I. Введение

Дальнейший рост производства и повышение производительности труда на предприятиях невозможны без комплексной механизации и автоматизации, основной энергетической базой которых является электрификация.

При сооружении новых и реконструкции действующих предприятий выполняется большой объем работ по монтажу электротехнического оборудования и электроустановок. Электромонтажные работы — завершающий этап строительства, определяющий сроки ввода объектов в эксплуатацию. Высокое качество электромонтажных работ — одно из важных средств обеспечения ритмичной, производительной и безопасной работы электроустановок и технологических машин. Совершенствование электромонтажных работ требует внедрения новой техники, современных средств механизации, передовой монтажной технологии, высокой организации труда.

Требуемая надежность электроустановок, их сохранность, сокращение неплановых простоев технологических звеньев, а также обеспечение высоких технико-экономических показателей определяются уровнем и правильной их эксплуатацией. Поэтому организация ремонтных работ и правильный профилактический уход за электроустановками имеют важное значение. Для этого организуется планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта — комплекс взаимосвязанных положений и норм, определяющих организацию и порядок проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту изделий для заданных условий эксплуатации. Сущность ее положений заключается в систематическом, заранее запланированном выполнении установленных видов технического обслуживания и плановых ремонтов.

Решение задач организации правильного монтажа, технического обслуживания и ремонта электротехнических изделий в значительной электротехнического персонала, который должен обладать глубокими знаниями и практическими навыками в области монтажа и эксплуатации электроустановок.

Введение

II. Основная часть

2.1. Описание установки

Трансформаторная подстанция — электроустановка, предназначенная для приема, преобразования (повышения или понижения) напряжения в сети переменного тока и распределения электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сельских, поселковых, городских, промышленных объектов. Состоит из силовых трансформаторов, распределительного устройства РУ, устройства автоматического управления и защиты, а также вспомогательных сооружений.

Трансформаторные подстанции классифицируются на повышающие и понижающие. Повышающие трансформаторные подстанции (сооружаемые обычно при электростанциях) преобразуют напряжение, вырабатываемое генераторами, в более высокое напряжение (одного или нескольких значений), необходимое для передачи электроэнергии по линиям электропередачи (ЛЭП). Понижающие трансформаторные подстанции преобразуют первичное напряжение электрической сети в более низкое вторичное.

Конструктивное выполнение трансформаторных подстанций весьма разнообразно и зависит от многих исходных данных: назначения, места расположения, мощности, напряжения питающей сети и потребителей, которых питает подстанция, категории потребителей, конструктивного выполнения линий (кабельные или воздушные) и др.

Н

Основная часть

а рис. 1 показана отдельно стоящая закрытая трансформаторная подстанция (ЗТП) с двумя трансформаторами 1 мощностью 630 кВА для питания маломощных потребителей железнодорожных станций и узлов. Схема данной подстанции приведена на рис. 2. Подстанция имеет РУ-10 кВ, состоящее из камер 2 серии КСО, установленными в два ряда с одним коридором обслуживания. Распределительный щит 0,4 кВ, расположен в помещении между помещениями трансформаторов и РУ-10 кВ. РУ-0,4 кВ выполняется из ячеек 3 серии Щ0-70. Соединение трансформаторов с РУ-0,4 кВ осуществляется плоскими шинами 4, которые проходят через проемы в стене, отделяющей помещения трансформаторов от помещения РУ-0,4 кВ. Соединение трансформаторов с РУ-10 кВ осуществляется кабелями. В помещении РУ-0,4 кВ предусматривается установка панели уличного освещения, групповые щитки электроосвещения, обогрева и вентиляция, щиты счетчиков линий и трансформаторов 6. Разрядники РВН-1У1 5 располагаются в помещениях трансформаторов и присоединяются к вводам 0,4 кВ. В случае отсутствия перехода кабельных линий 0,4 кВ на воздушные, установка разрядников РВН-1У1 не требуется. Крепление оборудования и конструкций осуществляется с помощью дюбелей, болтов и электросварки к закладным деталям в стенах и полу, предусмотренным в строительной части подстанции. Подстанции, показанной на рис., можно присвоить в соответствии с типовым проектированием условное обозначение:

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) поставляются заводами-изготовителями в полностью собранном виде, подготовленными для монтажа на месте установки. Они используются в постоянных и временных электроустановках железнодорожных, Промышленных и сельскохозяйственных предприятий, так как транспортабельны и просты для монтажа и демонтажа. КТП изгоняются для внутренней (КТПВ) и наружной (КТПН) установки; они могут быть закрытыми и открытыми.

В КТПВ и закрытых КТПН, у которых все оборудование и токоведущие части находятся внутри корпуса, предусматривается установка одного или двух трансформаторов мощностью не более 1 МВА с первичным напряжением 6-10 кВ и вторичным — 0,4/0,23 кВ. В открытых КТПН устанавливаются трансформаторы мощностью до 10 МВА с первичным напряжением от 6-10 до 220 кВ и вторичным напряжением 6-10 или 0,4/0,23 кВ.

Н

Основная часть

а рис. 2 показана КТПН на 10/0,4 кВ с трансформаторной мощностью до 100 кВА. Схема этой подстанции приведена на рис. 1. Подстанция может быть размещена на сравнительно небольшой площадке. Такие КТПН нашли широкое применение для питания железнодорожных потребителей, расположенных вдоль электрифицированных на постоянном токе железных дорог.

Рис. 1. Закрытая двух трансформаторная подстанция с первичным напряжением 10 кВ

Р

Основная часть

ис. 2. Комплектная трансформаторная подстанция наружной установки на напряжение 10/0,4 кВ

Они присоединяются глухими отпайками к линии продольного электроснабжения, проложенной на опорах контактной сети. Ввод от воздушной линии в высоковольтный шкаф осуществляется через проходные изоляторы (вводы) 1. Внутри шкафа смонтирован разъединитель 2 и трубчатые предохранители 3. Подключение к высоковольтному вводу 8 трансформатора 9 производится шинами 6 через проходные изоляторы 4. Над трансформатором 9 размещается металлический кожух 5, защищающий от атмосферных осадков и механических воздействий. Низковольтные вводы 7 трансформатора подключены к распределительному шкафу 0,4 кВ жесткими шинами прямоугольного сечения через проем в стенке Шкафа. Общий рубильник 12 и предохранители 14 установлены на вводе 0,4 кВ. Счетчики активной энергии 13 подключены к трансформаторам тока на вводе-0,4 кВ. Рубильники 11 и предохранители 10 отходящих линий 0,4 кВ размещаются в распределительном шкафу 0,4 В. Отходящие линии могут быть воздушные и кабельные. Защита КТПН от атмосферных перенапряжений осуществляется разрядниками 15, подключаемыми проводами к вводам 1.

Р

Основная часть

ис. 3. Комплектная трансформаторная подстанция наружной установки на напряжение 110 кВ

Открытая комплектная трансформаторная подстанция наружной установки на напряжение 110 кВ приведена на рис. 3. Схема этой подстанции рассмотрена в параграфе 6.1 и представлена на рис. 4. Эта подстанция состоит из трансформатора 7 (см. рис. 3) с первичной обмоткой на напряжение 110 кВ и вторичной на напряжение 10 кВ, КРУН, а 9, который соединяется с трансформатором закрытым токопроводом ввода 8. Трансформатор защищается от КЗ выхлопным предохранителем 4, а от перенапряжений — разрядником 5, подключенным к ошиновке 6, и огражден сетчатым забором высотой 2 м. На железобетонной опорной П-образной конструкции   установлены молниеотвод  и разъединитель 2, к поперечной балке, соединяющей опоры, через гирлянды изоляторов крепятся провода ввода 110 кВ. На одной фазе ввода установлена аппаратура высокочастотной связи 1. Вся подстанция ограждена забором 10 высотой 2,4 м. По периметру расположены шесть светильников, закрепленных на опорах забора. С одной стороны подстанции выполнен въезд для автотранспорта и проход для персонала.

Основными электрическими характеристиками силовых тран­сформаторов являются: номинальные напряжения обмоток выс­шего "(ВН), среднего (СН) и низшего (НН) напряжений, кв; номинальная мощность, ква; номинальные токи обмоток, а; группа соединения обмоток и напряжение короткого замыкания, %.

Номинальным первичным называют междуфазное напряжение, которое необходимо подвести к первичной обмотке, чтобы на разомкнутых выводах вторичной обмотки получить номинальную величину вторичного напряжения.

Номинальным вторичным называют междуфазное напряжение, получаемое на выводах вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора, если к первичной обмотке под­ведено первичное номинальное напряжение.

Отношение номинальных напряжений первичной и вторичной обмоток называют коэффициентом трансформации.

П

Основная часть

ервичные обмотки отечественных трансформаторов изго­товляют на все номинальные напряжения от 0,127 до 500 кв, а вторичные — от 0,133 до 525 кв; в том числе обмотки СН — на 38,5 и 121 кв.

Номинальной мощностью трансформатора называют условную расчетную мощность, которую трансформа­тор, установленный на открытом воздухе, может непрерывно отдавать в течение всего срока службы при номинальных темпе­ратурных условиях окружающей среды. Температурные условия выбирают из расчета максимальной температуры окружающего воздуха ( + 35°С) и среднегодовой ( + 5°С).

Трехфазные двухобмоточные силовые трансформаторы изго­товляют на номинальную мощность от 20 до 70 000 кВА; трех­фазные трехобмоточные — от 5600 до 40 000 кВА; однофазные трехобмоточные — от 10 500 до 90 000 кВА в единице.

Если температурные условия окружающей среды отличаются от номинальных, то для обеспечения нормального срока службы трансформатора его номинальная мощность должна быть изме­нена.

Нагрев трансформатора определяется степенью нагрева его обмоток токами нагрузки и потерями в магнитопроводе, темпе­ратурными условиями окружающей среды, а следовательно, и условиями теплоотдачи.

Металлические части трансформатора могут длительное время выдерживать высокие температуры нагрева. Изоляция обмоток, от стойкости которой главным образом зависит надеж­ность работы трансформатора, при нагреве постепенно изнаши­вается, стареет. По мере старения изоляция становится менее прочной, в результате этого трансформатор может выйти из строя.

Срок службы изоляции зависит от температуры ее нагрева: чем выше температура, тем при прочих равных условиях меньше срок службы изоляции.

Для трансформаторов принята такая допустимая темпера­тура нагрева изоляции обмоток, при которой срок службы трансформатора продолжается около 20 лет.

П

Основная часть

ревышение температуры обмоток трансформаторов над температурой охлаждающей среды должно быть не более 70° С. Следовательно, при максимальной температуре окружающего воздуха ( + 35° С) нагрев обмоток трансформатора будет состав­лять: 70 + 35= 105° С.

Нормировано также превышение температуры верхних слоев масла у крышки трансформатора над температурой окружаю­щего воздуха. При температуре окружающего воздуха 35° С температура масла не должна превышать 95° С.

Правилами технической эксплуатации электростанций и се­тей рекомендуется в нормальных условиях не допускать нагрева верхних слоев масла трансформаторов выше 85° С. Такой режим работы предупреждает ускоренное старение масла.

При эксплуатации трансформатор в течение суток нагру­жается неравномерно, причем значительную часть суток его нагрузка меньше номинальной. В то же время изменяется и тем­пература окружающей среды. Поэтому можно, не уменьшая срока службы трансформатора, допускать его работу с некото­рой перегрузкой. Допустимые перегрузки трансформаторов оп­ределяются соответствующими инструкциями.

Номинальные токи первичной и вторичной обмоток определяют по номинальной мощности трансформатора и номи­нальным напряжениям соответствующих обмоток:

Схемы и группы соединения обмоток опреде­ляют угол сдвига фаз между первичными и вторичными напря­жениями трансформатора.

Начала обмоток трех фаз высшего напряжения обозначают буквами Л, В и С, а их концы — X, У, Z. Начала обмоток трех фаз низшего напряжения обозначают буквами а, Ь и с, а их концы — х, у и г.

К

Основная часть

аждая из трехфазных обмоток трансформатора может быть соединена в звезду или треугольник, при этом в звезду могут быть соединены как начала, так и концы обмоток. В треуголь­ник соединяют конец первой фазы с началом второй, конец вто­рой с началом третьей и конец третьей с началом первой. Но соединение в треугольник может быть выполнено и в ином по­рядке: путем соединений начала первой фазы с концом второй, начала второй с концом третьей и т. д. Та или иная комбинация соединения обмоток высшего и низшего напряжений трехфаз­ного трансформатора создает определенный угол сдвига фаз междуфазных напряжений первичной и вторичной обмоток. В соответствии с этим трансформаторы могут быть разбиты на 12 групп соединений.

Трехфазные двухобмоточные трансформаторы с обмотками, соединенными по схеме «звезда — звезда с выведенной ней­тралью» (Y/Yo), относят к 12-й группе и изготовляют на номи­нальное напряжение обмоток низшего напряжения 230/133 или 400/230 в (т. е. для четырехпроводных сетей).

Во всех остальных случаях эти трансформаторы изготовляют с обмотками, соединенными по схемам: «звезда — треугольник» (Y/A) или «звезда с выведенной нейтралью — треугольник» (Yo/Д) и относят к 11-й группе соединения.

Трехфазные трехобмоточные трансформаторы изготовляют со схемой соединения обмоток: «две звезды с выведенными ней­тралями — треугольник» (Y_o/Y_o/A), что соответствует группе соединения 12—11.

Обмотки однофазных трансформаторов, включаемых в трех­фазные группы, соединяют по схеме «звезда — треугольник» (Y/A) или «две звезды с выведенными нейтралями — треуголь­ник» (Yo/Yo/A).

На рис. 4 приведены стандартные схемы соединения трех­фазных трансформаторов. Другие группы соединения обмоток трансформаторов применяют лишь в специальных случаях.

Н

Основная часть

апряжение короткого замыкания, обозначае­мое на паспорте трансформатора U_K, определяет то напряже­ние, которое надо приложить к одной из его обмоток (другая замкнута накоротко), с тем чтобы в этих обмотках установи­лись номинальные токи. Величина U_K выражается в процентах от номинального напряжения и в зависимости от конструкции.

Рис. 4. Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов мощности и напряжения трансформатора колеблется в преде­лах от 5,5 до 17%. Чем выше номинальная мощность и номи­нальное напряжение трансформатора, тем больше его U_K.

У

Основная часть

стройство и конструкция силовых трансформаторов. Силовой масляный трансформатор состоит из двух основных частей: внутренней выемной части (магнитопровод с обмотками и относящиеся к нему устройства); наружной части (стальной бак с крышкой, маслорасширитель, вводы, охлаждающие устройства, защитные, транспортно-такелажные и другие приспособления).

Магнитопровод трансформатора собирают из листов специ­альной электротехнической стали. Отдельные листы магнитопровода изолируют друг от друга тонкой бумагой или пленкой лака.

Обмотки трансформаторов выполняют в виде цилиндриче­ских катушек из изолированного медного или алюминиевого про­вода круглого или прямоугольного сечения. На стержне магнитопровода обмотки расположены концентрически; обмотка высшего напряжения находится снаружи.

Обмотки высшего напряжения двухобмоточных трансформа­торов, а также обмотки 35 кВ трехобмоточных трансформаторов имеют специальные катушки, расположенные в середине об­мотки, служащие для регулирования напряжения путем изме­нения коэффициента трансформации. Ответвление от регулиро­вочных катушек выполнено в виде петель, к которым припаяны отводы, идущие к переключателю. Трансформаторы напряже­нием до 35 кВ включительно и мощностью до 5600 кВА имеют ответвления для двух дополнительных ступеней напряжения: ±5%; трансформаторы напряжением ПО кВ и все трансформа­торы мощностью 7500 кВА — для четырех дополнительных сту­пеней напряжения: ±5; ±2,5%.

Регулировочные ответвления используют для обеспечения на вторичной обмотке понижающего трансформатора напря­жения, близкого к номинальному, когда подводимое первичное напряжение несколько отличается от номинального. Регулиро­вочные ответвления используют и для компенсации падения напряжения при нагрузке как понижающего, так и повышаю­щего трансформаторов. Практически регулировка в пределах ±5% является достаточной, так как номинальное вторичное на­пряжение трансформатора обычно бывает выше номинального напряжения электроприемников на 5—10%.

П

Основная часть

ереключение с одного ответвления на другое для изме­нения коэффициента трансформации можно производить только при полном отключении трансформатора от сети как со сто­роны высшего, так и со стороны низшего напряжения.

В ряде случаев мощные трансформаторы имеют устройство для автоматического регулирования напряжения под нагрузкой, что обеспечивает постоянство вторичного напряжения в любой момент времени работы трансформатора.

Для ручного изменения ко­эффициента трансформации и регулирования напряжения трансформатора служит пере­ключатель, приводная ручка ко­торого находится на крышке бака, а сам переключатель — внутри бака (под крышкой).

При четырехступенчатой ре­гулировке (±5%; ±2,5%) на каждую фазу устанавливают отдельный переключатель, вклю­чаемый по схеме, приведенной на рис. 5. При двухступенча­той регулировке (±5%) приме­няют один общий переключатель.

Регулирование напряжения под нагрузкой осуществляют либо изменением коэффициента трансформации самого транс­форматора при помощи встро­енных регуляторов, либо вклю­чением в цепь обмоток силового трансформатора так называе­мых вольтодобавочных трансформаторов.

Встроенные регуляторы напряжения под нагрузкой приво­дятся в действие электродвигателем, управляемым двумя кон­такторами по реверсивной схеме. Включение каждого контактора и пуск двигателя осуществляют Дистанционно кнопками со щита управления или же автоматически от реле напряжения. Враща­ясь в одну сторону, двигатель переключает контакты встроенного переключателя на увеличение числа витков соответствующей об­мотки трансформатора; вращаясь же в другую сторону, он пере­ключает контакты переключателя на уменьшение числа витков этой же обмотки трансформатора.

Баки силовых трансформаторов имеют овальную форму и в зависимости от мощности выполняются гладкими, трубчатыми (рис. 6) и со съемными трубчатыми радиаторами (рис. 7).

П

Основная часть

ри форсированном воздушном охлаждении внутри каждой секции трубчатых радиаторов устанавливают по два вентиля­тора (см. рис. 7).

Рис. 5. Схема переключателя че­тырехступенчатой регулировки на­пряжения трансформатора

Р

Основная часть

ис. 6. Силовой трехфазный трансформатор ТМ-10 с естественным масляным охлаждением: 1 — бак с трубчатыми радиаторами, 2 — крышка бака. 3 — выводы обмоток высшего напряжения, 4 — выводы обмоток низшего напряжения, 5 — предохра­нительная труба, 6 — маслоуказатель, 7 — расшири­тель, 8 — тележка

Во время транспортировки трансформаторов с радиаторным баком радиаторы снимают без спуска масла из бака. Для этого на патрубках, соединяющих бак с радиаторами, имеются специ­альные краны. На стенках бака трансформатора предусмотрены патрубки для присоединения фильтров очистки и сушки масла, краны для спуска и взятия проб масла. Бак устанавливают на тележку ив стальных балок, снабженную катками для перемещения трансформатора по специальным рельсам и направляющим в пределах РУ.

Катки в раме тележки могут быть поставлены вдоль или по­перек по отношению к баку трансформатора.

В верхней части бака к его стенкам приварены четыре крюка под стропы для подъема трансформатора краном или талями. У мощных трансформаторов ко дну бака приварены стальные скобы для подъема трансформатора при помощи домкратов.

На крышке трансформатора размещены вводы, смотровой люк (для мощных трансформаторов), маслорасширитель, предо­хранительная труба и ручки переключателей.

Кроме того, в крышке имеются: гнездо для установки термо­метра, кран для присоединения фильтр-пресса и центрифуги для очистки и сушки масла, патрубок для вакуум-насоса, используе­мого при сушке трансформатора, и кольца для подъема крышки и выемной части.

Объем масла с изменением его температуры изменяется. Чтобы при расширении масла не произошел разрыв бака, а при уменьшении объема масла внутри бака не образовалось бы раз­режение, баки трансформаторов мощностью выше 50 кВА снаб­жают расширителями.

Р

Основная часть

асширитель (рис. 8) представляет собой цилиндрический бак, соединенный трубой с баком трансформатора. Объем расширителя составляет около 10% объема масла в баке трансформатора; с торцовой части расширитель имеет стеклян­ную трубку — маслоуказатель, по которому определяют уровень масла в расширителе.

Рис. 7. Силовой трехфазный трехобмоточный трансформатор ТДТГ-110 с масляным и форсированным воздушным охлаждением:

1— тележка, 2 — навесные радиаторы с вентиляторами, 3 — бак, 4 — крышка, 5 — вывод нейтрали обмотки высшего напряжения, 6 — выводы обмотки высшего напряжения, 7 — выводы обмотки среднего напряжения, 8 — выводы обмотки низшего напряжения, 9 — расширитель, 10 — предо­хранительная труба, 11 — маслоуказатель, 12 — газовое реле

На стенке расширителя рядом с маслоуказателем нанесены три белые контрольные черты, показывающие уровень масла при температуре окружающей среды: ±35, + 15° С.

Р

Основная часть

ис. 8. Расширитель силового трансформатора: 1 — маслоуказатель, 2 — дыхательная пробка, 3 — дыхательная трубка, 4 — патрубок с фланцем для присоединения трубопровода бака, 5 — грязевик

Расширители трансформаторов средней мощности в верхней части имеют пробку с отверстиями для всасывания и вытеснения воздуха (для дыхания) при изменении объема содержащегося в них масла. Расширители трансформаторов большой мощности для этой цели снабжены дыхательной трубкой.

В нижней части расширитель имеет грязевик (грязеотстой­ник) с пробкой для удаления осадков.

При возникновении дуги в обмотках, что сопровождается раз­ложением масла и бурным выделением газов, сильно возрастает внутреннее давление. Чтобы предупредить повреждения бака из-за возрастания внутреннего давления, на крышке трансформа­торов мощностью 1000 кВА и выше устанавливают предохрани­тельную трубу. Верхний конец трубы имеет фланец, закрыва­емый стеклом. При повышении давления в баке, выходящем за пределы допустимого, стекло лопается и масло выбрасывается наружу.

Силовые трансформаторы мощностью 1000 кВА и выше осна­щены газовыми реле, которые служат для защиты трансформа­торов при различных внутренних повреждениях. В зависимости от характера повреждения газовое реле действует либо на аппа­рат отключения трансформатора, либо на предупреждающий звуковой сигнал.

Трансформаторы комплектуют также контактными термомет­рами или термометрическими сигнализаторами и другой вспомо­гательной аппаратурой.

Основная часть

Основная часть

Основная часть