Olie-nedsænkede transformatorer, som nøgleudstyr i strømdistributionssystemer til industri- og minevirksomheder og civile bygninger, påtager sig den vigtige opgave at reducere spændingen på 10(6)kV eller 35kV højspændingsnetværk til 230/400V busspænding for at imødekomme brugernes strømbehov. Denne type transformer er velegnet til AC 50(60)Hz strømforsyninger med en maksimal trefaset nominel kapacitet på 2500kVA og en maksimal enfaset nominel kapacitet på 833kVA (men enkeltfasede transformatorer anbefales generelt ikke). Den kan bruges indendørs eller installeres udendørs. For transformere med en kapacitet på 315kVA og derunder kan den endda installeres direkte på en stang. Desuden har den visse krav til miljøforhold, herunder omgivende temperaturområde, maksimal daglig gennemsnitstemperatur, maksimal årlig gennemsnitstemperatur, relativ luftfugtighed og højde. Hvis de faktiske brugsbetingelser ikke er i overensstemmelse med disse regler, skal der foretages passende kvotejusteringer i henhold til standarden GB6450-86.
1. Fase skelnen Olie-nedsænkede transformatorer kan opdeles i tre-fasetransformatorer og enkeltfasede-transformatorer. I tre-strømsystemer er tre-transformatorer det konventionelle valg. Men når kapaciteten er for stor, eller transportforholdene er begrænsede, kan tre enkeltfasede transformatorer bruges til at danne en transformerbank for at imødekomme efterspørgslen.
2. Viklingsklassifikation
Transformatorer kan klassificeres i to-viklingstransformatorer og tre-viklingstransformatorer baseret på antallet af viklinger. To-viklingstransformatorer er den almindelige type med to viklinger på deres kerne: den ene som primærviklingen og den anden som sekundærviklingen. Tre-viklingstransformatorer er typisk velegnede til større kapaciteter (over 5600 kVA), og disse transformere kan tilsluttes tre forskellige spændingstransmissionsledninger. Desuden anvendes i nogle specielle applikationer selv Satons transformere med flere viklinger.
3. Strukturel klassificering
Transformatorer kan klassificeres i transformatorer af kerne-type og transformatorer af skal-type baseret på deres strukturelle egenskaber. I transformatorer af kerne-type er viklingerne normalt viklet rundt om ydersiden af kernen, mens i transformatorer af skal-type er kernen placeret omkring viklingerne. Disse to typer transformere har små strukturelle forskelle, men deres arbejdsprincipper er ikke fundamentalt forskellige. I praksis er langt de fleste transformatorer, der almindeligvis anvendes i strømsystemer, af kerne-typen.
Derudover indeholder transformere også andre nøglekomponenter, såsom kernen, viklingerne, olietanken, oliekonservatoren, isolerende bøsninger, trinkoblere og gasrelæer, som tilsammen udgør transformatorens komplette struktur.
4. Kerne Som kernen i transformatorens magnetiske kredsløb spiller kernen en afgørende rolle. Under transformerdrift genererer kernen varme på grund af hysterese og hvirvelstrømstab. For effektivt at reducere dette varmetab og minimere transformatorens størrelse og vægt, bruges koldt-korn-orienterede siliciumstålplader med høj permeabilitet og en tykkelse på mindre end 0,35 mm typisk til at konstruere kernen. Baseret på arrangementet af viklingerne i kernen kan transformatorer desuden klassificeres i to typer: kerne-type og skal-type.
I transformatorer med stor-kapacitet er kernen normalt designet med dedikerede køleoliekanaler for at sikre, at varmen, der genereres af kernetab, effektivt føres bort af den isolerende olie under cirkulation og dermed opnår god afkøling.
5. Windings Vindingerne er en nøglekomponent i transformeren, ansvarlig for at konvertere elektrisk energi til magnetisk energi og derefter tilbage til elektrisk energi. I transformere er viklinger typisk konstrueret af isoleret kobber- eller aluminiumtråd for at reducere ledningstab. Samtidig bruges isoleringsmaterialer til at pakke og isolere viklingerne for at sikre isoleringsydelse og varmeafledning. Baseret på arrangementet af viklingerne i kernen kan transformatorer klassificeres i to typer: kerne-type og skal-type.
Vindingerne og kernen udgør tilsammen kernekomponenterne i en transformator. Under transformatordrift genererer viklingerne varme på grund af deres egen modstand eller kontaktmodstand ved leddene; dette fænomen kan forklares ved Joules lov.
Vindingerne er kritiske komponenter i en transformer, og deres korrekte funktion er afgørende for transformatorens ydeevne. Dog kan viklinger støde på forskellige problemer under drift. For det første genereres varme på grund af viklingernes egen modstand eller kontaktmodstand ved leddene, et fysisk fænomen afsløret af Joules lov. Derfor skal viklingerne undgå at føre strømme, der overstiger deres nominelle strøm i længere perioder for at forhindre overophedning. Ydermere, når en kort-strøm passerer igennem, genererer den en betydelig elektromagnetisk kraft på viklingerne, hvilket potentielt kan forårsage alvorlig skade på transformeren.
Der findes forskellige typer transformerviklinger, de mest grundlæggende er koncentriske og sammenflettede viklinger. De vigtigste fejl, som disse viklinger kan støde på, omfatter inter-drejningskortslutninger og kortslutninger til foringsrøret. Inter-svingkortslutninger kan være forårsaget af ældning af isoleringen, overbelastningsdrift eller mekanisk beskadigelse under gennem-kredsløbskortslutninger. Inter-drejningskortslutninger kan også opstå, når oliestanden i transformeren falder, hvilket medfører, at dele af viklingerne blotlægges over olieoverfladen. Samtidig kan overstrømmen under en gennemgående-kredsløbskortslutning deformere viklingerne, hvilket yderligere beskadiger isoleringen og dermed udløser en mellem-drejningskortslutning.
Når der opstår en kortslutning mellem-sving, kan strømmen i den kortsluttede-kredsløb overstige den nominelle værdi, men strømmen af hele viklingen kan stadig være inden for grænsen. I dette tilfælde kan gasbeskyttelsesanordningen aktiveres, og i alvorlige tilfælde kan differentialbeskyttelsesanordningen også gribe ind. Kortslutninger til huset kan også være forårsaget af ældning af isoleringen, oliefugtighed, fald i oliestanden eller lyn og driftsoverspændinger. Ydermere kan overstrømmen under en gennemgående-kredsløbskortslutning også forårsage viklingsdeformation, hvilket fører til en kortslutning til foringsrøret. Denne type kortslutning udløser normalt driften af gasbeskyttelsesanordningen og jordingsbeskyttelsesanordningen.
6. Olietank Kernekomponenterne i en olie-nedsænket transformer-vindingerne og kernen- er anbragt i en olietank fyldt med transformerolie. Denne type olietank er typisk svejset af stålplader og er designet til at give robust mekanisk beskyttelse og fremragende køling. For mellemstore og små transformere består tanken normalt af to dele: tankskallen og tankdækslet. Transformatorkroppen er anbragt inde i skallen, mens åbningen af tankdækslet letter inspektion og vedligeholdelse af kroppen.
Desuden kan transformere opdeles i to hovedkategorier baseret på deres isolering og kølemetoder: olie-nedsænket og tør-type. I olie-transformatorer nedsænkes kernen og viklingerne sammen i transformerolie, hvilket forbedrer isoleringsydelsen og optimerer køleforholdene. Ikke desto mindre bruges transformatorer af tørre-type også til visse specifikke applikationer, såsom gadebelysning og minebelysning.
1. Ikke-indkapslede olie-transformatorer, såsom S8-, S9- og S10-serien, bruges almindeligvis i industri- og minevirksomheder, landbrug og civilt byggeri.
2. Indkapslede olie-transformatorer, herunder modeller som S9, S9-M og S10-M, er særligt velegnede til komplekse miljøer med høje niveauer af olie og kemiske stoffer, såsom dem i olie- og kemisk industri.
3. Forseglede olie-transformatorer, såsom BS9, S9-, S10-, S11-MR, SH og SH12-M-serien, bruges i vid udstrækning til strømdistribution forskellige steder, herunder industri- og minevirksomheder, landbrug og civile bygninger.
Derudover er der transformere designet til specifikke formål, såsom højspændingstransformatorer til test, transformere til elektriske ovne, transformere til svejsning og transformere, der bruges i tyristorkredsløb. Spændingstransformatorer og strømtransformatorer til måleinstrumenter er også uundværlige.
en. Lav-spændingsviklingen af en olie-nedsænket transformer, medmindre der bruges kobberleder i en model med lille-kapacitet, bruger typisk et cylindrisk design med kobberfolievikling. Højspændingsviklingen bruger en cylindrisk struktur med flere-lag. Dette design hjælper med at opretholde en afbalanceret ampere-drejningsfordeling, reducerer lækageflux og forbedrer mekanisk styrke og kortslutningsmodstandsevne.
b. For at sikre stabilitet er både kernen og viklingerne sikret med selv-låsende møtrikker for at modstå stød under transport. Ydermere gør den kerneløse struktur det muligt for transformeren at modstå større transportchok.
c. Under fremstillingen gennemgår både spolerne og kernen vakuumtørring, og vakuumoliefiltrerings- og injektionsprocesser anvendes for at sikre, at indre fugtniveauer minimeres.
d. Olietanken har et genialt design med bølgeplader, som har en åndefunktion til at kompensere for olievolumenændringer forårsaget af temperaturvariationer, og dermed eliminere behovet for en oliekonservator og reducere transformatorens højde.
e. På grund af brugen af bølgeplader er transformatorolien isoleret fra udeluften, hvilket effektivt forhindrer indtrængen af ilt og fugt og derved opretholder fremragende isoleringsevne.
f. Sammenfattende sikrer disse designfunktioner tilsammen, at olie-nedsænkede transformere ikke kræver olieskift under normale belastningsforhold, hvilket reducerer vedligeholdelsesomkostningerne betydeligt og forlænger deres levetid væsentligt.
I situationer med et stort antal primære eller sekundære belastninger anbefales det at konfigurere to eller flere transformere. På denne måde kan kapaciteten af de resterende transformere, selvom en transformer afbrydes, opfylde de primære og sekundære belastningers effektbehov. Samtidig bør primære og sekundære belastninger koncentreres så meget som muligt for at undgå overdreven spredning.
Når sæsonbestemt belastningskapacitet er stor, anbefales dedikerede transformere. Eksempler omfatter klimaanlægs kølebelastninger og opvarmning af elektriske varmebelastninger i store civile bygninger. I applikationer med høj koncentreret belastning anbefales dedikerede transformere. Dette omfatter stort varmeudstyr, store røntgenmaskiner og lysbueovne.
Hvis belysningsbelastningen er stor, eller hvis deling af en transformer til strøm og belysning væsentligt påvirker belysningskvaliteten og pærens levetid, kan en dedikeret belysningstransformator installeres. Typisk deler strøm og belysning en enkelt transformer.
7. Driftsmiljø:
Under normale miljøforhold er transformatorer af både olie-nedsænkede og tørre-transformere levedygtige muligheder. Disse transformere er velegnede til industri- og minevirksomheder, uafhængige eller tilknyttede transformerstationer i landbruget og uafhængige transformatorstationer i boligområder. Tilgængelige transformermodeller inkluderer S8, S9, S10, SC(B)9 og SC(B)10. Endvidere skal temperaturens indvirkning på transformervalg tages i betragtning.
① Disse transformere kan opretholde langtids-stabil drift ved 220 grader.
② De kan nemt modstå kortvarige-høje-temperaturstød på 350 grader.
③ Disse transformere opretholder fremragende ydeevne uanset store temperaturvariationer eller luftfugtighedsudsving.
④ Ved 250 grader vil de ikke smelte, flyde eller understøtte forbrænding.
⑤ Endnu mere bemærkelsesværdigt vil disse transformere ikke frigive giftige eller ætsende gasser, selv ved ekstreme temperaturer op til 750 grader.
Desuden har disse transformere en fremragende belastningskapacitet, der er i stand til at opfylde strømkravene under forskellige komplekse driftsforhold.
Ved bestemmelse af kapaciteten af distributionstransformatorer skal kapaciteten af forskelligt elektrisk udstyr tages i betragtning, og belastningen beregnes (normalt eksklusive brandbeskyttelsesbelastning). Den kompenserede tilsyneladende kapacitet er det primære grundlag for valg af transformerkapacitet og antal. Typisk holdes transformatorens belastningsfaktor på ca. 85 %. Denne metode er relativt enkel og velegnet til kapacitetsvurdering.
I henhold til anbefalingerne fra GB/T17468-1998 "Selection Guidelines for Power Transformers" skal kapacitetsvalget af distributionstransformatorer kombineres med GB/T15164-94 "Load Guidelines for Oil-Immersed Power Transformers" eller GB/T17211-1998 baseret på Power-Typ-retningslinjer for D-transformere, beregnet belastning. De to ovennævnte retningslinjer giver computerprogrammer og normale cyklusbelastningsdiagrammer til mere præcist at bestemme distributionstransformatorernes kapacitet.
Transformerolie er begunstiget for sin fremragende isolering og varmeledningsevne, og prisen er relativt overkommelig.
Transformatorolie løser effektivt problemerne med varmeafledning og høj-spændingsisolering i transformatorer med stor-kapacitet.
Det har dog også nogle ulemper:
Transformerolie er brandfarlig; kontakt med en flamme kan potentielt forårsage forbrænding eller endda eksplosion, hvilket kræver omhyggelig håndtering.
Denne olie udgør en potentiel sundhedsfare, hvilket nødvendiggør passende beskyttelsesforanstaltninger under drift.
Transformerolie kræver regelmæssig professionel inspektion for at sikre dens stabile og sikre ydeevne.
Olie-transformatorer er kendetegnet ved dårlig tætningsevne og modtagelighed for ældning, hvilket kan føre til alvorlig olielækage på driftsstedet. Dette påvirker ikke kun udstyrets normale drift, men kan også have en negativ indvirkning på det omgivende miljø.
Olie-transformatorer har relativt lave isolationsklasser, typisk designet og fremstillet i henhold til klasse A-isoleringsstandarder. Derfor skal der lægges særlig vægt på deres levetidsvurdering under udvælgelse og brug.
Graden af polymerisation (DP) af transformatorisoleringsmaterialer er en nøgleindikator til måling af graden af isoleringsældning, og dens nøjagtighed og pålidelighed er bredt anerkendt. For at bestemme ældningsniveauet for transformere bruger vi typisk den gennemsnitlige polymerisationsgrad (DP) af det isolerende karton som standard. Følgende er vores kriterier: En gennemsnitlig DP mindre end 450 indikerer en levetidsgrad; en gennemsnitlig DP mindre end 250 indikerer en farlig grad.
1) Trækstyrkestandarder for levetid og fareklasser
I levetidsklassen bevarer det isolerende papir 60 % af dets oprindelige maksimale trækstyrke under eksterne kortslutningsforhold-. Når den farlige grad er nået, falder denne reststyrke til 15 %.
2) DP-fejlsandsynlighedsstandarder for japanske isolerende papirfibre
Når DP-værdien er større end eller lig med 450, er fejlsandsynligheden for den isolerende papirfiber 0; når DP-værdien er mellem 450 og 250, er fejlsandsynligheden omvendt proportional med DP-værdien, specifikt (450 - DP) / 200; og når DP-værdien er mindre end 250, er fejlsandsynligheden 1.
3) Formel til at estimere den resterende levetid for en transformer ved hjælp af gennemsnitlig DP
Vi kan estimere en transformers resterende levetid ved at bruge dens initiale gennemsnitlige DP-værdi (n0), den gennemsnitlige DP efter L år (nL) og antallet af år L. Den specifikke formel er: Resterende levetid (nL/n0)=(1 - r)L, hvor r er faldraten i den gennemsnitlige DP.
Under driften af en-olienedsænket krafttransformator overføres varmen, der genereres af viklingerne og kernen, først til transformatorolien og derefter gennem olien til kølemediet. Afhængigt af transformatorkapaciteten er der flere kølemetoder:
1. Naturlig oliecirkulationskøling, dvs. olie-nedsænket selvkøling-.
2. Naturlig oliecirkulationsluftkøling, dvs. olie-nedsænket luftkøling.
3. Tvungen oliecirkulation vandkøling.
4. Tvungen oliecirkulation luftkøling.
Disse er almindelige afkølingsmetoder for-olienedsænkede krafttransformatorer. At vælge den passende kølemetode baseret på det faktiske forbrug er afgørende.
1. Gældende anvendelsesområde: Velegnet til højder, der ikke overstiger 1000 meter, indendørs eller udendørs brug.
2. Miljøforhold: Stabil drift under forhold med maksimal omgivelsestemperatur +40 grader og maksimal daglig gennemsnitstemperatur +30 grad.
3. Temperaturområde: Årlig gennemsnitstemperatur +20 grader, minimumstemperatur -25 grader.
4. Tilpasning: Transformerløsninger til specielle driftsforhold kan leveres efter brugerbehov.
Dernæst vil vi dykke ned i fejlanalysen af disse kølemetoder i praktiske anvendelser.
Transformatorer kan støde på forskellige fejl under drift, herunder fejl i viklinger, bøsninger, trinkoblere og tilbehør såsom kerne og tank. Viklingsfejl manifesterer sig hovedsageligt som inter-svingkortslutninger, viklingsjording, fase-til-fasekortslutninger, åbne kredsløb og svejsefejl. Bøsningsfejl er normalt forårsaget af kalkopbygning, som nemt kan udløse overslag under kraftig tåge eller let regn, hvilket fører til en-fasejording eller fase-til-fasekortslutninger på højspændingssiden af transformeren. Ydermere er alvorlig lækage også et væsentligt problem, som kan være forårsaget af svejserevner, tætningssvigt, vibrationer under drift, ydre påvirkninger af tanken og korrosionsskader. Hvis der opdages lækage, skal transformeren straks lukkes ned for reparation og smøring. Samtidig skal trinkoblerfejl også overvåges nøje.