АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.317

Пириева Н.М.

доктор философии по технике, доцент, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности

(г. Баку, Азербайджан)

Гусейнов З.Х.

научный сотрудник лаборатории «Безопасность электротехнического оборудования и искусственного освещения» Азербайджанский государственный научно-исследовательский институт охраны труда и техники безопасности (г. Баку, Азербайджан)

АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ

Аннотация: силовые трансформаторы являются ключевым элементом электрической системы. Различные аварии, неисправности и повреждения вызывают физический износ оборудования. По этой причине основной целью является повышение надежности трансформатора и продление срока его службы за счет комплексных исследований. В процессе эксплуатации масляные трансформаторы и автотрансформаторы, газоотделение, частичные разряды, перегрев в частях расширительного бака и т.д. возникают различные аномальные явления. Поэтому исследование факторов, влияющих на надежность силовых трансформаторов, является актуальной задачей. В статье исследуются и анализируются неисправности, влияющие на надежность силовых трансформаторов.

Ключевые слова: трансформатор, неисправности, авария, диагностика, перенапряжение, частичные разряды.

Современная интерактивная энергосистема требует надежных силовых трансформаторов. Их мощность варьируется от нескольких кВА до нескольких

сотен МВА. Силовые трансформаторы обычно очень надежны и долговечны. При надлежащем техническом осмотре и контроле срок службы трансформаторов может быть продлен до 60 лет. Аварии, происходящие в трансфор -маторах, находящихся в эксплуатации, опасны для персонала и окружающей среды взрывом, пожаром и утечкой масла. Кроме того, ремонт или замена поврежденных трансформаторов нерентабельны и могут значительно увеличить затраты. Новые трансформаторы имеют механическую и электрическую прочность, чтобы выдерживать аномальные условия, такие как атмосферные перенапряжения и короткие замыкания, но по мере старения трансформаторов их изоляция и стабильность могут ослабевать до такой степени, что они не могут выдерживать эти условия и могут выйти из строя. Кроме того, может развиться определенный отказ, который может привести к более быстрому износу и даже увеличить риск аварий [1].

Неисправности трансформаторов в основном делятся на электрические, механические и тепловые. Причина отказа может быть классифицирована как внешняя или внутренняя. Как уже упоминалось, аварии на трансформаторах носят катастрофический характер и могут привести к серьезному материальному ущербу. Однако даже при использовании самого точного диагностического программного обеспечения могут возникать неисправности.

Любая комбинация электрических, механических и тепловых факторов может привести к повреждению трансформатора. Общие факторы влияющие на выход из строя трансформаторов: кратковременные или продолжительные перенапряжения, воздействие колебаний напряжения, частичные разряды, стати -ческое электричество.

Воздействие на трансформатор кратковременных или длительных перенапряжений может привести к пробою изоляции и перегреву сердечника. Атмосферные перенапряжения и события переключения могут повредить электрические и механические свойства и компоненты трансформаторов. Эти типы отказов обычно вызывают повреждение трансформаторов в конце линии.

Частичные разряды — это разряды малой интенсивности, вызывающие повреждение изоляции и токоведущих частей. Плохая конструкция изоляции, производственные дефекты и загрязнение изоляции могут вызывать разряды. Статическое электричество является проблемой для трансформаторов очень высокого напряжения (выше 345 кВ). Когда температура масла низкая и масло циркулирует быстро, между металлическими частями трансформатора и маслом создается статический электрический заряд. Когда величина нагрузки увеличивается и превышает электрическую прочность изоляции, происходит воспламенение, которое может вывести трансформатор из строя или серьезно повредить.

Механические силы обычно вызывают деформацию обмоток, повреждение или пробой изоляции. От того, насколько серьезны повреждения, зависит то, как долго трансформатор будет исправно работать. Деформация обмоток может происходить по двум причинам: во время транспортировки или из-за электромеханических сил.

Основными механическими факторами являются: кольцевое скручивание внутренней обмотки, смещение проводов, перекрещивание проводов, сжатие спирали, смятие и разрушение концевого кольца, выход из строя крепления обмотки, смещение входных и выходных изоляторов.

При скручивании провода внутрь по направлению к цилиндру изоляции сердечника самая внутренняя обмотка скручивается в виде кольца. Бумажная изоляция будет повреждена при сильном изгибе. Произошла авария в этот момент или нет, зависит от степени повреждения. Смещение проводов является проблемой в трансформаторах с бумажной изоляцией и обмотками с непрерывно транспонированным кабелем (continuously transposed cable - CTC). Здесь осевые силы оказывают давление на набор CTC и разрывают бумажную изоляцию по краям набора, обнажая провод [3].

Электрические неисправности обычно возникают внезапно. Запутывание проводов-это проблема сплошных, тонких и прямых проволочных намоток. Осевые силы заставляют провода скользить друг по другу, бумажная изоляция пов -реждается, и вся обмотка механически разматывается. Неисправности в системе крепления петли возникают, когда она препятствует перемещению петли под действием электромеханических сил. Эта проблема возникает из-за внезапных изменений тока, и витки катушки стремятся отделиться друг от друга. Внезапное увеличение тока может вызвать проблемы в системе зажима петли, трансформатор может какое-то время нормально работать, или может серьезно деформировать петлю и повредить изоляцию, вызывая немедленное прерывание передачи энергии. Термические факторы влияют на потерю физических свойств утеп

лителя. В хорошо спроектированном, правильно эксплуатируемом и про-диагностированном трансформаторе изоляция может прослужить 20-30 и более лет.

Основными тепловыми факторами являются: Перегрузка, выход из строя системы охлаждения, засорение осевых пространств масляных каналов, работа трансформатора в тяжелых температурных условиях. В системе охлаждения могут возникать неисправности, такие как остановка масляного насоса, закупорка системы распределения масла, загрязнение охлаждающих деталей. Закупорка осевых масляных пространств в масляном канале ограничивает количество охлаждающего масла в зонах засорения. Существуют и другие способы классификации неисправностей трансформатора. Один из методов заключается в классификации неисправностей в соответствии с областями, в которых они происходят. Их можно классифицировать как неисправности вспомогательных частей, неис -правности обмоток и соединений трансформатора, перегрузки и внешние короткие замыкания.

Небольшие проблемы с изоляцией могут привести к серьезным неисправ -ностям, если их вовремя не устранить. Нарушение изоляции может быть вызвано

повреждением, некачественными болтами сердечника, некачественной изоляцией обмоток или проводов. Изоляция может быть повреждена из-за механического износа, перегрузок.

Неисправности в цепи можно разделить на две группы,

1) между витками обмоток, клеммами высокого и низкого напряжения

или

междуфазными замыканиями в обмотках, КЗ между витками обмоток;

2) короткое замыкание между клеммами или цепями высокого и низкого напряжения и землей [4,5]

Механические воздействия или нарушение изоляции могут вызвать короткое замыкание между обмотками. Пробой изоляции из-за перегрузок, ослабленных соединений и импульсного напряжения влияет на механические усилия и состояние изоляции. Неисправности между заземлением и обмотками вызы -

вают протекание большого количества тока короткого замыкания и выделение большого количества газа в масле. Определить данный вид неисправности не составляет труда. Но для предотвращения аварий и обеспечения надежности это нужно делать быстро. Длительная перегрузка может привести к повреждению изоляции, что в будущем приведет к несчастным случаям. Изоляция может ослабнуть из-за нагрева вследствие перегрузок [6-9].

При устранении неисправностей и причин трансформатора следует учитывать следующие условия:

• Износ мембраны для сброса избыточного давления может привести к внутренним неисправностям, которые приведут к повышению внутреннего давления трансформатора и высокому уровню масла.

• Неисправности изолятора могут возникнуть в результате дугового разряда, скопления грязи на изоляторе и ударов молнии.

• Неисправность сердечника может быть вызвана нарушением ламинирования самого сердечника и соединительных зажимов.

• Обесцвечивание трансформаторного масла обычно происходит из-за коксования масла. Науглероживание вызвано переключением, загрязнением и неисправностями сердечника.

• Высокие пусковые токи обычно являются результатом коротких замыканий или соединений с разомкнутой жилой.

• Неправильное вторичное напряжение может быть вызвано коротким замыканием между обмотками, неправильным первичным напряжением или неправильным соотношением витков.

• Внутреннее искрение возникает из-за неплотных соединений, диэлектрических дефектов, уровня масла ниже уровня токоведущих частей.

• Низкое диэлектрическое сопротивление может быть связано с попаданием или конденсацией влаги на трансформатор.

• Конденсация влаги происходит в трансформаторах открытого типа из-за неправильной вентиляции. В трансформаторы закрытого типа влага может попасть через треснувшие диафрагмы или негерметичные контракты.

Повреждения изоляции обмоток могут включать замыкание между фазами на землю, между фазами или короткое замыкание между обмотками в трехфазных системах с заземленной или изолированной нейтралью. Эта неис -правность может быть вызвана молнией, коротким замыканием, перегрузкой, перегрузкой по току, влагой и загрязнением трансформаторного масла.

Неисправности трансформатора, утечки масла, наносящие вред окружающей среде, деревьям, почве, воде и другим живым существам, могут стать причи -ной возгорания и взрыва, травмирования окружающих и обслуживающего персонала [10]. Такие последствия носят заведомо разрушительный характер, например, материальный ущерб, телесные повреждения, затраты на отключение электроэнергии, восстановление экологического ущерба и т. д. Результат зависит от типа трансформатора и тяжести аварии.

Заключение

В статье рассматриваются неисправности, которые могут возникнуть в трансформаторах. Известно, что добиться надежности и экономической эффективности энергоснабжения можно за счет заблаговременного выявления неисправностей и отслеживания их развития.

СТИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Wang, M. & Vandemaar, A.J. & Srivastava, K.D. (2002). Review of condition assessment of power transformers in service. Electrical insulation magazine,IEEE, Vol. 18, No. 6. 12-25 p.

2. Александров Н.М. [и др.]. Газообразование при появлении дефектов, силовых масляных трансформаторов // Энергетик. 2019. № 2. C. 7-10.

3. Practicing Oil Analysis, 2007, "Transformer Oil Analysis", www. practicingoilanalysis. com/ article_detail. asp?articleid=282

4. Мамедова Г.В., Пириева Н.М., Ширинова М.Ч. Диагностика силовых трансформаторов // Интернаука: электрон. научн. журн. 2023. № 6(276).

5. P.Najiba, A.Salmina Some research questions of reactive energy compensation // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 2(107). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14966 pp 68-71

6. Н.М.Пириева, З.Ф.Гусейнов Характеристики синхронных двигателей Вестник науки 4 (3(60)), 279-285, 2023

7. Н.М.Пириева, Минимизация потерь активной мощности в обмотках электрических аппаратов «Инновационные научные исследования», Научно-издательский центр Вестник науки, №3-2(17) mart 2022, г.Уфа, стр.11-21

8. Н.М.Пириева, Применения неравновесных электроразрядов в химических реакциях «Инновационные научные исследования», Научно-издательский центр Вестник науки, № 5-3 (19) may 2022, г.Уфа, стр 5-14

9. Н.М.Пириева, С.В.Рзаева, С.Н.Талибов Анализ устройств защиты от перенапряжений электрических сетей «Интернаука»: научный журнал - № 43(266). Часть 3. Москва, Изд. «Интернаука», 2022. с. 14-17

10. N.M.Piriyeva, S.V.Rzayeva, E.M.Mustafazadeh Evaluation of the application of various methods and equipment for protection from emergency voltage in 6-10 kv electric networks of oil production facilities. Интернаука: электрон. научн. журн. 2022. № 39(262). c.40-44

Piriyeva N.M.

Doctor of Philosophy in Engineering, Associate Professor, Azerbaijan State University of Oil and Industry (Baku, Azerbaijan)

Huseynov Z.H.

Researcher at the Laboratory for the Safety of Electrical Equipment and Artificial Lighting, Azerbaijan State Scientific Research Institute of Labor Protection and Safety Engineering (Baku, Azerbaijan)

FAULT ANALYSIS IN POWER TRANSFORMERS

Abstract: power transformers are a key element of an electrical system. Various accidents, malfunctions and damage cause physical deterioration of equipment. For this reason, the main goal is to improve the reliability of the transformer and extend its service life through comprehensive research. During operation, oil transformers and autotransformers, gas separation, partial discharges, overheating in parts of the expansion tank, etc. various anomalous phenomena occur. Therefore, the study of factors affecting the reliability of power transformers is an urgent task. The article investigates and analyzes faults that affect the reliability ofpower transformers.

Keywords: transformer, malfunction, accident, diagnostics, overvoltage, partial discharges.