Вопросы обеспечения надёжности при проектировании силовых трансформаторов

Силовые трансформаторы — крайне важное энергетическое оборудование в электрической сети. При возникновении проблем с качеством они могут не только привести к значительному экономическому и имущественному ущербу, но и создать угрозу для жизни людей и вызвать неизмеримый негативный социальный эффект.

В общем случае надёжность силового трансформатора главным образом определяется его конструкцией, технологией, материалами и уровнем производства. Среди этих факторов конструкция, будучи первоисточником качества продукции, существенно влияет на общую надёжность силовых трансформаторов.

Статистика показывает, что «конструктивные дефекты» продукции являются основной причиной крупных аварий силовых трансформаторов, происходивших в отрасли исторически, и составляют более 80%. Надёжность конструкции силового трансформатора — это предпосылка и фундаментальная гарантия достижения общей надёжности продукции. В настоящей статье рассматриваются некоторые важные вопросы обеспечения надёжности при проектировании трансформаторов.

Идея проектирования стойкости к короткому замыканию

Стойкость к короткому замыканию — ключевой показатель надёжности силовых трансформаторов. Нередки случаи, когда силовые трансформаторы в электрической сети повреждаются из-за недостаточной стойкости к короткому замыканию. Также часто встречаются силовые трансформаторы, не выдерживающие испытания на короткое замыкание.

Как специальный вид испытаний, испытанию на короткое замыкание подвергается очень малая доля силовых трансформаторов — менее 1% от общего количества. Поэтому проектирование и проверка являются наиболее реалистичным способом гарантировать, что силовые трансформаторы обладают достаточной стойкостью к короткому замыканию.

Основная идея расчёта силового трансформатора на стойкость к короткому замыканию должна заключаться в максимально возможном снижении действующих значений механических напряжений при коротком замыкании, а не в необдуманном повышении допустимых значений этих напряжений, поскольку последнее чрезмерно зависит от материалов и технологических процессов и является неконтролируемым проектным поведением.

Аспекты проектирования, связанные с уровнем превышения температуры наиболее нагретых точек

Величина превышения температуры наиболее нагретых точек каждого узла силового трансформатора тесно связана со сроком службы трансформатора и также влияет на надёжность его длительной эксплуатации. Как типовое испытание, испытание на нагрев проходит не каждый силовой трансформатор. Поэтому проектирование и проверка по-прежнему остаются важным способом обеспечить, чтобы превышение температуры наиболее нагретых точек каждого узла силового трансформатора находилось в пределах безопасных значений.

При проектировании превышений температуры наиболее нагретых точек силового трансформатора следует сосредоточиться на трёх основных аспектах: превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки, наиболее нагретой точки магнитопровода и наиболее нагретых точек металлических конструктивных элементов. Точный расчёт распределения полей рассеяния и распределения плотности потерь исходя из конструкции и параметров изделия служит важной основой для рационального выбора материалов каждого узла, рационального принятия мер по ограничению потоков рассеяния и рационального проектирования масляного охлаждающего контура, что позволяет обеспечить нахождение превышения температуры наиболее нагретых точек каждого узла изделия в пределах безопасных значений.