Электродвигатели для трансформатора трехфазные

Электродвигатели для трансформатора трехфазные: устройство, принцип действия, классификация и эксплуатация

В контексте трансформаторных подстанций и энергетических систем термин «электродвигатели для трансформатора» не является технически корректным, так как сам трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, не имеющее вращающихся частей и не требующее двигателя для своей основной функции преобразования напряжения. Однако трехфазные электродвигатели являются критически важными компонентами систем, обеспечивающих работу трансформаторного оборудования. Они приводят в действие вспомогательные механизмы, без которых функционирование современной трансформаторной подстанции невозможно. Данная статья детально рассматривает типы, назначение, требования и особенности эксплуатации трехфазных электродвигателей в составе трансформаторных систем.

Назначение и сферы применения трехфазных двигателей на трансформаторных подстанциях

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) и, реже, синхронные двигатели применяются для привода следующих ключевых систем:

• Системы принудительного охлаждения трансформаторов (ДУ, ДЦ, Ц). Для отвода тепла, выделяемого в активной части трансформатора, используются вентиляторы радиаторов и масляные насосы. Двигатели вентиляторов, как правило, имеют мощность от 0.25 до 7.5 кВт, а двигатели маслонасосов — от 0.75 до 15 кВт, в зависимости от мощности и класса нагревостойкости изоляции трансформатора.
• Системы регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) и переключения ответвлений (ПБВ). Электродвигатели служат приводом для механизма переключения ступеней обмотки трансформатора. Это высокоточные устройства, требующие от двигателя четкого контроля момента и числа оборотов, часто оснащенные тормозом и концевыми выключателями. Мощность таких двигателей обычно не превышает 0.5-1.5 кВт.
• Приводы коммутационных аппаратов. Электродвигатели используются в приводах выключателей, разъединителей и другого высоковольтного оборудования, входящего в состав подстанции. Они обеспечивают необходимое усилие и скорость коммутации.
• Вспомогательные системы. К ним относятся системы вентиляции помещений ЗРУ и КРУ, насосы систем пожаротушения, дренажные насосы, задвижки систем водоснабжения охладителей.

Конструктивные особенности и требования к двигателям

Эксплуатация в условиях энергетического объекта накладывает на электродвигатели ряд специфических требований, отражающихся на их конструкции.

• Климатическое исполнение и категория размещения: Для работы на открытом воздухе (радиаторы трансформатора) применяются двигатели с исполнением УХЛ1 (для умеренного и холодного климата, на открытом воздухе) или У1. Для закрытых отапливаемых помещений — У3, для неотапливаемых — У2. Часто требуется исполнение, стойкое к повышенной влажности.
• Степень защиты (IP): Для наружной установки необходима степень защиты не ниже IP54 (защита от пыли и брызг воды со всех направлений). Для маслонасосов, работающих в потенциально заливаемой маслом среде, может требоваться IP55 или IP65. Для помещений достаточно IP23 или IP44.
• Класс изоляции и нагревостойкость: Стандартом являются классы изоляции F (155°C) или H (180°C). Это обеспечивает большой запас по перегреву и повышенный ресурс даже при работе в условиях высоких температур окружающей среды (например, летом рядом с нагретым трансформатором).
• Режим работы: Основной режим — продолжительный (S1). Для приводов РПН может применяться повторно-кратковременный режим (S3 или S4) с указанием относительной продолжительности включения (ПВ, например, 15% или 25%).
• Исполнение по монтажу: Наиболее распространены двигатели на лапах (IM1081, IM2081) или фланцевого исполнения (IM2101, IM3001) для соосного соединения с насосом или вентилятором.

Характеристики систем охлаждения трансформаторов и применяемые двигатели

Тип системы охлаждения трансформатора напрямую определяет требования к приводным электродвигателям.

Система охлаждения (по ГОСТ, МЭК)	Описание	Применяемые двигатели (типовой диапазон мощностей)	Особенности
Д (Dry) / AN (Air Natural)	Естественное воздушное охлаждение. Двигатели отсутствуют.	Не применяются	—
ДУ (Dry) / AF (Air Forced)	Принудительное воздушное охлаждение с обдувом вентиляторами.	АДКЗ, 0.25 — 7.5 кВт, 1500 об/мин (реже 1000 об/мин), IP54, IC411 (самовентиляция).	Двигатели группируются по радиаторным секциям, управляются термореле или системой АСУ ТП.
М (Oil) / ONAN (Oil Natural Air Natural)	Естественное масляное охлаждение. Двигатели отсутствуют.	Не применяются	—
МДУ (Oil) / ONAF (Oil Natural Air Forced)	Естественная циркуляция масла, принудительный обдув радиаторов.	Аналогично ДУ. Двигатели вентиляторов — основной потребитель.	Наиболее распространенная система для трансформаторов средней мощности.
ДЦ (Oil) / OFAF (Oil Forced Air Forced)	Принудительная циркуляция масла через насосы и принудительный обдув радиаторов.	Двигатели маслонасосов: 1.5 — 15 кВт, 1500/3000 об/мин, IP55/IP65, фланцевое исполнение (IM3001). Двигатели вентиляторов: как в МДУ.	Высокие требования к надежности двигателей насосов. Часто используются двухскоростные двигатели для регулирования интенсивности охлаждения.
Ц (Liquid) / OFWF (Oil Forced Water Forced)	Принудительная циркуляция масла через теплообменник, где оно охлаждается водой с принудительной циркуляцией.	Двигатели маслонасосов: как в ДЦ. Двигатели водяных насосов: 3 — 30 кВт, IP55/IP68, часто с частотным преобразователем для регулирования расхода.	Требуется защита двигателей водяных насосов от коррозии и конденсата. Система управления наиболее сложная.

Управление и защита приводных двигателей

Управление двигателями систем охлаждения и других вспомогательных механизмов осуществляется, как правило, автоматически.

• Сигнализация и управление: Запуск и останов групп вентиляторов и насосов производятся по сигналу от термосигнализаторов (термометров сопротивления, биметаллических реле), встроенных в трансформатор. Обычно имеется несколько ступеней (например, 55°C — первая группа, 65°C — вторая группа, 75°C — аварийный сигнал).
• Схемы питания: Двигатели получают питание от собственного трансформатора собственных нужд (ТСН) подстанции, обычно на напряжении 0.4 кВ или 0.69 кВ. Для ответственных систем (охлаждение мощных трансформаторов, приводы РПН) предусматривается резервное питание от другой секции или от дизель-генератора.
• Устройства защиты: Каждый двигатель должен быть защищен аппаратами, обеспечивающими:
  • Защиту от коротких замыканий (автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем или предохранители).
  • Защиту от перегрузки (тепловые реле или электронные расцепители с выдержкой времени).
  • Защиту от обрыва фазы и несимметрии напряжения.
  • Для двигателей насосов — защиту от «сухого хода».
• Средства контроля: Обязателен контроль тока нагрузки, состояния изоляции обмоток (мегаомметрия), вибрационный контроль для двигателей большой мощности.

Техническое обслуживание и диагностика

Планово-предупредительное техническое обслуживание (ППТО) двигателей включает в себя:

• Ежедневный (сменный) осмотр: Внешний осмотр, проверка на отсутствие посторонних шумов, вибрации, перегрева подшипниковых узлов.
• Текущее обслуживание (ежемесячно/ежеквартально): Очистка наружных поверхностей от пыли и грязи, проверка состояния заземления, подтяжка контактных соединений, контроль тока в фазах.
• Плановый ремонт (ежегодно или раз в 2-3 года): Измерение сопротивления изоляции обмоток (мегаомметром на 1000 В, значение должно быть не менее 1 МОм и соответствовать тенденции предыдущих замеров). Проверка воздушного зазора. Замена смазки в подшипниках качения (тип и объем смазки должны строго соответствовать паспорту двигателя). Проверка и центровка соосности с насосом/вентилятором.
• Диагностика: Для ответственных двигателей применяется вибродиагностика для выявления дисбаланса, дефектов подшипников, ослабления крепления. Термография (тепловизионный контроль) соединений и обмоток для выявления перегрева.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Почему для вентиляторов охлаждения трансформатора почти всегда используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором?

АДКЗ обладают максимальной простотой, надежностью и низкой стоимостью конструкции. Они не имеют щеточного узла, требующего обслуживания. Их механическая характеристика (жесткая) хорошо подходит для вентиляторной нагрузки. Пусковой момент АДКЗ достаточен для разгона крыльчатки вентилятора. Для плавного пуска или регулирования скорости, при необходимости, используются внешние устройства — частотные преобразователи.

Каковы основные причины выхода из строя двигателей на трансформаторной подстанции?

• Износ подшипников: Основная причина (до 70% отказов). Вызвано несвоевременной заменой смазки, попаданием влаги и абразива, перекосом при монтаже.
• Повреждение изоляции обмоток: Из-за длительного перегрева (работа в условиях повышенной температуры окружающей среды, перегрузка), термических циклов, увлажнения, вибрации.
• Несимметрия и отклонение напряжения питания: Приводит к перегреву обмотки и снижению момента.
• Механические повреждения: Попадание посторонних предметов в крыльчатку вентилятора, заклинивание насоса.

Как правильно выбрать двигатель для замены вышедшего из строя на системе охлаждения?

Необходимо строго соблюдать параметры штатного двигателя: номинальная мощность (кВт), частота вращения (об/мин), напряжение питания (В), степень защиты (IP), климатическое исполнение (УХЛ1 и т.д.), монтажное исполнение (IM). Допускается установка двигателя с классом изоляции не ниже, чем у заменяемого (например, F вместо B). Мощность и частота вращения должны быть идентичны. Крайне рекомендуется использовать двигатели от производителей, специализирующихся на промышленном и энергетическом оборудовании.

Нужно ли использовать частотный преобразователь для управления двигателями вентиляторов трансформатора?

Использование ЧПП не является обязательным, но становится все более распространенным решением, особенно на мощных и ответственных трансформаторах. Преимущества: плавный пуск (увеличивает ресурс двигателя и механической передачи), точное поддержание температуры масла за счет регулирования скорости, экономия электроэнергии при частичной нагрузке. Недостатки: высокая начальная стоимость, необходимость квалифицированного обслуживания, потенциальное влияние высших гармоник на сеть.

Как осуществляется контроль исправности двигателя маслонасоса системы ДЦ?

Помимо стандартных электрических защит (токовая отсечка, тепловая), применяется контроль потока масла с помощью реле потока (расходомеров), устанавливаемых в трубопроводе. Также контролируется давление масла на выходе насоса. Отсутствие потока или падение давления при работающем двигателе является аварийным сигналом и должно приводить к остановке насоса и включению резервного (если предусмотрено) с одновременной подачей сигнала на диспетчерский пункт.

Каковы особенности двигателей для привода механизма РПН?

Это специализированные двигатели, часто постоянного тока или однофазные асинхронные с конденсаторным пуском, но встречаются и трехфазные маломощные АДКЗ. Ключевые требования: точность позиционирования (для остановки на конкретной ступени), ограничение крутящего момента (чтобы не повредить механизм переключателя), наличие электромагнитного тормоза для фиксации положения после остановки, малая инерционность ротора. Управление таким двигателем осуществляется от специализированного контроллера РПН.