Трансформатора по тепловому износу

Под влиянием различных факторов (нагрузки, климатических условий, работы системы охлаждения и др.) происходит старение изоляции трансформатора. Интенсивность старения изоляции зависит от температуры и времени ее воздействия. Из-за сложности учета воздействия многих факторов допускается использование упрощенной математической модели для определения состояния трансформатора в эксплуатации по критерию предельно допустимого значения температуры наиболее нагретой точки (ТННТ) изоляции обмоток. Принимается, что при изменении ТННТ на 6⁰С скорость износа изоляции изменяется вдвое, а за единицу "нормального износа" берется износ изоляции в текущем цикле расчета при неизменной ТННТ обмотки, равной 98⁰С.

В качестве расчетного времени контроля рекомендуется брать текущий интервал времени в пределах 5–10 мин. Для оценивания суммарного износа изоляции за продолжительное время контроля необходимо использовать информацию о фактической температуре охлаждающей среды, окружающего воздуха, температуре наиболее нагретой точки. Все перечисленные значения необходимо предусмотреть в алгоритме решения задачи.

Тепловые процессы в трансформаторе обычно моделируют двухэлементной моделью, где учитывают малую постоянную времени нагрева обмоток и большую постоянную времени нагрева всего трансформатора с маслом , Повышение температуры масла в верхней части бака над температурой охлаждающей среды в конце каждого текущего цикла i оценивается по формуле:

,

где – установившееся значение превышения при длительном действии нагрузки, имеющей кратность К = I/I_ном; – длительность расчетного цикла.

Превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки над температурой верхних слоев масла находят по формуле:

,

где – асимптота кривой превышения температуры обмотки над температурой масла, которая учитывает кратность текущей нагрузки, конструктивные данные трансформатора с учетом системы охлаждения.

Температура наиболее нагретой точки

,

где – температура окружающей среды.

Относительный износ изоляции за время текущего цикла (в долях от нормального износа за этот цикл) определяется следующим образом:

.

Затем рассчитывается суммарный относительный износ изоляции (в долях от нормального износа за это время) на конец i-го цикла за расчетное время контроля ресурса и сверхнормативный запас ресурса

;

,

где Т_i – время от начала контроля ресурса до текущего момента; n_i – количество циклов за время Т.

На рис.13.1 приведен алгоритм расчета теплового износа изоляции, позволяющий получить прогноз относительно его теплового состояния. В качестве исходных данных берутся данные экспресс-анализа мгновенных значений тока нагрузки I(t), температуры нагрева масла в верхних слоях диагностируемого трансформатора , превышение температуры обмоток над температурой верхних слоев масла , температура окружающего воздуха в месте установки трансформатора , температура . Затем проводятся расчеты температуры масла, обмоток, нагрузки на ближайший час и предельная допустимая длительность t_max фактической нагрузки трансформатора по условию недопущения тепловой перегрузки.

Расчет фактического относительного теплового износа F изоляции обмоток трансформатора за прошедший интервал времени выполняется с помощью формулы:

,

где – дополнительный перегрев обмотки из-за увеличения ее сопротивления при перегрузке.

Затем определяется значение суммарного теплового износа изоляции за весь период наблюдения

,

что позволяет сделать прогноз состояния изоляции, ресурса и возможности дальнейшей эксплуатации.

Контрольные вопросы

1. Какими законами распределения описывается срок службы изоляционной конструкции?

Ответы:

а) экстремальным законом Вейбулла;

б) законом Вейбулла-Гнеденко;

в) законом Пуассона;

г) нормальным законом;

д) экспоненциальным законом;

е) логарифмическим нормальным законом.

2.Какие параметры берутся в качестве входных при расчете теплового износа изоляции? Укажите неправильный ответ.

Ответы:

а) температура окружающего воздуха;

б) температура наиболее нагретой точки изоляции обмоток;

в) превышение температуры обмоток над температурой масла;

г) температура верхних слоев масла в трансформаторе;

д) мгновенное значение тока нагрузки;

е) максимальное рабочее напряжение в обмотке трансформатора.

РАЗДЕЛ 4