Высокая температура сухого трансформатора - одна из типовых проблем, с которой сталкивается служба главного энергетика. Когда датчики тепловой защиты сигнализируют о критических значениях, первая версия - заводской брак или повреждение изоляции обмоток. Однако часто причина находится не внутри оборудования, а снаружи.
В этой статье инженеры «АЛЬФАТРАФО» разбирают конкретный случай из практики: нагрев магнитопровода сухого трансформатора до 119 °C.
1. Ситуация и запрос клиента
На одном из промышленных объектов был введен в эксплуатацию сухой силовой трансформатор ТСЛ(А)-2000/6/0,4 производства «АЛЬФАТРАФО» (мощность 2000 кВА, напряжение ВН 6 кВ, напряжение НН 0,4 кВ).
Оборудование работало в режиме полезной нагрузки 30% от номинальной. В процессе планового мониторинга служба эксплуатации зафиксировала нагрев сердечника (магнитопровода) до 119 °C при температуре обмоток около 56 °C.
Вопрос клиента: почему при такой небольшой нагрузке сердечник трансформатора нагревается до таких значений?
2. Проблема и нарушение ГОСТ
Для оценки теплового состояния оборудования инженеры «АЛЬФАТРАФО» запросили у клиента замеры температуры воздуха внутри помещения. Результаты замеров показали температуру выше +50 °C.
ГОСТ Р 54827-2011 (МЭК 60076-11): согласно стандарту, температура окружающей среды при эксплуатации сухих трансформаторов не должна превышать +40 °C (а средняя суточная - не более +30 °C).
Нарушение норм ГОСТ Р 54827-2011 составило более 10 градусов.
Расчет фактического перегрева
Тепловой перегрев сердечника (уровень превышения температуры магнитопровода относительно температуры окружения) рассчитывается по формуле:
Чистый перегрев магнитопровода составил 69 °C. Для трансформатора класса нагревостойкости F нормированный допустимый перегрев элементов конструкции составляет не более 100 °C.
Вывод: магнитопровод трансформатора работал в рамках своей тепловой нормы (69 °C < 100 °C). Проблема была не в самом оборудовании, а в условиях его эксплуатации.
3. Поиск причин: как образуется «тепловая пробка»
При анализе конструкции строительной части блочно-модульного здания наши инженеры обнаружили критическую ошибку проектирования и обустройства вентиляции:
- Выходные вентиляционные отверстия имели недостаточную площадь - отсутствовал тяговый эффект.
- Воздух внутри помещения застаивается, и выделяемому теплу просто некуда деться. Оно по мере накопления спускалось вниз к полу, увеличивая температуру окружения трансформатора.
- Сформировалась «тепловая пробка» из перегретого воздуха, которая заперла тепло внутри объема и заблокировала доступ холодного воздуха из входного отверстия. Трансформатор оказался в зоне повышенной температуры окружения без возможности какого-либо охлаждения.
4. Варианты решения проблемы
Чтобы обеспечить трансформатору штатный режим работы, клиенту было предложено два технических решения на выбор.
Организация естественной тяги («Эффект трубы»)
Необходимо пересчитать и реконструировать вентиляционные окна для создания естественной тяги потока воздуха - снизу входящий холодный воздух, а сверху выходящий горячий:
Площадь верхних (выходных) отверстий S2 должна быть больше площади нижних (входных) приточных жалюзи S1 с определенным коэффициентом. Это создаст необходимый перепад давления - «эффект трубы», который будет непрерывно вытягивать перегретый воздух наружу за счет естественной конвекции.
Расчет необходимых площадей S1 и S2, а также высоты расположения вентиляционных отверстий друг относительно друга может быть сделан специалистами АЛЬФАТРАФО.
Монтаж активной вытяжной вентиляции
Если конструктивные особенности здания не позволяют расширить верхние проемы для организации естественной тяги, применяется система активной вытяжной вентиляции:
- На верхние (выходные) отверстия устанавливаются осевые вентиляторы. Расчет типа и необходимой производительности вентиляции может быть сделан специалистами АЛЬФАТРАФО.
- Питание и управление вентиляцией может быть организовано напрямую через штатный шкаф тепловой защиты (ШТЗ) «АЛЬФАТРАФО», поставляемый в комплекте с сухим трансформатором.
5. Выводы
Данный пример стал внеплановым испытанием сухих трансформаторов производства «АЛЬФАТРАФО» в предельных тепловых условиях. То, что трансформатор ТСЛ-2000/6/0,4 стабильно работал без аварийных отключений при температуре окружающего воздуха выше +50 °C - результат заложенных в его конструкцию технических решений:
- Энергоэффективность трансформатора класса BoBk: сердечник трансформатора данного класса собран из высококачественной холоднокатаной анизотропной стали с низкими удельными потерями 1,1 Вт/кг. Потери в трансформаторе переходят в излишнее выделение тепла.
- Стойкость к перегреву: если бы на объекте стоял трансформатор со стандартными характеристиками и с более высокими потерями, то нагрев трансформатора был бы более существенным. Эксплуатация оборудования старых конструктивных типов с повышенными удельными потерями в аналогичных условиях способна привести к критическому росту температуры. В замкнутом объеме при застое воздуха избыточное тепловыделение создает условия для неконтролируемого роста температуры. Для силового оборудования подобные режимы несут в себе риски ускоренной деградации и преждевременного старения изоляционных материалов, возникновения аварийных ситуаций, а в отдельных случаях - полного выхода трансформатора из строя.
- Запас по перегреву: трансформаторы АЛЬФАТРАФО проектируются с запасом по перегреву, это позволяет поддерживать работоспособность трансформатора в экстремальных условиях и избежать негативных последствий перегрева и аварийных отключений, исключает риск разрушения трансформатора в условиях, вызванных ошибкой проектирования вентиляции ТП.
Главный вывод для энергетиков
При диагностике перегрева сухого трансформатора необходимо в первую очередь проверять не только само оборудование, но и условия его эксплуатации. Температура окружающего воздуха, качество вентиляции и правильность обустройства трансформаторной подстанции играют критическую роль в тепловом режиме работы силовых трансформаторов.
