Przewodnik po cechach montażu eksploatacji i uruchamiania suchych transformatorów serii SC

Suszotransformatory to transformatory energetyczne, w których rdzeń i zwoje nie są zanurzone w oleju. Zamiast tego cewki i rdzeń są lepione razem (zazwyczaj za pomocą żywicy epoksydowej) i chłodzone przez naturalną konwekcję powietrza lub wymuszone chłodzenie powietrzem. Jako stosunkowo nowszy typ sprzętu do dystrybucji energii, suszotransformatory są szeroko stosowane w systemach transmisji i dystrybucji energii w halach produkcyjnych, budynkach wielkopiętrowych, centrach handlowych, portach lotniczych, morskich, metrach i platformach naftowych na morzu. Mogą również być połączone ze skrzyniami przełączników, tworząc zwarte, zintegrowane prefabrykowane podstacje.

Obecnie większość produkcji suszotransformatorów w Chinach to trójfazowe jednostki sztywno formowanej serii SC, takie jak: trójfazowe transformatory z nawiniętymi cewkami serii SCB9, trójfazowe transformatory z foliowymi cewkami serii SCB10 oraz trójfazowe transformatory z foliowymi cewkami serii SCB9. Ich napięcia znamionowe zazwyczaj mieszczą się w zakresie od 6 kV do 35 kV, z maksymalnymi mocami osiągającymi nawet 25 MVA. Niniejszy dokument skupi się na trójfazowych transformatorach z nawiniętymi cewkami suszotransformatorach serii SC, aby szczegółowo objaśnić ich cechy oraz procedury instalacji i uruchomienia.

1. Cechy suszotransformatorów

W porównaniu z transformatorami zanurzonymi w oleju, suszotransformatory nie zawierają oleju, co eliminuje ryzyko pożaru, wybuchu i zanieczyszczenia. Dlatego przepisy elektrotechniczne nie wymagają, aby suszotransformatory były instalowane w osobnym pomieszczeniu. Szczególnie w nowszych seriach, straty i poziomy hałasu zostały obniżone do nowych najniższych wartości, co czyni możliwe instalację transformatora w tym samym pomieszczeniu dystrybucyjnym co panele niskiego napięcia.

1.1 System kontroli temperatury suszotransformatorów
Bezpieczna eksploatacja i długość życia suszotransformatora w dużej mierze zależy od bezpieczeństwa i niezawodności izolacji cewek. Awaria izolacji spowodowana przekroczeniem granic termicznych nośności izolacji jest jednym z głównych powodów nietypowego działania transformatora. Dlatego monitorowanie temperatury pracy transformatora oraz implementacja funkcji alarmowych i sterujących jest niezwykle istotna.

1.2 Metody ochrony suszotransformatorów
W zależności od warunków środowiskowych i wymagań ochronnych, suszotransformatory mogą być wyposażone w różne obudowy. Najczęściej wybierane są obudowy klasy IP23, które zapobiegają wprowadzeniu do środka stałych obcych ciał większych niż 12 mm oraz małych zwierząt, takich jak szczury, węże, koty i ptaki, które mogłyby spowodować poważne awarie, takie jak zwarcia i przerwy w dostawie energii, tworząc tym samym barierę bezpieczeństwa dla części pod napięciem. Jeśli transformator musi być zainstalowany na zewnątrz, można użyć obudowy klasy IP23; oprócz ochrony oferowanej przez klasę IP20, zapobiega ona również wprowadzeniu kropel wody spadających pod kątem do 60° względem pionu. Jednak obudowa klasy IP23 zmniejsza zdolność chłodzenia transformatora, dlatego należy zwrócić uwagę na odpowiednie obniżenie jego zdolności operacyjnej.

1.3 Metody chłodzenia suszotransformatorów
Suszotransformatory wykorzystują dwie metody chłodzenia: naturalne chłodzenie powietrzem (AN) i wymuszone chłodzenie powietrzem (AF). Przy naturalnym chłodzeniu powietrzem transformator może pracować ciągle przy swojej mocy znamionowej. Przy wymuszanym chłodzeniu powietrzem moc wyjściowa transformatora może być zwiększona o 50%. Ten tryb jest odpowiedni dla okresowej nadmiarowej obciążenia lub sytuacji nagłej nadmiernej obciążenia. Jednak podczas pracy w stanie nadmiarowej obciążenia, straty obciążeniowe i napięcie zaszczytne wzrastają znacząco, co prowadzi do nierentownej eksploatacji; dlatego należy unikać długotrwałej ciągłej pracy w stanie nadmiarowej obciążenia.

1.4 Zdolność do nadmiarowej obciążenia suszotransformatorów
Zdolność do nadmiarowej obciążenia suszotransformatora zależy od temperatury otoczenia, stanu obciążenia przed nadmiarową obciążeniem (obciążenie początkowe), zdolności rozpraszania ciepła izolacji oraz stała czasowa termiczna. W razie potrzeby, producent może dostarczyć krzywą nadmiarowej obciążenia dla suszotransformatora. Obecnie roczna zdolność produkcyjna Chin do produkcji suszotransformatorów z izolacją żywicową osiągnęła 10 000 MVA, co czyni Chiny jednym z największych producentów i konsumentów suszotransformatorów na świecie. 

Z uwagi na powszechne stosowanie niskich poziomów hałasu (dla transformatorów dystrybucyjnych ≤2500 kVA, hałas jest kontrolowany poniżej 50 dB) oraz oszczędzających energię transformatorów serii SC(B)9 (które redukują straty bez obciążenia o do 25%), specyfikacje wydajności i technologia produkcji suszotransformatorów w Chinach osiągnęły światowy poziom zaawansowania.

2.Instalacja i uruchomienie suszotransformatorów

2.1 Inspekcja przed instalacją (po rozpakowaniu)
Sprawdź, czy opakowanie jest nienaruszone. Po rozpakowaniu transformatora upewnij się, że dane na tablicy nazw odpowiadają wymaganiom projektowym, że wszystkie dokumenty fabryczne są kompletny, że sam transformator nie jest uszkodzony, nie ma oznak uszkodzeń zewnętrznych, że komponenty nie uległy przemieszczeniu ani nie są uszkodzone, że części elektryczne wspornikowe lub przewody łączące nie są uszkodzone, a wreszcie potwierdź, że części zamienne nie są uszkodzone ani nie brakuje ich.

2.2 Instalacja transformatora
Pierwsze, zbadaj fundament transformatora i sprawdź, czy osadzone płyty stalowe są poziome. Nie powinny być żadne puste przestrzenie pod płytami stalowymi, aby zapewnić dobrą odporność na wstrząsy i wydajność dźwiękochłonności fundamentu; w przeciwnym razie poziom hałasu zainstalowanego transformatora wzrośnie. Następnie, użyj toczków do przeniesienia transformatora na jego pozycję instalacyjną, usuń toczki i precyzyjnie dostosuj transformator do zaprojektowanej lokalizacji, upewniając się, że błąd poziomowania spełnia wymagania projektowe. Na końcu spawaj cztery krótkie segmenty stali rurkowej w pobliżu czterech rogów podstawy transformatora z osadzonymi płytami stalowymi, aby zapobiec przemieszczeniu podczas działania.

2.3 Łączenie transformatora
Podczas łączenia, utrzymuj minimalną wymaganą odległość między częściami naelektryzowanymi oraz między częściami naelektryzowanymi a ziemią, szczególnie odległość między kablami a zwinięciem wysokiego napięcia. Wysokoprądowe niskonapięciowe szyny muszą być niezależnie wsparte i nie mogą być bezpośrednio połączone z zaciskami transformatora, ponieważ to spowodowałoby zbyt dużą mechaniczną naprężenie i moment skręcający. Gdy prąd przekracza 1000 A (np., 2000 A niskonapięciowa szyna używana w tym projekcie), musi być zainstalowane elastyczne połączenie między szyną a zaciskiem transformatora, aby kompensować termiczne rozszerzenie i skrócenie przewodnika oraz izolować drgania między szyną a transformatorem. Wszystkie elektryczne połączenia muszą utrzymywać odpowiednią ciśnienie kontaktu i powinny używać sprężystych elementów (takich jak sprężyny dyskowe lub sprężyny belkowe). Przy zaciskaniu śrub połączeń należy używać klucza momentowego, stosując się do zalecanych wartości momentu przez producenta, jak pokazano w Tabeli 1:

2.4 Zazemienie transformatora
Punkt zazemienia transformatora znajduje się u podstawy strony niskiego napięcia, z dedykowanym śrubą zazemienia oznaczoną symbolem ziemnym. Transformator musi być niezawodnie połączony z systemem zabezpieczającego zazemienia przez ten punkt. W przypadku wyposażenia transformatora w obudowę, obudowa powinna być niezawodnie połączona z systemem zazemienia. W przypadku trójfazowego czteroprzewodowego systemu na stronie niskiego napięcia, przewód neutralny musi również być niezawodnie połączony z systemem zazemienia.

2.5 Sprawdzenie przed uruchomieniem
Sprawdź, czy wszystkie elementy montażowe są solidne i nie luźne, czy wszystkie połączenia elektryczne są poprawne i niezawodne, oraz czy odstępy izolacyjne między częściami pod napięciem i między częściami pod napięciem a ziemią są zgodne ze specyfikacjami. W pobliżu transformatora nie powinno być żadnych obcych obiektów, a powierzchnie cewek powinny być czyste.

2.6 Testy przed wprowadzeniem do eksploatacji

• Zweryfikuj stosunek napięć transformatora i oznaczenie grupy połączeń. Pomierz opór prądu stałego zarówno cewek wysokiego, jak i niskiego napięcia, i porównaj wyniki z danymi testów fabrycznych producenta.

• Sprawdź opór izolacji między cewkami oraz między cewkami a ziemią. Jeśli zmierzony opór izolacji jest znacznie niższy od wartości fabrycznych, to wskazuje, że transformator wchłonął wilgoć. Jeśli opór izolacji spadnie poniżej 1000 Ω/V (napięcie robocze), transformator musi przejść proces suszenia.

• Napięcie testowe dla próby wytrzymałości izolacji musi być zgodne z odpowiednimi specyfikacjami. Przy wykonaniu próby wytrzymałości izolacji przy niskim napięciu, czujnik temperatury TP100 powinien być usunięty i ponownie zamontowany natychmiast po teście.

• Jeśli transformator jest wyposażony w wentylatory chłodzące, podłącz je, aby zweryfikować ich prawidłowe działanie.

2.7 Próba działania
Po dokładnym sprawdzeniu przed podłączeniem energii, transformator może zostać podłączony do sieci dla próby działania. W tym okresie należy zwrócić szczególną uwagę na następujące kwestie:

• Jakiekolwiek nietypowe dźwięki, hałas lub drgania;

• Jakiekolwiek nietypowe zapachy, takie jak spalony zapach;

• Jakiekolwiek zmiany koloru spowodowane lokalnym nadgrzewaniem;

• Wystarczająco dobrą wentylację i cyrkulację powietrza.

Dodatkowo, należy zwrócić uwagę na następujące punkty:

Po pierwsze, choć suchotniowe transformatory mają dobrą odporność na wilgoć, ich ogólnie otwarta konstrukcja nadal czyni je podatnymi na nawilżenie - szczególnie chińskie suchotniowe transformatory, które często używają niższego poziomu izolacji. Dlatego, dla większej niezawodności, suchotniowe transformatory powinny działać w środowiskach o względnej wilgotności poniżej 70%. Należy unikać długotrwałego nieużywania, aby zapobiec silnemu nawilżeniu. Jeśli opór izolacji spadnie poniżej 1000 Ω/V (napięcie robocze), wskazuje to na poważne nawilżenie, a próbę działania należy zatrzymać.

Po drugie, suchotniowe transformatory używane do zwiększenia napięcia w elektrowniach różnią się od transformatorów olejowych: nie mogą one pracować z otwartym obwodem na stronie niskiego napięcia. Otwarte cewki niskiego napięcia mogą pozwolić na przeniesienie przepięć - spowodowanych przepięciami przy przełączaniu lub uderzeniami piorunów po stronie sieci - co może doprowadzić do zniszczenia izolacji transformatora. Aby chronić przed takimi przepięciami, powinna być zainstalowana seria arresterów (np. arrestry Y5CS z tlenku cynku) na stronie szyny transformatora.

3.Podsumowanie
Jako kluczowy element systemów transmisji i dystrybucji energii, suchotniowe transformatory są coraz bardziej popularne wśród użytkowników dzięki swojej wysokiej sile izolacji, silnej wytrzymałości na przepięcia krótkiego obwodu oraz zaletom, takim jak ekologiczność, ogniotrwałość, wybuchoodporność i brak konieczności konserwacji. Dlatego personel instalacyjny musi stosować profesjonalne i naukowe metody, aby dokładnie wykonać wszystkie przygotowania i szybko rozwiązać oraz podsumować wszelkie problemy napotkane podczas instalacji, aby zapewnić bezpieczną pracę sprzętu.