Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов (стр. 21 )

Согласно действовавшему до 1985 г. ГОСТ 14209—69* для трансформаторов с различными системами охлаждения установлены нормированные значения:

температуры охлаждающей среды υ;

превышения температуры масла над температурой охлаждающей среды (в верхних слоях масла - υм и в средней по высоте части трансформатора υм. ср);

превышения температуры обмотки в верхних слоях масла υобм. и в средней части трансформатора (средняя температура обмотки) υобм. ср;

температуры обмотки в наиболее нагретой υобм. н.н. т точке и соответствующего превышения температуры ∆обм. н.н. т;

превышения температуры в наиболее нагретой точке обмотки над средней температурой обмотки εср и над температурой обмотки в верхних слоях масла ε;

градиент превышения температуры обмотки над температурой масла g.

ГОСТ 14209—85 сохраняет математическую модель расчета температуры масла в верхних слоях, температуры наиболее нагретой точки обмотки и относительного износа изоляции, установленную ГОСТ 14209—69. Сохранены шестиградусное правило старения изоляции, максимально допустимые температуры масла в верхних слоях при систематических нагрузках (95 °С) и при аварийных перегрузках (115°С), нормированное (базовое) значение температуры обмотки в наиболее нагретой точке (98 °С). Сохранен также вид тепловой диаграммы трансформатора.

Установлены следующие ограничения на максимально допустимую температуру в наиболее нагретой точке обмотки:

160 "С — для аварийных перегрузок трансформаторов на 110 кВ и ниже;

140 °С — для аварийных перегрузок трансформаторов на 110 кВ и выше;

140 °С — для систематических нагрузок.

Максимально возможные систематические перегрузки — 1,5, аварийные — 2,0. Максимально допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки трансформаторов определяются по таблицам в зависимости от времени (длительности) перегрузки и соотношения начальной и повышенной нагрузок.

Тепловые диаграммы для трансформаторов с системами охлаждения М и Д, ДЦ и Ц при номинальных условиях даны на рис. 4.5.

При отклонении режима трансформатора от номинального возникает необходимость расчета температур обмотки и масла.

* ГОСТ 14209—85, введенный в действие (с 1 июля 1985 г.), несколько изменил методику определения допустимых нагрузок силовых масляных трансформаторов общего назначения.

Рис. 4.5. Тепловые диаграммы трансформаторов с различными системами

охлаждения: а — с системами М и Д; б — с системами ДЦ и Ц

Для трансформаторов справедливо соотношение

(4.2)

где Рм— потери мощности в трансформаторе.

При номинальном режиме потери

откуда, используя номинальную мощность трансформатора в относительных единицах, можно записать:

тогда

где Рхх — мощность холостого хода; Ркз — мощность короткого замыкания; d = Ркз/Рхх; — полная номинальная мощность в отн. ед.

Согласно ГОСТ 14209—69 и рекомендациям МЭК при расчетах нагрузочной способности трансформаторов принимают d = 5. Согласно рекомендациям МЭК в (4.2) можно принимать m = 0,9 Для трансформаторов с системами охлаждения М и Д и m = 1 для трансформаторов с системами охлаждения ДЦ и Ц.

Для превышения температуры обмотки в наиболее нагретой точке υобм. н.н. т над температурой масла υм справедливо соотношение

υобм. н.н. т ≈ ,

где— потери мощности в обмотке.

Поэтому

или

(4.3)

Температура обмотки в наиболее нагретой точке определяется аналогично:

Согласно рекомендациям МЭКn = 0,8 для трансформаторов с системами охлаждения М и Д и n = 0,9 для трансформаторов с системами охлаждения ДЦ и Ц.

ГОСТ 14209—69 на основании использования тока нагрузки и номинального тока трансформатора дает несколько иное соотношение:

Коэффициенты b и т для разных систем охлаждения следующие:

М Д ДЦ и Ц

b ………………………………………….1,1 1,1 1,31

m………………………………………………0,8 0,9 1,0

4.3. Нагрев трансформаторов при неравномерном графике нагрузки

При неравномерном графике нагрузки трансформатора его тепловой режим непрерывно изменяется, причем законы изменения температуры масла и температуры обмотки отличаются друг от друга, что объясняется их различной теплоемкостью и другими физическими факторами.

Пусть имеется двухступенчатый график нагрузки трансформатора (рис. 4.6, а). Превышение температуры масла (индексы «м» опущены) в верхних слоях можно исходя из рис. 4.6, б записать следующим образом:

(4.4)

Рис. 4.6. Нагрев масла трансформатора при многоступенчатом графике

нагрузки: а — график нагрузки; б — изменение температуры масла

где θ1у, θ2у, θ3у — установившиеся превышения температуры масла в верхних слоях соответственно при нагрузках трансформатора S1, S2, S3; Т— постоянная времени нагрева трансформатора; ∆t — промежуток времени нагрева при нагрузке S трансформатора.

Постоянная времени нагрева трансформатора равна отношению его полной теплоемкости Q к полной теплоотдаче QOM, которая в свою очередь равна отношению суммарных потерь в стали и меди трансформатора к установившемуся превышению температуры масла в верхних слоях θм. уст. ном, т. е

Для трансформаторов с медной обмоткой

для трансформаторов с алюминиевой обмоткой

гдеG0— масса обмотки, т; Gб. р — масса бака с радиаторами или охладителями, т; Gм — масса масла, т; GМАГН — масса магнитопровода, т.

Ориентировочно постоянные времени нагрева трансформаторов можно принять по табл. 4.1. Их значения мало изменяются от конструкции к конструкции, так как определяются массами сердечника и обмотки.

Для определения температуры масла при многоступенчатом графике нагрузки трансформатора (рис. 4.7) необходимо в общем случае составить систему из n уравнений (где n — число ступеней графика), аналогичную (4.4), и решить ее при условии, что θn = θ0.

Решение такой системы позволяет найти начальное превышение температуры масла θ0 и превышение температуры масла θχ в конце любой ступени χ:

где К, =;ti— интервал времени от начала графика нагрузки до конца i-и ступени;θiy— установившееся превышение температуры масла в верхних слоях при неизменной нагрузке, равной нагрузке i-го интервала; n — число ступеней графика нагрузки.

Постоянная времени нагрева обмотки значительно меньше постоянной времени нагрева трансформатора и составляет несколько минут. Поэтому можно считать, что температура обмотки в наиболее нагретой точке в моменты ступенчатого изменения нагрузки меняется также скачком от одного установившегося значения к другому, а далее изменяется соответственно изменению температуры масла (рис. 4.8).

Значение υобм. н.н. т определяется по выражению (4.3).

Таблица 4.1

Постоянные времени нагрева различных трансформаторов (ГОСТ 14209-69)

Система охлаждения трансформатора	Номинальная мощность трансформатора, MB • А	Постоянная времени нагрева, ч
М	0,001... 1,6 ...6,3	2,5 3,5
д	10... 32 40. ..63	2,5 3,5
дц, ц	100... 125 Более 125	2,5 3,5

Рис. 4.7. Нагрев масла трансформатора при многоступенчатом графике
нагрузки

Рис. 4.8. Нагрев масла и обмотки

трансформатора в наиболее нагретой точке при двухступенчатом графике нагрузки

4.4. Нагрузочная способность трансформатора

Силовые трансформаторы выпускаются в соответствии с рядом номинальных мощностей. Номинальная мощность трехфазного трансформатора определяется номинальным током и номинальным напряжением: