Leitfaden zu Eigenschaften, Installation, Betrieb und Inbetriebnahme von SC-Serie Trockentransformatoren

Trockentransformatoren beziehen sich auf Starkstromtransformatoren, bei denen Kern und Wicklungen nicht in Öl getaucht sind. Stattdessen werden die Spulen und der Kern gemeinsam (in der Regel mit Epoxidharz) gegossen und durch natürliche Luftkonvektion oder gezwungene Luftkühlung gekühlt. Als relativ neues Typ von Energieverteilungsausrüstung wurden Trockentransformatoren weit verbreitet in Energieübertragungs- und -verteilungssystemen in Fabrikwerkstätten, Hochhäusern, Einkaufszentren, Flughäfen, Häfen, U-Bahnen und Offshore-Ölplattformen eingesetzt. Sie können auch mit Schaltgerätekabinetten kombiniert werden, um kompakte, integrierte vorgefertigte Umspannwerke zu bilden.

Derzeit sind die meisten in China hergestellten Trockentransformatoren dreiphasige, festgeformte SC-Serien-Einheiten, wie z.B.: SCB9-Serie dreiphasige gewickelte Transformatoren, SCB10-Serie dreiphasige Foilwicklungen und SCB9-Serie dreiphasige Foilwicklungen. Ihre Spannungsniveaus liegen in der Regel zwischen 6 kV und 35 kV, wobei die maximale Leistung bis zu 25 MVA erreicht. Dieses Dokument wird sich auf die SC-Serie dreiphasige gewickelte Trockentransformatoren konzentrieren, um ihre Eigenschaften und Installations-/Inbetriebnahmeverfahren detailliert zu erläutern.

1. Eigenschaften von Trockentransformatoren

Im Vergleich zu ölgetränkten Transformatoren enthalten Trockentransformatoren kein Öl, was das Risiko von Bränden, Explosionen und Verschmutzungen eliminiert. Daher verlangen elektrische Vorschriften und Regeln nicht, dass Trockentransformatoren in einem separaten Raum installiert werden. Insbesondere in neueren Serien wurden Verluste und Lärmebenen auf neue Tiefen reduziert, was es möglich macht, den Transformator im selben Verteilungsraum wie Niederspannungsschaltanlagen zu installieren.

1.1 Temperaturkontrollsystem von Trockentransformatoren
Die sichere Betriebsführung und Lebensdauer eines Trockentransformators hängt in hohem Maße von der Sicherheit und Zuverlässigkeit der Wicklungsisolation ab. Die Fehlfunktion der Isolation aufgrund von Wicklungstemperaturen, die über die thermische Belastbarkeit der Isolation hinausgehen, ist einer der Hauptgründe für ungewöhnliches Transformatorverhalten. Daher ist es äußerst wichtig, die Betriebstemperatur des Transformators zu überwachen und Alarmsysteme und Steuerfunktionen zu implementieren.

1.2 Schutzmethoden von Trockentransformatoren
Je nach Umgebungsbedingungen und Schutzanforderungen können Trockentransformatoren mit verschiedenen Gehäusen ausgestattet sein. IP23-Gehäuse werden häufig ausgewählt, die verhindern, dass feste Fremdkörper größer als 12 mm und kleine Tiere wie Ratten, Schlangen, Katzen und Vögel eindringen und schwere Störungen wie Kurzschlüsse und Stromausfälle verursachen, und somit eine Sicherheitsbarriere für lebende Teile bieten. Wenn der Transformator im Freien installiert werden muss, kann ein IP23-Gehäuse verwendet werden; neben dem Schutz, der durch IP20 geboten wird, schützt es auch vor Wassertropfen, die unter einem Winkel von bis zu 60° zur Vertikalen fallen. Allerdings verringert ein IP23-Gehäuse die Kühlleistung des Transformators, daher muss darauf geachtet werden, seine Betriebskapazität entsprechend zu verringern.

1.3 Kühlmethoden von Trockentransformatoren
Trockentransformatoren verwenden zwei Kühlmethoden: natürliche Luftkühlung (AN) und gezwungene Luftkühlung (AF). Bei natürlicher Luftkühlung kann der Transformator kontinuierlich bei seiner Nennleistung betrieben werden. Bei gezwungener Luftkühlung kann die Ausgabekapazität des Transformators um 50% erhöht werden. Dieser Modus ist für intermittierende Überlastbetriebsbedingungen oder Notfallüberlastzustände geeignet. Während des Überlastbetriebs steigen jedoch die Lastverluste und der Impedanzwert signifikant, was zu uneffizientem Betrieb führt; daher sollte langer, kontinuierlicher Überlastbetrieb vermieden werden.

1.4 Überlastfähigkeit von Trockentransformatoren
Die Überlastfähigkeit eines Trockentransformators hängt von der Umgebungstemperatur, dem Lastzustand vor der Überlast (Anfangslast), der Wärmeableitungsfähigkeit der Isolation und der thermischen Zeitkonstante ab. Falls erforderlich, kann der Hersteller eine Überlastkurve für den Trockentransformator bereitstellen. Derzeit hat Chinas jährliche Produktionskapazität für Harzisolierte Trockentransformatoren 10.000 MVA erreicht, was es zu einem der weltweit größten Produzenten und Verbraucher von Trockentransformatoren macht. 

2.2 Transformer-Installation
Prüfen Sie zunächst den Transformatorfundament und überprüfen Sie, ob die eingelassenen Stahlplatten horizontal ausgerichtet sind. Es sollten keine Hohlräume unter den Stahlplatten vorhanden sein, um eine gute Erdbebensicherheit und Schalleigenschaften des Fundaments zu gewährleisten; andernfalls wird das Geräuschniveau des installierten Transformators ansteigen. Verschieben Sie dann den Transformator mit Rollen an seine Installationsposition, entfernen Sie die Rollen und justieren Sie den Transformator präzise auf seine vorgesehene Position, wobei sicherzustellen ist, dass der Ausrichtungsfehler den Anforderungen entspricht. Schließlich werden vier kurze U-Profilstücke in der Nähe der vier Ecken der Transformatorbasis an den eingelassenen Stahlplatten verschweißt, um ein Verschieben während des Betriebs zu verhindern.

2.3 Transformatorverkabelung
Während der Verkabelung muss der Mindestabstand zwischen leitenden Teilen und zwischen leitenden Teilen und Erde, insbesondere der Abstand zwischen Kabeln und der Hochspannungswicklung, eingehalten werden. Starkstromführende Niederspannungsbusleiter müssen unabhängig gestützt werden und dürfen nicht direkt an die Transformatoranschlüsse angeschlossen werden, da dies zu einem zu hohen mechanischen Zug und Drehmoment führen würde. Wenn der Strom über 1000 A (z.B. der 2000 A Niederspannungsbusleiter, der in diesem Projekt verwendet wird) liegt, muss zwischen dem Busleiter und dem Transformatoranschluss eine flexibele Verbindung eingerichtet werden, um die thermische Ausdehnung und Kontraktion des Leiters auszugleichen und Vibrationen zwischen dem Busleiter und dem Transformator zu isolieren. Alle elektrischen Verbindungen müssen einen ausreichenden Kontaktdruck aufrechterhalten und elastische Elemente (wie Scheibenfedern oder Federringe) verwenden. Beim Festziehen der Verbindungsschrauben muss ein Drehmomentschlüssel verwendet werden, wobei die vom Hersteller empfohlenen Drehmomente nach Tabelle 1 eingehalten werden:

2.4 Erdung des Transformators
Der Erdpunkt des Transformators befindet sich an der Basis der Niederspannungsseite, wo ein spezieller Erdungsbohrschraub und ein Erdungssymbol vorgesehen sind. Der Transformator muss über diesen Punkt zuverlässig mit dem Schutzerdungssystem verbunden sein. Wenn der Transformator eine Gehäuse hat, muss dieses ebenfalls zuverlässig mit dem Erdungssystem verbunden sein. Bei einem dreiphasigen Vierleitersystem auf der Niederspannungsseite muss auch der Neutralleiter zuverlässig mit dem Erdungssystem verbunden sein.

2.5 Prüfung vor der Inbetriebnahme
Überprüfen Sie, ob alle Befestigungselemente sicher und nicht locker sind, ob alle elektrischen Verbindungen korrekt und zuverlässig sind und ob die Isolierabstände zwischen lebenden Teilen und zwischen lebenden Teilen und Erde den Vorschriften entsprechen. Es sollten keine Fremdkörper in der Nähe des Transformators liegen, und die Oberflächen der Wicklungen sollten sauber sein.

2.6 Vorinbetriebnahmeproben

• Überprüfen Sie das Spannungsverhältnis und die Bezeichnung der Schaltgruppe des Transformators. Messen Sie den Gleichstromwiderstand sowohl der Hoch- als auch der Niederspannungswicklungen und vergleichen Sie die Ergebnisse mit den Fabrikprüfdaten des Herstellers.

• Überprüfen Sie den Isolationswiderstand zwischen den Wicklungen und zwischen den Wicklungen und Erde. Wenn der gemessene Isolationswiderstand erheblich niedriger ist als die Werkswerte, deuten dies darauf hin, dass der Transformator Feuchtigkeit aufgenommen hat. Wenn der Isolationswiderstand unter 1000 Ω/V (der Betriebsspannung) fällt, muss der Transformator einer Trocknung unterzogen werden.

• Die Prüfspannung für den Dielektrikum-Festigkeitsversuch muss den relevanten Vorschriften entsprechen. Bei Durchführung eines Niederspannungsfestigkeitsversuchs sollte der Temperatursensor TP100 entfernt und unmittelbar nach dem Versuch wieder eingebaut werden.

• Wenn der Transformator mit Kühlventilatoren ausgestattet ist, sollten diese eingeschaltet werden, um deren normales Funktionieren zu überprüfen.

2.7 Probebetrieb
Nach gründlicher Prüfung vor der Energiezufuhr kann der Transformator für den Probebetrieb versorgt werden. Während dieser Zeit müssen folgende Punkte besonders beachtet werden:

• Jegliche ungewöhnliche Geräusche, Lärm oder Vibrationen;

• Jegliche ungewöhnliche Gerüche, wie z.B. Brandgeruch;

• Jegliche Farbänderungen aufgrund von lokaler Überhitzung;

• Adequatheit der Belüftung und Luftzirkulation.

Darüber hinaus sollten folgende Punkte beachtet werden:

Erstens haben trockenblechige Transformatoren zwar eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit, ihre allgemein offene Struktur macht sie jedoch weiterhin anfällig für Feuchtigkeitsaufnahme – insbesondere chinesische trockenblechige Transformatoren, die oft niedrigere Isolationsgrade verwenden. Daher sollten trockenblechige Transformatoren zur höheren Zuverlässigkeit in Umgebungen mit einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 70 % betrieben werden. Ein langes Stillliegen sollte vermieden werden, um eine starke Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern. Fällt der Isolationswiderstand unter 1000 Ω/V (der Betriebsspannung), deutet dies auf eine schwere Feuchtigkeitsaufnahme hin, und der Probebetrieb muss gestoppt werden.

Zweitens unterscheiden sich trockenblechige Transformatoren, die in Kraftwerken für Spannungssteigerung verwendet werden, von ölgefüllten Transformatoren: Sie dürfen nicht mit offenem Niederspannungsseitenkreis betrieben werden. Ein offener Niederspannungswindung könnte es ermöglichen, dass durch Schaltvorgänge oder Blitzschlag am Netzseitig übertragene Überspannungen die Isolation des Transformators beschädigen. Um solche übertragenen Überspannungen abzuschirmen, sollten auf der Busbar-Seite des Transformators ein Satz von Überspannungsbegrenzern (z.B. Y5CS-Zinkoxidbegrenzer) installiert werden.

3. Schlussfolgerung
Als wichtiges Gerät in Stromübertragungs- und -verteilungssystemen werden trockenblechige Transformatoren aufgrund ihrer hohen Isolationsfestigkeit, ihrer starken Kurzschlussbelastbarkeit und ihrer Vorteile wie Umweltfreundlichkeit, feuerfest, explosionsgeschützt und wartungsfrei zunehmend von Benutzern bevorzugt. Daher müssen Installateur:innen professionelle und wissenschaftliche Methoden anwenden, um alle vorbereitenden Arbeiten gründlich abzuschließen und bei der Installation auftretende Probleme schnell zu beheben und zusammenzufassen, um eine sichere Betriebsweise der Ausrüstung zu gewährleisten.