CC BY
538
УДК 621.314
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
М.Г. БАШИРОВ, д.т.н. проф. кафедры электрооборудования и автоматики промышленных предприятий
И.В. ПРАХОВ, к.т.н., доцент кафедры электрооборудования и автоматики промышленных предприятий
Д.И. БОГДАНОВ, магистр кафедры электрооборудования и автоматики промышленных предприятий
Е.И. БУЛАНКИН, магистр кафедры электрооборудования и автоматики промышленных предприятий
Н.А. МОЛЧАНОВ, магистр кафедры электрооборудования и автоматики промышленных предприятий
Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной техниче-ский университет» в г. Салавате (Россия, 453250, Республика Башкорто-стан, г. Салават, ул. Губкина, д. 22а/67). E-mail: priwan@yandex.ru
В статье рассмотрены перспективные направления диагностики и прогнозирования технического состояния силовых трансформаторов и мероприятия, направленные на повышение точности определения текущего технического состояния маслонаполненного трансформатора. Проведен анализ текущего состояния и дальнейшего развития хроматографического метода диагностики и технического обслуживания масляных трансформаторов.
Ключевые слова: трансформаторное масло, техническое состояние, остаточный ресурс, диагностика, дефект, авария.
Силовые трансформаторы являются неотъемлемым элементом при централизованном электроснабжении, так как, увеличивая напряжение питающей линии, мы также уменьшаем ток, передаваемый по ней, что позволяет уменьшить потери электроэнергии и нагрев проводников. Вывод из строя силового трансформатора может привести к созданию аварийных ситуаций, перебоям электроснабжения, выводу оборудования из строя, массовому недоотпуску продукции, сопровождающимся значительным экономическим и экологическим ущербом. Большая часть силовых трансформаторов имеет устройство регулирования под нагрузкой для коррекции выходного напряжения, которое подвержено частым поломкам.
Задачами диагностики трансформаторов и его вспомогательного оборудования являются: выявление и определение дефектов, оценка функциональной исправности оборудования, определение возможности продолжения эксплуатации без ремонта, в случае необходимости определение объемов ремонта и остаточного срока службы. Элементы трансформаторов, подверженные разрушающим воздействиям, представлены на рис.1.
Система двухступенчатых профилактических испытаний
В основу данной концепции легли традиционные системы контроля, которые зарекомендовали себя наилучшим образом, и современные методы диагностики.
Первый этап (индикация состояния) - определение исправного оборудования методами, не требующими его отключения, а также с использованием опыта эксплуатации. Это может быть взятие проб трансформаторного масла для его последующего анализа с целью определения доли приме-сей, продуктов дегидратации и старения масла. Эти испытания, как правило, рекомендуется выполнять не реже одного раза в год. На рис. 2 представлена блочная схема комплексной функциональной диагностики.
Второй этап (диагностика состояния) - проведение проверок и испытаний для обнаружения мест дефектов, их причин и определения возможности дальнейшей
Рис. 1. Элементы трансформаторов, подверженные разрушающим воздействиям
Рис. 2. Блочная схема комплексной функциональной диагностики
Таблица 2
Взаимосвязь газов и характерных видов дефектов
эксплуатации данного оборудования, или о необходимости его вывода в ремонт.
Как правило, определить техническое состояние оборудования можно не выводя его из работы. Но для создания и проведения такой диагностики требуется четкое понимание конструкции исследуемого объекта, наличие технически грамотного и обученного персонала, наличие необходимого оборудования.
Комплексное обследование проводится для проверки исправности всех элементов, входящих в конструкцию
Таблица 1
Современные методы диагностики трансформаторов
Телевизионный
Контролируемый параметр
Температура исследуемой поверхности
Виброскорость, Вибрационный виброускорение,
виброперемещение
Анализ масла
Ультразвуковой
(контроль
изоляции)
Мониторинг параметров
Химический состав содержание влаги
Звуковые волны, образованные частичными разрядами
Ток, напряжение, частота
Обнаруживаемые виды дефектов
Витковые замыкания Дефекты контактов РПН -нарушения изоляции магнитопровода Образование застойных зон в баке Нагревы внутренних контактных соединений Обрыв заземляющих шин
Распрессовка обмоток или магнито Провода
Короткие замыкания Тепловые воздействия на масло Частичные разряды Тепловые
воздействия на бумагу
Частичные разряды в изоляции Ослабление соединений в обмотках
Локальные нагревы
Ненормальные режимы работы
Газ Характерные дефекты Характер дефектов
Частичные разряды, Дефекты
Н2 водород искровые и дуговые электрического
разряды характера
С2Н2 Электрическая дуга,
ацетилен искрение
Перегрев масла и бумаж-
но-масляной изоляции или
Ш4 метан перегрев масла и бумажно-масляной изоляции, сопровождающийся разрядами
Перегрев масла и бумаж-
^^ этан но-масляной изоляции в Дефекты термического
диапазоне температур
C2H4 этилен Перегрев масла и бумажно-масляной изоляции характера
Ш угарный газ Старение и увлажнение масла и (или) твердой
изоляции
га2
углекислый газ
Старение и увлажнение масла и (или) твердой изоляции
трансформатора, и для определения возможности их дальнейшей эксплуатации или необходимости выполнения капитального ремонта трансформатора.
Диагностика трансформатора находящегося под рабочим напряжением
Диагностика, основанная на обработке текущих значений параметров трансформатора, находящегося в работе, это перспективное направление развития, позволяющее определить состояние элементов трансформатора без вывода его из системы электроснабжения, что повысит надежность энергоснабжения, создать условия перехода на обслуживание по техническому состоянию и снизить средства на амортизационные отчисления. В табл.1 представлены современные методы диагностики трансформаторов.
Основные направления мониторинга: контроль за нормальными режимами работы трансформатора; контроль и отключение при ненормальных режимах работы, которые оказывают недопустимые воздействия на оборудование; контроль и диагностика технического состояния оборудования.
Для диагностики трансформаторов, находящихся под напряжением, ключевыми параметрами контроля являются: химические параметры масла, коэффициент абсорбции, уровень вибрации и частичных разрядов.
Хроматографический анализ трансформаторного масла
Трансформаторное масло - важный элемент системы, параметры которого оказывают непосредственное влияние на работу, поэтому его данные должны подвергаться постоянному контролю. Кроме того, они позволяют судить о режимах работы трансформатора и его состоянии.
Метод
Таблица 3
Характерные дефекты трансформаторного оборудования
1 Место дефекта Вид дефекта Причины Последствия 1
Выгорание витков Длительное воздействие тока короткого замыкания на стороне низшего напряжения Разрушение изоляции
Короткие замыкания при
Обмотки Деформации обмоток недостаточной динамической Разрушение изоляции
стойкости
Увлажнение и Не герметичность Снижение электрической прочности изо-
загрязнение трансформатора ляции и в следствие ее пробой
Износ и снижение механической прочности
Снижение электрической прочности и пробой изоляции
Магнитопровод Перегрев сердечника Возникновение контура короткого замыкания Пожар в железе
Система охлаждения Нарушение работы Повреждения маслонасосов Перегрев обмоток, загрязнение масла механическими примесями
Засорение трубок охладителя Перегрев трансформатора
Нарушение контактов Контактов и отказ РПН
Устройство РПН Нарушение изолирующей перегородки Дефект изготовления Загрязнение продуктами пиролиза масла в баке трансформатора, что, в частности, усложняет диагностику изоляции по газо-хроматографическому анализу масла
Механические Износ узлов кинематической Обгорание контактов РПН
неисправности схемы
Разгерметизация Короткое замыкание в РПН.
Расширительный бак Нарушение герметичности Дефекты сальников задвижек Окисление масла и пробой изоляции
Контактные соединения Течь масла Дефекты прокладок Окисление масла и пробой изоляции
Перегрев Дефекты монтажа Пробой изоляции
Увлажнение и загрязнение Перекрытие по изоляции
Ввод Отложения осадка на Пробой изоляции
внутренних поверхностях
Старение масла Окисление масла и пробой изоляции
В последнее десятилетие для диагностики состояния трансформатора получил широкое распространение и показал удовлетворительные результаты хроматографический анализ растворенных в масле газов. От электротехнического персонала и электромонтеров требуется правильно отобрать пробу масла и доставить ее в лабораторию, а после выполнения анализа - правильно истолковать его результаты и принять решение о дальнейшей эксплуатации трансформатора.
Параметры масла, как правило, оцениваются отдельными группами, которые показывают его особенности. Так как различные масла отличаются друг от друга различными свойствами, необходимо также идентифицировать масло, которое используется в данном оборудовании.
Хроматографический анализ позволяет: отслеживать развитие процессов в оборудовании; выявлять дефекты на ранней стадии их развития, не обнаруживаемые традиционными способами; определять предполагаемый характер дефекта и степень имеющегося повреждения; правильно ориентироваться при определении места повреждения. Взаимосвязь газов и характерных видов дефектов представлена в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что одинаковые виды дефектов могут характеризоваться присутствием различных газов. Распространение одного вида дефектов влечет за собой появление новых, поэтому своевременное их обнаружение и устранение позволит не только избежать аварий, но и
продлить срок службы оборудования. Как правило, анализ производится не по всем газам, а по части из них, однако чем меньшая номенклатура газов учитывается, тем меньше возможности своевременно выявить начинающееся повреждение трансформатора. В табл. 3 представлены характерные дефекты трансформаторного оборудования.
Существует два наиболее распространенных способа выделения газов из масла.
В первом случае отбор пробы масла производится в стеклянные шприцы объемом 5 или 10 мл. Применяется в случае выделения раство-ренных в масле газов с помощью вакуума.
Во втором случае для повышения точности результатов отбор пробы масла производится в маслоотборник. Однако при этом требуе-мый объем масла составляет несколько литров, что усложняет отбор и транспортировку пробы.
Проведя анализ, лаборатория выдает только результаты, указывающие на отклонение от нормы содержания тех или иных растворенных газов. Однако решение о дальнейшей эксплуатации трансформатора принимает электротехническая служба.
В настоящее время с помощью хроматографического анализа можно определить две группы повреждений силовых трансформаторов:
1) дефекты твердой изоляции: перегревы и ускоренное старение твердой электрической изоляции; частичные разряды в бумажно-масляной изоляции.
2) перегревы металла и частичные разряды в масле: дефекты токо-ведущих частей; дефекты контактных соединений; дефекты магнитопро-вода; дефекты конструкционных частей, в том числе с образованием ко-ротко-замкнутых контуров.
Для дефектов первой группы характерно выделение углекислого газа и окиси углерода. Для трансформаторов с открытым дыханием и азотной защитой масла в качестве критерия оценки состояния используется концентрация
углекислого газа. Установлено, что опасные дефекты первой группы имеют место при повышенных концентрациях СО2.
Важным достоинством хроматографического метода диагностики является то, что он позволяет осуществлять контроль технического состояния на работающем трансформаторе.
Несмотря на перечисленные достоинства хроматографического анализа трансформаторного масла, для доведения его до широкого практического промышленного применения необходимо решить ряд важных задач, связанных с выделением четких критериев, определяющих возможность дальнейшей эксплуатации силовых масляных трансформаторов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баширов М.Г. Современные методы оценки технического состояния и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации насосно-компрессорного оборудования с электрическим приводом / М.Г. Баширов, И.В. Прахов // Прикасп. журнал: управление и высокие технологии. - Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет». 2010. № 3 (11). С. 7-13.
2. Прахов И.В. Методы оценки технического состояния нефтегазового насосно-компрессорного оборудования / И.В. Прахов, М.Г. Баширов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - М.: НПП КАТС, 2010. № 3. С. 12-17.
3. Прахов И.В. Оценка поврежденности насосных агрегатов по значениям параметров гармоник токов и напряжений электропривода: дисс. на соис. уч. ст. канд. тех. наук. Уфа, 2011. С.165.
4. Баширов М.Г. Электротехнологические установки и электротехнические системы нефтегазового комплекса / М.Г. Баширов, А.С. Хисматуллин // Хроники объединенного фонда электронных ресурсов наука и образование. - М.: Изд-во «Институт управления образованием Российской академии образования», 2015. № 12. С.113.
5. Хисматуллин А.С. Электротехнологические установки и системы для нефтегазовой отрасли: Учеб. пособие для вузов. / А.С. Хисматуллин, И.В. Прахов. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2016. 48 с.
6. Хисматуллин А.С. Новые методы охлаждения силовых масляных трансформаторов / А.С. Хисматуллин, И.М. Гареев // Фундаментальные и прикладные исследования в технических науках в условиях перехода предприятий на импортозамещение: проблемы и пути решения. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2015. С. 290-292.
7. Салиева Л.М. Хроматографический метод оценки технического состояния силовых и масляных трансформаторов / Л.М. Салиева, И.Ф. Зайнакова, И.Г. Хуснутдинова, М.Г. Баширов, А.С. Хисматуллин // Экологические системы и приборы. М.: Изд-во «Научтехлитиздат», 2015. № 12. С. 35-41.
MODERN METHODS OF AN ESTIMATION OF A TECHNICAL CONDITION AND FORECASTING OF A RESOURCE OF THE HIGH-VOLTAGE TRANSFORMER
BASHIROV M.G., Dr. Sci. (Tech.), Prof. of the Department Electrical Equipment and Automation of Industrial Enterprises
PRAKHOV I.V., Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department Electrical Equipment and Automation of Industrial Enterprises
BOGDANOV D.I., master of the Department Electrical Equipment and Automation of Industrial Enterprises BULANKIN E.I., master of the Department Electrical Equipment and Automation of Industrial Enterprises MOLCHANOV N.A., master of the Department Electrical Equipment and Automation of Industrial Enterprises Branch Ufa State Petroleum Technological University (USPTU) (22А/67, Gubkin St., 453250, Salavat, Republic of Bashkortostan, Russia). E-mail: priwan@yandex.ru
ABSTRACT
The article describes the promising areas of diagnostics and forecasting technical condition of the power transformers. As well as it discusses issues incorporated to improve the accuracy of determining the current condition of the oil-filled transformer. Besides it analyses the current state and further development of the chromatographic method of diagnosis and technical-servicing of oil transformers.
Keywords: transformer oil, a technical condition, residual life, diagnostics, defect, accident. REFERENCES
1. Bashirov M.G., Prakhov I.V. Modern methods of estimation of technical condition and forecasting of resource of safe operation of the compressor equipment with electric drive. PRIKASPIYSKIYZHURNAL, 2010, no. 3 (11), pp. 7-13 (In Russian).
2. Prakhov I.V., Bashirov M.G. Methods for assessing the technical condition of the oil and gas compressor equipment. Transport i khranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2010, no. 3, pp. 12-17 (In Russian).
3. Prakhov I.V. Otsenka povrezhdennosti nasosnykh agregatov po znacheniyam parametrov garmonik tokov i napryazheniy elektroprivoda. Diss. cand. tekh. nauk [Damage assessment of pumping units for the parameter values of the electric current and voltage harmonics. Cand. tech. sci. diss.]. Ufa, 2011. 165 p.
4. Bashirov M.G., Hismatullin A.S. Electrotechnological installations and elec-trotechnical systems of an oil and gas complex. Khronikiob»edinennogo fonda el-ektronnykh resursovnauka iobrazovanie, 2015, no. 12, pp. 113 (In Russian)
5. Hismatullin A.S., Prakhov I.V. Elektrotekhnologicheskie ustanovki i sistemy dlya neftegazovoy otrasli [Electrotechnological installations and systems for the oil and gas industry]. Ufa: USOTU Publ., 2016. 48 p.
6. Hismatullin A.S., Gareyev I.M. Novyye metody okhlazhdeniya silovykh maslyanykh transformatorov [New methods of cooling of power oil-immersed transformers]. Fundamental'nye i prikladnye issledovaniya v tekhnicheskikh naukakh v usloviyakh perekhoda predpriyatiy na importozameshchenie: Problemy iputiresheniya [Fundamental and applied research in technical sciences in the transition to import substitution enterprises: problems and solutions], 2015, pp.290-292.
7. Salieva L.M., Zaynakova I.F., Khusnutdinova I.G., Bashirov M.G., Hismatullin A.S. Chromatographic method for assessing the technical condition of the power transformers and oil. Ekologicheskie sistemy i pribory, 2015, no.12, pp.35-41 (In Russian).
