Капитальный ремонт магнитопровода трансформатора ТРДНС 25000/35

 

ВВЕДЕНИЕ

Передача электрической энергии на большом расстоянии от места ее производства до места потребления требует в современных сетях трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. Так, при напряжении на шинах электростанции 15,75 кВ в современной сети часто принимается следующая последовательность трансформаций напряжения с учетом падения напряжения на линиях передачи: 15,75 на 525 кВ; 500 на 242 кВ; 230 на 121 кВ; 115 на 38,5 кВ; 35 на 11 кВ; 10 на 0,4 или 0,69 кВ.

Необходимость распределения энергии между многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой последующей ступени с более низким напряжением в целях более свободного маневрирования энергией выбирается обычно большой, чем мощность предыдущей ступени более высокого напряжения. Вследствие этого общая мощность всех трансформаторов, установленных в сети, в настоящее время превышает общую генераторную мощность в 8-12 раз.

Трансформаторы используются не только при передаче и распределения электрической энергии в энергетических установках, а также и для разнообразных преобразований переменного тока в промышленных установках, в устройствах связи, радио, автоматики и т.п. В соответствии с этим номинальные мощности и напряжения трансформаторов, изготавливаемых на заводах электротехнической промышленности, колеблются в очень широких пределах.

  В зависимости от мощности, напряжения  и назначения меняется также  конструкция трансформаторов.

В настоящее время в электрических сетях находят применение трансформаторов серии ТРДНС.

 

Длительная нагрузка этой серии, ее широкое использование в народном хозяйстве, делает вопросы ремонта и технического обслуживания этих трансформаторов актуальной задачей.

Дипломный проект предусматривает капитальный ремонт магнитопровода трансформатора ТРДНС 25000/35.

Обеспечение  надежности электрических сетей осуществляется бесперебойной работой  силовых трансформаторов. Выход из строя силовых трансформаторов приводит к высоким техническим и экономическим издержкам в процессе эксплуатации электропитающих систем.

Актуальность темы «Капитальный ремонт магнитопровода трансформатора, типа: ТРДНС-25000/35 У1» определяется тем, что  одним из важнейших факторов, влияющих на надёжность функционирования силовых трансформаторов, является их эффективное охлаждение.

Цель дипломного проекта –Капитальный ремонт магнитопровода трансформатора ТРДНС-25000/35У1.

Объект  исследования -  силовой трансформатор ТРДНС-25000/35У1.

Дипломный проект состоит из введения, технологического раздела, расчетно-конструкторского раздела, специального раздела, экономического раздела, мероприятий по технике безопасности и охране труда, заключения, списка литературы. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы ее цель и задачи.

В расчетно-конструкторском разделе, произведены расчёты магнитопровода трансформатора ТРДНС 25000/35 У1 и определен КПД трансформатора. В специальном разделе изучена технология обслуживания трансформаторов средней мощности. В экономическом разделе составлена смета затрат на капитальный ремонт трансформатора, в технологическом разделе изучена технология капитального ремонта магнитопровода, сведения о послеремонтных испытаниях.

 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ О МАГНИТОПРОВОДАХ И СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

1. Магнитопровод трансформатора

Магнитной системой или магнитопроводом трансформатора называют комплект пластин электротехнической стали, предназначенных для локализации в магнитопроводе основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система, собранная с ярмовыми балками и другими крепежными деталями, называется остовом трансформатора, для крупных, трансформаторов отечественного производства изготавливают шихтованные магнитопроводы стержневой и броневой конструкции изображены на рисунке 1.

Рисунок 1. Типы магнитопроводов.

в магнитопроводе стержневого типа вертикальные стержни имеют ступенчатое сечение, вписывающиеся в круг. на них расположены две обмотки цилиндрической формы. части магнитопровода, не имеющие обмоток и служащие замкнутой цепи, называют ярмами.

в магнитопроводе броневого типа стержни расположены горизонтально и имеют прямоугольное поперечное сечение, соответственно этому  и обмотки такого магнитопровода имеют прямоугольную форму.

 

По способу соединения стержней с ярмами различают стыковую и шихтованную конструкцию стержневого магнитопровода. при стыковой конструкции стержни и ярма собирают раздельно, насаживают обмотки на стержни, а затем сверху приставляют верхнее ярмо, чтобы избежать замыкания пластин, между стыкующимися частями магнитопровода помещают прокладки из электрокартона. После установки верхневого ярма всю конструкцию прессуют и стягивают вертикальными шпильками.

При шихтованной конструкции стержни и ярма собирают в переплет, т.е разбивают по толщине на слои (обычно по два или три листа), составленные из отдельных пластин так, чтобы в каждом слое часть пластин стержня заходила в ярмо. При этом пластины одного слоя перекрывают стыки пластин смежного слоя. Преимуществом шихтованной конструкции, перед стыковой являются меньшая масса и большая механическая прочность, небольшие зазоры в местах стыков и ток холостого хода трансформаторов.

Однако при шихтованной конструкции усложняется сборка трансформатора: для насадки на стержни обмоток приходится сначало расшихтовать верхнее ярмо по отдельным слоям, а затем после насадки обмоток вновь зашихтовать. Эта работа трудоемка и очень ответственна, так как при недостаточно хорошем ее выполнение, могут ухудшиться характеристики трансформатора.

Если после зашихтовки окажутся увеличенными зазоры между пластинами ярма и стержня, это ухудшит условия для прохождения магнитного потока и увеличит ток холостого хода трансформатора. Если по каким либо причинам в ярмо будет уложено меньше пластин, чем это необходимо, уменьшится его поперечное сечение, следовательно, возрастет плотность магнитных силовых линий (магнитная индукция), увеличатся потери и ток холостого хода.

В последнее время в конструкции стержневых магнитопроводов внесены значительные изменения. Изменилась форма пластин, из которых собирается магнитопровод: вместо прямоугольных пластин часто применяют пластины, одна или две узкие стороны которых срезаны под углом 45с.

Косой стык конструкции магнитопроводов позволяет заметно уменьшить потери холостого хода за счет некоторого усложнения в изготовление.

Обмотки стержневого магнитопровода имеют в горизонтальном сечении форму окружности. Для лучшего использования площади круга поперечное сечение стержней магнитопровода также стремятся приблизить к кругу, однако круглое сечение стержней потребовало бы большого числа различных по ширине пластин стали, что значительно усложнила бы технологию изготовления. Поэтому сечение стержней делают многоступенчатыми.

Ярма магнитопровода трансформаторов с первого по третью габаритов, выпускающихся отечественными заводами еще совсем недавно, имели прямоугольную или Т-образную форму со ступенькой, обращенной в сторону «окна» магнитопровода. В новых конструкциях форма сечения ярма (для лучшего распределения магнитного потока) повторяет форму сечения стержня, да и сами стержни стали «полнее»: количество ступней увеличилось, следовательно, увеличилось и сечение активной стали в площади круга.

В последнее время получили широкое распространение конструкция бесшпилечных  магнитопроводов, существует довольно много конструкций бесшпилечных магнитопроводов отличающихся способом опрессовки стержней и ярем. Так у трансформаторов мощностью 250-630 кВ-А стержни затягивают временными струбцинами еще в горизонтальном положении сразу после сборки. При насадке обмоток (как правило, намотанных на бумажно-бакелитовом цилиндре) струбцины снимают, а между цилиндром и магнитопроводом устанавливают деревянные планки и клинья, жестко прессующие пластины стержня.

У трансформаторов большой мощности стержни прессуют стальными бандажами или бандажами из стеклоленты, чтобы избежать образования замкнутого витка, стальные бандажи выполняют с изолирующей пряжкой.

Бандажи из стеклоленты наматывают с помощью специального устройства, позволяющего равномерно укладывать ленту с необходимым для запрессовки стержня натягом.

Для прессовки ярем используют вынесенные за крайние стержни шпильки, стягивающие ярмовые балки или стальные полубандажи, охватывающие верхние и нижние ярма. В некоторых конструкциях ставят вместо полубандажей стальные шпильки, требующие, однако некоторого увелечения окна магнитопровода.

Полубандаж представляет собой стальную ленту шириной 40-60 мм и толщиной 4-6 мм. Для многих трансформаторов применяют прессовку обмоток нажимными кольцами, дело в том, что в процессе работы происходит постепенная усушка электрокартонных деталей обмоток, особенно если обмотки и активная часть трансформатора были недостаточно просушены при изготовлении.

Во время работы трансформатора между его обмотками и заземленными частями (например, баком) существует электрическое поле. Все маталлические части трансформатора находящимся в этом поле, заряжаются, т.е приобретают некоторый потенциал. Между заряженными деталями и заземленным баком возникают разности потенциалов. Несмотря на малую величину, они могут оказаться достаточными для пробоя небольших изоляционных промежутков, разделяющих металлические части.

Пробои нежелательны, так как они ведут к разложению и порче масла и всегда сопровождаются характерным треском, что вызывает сомнения в исправности изоляции трансформатора.

Поэтому магнитопровод заземляют, т.е придают им всем одинаковый потенциал бака. Заземляют ярмовые балки, все металлические крепления и детали, за исключением горизонтальных стяжных шпилек, потенциал которых всегда близок к потенциалу стали магнитопровода.

Заземление осуществляют с помощью медных лент, вставляемых между пластинами стали магнитопровода и закрепляемых другими концами на ярмовой балке. Верхнюю и нижнюю балки связывают связывают вертикально стяжными шпильками, а с заземленным баком трансформатора. Возможны различные схемы заземления металлических деталей: они зависят от конструкции магнитопровода, крепления активной части в баке, связи между отдельными деталями. В любом случае выполнении указаний о заземлении отдельных элементов конструкции трансформатора является обязательным.

2. Краткие сведения о трансформаторах с аналогичной системой охлаждения

Трансформаторы трехфазные силовые масляные двухобмоточные с расщепленной обмоткой НН серии ТРДНС предназначены для собственных нужд электростанции, в том числе АЭС. Классификация:

Трансформаторы классифицируются по номинальной мощности и классу напряжения и обмотки ВН. Остов трансформаторов стрежневой конструкции, изготовлен из холоднокатаной электротехнической стали с жаростойким покрытием. Конструкция остова шихтованная без отверстий в активной стали.

Стяжка стрежней выполняется стелобандажами, ярем, и полубандажами. Расположение обмоток НН-ВН-РО концентрическое. Изоляция между обмотками маслобарьерного типа.

Обмотка НН - винтовая. Части обмотки НН расположены по высоте стрежня остова и имеют изоляцию, соответствующую их классу напряжения.

 

Обмотка ВН непрерывная. Обмотка РО - спиральная, выполнена отдельным концентром. Обмотки выполнены из медного прямоугольного провода с бумажной изоляцией.

Отводы НН выполнены прямоугольными медными шинами, отводы ВН - изолированным гибким кабелем. Бак трансформаторов колокольного типа. Конструкция бака обеспечивает создание вакуума с остаточным давление 50 кПа и рассчитаны на избыточное давление 50 кПа.

Трансформаторы, транспортируются частично в демонтированном виде, в собственном баке с маслом, на железнодорожном транспортере.

Исходные данные: Номинальная мощность, - 25000 кВ-А, Напряжение кВт – НН – 6,3; ВН – 36,75; схема и группа соединения - Ун/Д-Д-11-11; Потери короткого замыкания – 115 кВт; Потери холостого хода – 16 кВт; Ток холостого хода – 0,35 %;напряжение короткого замыкания – 10 %.

Условия эксплуатации: Высота над уровнем моря, не более 1000 м, температура окружающего воздуха, °С от -45° до +40°С.  Требования техники безопасности ГОСТ 11677- 85. В таблице 1 указаны габаритно – весовые качества трансформатора.

Таблица 1. Габаритно-весовые качества трансформатора.

Масса масла	Масса полная	Длина	Ширина	Высота полная
12550	46000	5650	3350	5100

 

3. Повреждения магнитопровода трансформаторов и их причины

Наиболее распространенная неисправность у трансформаторов, возникает при повреждении магнитопровода (пожар стали), вследствии нарушения изоляции между отдельными листами стали и стягивающимся их болтами.

 

Повышенная вибрация магнитопровода:

Ненормальное гудение; дребезжание; жужжание, у шихтованного магнитопровода, недопустимое гудение у стыкового магнитопровода. Местное повреждение изоляции пластин стали, вызывающее замыкание пластин стали, а также неправильное заземление, создающее короткозамкнутый контур. Междувитковые замыкания в обмотках и секционные пробои и замыкания возникают при толчкообразных нагрузках или коротких замыканиях.

И в результате деформации секций от механических усилий, при коротких замыканий и при повреждении изоляции трансформатора от атмосферных перенапряжений. Обрывы заземления магнитопровода также приводят к повреждению трансформатора, поэтому все металлические части магнитопровода, кроме стяжных шпилек, соединяют с баком трансформатора, который надежно заземляется.

 

2. РАСЧЕТНО - КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

1. Расчет магнитопровода трансформатора

Целью расчета является получение заданных выходных параметров трансформатора (для сети с частотой 50 Гц) при его номинальных габаритов и массе.

Расчет трансформаторов целесообразно начинать с выбора магнитопровода.

Для малых мощностей, от единиц до десятков Вт, наиболее удобны броневые трансформаторы. Они имеют один каркас с обмотками и просты в изготовлении.

Трансформатор с кольцевым сердечником (тороидальной) может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, тороидальные являются вместе с теми наименее технологическими (удобными) в изготовлении.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

- Напряжение первичной обмотки  U1 - 35 В

- Напряжение вторичной обмотки  U2 – 3,5 В

- ток вторичной обмотки I2 – 10 А

- Мощность вторичной обмотки: P2= I2 * U2 = 3,5*10=35 кВ.

Если обмоток много, то мощность, отдаваемая трансформатором, определяется суммой всех мощностей вторичных обмоток, (Pвых).

Размеры магнитопровода выбранной конструкции, необходимые для получения от трансформаторов заданной мощности, могут быть найдены на основании формулы (1).

 

    

Где:

Sст – Сечение стали магнитопровода в месте расположения катушки;

Sок – Площадь окна в магнитопроводе;

Bmax – Магнитная индукция, см. таблицу 2.

J - плотность тока, см. таблицу 3;

Kок – коэффициент заполнения окна, см. таблицу 4;

Kст – коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. таблицу 5;

Величины электромагнитных нагрузок Bmax  и J зависят от мощности, снимаемой со вторичной обмотки цепи трансформатора, и берутся для расчетов из таблиц 2 и 3.

Таблица 2- Магнитная индукция.

Конструкция магнитопровода	Магнитная индукция Вmax; Тл; при Рвых.
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая-пластичная    )	1,1-1,3	1,3	1,3;1,3	1.35	1,35-1,2
Броневая- ленточная	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
Кольцевая	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Таблица 3 - Плотность тока.

Конструкция магнитопровода	Плотность тока J; При Рвых;
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая-пластичная    )	3,9-3,0	3,0-2,4	2,4-2,0	2,0-1,7	1,7-1,4
Броневая- ленточная	3,8-3,5	3,5-2,7	2,7-2,4	2,4-2,3	2,3-1,8
Кольцевая	5-4,5		4,5-3,5	3,5	3,0

 

Коэффициент заполнения окна Кок, приведен в таблице 4, для обмоток, выполненных проводом круглого сечения с эмалевой изоляцией.

Коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью Кст зависит от толщины стали, конструкции магнитопровода (Пластиночная, ленточная) и способа изоляции пластин или лент друг от друга. Величина коэффициента Кст для наиболее часто используемой толщины пластин может быть найдена из таблицы 5.

Таблица 4 - Коэффициент заполнения окна.

Конструкция магнитопровода	Рабочее напряжение(Вт)	Коэффициент заполнения окна Кок при Рвых
		5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневая-пластичная	До 100	0,22-0,29	0,29-0,30	0,30-0,32	0,32-0,34		0,34-0,38
	100-1000	0,19-0,25	0,25-0,26	0,26-0,27	0,27-0,30		0,30-0,33
Броневая-ленточная	До 100	0,15-0,27	0,27-0,29	0,29-0,32	0,32-0,34		0,34-0,38
	100-1000	0,13-0,23	0,23-0,26	0,26-0,27	0,27-0,30		0,30-0,33
Кольцевая	-	0,18-0,20		0,20-0,26	0,26-0,27		0,27-0,28

 
Таблица 5- Коэффициент заполнения Кст

Конструкция магнитопровода	Коэффициент заполнения Кст при толщине стали
	0,08	0,1	0,15	0,2	0,35
Броневая - пластичная    )	-	0,7(0,75)	-	0,85(0,89)	0,9(0,95)
Броневая - ленточная	0,87	-	0,90	0,91	0,93
Кольцевая	0,85		0,88

 

 

Примечание:

1. Коэффициенты заполнения для пластичных сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой.
2. Коэффициент заполнения окна, для ленточных магнитопроводов указаны при: изготовлении их методом штамповки и гибки ленты.
3. Определив величину Scт*Sок можно выбрать необходимый линейный размер магнитопровода, имеющий соотношение площадей не менее, чем получено в результате расчета.
4. Величину номинального тока первичной обмотки находим по формуле(2).

j

 

 

Где величина и cos j трансформатора, входящие в выражение, зависят от мощности трансформатора и могут быть ориентировочно определены по таблице 6.

Таблица 6- Суммарная мощность вторичных обмоток.

Величина	Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых.
	2-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
h-Броневой ленточный	0,5-0,6	0,6-0,8	0,8-0,9	0,90-0,93	0,93-0.95
	0,76-8,88		0,88-0,92	0,92-0,95	0,95-0,96
Cos j	0,85-0,90	0,90-0,93	0,93-0,95	0,95-0,93	0,93-0,94

Токи вторичных обмоток обычно заданы, теперь можно определить диаметр проводов в каждой обмотке без учета толщины изоляции.

 

 

Сечение провода в обмотке (3).

 

 

 

Диаметр провода в обмотке(4).

 

 

 

Выбираем ближайшие диаметры провода из ряда стандартных размеров, выпускаемых промышленностью 0,64 и 2 мм, типа ПЭВ или ПЭЛ.

 

 

 

Где n, номер обмотки,

А U, падение напряжения в обмотках, выраженное в процентах, от номинального значения, см. таблицы 8,9. Следует отметить, что данные для U- приведенные в таблице 8, для многообмоточных трансформаторов требуют уточнения.

 

Рекомендуется принимать значения аU для обмоток, расположенных непосредственно на первичной обмотке на 10,20% меньше, а для других наружных обмоток на 10,20 % больше указанных в таблице 9.

В тороидальных трансформаторах относительная величина полного падения напряжения в обмотках значительно меньше по сравнению с броневыми трансформаторами. Это следует учитывать при определении числа витков обмоток – значения аU берутся из таблицы 8.

Таблица 7 - Суммарная мощность вторичных обмоток.

Конструкция броневая, величина aU	Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых.
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
aU1    )	20-13	13-6	6-4,5	4,5-3	3-1
aU2	25-IS	IS-10	10-8	8-6	6-2

 
Таблица 8 - Суммарная мощность вторичных обмоток.

Конструкция кольцевая, величина aU .	Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых.
	5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
aU1    )	7	6	5	3,5	2,5
aU2	7	6	5	3,5	2,5

 

 

2. Расчет КПД трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением активной мощности, отдаваемой в нагрузку, Р2 к активной мощности, потребляемой трансформатором из сети, Р1.

 

Где:

DРст- Потери в магнитопроводе (постоянные)

DРэл – Потери в обмотках, зависящие от тока нагрузки.

Величина DРст определяется по данным режима опыта холостого хода трансформатора. Трансформатор в режиме холостого хода потребляет из сети, главным образом, реактивную мощность на создание магнитного потока в магнитопроводе. Активная мощность Р0 относительно невелика и обусловлена потерями от вихревых токов и на гистерезис в стали магнитопровода.

Р0=U1н I0 cosj1                                                (7)

Величина DРэл определяется в опыте короткого замыкания. В этом опыте вторичная обмотка замыкается накоротко, на первичную обмотку подается пониженное напряжение U1 к такой величине, чтобы токи в обмотках трансформатора были равны номинальным I1 и I2, в этом случае регистрируемая ваттметром активная мощность Рк, равна (без учета потерь DРст »0). Электрическим потерям в обмотках D Рэл н, соответствующим режиму.

Рк=DРэл=U1n I1n cos j1k                                                         (8)

 

В номинальном режиме КПД трансформатора определяется формулой

hbjbjb

Где:

b- коэффициент загрузки трансформатора.

Полностью нагруженные трансформаторы имеют ориентировочно следующие КПД, мощность снимаемая с трансформатора= коэффициент полезного действия.

10-20 Вт – 65-75% (0,65 – 0,75)

20-50 Вт – 70-80% (0,70 – 0,80)

50-100 Вт – 75-85% (0,75 – 0,85)

100-200 Вт – 82-88%(0,82 – 0,88)

200-500 Вт – 85-90%(0,85 – 0,90)

500-1000 Вт – 90-95 % (0,90 – 0,95)

Расчет КПД:

Исходные данные:

Номинальная мощность Sном=25000 кВ*А

Потери холостого хода P0=16 кВт,

Потери короткого замыкания Рк=115 кВт

соs2=0,8

Определить наибольшее значение КПД, для трехфазного трансформатора.

Решение:

Коэффициент нагрузки трансформатора при максимальном КПД см. формулу 10.

b=Ö                                              (10)

КПД трансформатора определяем по формуле 11.

 

hbbb

h

 

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1. Анализ исходных данных, разработка технического задания и решения на восстановление, капитальный ремонт.

В ремонт сдан трансформатор ТРДНС 25000

Признаки неисправности: повышенная вибрация магнитопровода

Признаки повреждения: Ненормальное гудение; дребезжание; жужжание; у шихтованного магнитопровода, недопустимое гудение у стыкового магнитопровода.