3.2. КОНТРОЛЬ ЗА ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕСУРСА ТРАНСФОРМАТОРОВ
В процессе эксплуатации трансформаторов необходимо знать степень износа изоляции, определяющую отношение фактического износа к нормативному (равен примерно 25 годам). Фактический износ трансформаторов практически неизвестен. Это объясняется тем, что трансформаторы не снабжены удобными в эксплуатации устройствами, контролирующими загрузку. Кроме того, большинство трансформаторов эксплуатируются на объектах, не имеющих постоянного дежурного персонала, поэтому представления об их загрузке недостоверны.
Из-за отсутствия обоснованного представления об износе изоляции персонал стремится завышать мощность трансформаторов. Это приводит к тому, что большинство трансформаторов имеют неоправданно низкую нагрузку, редко превышающую 0,3—0,6 от SНОм. В результате трансформаторный парк используется плохо, а капиталовложения — неэффективно.
Нагрузочный и температурный режимы мощных трансформаторов в настоящее время контролируется с помощью сигнализации перегрузки. Трансформаторы меньшей мощности оснащаются термометром, помещенным в специальное гнездо бака и контролирующим температуру верхних слоев масла.
Уставки защиты от перегрузки выбираются исходя из самых неблагоприятных условий температурных режимов, и не учитывают предшествующих нагрузок и условий охлаждения, зависящих от наружной температуры.
При контроле температуры верхних слоев масла, хотя и учитывается предшествующая нагрузка и условия охлаждения, однако нет возможности достоверно судить о главном факторе — температуре наиболее нагретой точки обмотки.
В случаях эксплуатации трансформаторов при наличии постоянного дежурного персонала, осуществляется визуальный контроль за их нагрузочным и температурным режимом. Однако большинство трансформаторов эксплуатируются в установках без постоянного надзора. В этих условиях отсутствует и визуальный контроль. Поэтому очень важен аппаратурный контроль температурного режима трансформаторов.
Температуру наиболее нагретой точки обмотки можно определить, применяя модель ее нагрева. Температура наиболее нагретой точки обмотки равна сумме температуры верхних слоев масла ΘΜ и перегрева Фн.н.т:
Установившееся значение перегрева Фн.н.т определяется из (3.7), а текущее значение перегрева изменяется по экспоненте по выражениям (3.9) и (3.10) с постоянной времени обмотки т0бм.
Температуру наиболее нагретой точки можно получить суммированием двух напряжений, одно из которых пропорционально температуре верхних слоев масла, а второе — перегреву . Для получения этих напряжений используются функциональные преобразователи. Напряжение, пропорциональное ΘΜ, можно получить датчиком, параметры которого зависят от температуры, например терморезистора, опускаемого в гнездо кожуха трансформатора, предназначенное для термометра. Напряжение, пропорциональное Фн.н.т, формируется при помощи функционального преобразователя, на вход которого подается относительная нагрузка. С его помощью воспроизводится выражение (3.7). Выходным напряжением преобразователя заряжается конденсатор С1 через резистор R5 с постоянной времени заряда т0бм. Суммарное напряжение образует величину, пропорциональную температуре наиболее нагретой точки обмотки.
Изменение нагрузки трансформатора сопровождается экспоненциальным изменением перегрева наиболее нагретой точки обмотки, суммируемым с температурой верхних слоев масла.
Структурная схема для определения использования ресурса трансформатора прибора приведена на рис. 3.10. Здесь R1— терморезистор; R2— R5 — резисторы; ПТ — преобразователь тока в напряжение; ИО — измерительный орган; С1 — конденсатор.
Измерительный орган ИО контролирует напряжение между точками а и b делителя, которое зависит от падения напряжения в терморезисторе Rlt являющегося функцией температуры, и напряжения, приложенного к конденсатору С1, представляющего собой перегрев обмотки. При изменении нагрузки трансформатора напряжение на конденсаторе С1 изменяется с постоянной времени R5C1, которая равна постоянной времени обмотки трансформатора.
Устройство, позволяющее определить температуру наиболее нагретой точки обмотки, можно использовать для вычисления степени износа изоляции трансформатора.
Из (3.1) следует, что износ
Для этого можно использовать функциональный преобразователь, выдающий число импульсов, пропорциональное износу.
Если каждый импульс фиксируется цифровым счетчиком, то
происходит суммирование показателя износа
за контролируемое время. Это позволяет судить о степени недоиспользования ресурса трансформатора и о целесообразности его замены на менее или более мощный. Такое устройство можно легко выполнить на микропроцессорной основе.
Рис. 3.10. Структурная схема прибора для определения использованного ресурса трансформатора
На рис. 3.11 приведены зависимости, характеризующие настройку интегратора, когда номинальному износу изоляции соответствует среднесуточное показание L.
При снятии показаний за месяц ресурс рабочих дней определяется учетом оценки снижения нагрузки выходных дней. При снятии сезонных показаний определяется среднесуточный показатель за сезон, который затем корректируется с учетом снижения нагрузки в выходные дни.
Мощные трансформаторы и автотрансформаторы связи целесообразно оснащать счетчиками использования ресурса. Для трансформаторов меньшей мощности, питающих потребительские участки электрической сети, на сетевых предприятиях целесообразно иметь переносные счетчики для периодического сезонного контроля.
Рис. 3.11. Зависимости LcpOoe от показаний интегратора N
В условиях отсутствия контроля L дутьевые вентиляторы крупных трансформаторов, имеющих системы охлаждения Д и ДЦ, включаются независимо от температуры масла и нагрузки.
Это приводит к нерациональному расходу электроэнергии, который на автотрансформаторах 125—200 MB-А достигает 150 тыс. кВт-ч/год.
При наличии устройства контроля L управления режимом охлаждения можно осуществлять рационально. Вентиляторы делятся на три группы. Первая, например, может включаться и отключаться при температурах 0М = 7О~75°С, вторая — при 75~80°С, а третья — при 90-f-95°C. Устройство контроля L может выполнять функцию защиты трансформатора от перегрузки, приводящей иногда к необратимым повреждениям изоляции. В этом случае уставку порогового элемента выбирают соответствующей предельно допустимой
температуре Θη.η.τ, которая достигается в аварийных режимах. Устройство может действовать на сигнал (при наличии персонала) и разгрузку отключением потребительских линий или трансформатора.
