2.2.5. Нагрузочная способность силовых трансформаторов

В условиях эксплуатации нагрузка трансформатора меняется в течение суток, и если мощность выбрать по максималь­ной нагрузке, то в периоды ее спада трансформатор будет не загру­жен, т. е. недоиспользована его мощность. Опыт эксплуатации пока­зывает, что трансформатор может работать часть суток с перегруз­кой, если в другую часть его нагрузка меньше номинальной. Крите­рием различных режимов является износ изоляции трансформатора.

Нагрузочная способность трансформатора — это совокупность допустимых нагрузок и перегрузок.

Допустимая нагрузка — это длительная нагрузка, при которой расчетный износ изоляции обмоток от нагрева не превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы.

Перегрузка трансформатора — режим, при котором расчетный износ изоляции обмоток превосходит износ, соответствующий номи­нальному режиму работы. Такой режим возникает, если нагрузка окажется больше номинальной мощности трансформатора или температура охлаждающей среды больше принятой расчетной.

Допустимые систематические нагрузки трансформатора больше его номинальной мощности возможны за счет неравномерности нагрузки в течение суток. На рис.4.2 изображен суточный график нагрузки, из которого видно, что в течение времени суток продолжительностью h' трансформатор перегружен, а в остальное время недогружен. При недогрузке износ изоляции мал, а во время перегрузки значительно увеличивается. Максимально допустимая систематическая нагрузка определяется при условии, что наиболь­шая температура обмотки 140 °С, наибольшая температура масла в верхних слоях 95 °С и износ изоляции за время максимальной нагрузки такой же, как при работе трансформатора при постоян­ной номинальной нагрузке, когда температура наиболее нагретой точки не превышает 98 °С (ГОСТ 14209-85). Для определения нагрузочной способности трансформатора его реальный суточный (Т = 24 ч) график нагрузки преобразуется в эквивалентный двухступенчатый. Методика преобразования сле­дующая.

1. На исходном суточном графике нагрузки (рис. 4.2) проводится линия ₂номинальной нагрузки К = 1.

2. В точках пересечения линии К = 1 с кривой графика нагрузки выделяется участок перегрузки продолжительностью h'.

3. Оставшаяся часть графика с меньшей нагрузкой разбивается на m интервалов Δt, исходя из возможности проведения в каждом из них линии средней нагрузки, т.е. так, чтобы площади участков над и под средней линией были примерно равными, а затем определяются значения нагрузки сред­них линий S₁,S₂,…,S_m.

4. Рассчитывается начальная нагрузка К₁ эквивалентного графика

5. Участок перегрузки h' на исходном графике нагрузки делится на р интервалов Δh, исходя из возможности проведения линии средней нагрузки на каждом интервале, а затем определяются зна­чения S'₁,S'₂,…,S'_m.

6. Рассчитывается предварительное превышение перегрузки эквивалентного графика

7. Сравнивается значение К'₂ с К_max исходного графика нагрузки.

Если К'₂ > 0,9К_max, К₂ = К'₂. При К₂ < 0,9К_max в расчет вводится К₂ = 0,9К_max, а продолжительность перегрузки h эквивалентного графика нагрузки пересчитывается по формуле

8. Если исходный суточный график нагрузки трансформатора содержит два близких по значе­нию максимума различной продолжительности, значения h и К₂ определяются по максимуму боль­шей продолжительности, а значение К₁ — как среднее квадратическое значение остальной нагруз­ки. Наконец, если график нагрузки содержит несколько последовательных близких максимумов, значения К₂ и h определяются из охвата всех максимумов, а К₁ — как среднее квадратическое значе­ние оставшейся нагрузки.

Зная среднюю температуру охлаждающей среды за время дей­ствия графика (Θ_ОХЛ), систему охлаждения трансформатора (М, Д, ДЦ, Ц), по таблицам, приведенным в ГОСТ, определяют допустимость отно­сительной нагрузки К₂ и ее продолжительность.

Нагрузка более 1,5S_ном должна быть согласована с заводом-из­готовителем. Нагрузка более 2 S_ном не допускается.

Аварийная перегрузка разрешается в аварийных случаях, на­пример при выходе из строя параллельно включенного трансфор­матора.

Допустимая аварийная перегрузка определяется предельно до­пустимыми температурами обмотки (140 °С для трансформаторов напряжением выше 110 кВ и 160 °С для остальных трансформато­ров) и температурой масла в верхних слоях (115 °С).

Аварийные перегрузки вызывают повышенный износ витковой изоляции, что может привести к сокращению нормирован­ного срока службы трансформатора, если повышенный износ впос­ледствии не компенсирован нагрузкой с износом изоляции ниже нормального.

Анализируя приведенные в ГОСТ 14209—85 таблицы допусти­мых перегрузок, можно сделать вывод, что трансформаторы с си­стемами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц при первоначальной нагрузке 0,9 S_ном допускают перегрузку на 40 % в течение 6 ч при температу­ре охлаждающего воздуха не более 20 °С.