Salavat, Ufa, Russian Federation
employee from 11.10.2012 until now
Salavat, Ufa, Russian Federation
Salavat, Ufa, Russian Federation
This paper is devoted to the currently urgent problem — increasing reliability and safety for power oil transformers’ operation with considerable long and short overloads through cooling systems’ efficiency upgrading, allowing increase the power oil transformers’ operation safety, engine life, reliability and economical efficiency. Statistical data on fault causes for transformers of different voltage classes and lifecycles have been given. Based on the study of statistical data it has been established that one of the main causes for transformers faults was the inefficiency of oil cooling systems during the summer period of operation and with considerable long and short overloads. For improvement of efficiency of power oil transformers’ cooling system the agitation of cooling oil by circulating sulfur hexafluoride (SF6) and subsequent sulfur hexafluoride cooling with a thermoelectric cooler is proposed. The system of sulfur hexafluoride circulation and cooling switches on automatically at considerable long and short overloads. The design and operation of the proposed cooling system for oil transformers have been considered. A series of laboratory experiments for transformer oil cooling in a power transformer’s tank without and with a compressor has been carried out. Graphs of temperature-time relationship at natural cooling and when using agitation have been presented. The coefficients of transformer oil’s thermal diffusivity and heat transfer at various distances from heating element have been experimentally defined. The mathematical problem of a heat flux distribution in a rectangular parallelepiped has been considered, a solution for thermal conductivity equation in the power transformer’s tank, which is a rectangular parallelepiped, has been presented. A laboratory setup design has been described in detail. Brands of used thermocouples, compressor and analog-digital converter have been presented. Use of the upgraded cooling system will allow increase the transformers operation safety and reliability.
power transformer, safety, reliability, electric power supply, supervision, recondition, sulfur hexafluoride, cooling system.
1. Введение в проблему
Трансформаторы являются сердцем энергетических систем. Будучи крайне необходимым и дорогостоящим оборудованием, трансформаторы играют важную роль в передаче электроэнергии, целостности, надежности и безаварийности энергетической системы в целом. При воздействии неблагоприятных условий системе и оборудованию могут быть нанесены тяжелые повреждения, возможно недопустимое прерывание снабжения потребителей электроэнергией, что может привести к чрезвычайным ситуациям, авариям и нарушениями в жизнеобеспечении населения. В трансформаторах большой мощности выделяется большое количество теплоты, для отвода которой используются специальные масляно-воздушные охладители, которые обдуваются воздухом с помощью вентилятора и оснащены насосами для принудительной циркуляции масла. Принудительная циркуляция масла позволяет получить более равномерное распределение температуры по высоте бака и повышает эффективность охлаждения обмоток и магнитопровода трансформатора. В случае отключения системы охлаждения трансформаторы могут оставаться включенными очень непродолжительное время, так как теплоотдающей поверхности бака недостаточно даже для отвода потерь холостого хода. Срок естественного износа силовых трансформаторов марок ТМ3, ТМ, ТАМ, работающих в номинальном режиме, составляет примерно 30 лет. Так как приобретение новых трансформаторов требует больших затрат, то предприятия проводят дополнительные мероприятия и увеличивают срок их службы. При этом повышается риск возникновения аварийных ситуаций. Как видно из рис. 1, значительное количество отказов силовых трансформаторов происходит из-за неудовлетворительной эксплуатации (более 50% всех отказов). К основным эксплуатационным причинам, приводящим к повреждениям (отказам) трансформаторов, следует отнести перегрев активной части из-за неэффективности системы масляного охлаждения в летний период эксплуатации и при кратковременных, но значительных перегрузках, существенным фактором также является ухудшене качества самого масла.
1. Nigmatulin R. I., Filippov A. I., Khismatullin A. S. Transcillatory heat transfer in a liquid with gas bubbles. Thermophysics and aeromechanics, 2012, vol. 19, no. 4, pp. 589-606.
2. Khismatullin A. S. Sistema okhlazhdeniya transformatornogo masla na osnove transtsillyatornogo perenosa tepla [Transformer oil cooling system based on transcillatory heat transfer]. Energobezopasnost’ i energosberezhenie [Energy security and energy saving]. 2016, I. 4, pp. 43-46. (in Russian)
3. Khismatullin A. S. Issledovanie teploperenosa v promyshlennykh silovykh transformatorakh s elegazovym okhlazhdeniem [Investigation of heat transfer in industrial power transformers with SF6 gas cooling]. Ekologicheskie sistemy i pribory [Ecological systems and devices]. 2017, I. 2, pp. 29-33. (in Russian)
4. Khismatullin A. S. Prodlenie resursa maslyanykh transformatorov s dlitel’nym srokom ekspuatatsii [Extension of the resource of oil transformers with a long period of operation]. Vestnik YuurGU. Seriya «Energetika» [Vestnik of the South-UU. Series «Energy»]. 2017, V. 17, I. 3, pp. 60-66. (in Russian)
5. Bashirov M. G. Rekomendatsii po povysheniyu nadezhnosti elektrosnabzheniya promyshlennoy ploshchadki lineynoproizvodstvennogo upravleniya magistral’nykh gazoprovodov [Recommendations for improving the reliability of power supply to the industrial site of the linear-production control of main gas pipelines]. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical systems and complexes]. 2016, I. 2 (31), pp. 23-26. (in Russian)
6. Khismatullin A. S. Povyshenie okhlazhdeniya maslyanykh silovykh transformatorov putem barbotazha puzyr’kov elegaza [Increasing the cooling of oil power transformers by bubbling bubbles of sulfur hexafluoride]. Inzhenernaya fizika [Engineering Physics]. 2017, I. 6, pp. 27-31. (in Russian)
7. Bashirov M. G., Khismatullin A. S., Pereverzev A. I. Patent na poleznuyu model’ № 167206 Ustanovka dlya okhlazhdeniya maslyanogo transformatora. Pravoobladatel’ FGBOU VO UGNTU. Zayavka № 2016124531. Prioritet poleznoy modeli 20 iyunya 2016. Zaregistrirovano v gos. Reestre poleznykh modeley Rossiyskoy Federatsii 08.12.2016. Srok deystviya patenta istekaet 20.06.2026 [Patent for utility model No. 167206 Installation for cooling oil transformer. The right holder of the FGBUU in the UGNTU. Application No. 2016124531. Priority utility model June 20, 2016. Registered in the state. Register of utility models of the Russian Federation 08.12.2016. The term of the patent expires on 20.06.2026]. (in Russian)
8. Khismatullin A. S. Issledovanie teploperenosa v promyshlennykh silovykh transformatorakh s elegazovym okhlazhdeniem pod vozdeystviem vibratsii [Investigation of heat transfer in industrial power transformers with gasinsulated cooling under the influence of vibration]. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [The successes of modern natural science]. 2015, I. 12, pp. 173-176. (in Russian)
9. Bashirov M. G., Gribovskiy G. N., Gallyamov R. U., Khismatullin A. S. Primenenie avtomaticheskogo rezhima kontrolya elektrosnabzheniya promyshlennoy ploshchadki lineyno-proizvodstvennogo upravleniya magistral’nykh gazoprovodov [The application of an automatic control mode of power supply for the industrial site of linear-production control of main gas pipelines]. Novoe v rossiyskoy elektroenergetike [New in the Russian electric power industry]. 2016, I. 6, pp. 28-35. (in Russian)
10. Bashirov M. G., Khismatullin A. S., Gallyamov R. U. Integral’nyy kriteriy otsenki tekhnicheskogo sostoyaniya silovykh maslyanykh transformatorov [Integral criterion for assessing the technical state of power oil transformers]. Energetik [Power]. 2016, I. 7, pp. 24-26. (in Russian)
