температура сухих трансформаторов

Когда говорят про температуру сухих трансформаторов, часто сразу лезут в паспортные данные — класс изоляции, допустимые перегрузки. Но на практике, особенно при модернизации старых подстанций или в новых проектах с плотной компоновкой, этих цифр не хватает. Много раз видел, как проектировщики берут стандартные 155°C для изоляции класса F и считают, что всё решено. А потом на объекте оказывается, что трансформатор в нише, вентиляция не продумана, и даже в нормальном режиме обмотки греются сильнее расчётного. И начинаются поиски виноватых — оборудование? монтаж? проект? Чаще всего — комплекс причин, где температура становится лишь индикатором.

От цифры в паспорте до реального теплового следа

Возьмём, к примеру, наши же трансформаторы. На сайте ООО Хэнань Цзиньюй Электрик указаны параметры для серий на 10 и 35 кВ. Но когда мы поставляли партию сухих трансформаторов для одного логистического центра под Москвой, приёмка затянулась. Заказчик мерял температуру в трёх точках корпуса термографом и беспокоился, что показания на 7-10 градусов выше, чем в аналогичном оборудовании другого производителя при той же нагрузке. Стали разбираться. Оказалось, предыдущий ?аналог? имел алюминиевые обмотки, а наши — медные. Теплоотдача и теплопроводность разные, да и конструкция радиаторов другая. Цифра на корпусе — не цифра на обмотке. Пришлось объяснять, что паспортный тепловой режим мы гарантируем, но замерять нужно по методике, в контрольных точках, указанных в руководстве. А не где попало.

Тут ещё важный момент — температура сухих трансформаторов сильно зависит не только от нагрузки, но и от гармоник в сети. На том же объекте были частотные приводы на вентиляционных установках. Без фильтров. И когда мы подключили регистратор качества электроэнергии, стало ясно — токи искажены, дополнительные потери в обмотках есть. Это как раз тот случай, когда формально трансформатор не перегружен по току, но греется из-за несинусоидальности. Пришлось рекомендовать установку дросселей или выбор трансформатора с запасом по магнитной системе. Не все клиенты готовы это сразу принять, считают перестраховкой.

Поэтому сейчас в техзаданиях мы всегда стараемся прописывать условия измерения температуры и уточнять характер нагрузки. Не просто ?номинальный режим?, а ?длительная работа при 70% нагрузки с возможными нелинейными искажениями до 15% по THDi?. Это спасает и нас, и заказчика от лишних споров. Кстати, у Хэнань Цзиньюй Электрик в последних моделях уже ставят больше датчиков Pt100 прямо в зонах максимального нагрева обмоток НН и ВН. Это даёт более объективную картину, чем расчётные методы.

Ошибки монтажа, которые не увидишь в проекте

История с монтажом. Был объект — пищевое производство в Ленинградской области. Трансформаторы сухие, 1000 кВА, наши же. Смонтировали всё, запустили. Через месяц звонок: ?Температура на верхних фазах зашкаливает, сигнализация срабатывает?. Приехали. Первое, что бросилось в глаза — трансформаторы стоят вплотную друг к другу, расстояние между корпусами сантиметров 30, не больше. В проекте было указано минимум 60 см для нормальной конвекции. Монтажники ?сэкономили? место. Воздух просто не циркулировал, горячий от одного корпуса шёл на всасывание вентиляторов другого. Получился тепловой коротыш.

Пришлось срочно организовывать перестановку, добавлять принудительную вытяжку под потолком. Это, кстати, частая проблема в реконструируемых зданиях, где высота помещений мала. Горячий воздух скапливается под потолком, и если нет вытяжных вентиляторов, то со временем вся камера трансформатора прогревается, и эффективность охлаждения падает. Теперь мы всегда требуем от монтажных организаций фотоотчёт по расстояниям и вентканалам перед пуском. Мелочь, но она решает.

Ещё один нюанс — пыль. Особенно на производствах с древесной или мучной пылью. Видел трансформатор, который через полгода работы выглядел как запечённый пирог — все рёбра радиаторов забиты плотным слоем. Естественно, температура сухих трансформаторов росла. Фильтры на вентиляционных решётках — обязательно. Но их надо чистить. А кто будет? В договорах на обслуживание этот пункт часто выпадает. Поэтому в последнее время для таких условий мы предлагаем вариант с закрытым циклом охлаждения (типа ANAN), когда обмотки находятся в герметичном корпусе, а охлаждение идёт через внешний теплообменник. Дороже, но надёжнее.

Когда датчики врут, или проблемы контроля

Системы мониторинга температуры — отдельная тема. Ставят термопары, резистивные датчики, инфракрасные датчики бесконтактные. Но калибровка? На одном из объектов датчики Pt100 были подключены через слишком длинные провода, без компенсации сопротивления линии. Показывали температуру на 20 градусов ниже реальной. Хорошо, что была резервная система — тепловизорный осмотр по графику. Увидели расхождение.

Сейчас многие продвигают ?умный? онлайн-мониторинг. Но его данные нужно уметь интерпретировать. Например, рост температуры на одной фазе при стабильной нагрузке. Это может быть и ослабление контакта шины, и межвитковое замыкание в обмотке, и просто сбой датчика. Был случай на подстанции торгового центра: система выдавала предупреждение по нагреву фазы С. При проверке тепловизором — всё ровно. Оказалось, датчик плохо прижат к поверхности и грелся от солнца, падавшего через оконце в двери отсека. Мелочь, но из-за таких мелочей потом игнорируют реальные тревоги.

Поэтому наша позиция — мониторинг должен быть, но дублированный. Хотя бы периодический тепловизионный контроль со стороны эксплуатирующей организации. А для критичных объектов, где у ООО Хэнань Цзиньюй Электрик есть решения по трансформаторам с системами защиты, лучше закладывать встроенные датчики температуры непосредственно в обмотку (в процессе изготовления), а не навесные. Да, это увеличивает стоимость, но даёт точные данные по самому критичному элементу.

Влияние параметров сети и качества электроэнергии

Часто забывают, что нагрев зависит от напряжения сети. Если напряжение завышено (допустим, 10.5 кВ вместо 10.0 кВ), то увеличиваются потери в стали магнитопровода. Они не такие большие, как в меди, но при постоянной работе дают свой вклад. Особенно это заметно на трансформаторах, которые работают с недогрузкой. Потери в стали становятся соизмеримы с потерями в меди. И общий тепловой баланс смещается.

Ещё один практический момент — неравномерность нагрузки по фазам. В офисных центрах, где много однофазных потребителей, часто одна фаза нагружена сильно, две другие — слабо. Трансформатор греется неравномерно. И если система контроля усредняет температуру или смотрит только на максимальную из трёх фаз, можно пропустить локальный перегрев части обмотки. Мы после нескольких таких случаев рекомендуем заказчикам при проектировании распределять нагрузки более равномерно или, если это невозможно, выбирать трансформаторы с запасом по мощности и с улучшенным охлаждением.

Качество электроэнергии — отдельная боль. Высшие гармоники, как уже говорил, увеличивают потери. Но есть и обратная ситуация — когда сеть ?жёсткая?, с низким уровнем гармоник, но с частыми бросками напряжения (например, из-за работы соседних мощных приводов). Эти броски могут вызывать частичные разряды в изоляции, что со временем ведёт к её старению и, как следствие, к изменению тепловых характеристик. Трансформатор начинает греться сильнее при той же нагрузке. Диагностировать это сложно, нужен регулярный анализ состояния изоляции.

Резюме: не бороться с температурой, а управлять условиями

Так что же в итоге? Гоняться за абсолютно низкой температурой сухих трансформаторов бессмысленно. Нужно обеспечивать стабильный тепловой режим в рамках паспортных значений, но с учётом реальных условий эксплуатации. Это значит: правильный монтаж с соблюдением расстояний, чистота, эффективная вентиляция (естественная или принудительная), контроль качества электроэнергии на вводе и грамотная система мониторинга с пониманием её ограничений.

Опыт поставок и наладки оборудования, в том числе и для наших партнёров, показывает, что большинство проблем с перегревом — не дефект самого трансформатора, а следствие системных ошибок на этапах проектирования, монтажа или эксплуатации. Поэтому сейчас мы стараемся работать не просто как поставщик железа, а как технический консультант. Помогаем составить правильное ТЗ, проверить проект на тепловые режимы, дать рекомендации по монтажу и системе контроля.

В конце концов, ресурс изоляции — это функция времени и температуры. И наша задача — чтобы этот ресурс вырабатывался не из-за глупых ошибок, а в штатном, расчётном режиме. Тогда и оборудование, будь то стандартный трансформатор от Хэнань Цзиньюй Электрик или специальное исполнение, отработает свои 25-30 лет без проблем. А температура будет просто одной из контролируемых рабочих характеристик, а не головной болью для энергетика на объекте.