздуха 35 °С, кВт	540	748
Номинальный расход масла, м3/ч	265	350
Номинальный расход воздуха, м3/ч	76000	100000
Установленная мощность электродвигателей, кВт	42,3	54,8
Масса, кг	6900	8830
Габаритные размеры: длина х ширина х высота, мм	4852x1980x3500	6170х1980х350

 

1.2.5 Система охлаждения типа Ц.

Для мощных силовых масляных трансформаторов мощностью более 30 MB·А, устанавливаемых в гидроэлектростанциях, а также для электропечных трансформаторов применяется масловодяная система охлаждения Ц. Масляно-водяной охладитель серии Ц.

В зависимости  от конструкции трансформатора и  принятой схемы охлаждения обмоток, применяются два исполнения охлаждения: система охлаждения без направленного движения масла через обмотки; система охлаждения трансформатора с направленным движением масла через обмотки.