|
|
|
TRANSFORMATOARELE DIN STATIILE SI POSTURILE DE TRANSFORMARE
1. Consideratii generale
Transformatoarele si autotransformatoarele de putere sunt aparate, fara piese in miscare, in ncare are loc modificarea unor parametri electrici ai energiei primite. Transformatoarele si autotransformatoarele montate in statiile electrice, in posturi de transformare sau in puncte de alimentare transforma un curent alternativ de o anumita tensiune in curent alternativ de o alta tensiune, fara a-i modifica frecventa. Ele reprezinta echipamentele de cea mai mare valoare din statiile electrice sau din posturile de transformare. In fig.1 este prezentata o vedere laterala a unu transformator de putere.
Principalele elemente constructive ale transformatoarelor si autotransformatoarelor sunt:
circuitul magnetic (miezul), infasurarile, cuva si capacul, conservatorul, comutatorul pentru reglajul tensiunii, izolatoarele de trecere, instalatiile de racire, releele de gaze si alte accesorii.
2. Solutii constructive pentru montarea transformatoarelor de putere
O statie de transformare este formata din doua sau mai multe instalatii electrice de
distributie si unul sau mai multe transformatoare de putere de interconexiune.
Numarul instalatiilor de distributie este egal cu numarul nivelelor de tensiune din circuitele primare ale statiei (de exemplu o statie de transformare de 220/110/6 kV are trei instalatii de distributie, una de 220 kV, a doua de 110 kV si a treia de 6 kV).
Transformatoarele de forta de interconexiune realizeaza legaturile electrice intre instalatiile de distributie si transforma parametrii energiei electrice tranzitate.
Intr-o statie de transformare sunt obisnuit unul sau doua transformatoare de interconexiune. Daca statia de transformare are doua nivele de tensiune, transformatoarele de forta sunt cu doua infasurari. Daca statia are trei nivele de tensiune, transformatoarele de interconexiune sunt obisnuit cu trei infasurari dar pot fi utilizate si mai multe transformatoare cu doua infasurari; solutia optima depinde de tranzitul de putere intre diferitele tensiuni, siguranta in exploatare, etapizarea instalatiei, etc.
Daca statia are mai mult de trei nivele de tensiune, de exemplu 220/110/20/6 kV, se folosesc alte transformatoare pentru legatura cu cea de a patra instalatie de distributie (de exemplu de 110/20 kV pentru alimentarea instalatiei de distributie de 20 kV de la care sunt racordate liniile electrice aeriene de electrificare rurala de 20 kV).
Transformatoarele de forta pot fi montate in exterior sau daca nu este posibil se monteaza in interiorul unei cladiri (ce poate fi comuna cu instalatia de distributie de medie tensiune). Obisnuit nu se monteaza in interior transformatoare cu o putere mai mare de cativa zeci de MVA.
2.1. Montarea transformatoarelor de putere in exterior
Transformatoarele de putere se monteaza obisnuit in aer liber si sunt echipate cu izolatoarele necesare nivelelor de tensiune si functionarii in mediul exterior. Se monteaza in exterior deoarece au in cuva cantitati mari de ulei, deci prezinta pericol mare de incendiu. Pentru reducerea pericolului de incendiere solutiile constructive prevad separari antifoc intre doua transformatoare alaturate pentru ca un eventual incendiu la un transformator sa nu se transmita si la transformatorul alaturat, precum si sisteme de evacuare a uleiului. O alta solutie este montarea transformatoarelor la distante relativ mari (de peste 15 m) intre ele precum si intre ele si bobine in ulei; de asemenea trebuie ca transformatoarele de forta sa fie amplasate la distante relativ mari de restul instalatiilor de distributie. Daca transformatoarele au puteri mari, de peste 40 MVA si sunt amplasate la distante reduse (sub 15 m) se realizeaza separari antifoc (pereti) din materiale incombustibile, pereti ce trebuie sa depaseasca cu cel putin 1 m de fiecare parte gabaritul transformatorului si sa aiba inaltimea cel putin egala cu a punctului cel mai inalt al sau. Acesti pereti pot fi folositi si pentru sustinerea de aparate sau conductoare aferente transformatorului. Daca transformatoarele sunt prevazute cu instalatii fixe de stins incendiul, peretii antifoc pot lipsi. Instalatiile de stingere a incendiului pot fi cu bioxid de carbon, cu apa pulverizata sau functioneaza pe principiul golire-spalare. Instalatiile de stingere a incendiului se bazeaza in principal pe izolarea de aer a uleiului aprins.
Instalatiile cu apa pulverizata trimit automat la intrarea in functie spre transformator o mare cantitate de apa pulverizata, picaturile au o suprafata mare de contact cu mediul si astfel se absoarbe din uleiul incendiat o mare cantitate de caldura si in plus se formeaza o patura de vapori de apa ce impiedica patrunderea aerului spre flacara. Repunerea in functie a transformatorului dupa stingerea incendiului se face fara dificultati, iar functionarea instalatiei este fara pericol atat pentru personalul de exploatare cat si pentru transformator. Instalatiile ce functioneaza pe principiul golire-spalare la intrarea in functie golesc partial cuva transformatorului, insufla un jet de azot sub presiune in cuva, uleiul rece de la baza cuvei este impins la partea sa superioara unde se formeaza o patura de azot si astfel scade temperatura uleiului din zona de flacara sub temperatura sa de aprindere si se izoleaza uleiul de aer. Dupa functionarea instalatiei nu se poate imediat repune transformatorul in serviciu si ca urmare nu se face automatizarea functionarii instalatiei. Acest tip de instalatie se foloseste si la transformatoarele montate in interior.
Instalatiile cu bioxid de carbon la intrarea in functie izoleaza cu bioxid de carbon (gaz ce
impiedica izolarea transformatorului aprins de aer) ca urmare instalatia de acest tip poate fi folosita numai la transformatoare montate in interior, intr-o incapere separata unde se poate inlocui repede aerul din incapere cu CO2. Transformatoarele de forta sunt foarte grele si ca urmare trebuie asezate pe sine de cale ferata cu rolele calate, sine ingropate in grinzile de beton ale unei fundatii independente (pentru a nu se transmite vibratii). Legaturile bornelor transformatoarelor de putere ale statiilor de inalta si foarte inalta tensiune/medie tensiune (IT/MT sau FIT/MT) se face obisnuit prin conductoare flexibile pe partea de IT (FIT) cu instalatia de distributie corespunzatoare nivelului de tensiune (IT sau FIT) si cu bare rigide pe partea de MT.
2.2. Montarea transformatoarelor de putere in interior
Montarea in interior a transformatoarelor de mare putere cere o solutie complicata si scumpa datorita necesitatii evacuarii caldurii degajate in timpul functionarii transformatoarelor, masurile de prevenire, combatere si limitare ale efectelor eventualelor incendii si masurile necesare de impiedicare a propagarii zgomotelor si vibratiilor, si ca urmare obisnuit se monteaza in interior numai transformatoarele cu puteri de cel mult cativa MVA. Montarea in interior a transformatoarelor cu puteri mari, se face numai cand nu este posibila montarea lor in exterior din diferite motive cum sunt poluarea intensa, conditii de sistematizare sau distanta prea mare intre instalatia de medie tensiune, interioara si cea de inalta tensiune de tip exterior (de exemplu CHE Arges unde transformatoarele sunt montate in subteran langa sala masinilor si datorita lipsei de spatiu, greutatilor de transport si de introducere in subteran s-au folosit 7 transformatoare monofazate, din care unul de rezerva, iar celelalte 6 legate convenabil, formeaza doua grupuri ce corespund da doua transformatoare trifazate de MT/IT.
Transformatoarele cu puteri mici (pana la cativa MVA) ce se monteaza in interior, sunt de obicei de constructie normala, deci pentru functionare in exterior. Transformatoarele de putere medie pot fi prevazute si cu radiatoare aer-ulei separate. Transformatoarele de mare putere montate in interior sunt prevazute obisnuit cu instalatie de racire fortata (cand ventilatia naturala nu este satisfacatoare). Racirea fortata se realizeaza cu ajutorul unor radiatoare aer-ulei sau apa-ulei.
Masurile de prevenire, combatere si limitare ale efectelor eventualelor incendii la
transformatoarele de putere montate in interior, se bazeaza pe montarea fiecarui transformator intr-o boxa separata, prevazuta cu porti metalice spre exterior, dimensionate pentru a putea introduce sau scoate transformatorul. Restul masurilor sunt asemanatoare cu cele din cazul montarii transformatoarelor de putere in exterior.
Transformatoarele de mare putere montate in interior, pentru a nu transmite vibratiile
magneto-strictiunii circuitului magnetic care produce forte magnetice la imbinarile tolelor (vibratii ce pot duce la rezonanta unor elemente ale constructiilor apropiate), se monteaza pe fundatii complet separate de orice element al cladirii, intre ele si fundatiile lor se introduc straturi de materiale antivibrante (pasla, cauciuc, pluta, etc.) iar racordurile (conductoarele rigide si conductele de ulei) se prevad cu piese elastice. Vibratiile deranjeaza personalul statiilor si chiar locuitorii cladirilor vecine si pot avaria instalatiile de protectie prin relee, aparatele cu mecanisme fine, etc. Transformatoarele de mare putere ce se monteaza in interior produc zgomote suparatoare si ca urmare pentru reducerea zgomotelor se pot folosi transformatoare speciale.
Aceste transformatoare speciale antifonate sunt scumpe, reducerea zgomotului este relativ limitata si ca urmare nu sunt folosite decat in anumite cazuri. Pentru limitarea propagarii zgomotelor, se monteaza in jurul transformatorului panouri fonoabsorbante demontabile.
3. Exploatarea transformatoarelor de putere
3.2. Protectia uleiului de transformator
Siguranta in functionare si durata de viata a unui transformator depind in mare masura de
starea uleiului din cuva transformatorului. Proprietatile fizice ale uleiului se modifica in decursul exploatarii, uleiul imbatraneste. Cele mai importante caracteristici ale uleiului din punct de vedere al exploatarii sunt rigiditatea dielectrica si tangenta unghiului de pierderi. Orice impuritate care patrunde in ulei influenteaza negativ rigiditatea lui dielectrica. Impuritatile din ulei pot fi solide, lichide sau gazoase. Impuritatile solide provin mai ales din procesul de fabricatie al transformatorului, ele sunt particule de hartie, lemn, rugina, vopsea, etc.
Unele particule de impuritati absorb umezeala, formeaza particule cu permitivitate ridicata, se grupeaza si se orienteaza in directia campului electric, realizand punti de strapungere prin ulei.
Dintre impuritatile gazoase si lichide, importanta deosebita prezinta oxigenul si apa, care
degradeaza uleiul si actioneaza defavorabil si asupra izolatiilor solide ale transformatorului.
Contactul, sub orice forma, dintre ulei si aer duce la procesul de oxidare a uleiului.
Apa din ulei provine din umiditatea aerului din mediul inconjurator si in urma proceselor de descompunere ale uleiului. Consecinta imediata a cresterii umiditatii uleiului este micsorarea rigiditatii lui dielectrice. In acelasi timp umiditatea micsoreaza rigiditatea dielectrica a izolatiei de hartie, accelereaza pierderea calitatilor mecanice ale hartiei, adica accelereaza imbatranirea izolatiei de hartie.
Este necesara protejarea uleiului fata de umiditatea si oxigenul din aerul mediului
inconjurator. Cea mai simpla protectie este aplicarea conservatorului de ulei, prin care se realizeaza o suprafata de contact micsorata dintre ulei si aer. Atat procesul de oxidare, cat si procesul de absorbtie a umiditatii sunt favorizate de o temperatura mai ridicata. De aceea se urmareste mentinerea temperaturii uleiului din conservator la valori scazute. In acest scop conservatorul se leaga cu cuva transformatorului printr-o teava relativ subtire, care asigura racirea uleiului, care datorita dilatatiei termice trece din cuva in conservator.
Spatiul de aer din conservator comunica cu exteriorul printr-o teava pe care sunt filtre de
oxigen si de apa. Un procedeu raspandit de incetinire a procesului de imbatranire a uleiului este introducerea in ulei a unor substante, denumite inhibitori, care impiedica direct desfasurarea procesului chimic de oxidare a uleiului.
Inca in procesul de fabricatie al transformatorului trebuie sa se aiba in vedere actiunea
catalitica a metalelor in procesul de oxidare a uleiului. De aceea, se prevad metode de pasivizare a suprafetelor metalice din transformator, cum ar fi acoperirea acestora cu un lac special.
Masurile indicate de protectie a uleiului de transformator incetinesc procesul de imbatranire a uleiului, dar nu il elimina complet. Astfel se impun masuri de control si intretinere a uleiului. Periodic, se verifica aspectul (culoarea) uleiului, prezenta carbunelui in suspensie, prezenta apei, punctul de inflamabilitate, aciditatea organica, impuritatile mecanice, rigiditatea dielectrica si tangenta unghiului de pierderi.
Intretinerea uleiului de transformator inseamna indepartarea impuritatilor, a produselor de
oxidare si a apei din ulei. Procedeele de intretinere sunt: decantarea, filtrarea, centrifugarea, uscarea sau tratarea in vid a uleiului.
Daca uleiul este pronuntat oxidat, el trebuie regenerat. Metodele de regenerare sunt similare cu metodele de rafinare ale uleiului. Prin ele se indeparteaza din ulei acizii, hidrocarburile nesaturate si apa. La schimbarea uleiului trebuie luate masuri de indepartare a produselor de oxidare ale uleiului din izolatiile solide ale transformatorului.
O protectie mult superioara a uleiului se realizeaza prin interpunerea intre uleiul din
transformator si atmosfera a unei perne de azot. Astfel, se elimina procesul de oxidare a uleiului si de asemenea, se elimina aproape complet si procesul de absorbtie a umiditatii, ceea ce duce la marimea considerabila a duratei de viata a uleiului, precum si a materialelor izolante solide ale infasurarilor si deci a transformatorului.
O alta modalitate de eliminare a contactului dintre uleiul din transformator si aerul din
mediul inconjurator este separarea uleiului de aer in conservator printr-o membrana elastica, care urmareste variatiile de volum ale uleiului. Sau, in cuva transformatorului umpluta complet cu ulei se introduce un balon elastic, de asemenea umplut cu ulei. Balonul elastic comunica cu un expandor.
4. Mentenanta transformatoarelor de putere
In SEN se afla in exploatare (la nivelul anului 2003) un numar de 339 transformatoare si
autotransformatoare de putere nominala cuprinsa intre 63 si 440MVA si cu tensiunile nominale cuprinse intre 110 si 750 kV. Marea majoritate dintre acestea au durata de functionare mai mare de 25 de ani, perioada considerata ca fiind "durata de viata standard".
La transformatoarele de putere punctele critice sunt:
a) infasurarile:
- scaderea parametrilor de izolatie sub limitele minime admise ceea ce poate conduce la
strapungerea izolatiei la supratensiuni;
- slabirea rezistentei la eforturi electrodinamice.
b) trecerile izolate - se datoreaza calitatii inferioare a acestora;
c) sistemul de consolidare a infasurarilor realizat din materiale magnetice
- supraincalzirea puternica a pieselor de presare (prezon-saiba), ceea ce conduce la
deformarea lor termica si la degradarea termica a materialelor izolante;
d) comutatoarele cu reglaj sub sarcina;
e) circuitul magnetic - se datoreaza cantitatii relativ mari de impuritati mecanice si de
umiditate din ulei care determina scaderea izolatiei tolelor, a pachetelor de tole, a
schelelor;
f) sistemul de racire:
- reducerea capacitatii de racire prin infundarea canalelor de circulatie a aerului sau
uleiului. In cursul exploatarii transformatoarelor se executa urmatoarele lucrari de intretinere curenta:
- inlocuiri de sigurante la transformatoarele protejate prin sigurante (inlocuirea se face cu
transformatoarele deconectate de la retea si cu instalatiile legate la pamant);
- masuratori de sarcina si tensiune in conformitate cu reglementarile in vigoare;
- daca sub transformatoarele montate in exterior exista pat de piatra, afanarea si greblarea
periodica a acestuia pentru a permite scurgerea si depistarea scurgerii uleiului;
- verificarea fundatiilor si a ingradirilor; punerea la punct a dispozitivelor de inchidere si
incuiere;
- completarea cu cerneala a aparatelor inregistratoare;
- demontari si montari de aparate de masurat apartinand instalatiei transformatorului;
- inlocuirea silicagelului.
In cadrul activitatii de exploatare-intretinere, in care se stabilesc lucrarile care trebuie sa
readuca si sa mentina instalatiile in starea tehnica prescrisa, pe langa lucrarile din activitatea de exploatare si intretinere curenta, un rol deosebit il au lucrarile din activitatea de revizii si reparatii (programare sau accidentale). Aceste lucrari sunt: revizia tehnica (RT), reparatia curenta (RC), reparatia capitala (RK).
