CC BY
174
УДК 621.314.21
В. М. Степанов, д-р техн. наук, проф. (4872) 35-54-50, eists @гатЬ ler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
К.А. Андреев, асп., (910) 161-02-05, Ко^ЙоП @уа^ех.т (Россия, Тула, ТулГУ)
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ДИАГНОСТИКЕ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Приведены технические решения по мониторингу и диагностике силовых трансформаторов. Приведены признаки повреждений, их причины, а так- же существующие средства их диагностики.
Ключевые слова: трансформатор, диагностика, мониторинг.
Проанализировав повреждения силовых трансформаторов, например [1, 2, 3, 4], можно сделать вывод, что большая часть повреждений характерна для всех видов трансформаторов вне зависимости от условий эксплуатации (около 80 % всех повреждений). Особенности эксплуатации влияют лишь на возможность более раннего возникновения неисправности и тяжесть повреждений.
Повреждения могут явиться причинами:
- недочетов конструкции;
- скрытых дефектов, возникших в процессе изготовления оборудования;
- нарушения правил перевозки, монтажа, эксплуатации;
- ошибок в ходе проведения диагностических и ремонтных работ.
Как правило, повреждения выявляются после определенного времени, в течение которого воздействует один или сразу несколько неблагоприятных факторов. Оперативное выявление дефекта еще на стадии его зарождения позволяет своевременно принять необходимые меры по предупреждению его развития и поддержанию функционирования трансформатора.
Приведем наиболее массовые повреждения силовых трансформаторов и способов их мониторинга и диагностики. Это необходимо для более точного и наглядного представления о существующих средствах и методах диагностирования, выявления наиболее подверженных повреждениям элементов конструкции трансформатора, обобщения прямых и косвенных признаков повреждений для повышения точности диагностирования, корректной постановки задач исследования по определению рациональных параметров устройств мониторинга.
Виды повреждений магнитопровода:
1) дефектность межлистовой изоляции:
- признаки: ухудшение состояния масла (понижение температуры вспышки, повышенная кислотность); увеличение потерь холостого хода;
- причины: перегревы, вызываемые вихревыми токами или токами в короткозамкнутых контурах, образующихся в результате нарушения изоляции активной стали в местах соприкосновения со стяжными шпильками, наличия забоин и т.п., а также нарушения схемы заземления. Влага, которая конденсируется на поверхности масла, попадает на верхнее ярмо, проникает между пластинами активной стали в виде водомасляной эмульсии (смеси влаги с горячим маслом), разрушает межлистовую изоляцию и вызывает коррозию стали;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр при вынутой активной части; специальные испытания: замер потерь холостого хода при зашихтованном ярме с контрольной обмоткой; замер напряжений между крайними пластинами и пакетами возбужденного магни-топровода; анализ масла; проверка изоляции стяжных шпилек или бандажей мегомметром; тепловизионное обследование; хроматографиче-ский анализ растворенных в масле газов;
2) местное замыкание пластин стали и «пожар» в стали:
- признаки: появление газа в газовом реле и работа газовой защиты на сигнал; понижение температуры вспышки масла; специфический резкий запах и темный цвет масла вследствие его разложения (крекинг- процесс);
- причины: наличие каких-либо посторонних металлических или токопроводящих частиц, замыкающих в данном месте пластины стали. Повреждение изоляции стяжных шпилек, создающее короткозамкнутый контур. Касание какой-либо металлической части и стержня в двух точках;
- средства и методы мониторинга и диагностики: то же;
3) повышение потерь и тока холостого хода:
- причины: местное повреждение изоляции пластин стали, вызывающее замыкание пластин стали. Неправильное заземление, создающее короткозамкнутый контур. Разрушение или отсутствие изолирующих прокладок в стыках стыкового магнитопровода;
- средства и методы мониторинга и диагностики: то же;
4) повышенная вибрация магнитопровода:
- признаки: ненормальное гудение, дребезжание, жужжание у шихтованного магнитопровода. Недопустимое гудение у стыкового магнито-провода;
- причины: ослабление прессовки магнитопровода, самопроизвольное разболчивание и свободное колебание крепежных деталей, колебание отстающих крайних листов стали в стержнях или ярмах, ослабление прессовки стыков, пробой или разрушение изолирующих прокладок в стыках;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр активной части; проверка величины напряжения, подаваемого на трансформатор; измерение частичных разрядов (ЧР);
5) обрыв заземления:
- признаки: потрескивание внутри трансформатора при повышенном напряжении;
- причины: ослабление крепления или механические повреждения заземления;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр заземлений при вынутой активной части; метод ультразвуковой локации;
6) увеличение зазоров в стыках между пластинами активной части, завышение толщины прокладок в стыках ярм и колонн в стыковом магни-топроводе:
- признаки: повышенный ток холостого хода при нормальных потерях холостого хода;
- причины: плохая шихтовка, толщина прокладок в стыковом маг-нитопроводе у трансформаторов IV—VI габаритов больше 1 мм;
- средства и методы мониторинга и диагностики:проверка потерь и тока холостого хода; внешний осмотр при вынутой активной части.
Виды повреждений бака, радиатора, расширителя:
1) негерметичность уплотнений:
- признаки: течь масла в местах уплотнений;
- причины: ослабление затяжки болтов, дефектность уплотняющих прокладок;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр трансформатора.
2) течь масла через швы, трещины, пробоины и т. д.
- причины: механические повреждения металлоконструкций;
- средства и методы мониторинга и диагностики: то же.
Виды повреждений обмотки:
1) витковое замыкание:
- признаки: работа газовой защиты на отключение (газ горючий, бело-серого или синеватого цвета). Ненормальный нагрев, иногда с характерным бульканьем масла. Небольшое увеличение первичного тока. Разные сопротивления отдельных фаз постоянному току. Работа дифференциальной, а также максимальной токовой защиты;
- причины: разрушение витковой изоляции из-за старения в результате естественного износа или длительных перегрузок при недостаточном охлаждении. Нарушение изоляции витков из-за механических повреждений в результате толчков или деформации обмоток при коротких замыканиях и других аварийных режимах. Обнажение обмоток вследствие понижения уровня масла. Дефекты изоляции провода или самого провода, незамеченные при изготовлении обмоток;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр активной части; замер сопротивлений постоянному току; три специальных испытания при пониженном напряжении с поочередным замыканием одной из фаз; прожиг обмотки для обнаружения виткового замыкания при
открытой активной части путем подвода к обмотке пониженного напряжения (10...20 % номинального); в месте повреждения появится дым; выявление виткового замыкания искателем Порозова; проверка состояния и работы охлаждающих устройств; проверка обмоток амперметрами, включенными в отдельные фазы; измерение сопротивлений обмоток мегомметром при соединении их звездой; измерение сопротивлений обмоток постоянному току между линейными вводами при соединении в треугольник; метод ЧР; ИК-диагностика;
2) обрыв в обмотках:
- признаки: работа газовой защиты вследствие дуги, возникающей в месте обрыва и разлагающей масло;
- причины: отгорание выводных концов вследствие электродинамических усилий при коротких замыканиях или из-за плохих соединений. Выгорание части витков вследствие виткового замыкания в обмотке;
- средства и методы мониторинга и диагностики: то же;
3) пробой на корпус:
- признаки: работа газовой, максимальной токовой и дифференциальной защиты. Выброс масла через предохранительную трубу;
- причины: дефектность главной изоляции вследствие старения или наличия трещин. Ползучий электрический разряд по изоляции из электрокартона. Понижение уровня масла. Попадание влаги или грязи. Перенапряжения. Деформация обмоток при коротких замыканиях;
- средства и методы мониторинга и диагностики: то же;
4) междуфазное короткое замыкание обмотки:
- признаки: работа газовой, максимальной токовой и дифференциальной защиты. Выброс масла через предохранительную трубу;
- причины: дефектность главной изоляции вследствие старения или наличия трещин. Ползучий электрический разряд по изоляции из электрокартона. Замыкание на отводах, замыкание на вводах;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр при вынутой активной части; проверка мегомметром; метод ИК и ЧР;
5) замыкание параллельных проводов в витках непрерывной обмотки, близких к ее началу или концу:
- признаки: увеличение потерь холостого хода при нормальном токе холостого хода;
- причины: разрушение витковой изоляции из-за старения в результате естественного износа или длительных перегрузок при недостаточном охлаждении. Нарушение изоляции витков из-за механических повреждений в результате толчков или деформации обмоток при коротких замыканиях и других аварийных режимах. Обнажение обмоток вследствие понижения уровня масла. Дефекты изоляции провода или самого провода, незамеченные при изготовлении обмоток;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр мест подгаров изоляции витков при вынутой активной части; пофазные измерения потерь и токов холостого хода; метод ИК;
6) замыкание параллельных проводов в витках винтовой обмотки в месте транспозиции:
- признаки: увеличение потерь короткого замыкания;
- причины: уравнительные токи в замкнутых контурах;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр мест потемнений и подгаров изоляции витков при вынутой активной части; пофазные измерения потерь короткого замыкания; метод ИК и ЧР;
7) параллельные соединения катушек с неравным количеством витков:
- признаки: перегрев обмоток от уравнительных токов;
- уравнительные токи между параллельными ветвями;
- средства и методы мониторинга и диагностики: проверка прибором Порозова; внешний осмотр мест потемнений, подгаров и разрушений изоляции витков при вынутой активной части; метод ИК и ЧР;
8) обрыв одного или нескольких параллельных проводов в витке обмотки:
- признаки: увеличение потерь короткого замыкания, а также напряжения короткого замыкания;
- причины: отгорание выводных концов вследствие электродинамических усилий при коротких замыканиях или из-за плохих соединений;
- средства и методы мониторинга и диагностики: измерение сопротивления обмоток постоянному току; измерение потерь и напряжения короткого замыкания; внешний осмотр мест потемнений, подгаров и разрушений изоляции витков при вынутой активной части; метод ИК и ЧР.
Виды повреждений переключателей:
1) оплавление или выгорание контактных поверхностей:
- признаки: работа газовой защиты, дифференциальной и максимальной токовой защит;
- причины: дефекты конструкции или сборки (недостаточное нажатие контактов и упругость нажимных пружин). Перегревы от сверхтоков, возникающих при близких коротких замыканиях;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр при вынутой активной части; проверка мегомметром при наличии обрыва; измерение сопротивлений постоянному току на всех ответвлениях; метод ИК;
2) перекрытие между фазами или отдельными ответвлениями:
- признаки: работа газовой, дифференциальной и максимальной токовой защит. Выброс масла через выхлопную трубу;
- причины: перенапряжения. Попадание влаги внутрь трансформатора; дефекты в изолирующих частях (трещины, изломы и т. п.);
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр при вынутой активной части; проверка мегомметром; метод ЧР.
Виды повреждений высоковольтных вводов:
1) пробой на корпус:
- признаки: работа максимальной токовой и дифференциальной защит;
- причины: наличие трещин в изоляторе. Понижение уровня масла при загрязненной внутренней поверхности изолятора;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр трансформатора; отсоединение ввода и проверка его изоляции мегомметром; метод ИК и ЧР;
2) перекрытие между вводами:
- признаки: работа максимальной токовой и дифференциальной защит;
- причины: попадание посторонних предметов на вводы;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр;
3) негерметичность уплотнений:
- признаки: течь масла в местах уплотнений;
- причины: ослабление затяжки болтов. Дефектная уплотняющая прокладка;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр;
4) некачественная армировка ввода:
- признаки: течь масла в месте армировки ввода;
- причины: дефекты в армировке (трещины и т. д.). Трещина в фарфоре изолятора, скрытая армировочной массой;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр;
5) нагрев фарфоровых вводов:
- признаки: появление трещин;
- причины: пробой фарфора вследствие дефекта в самом фарфоре;
- средства и методы мониторинга и диагностики: внешний осмотр;
6) нагревы стального фланца ввода:
- признаки: появление трещин;
- причины: вихревые токи, нагревающие металл;
- средства и методы мониторинга и диагностики: метод ИК.
Виды ухудшений трансформаторного масла:
1) ненормальное повышение температуры масла и местные нагревы:
- причины: неисправности в системе охлаждения. Перегрузка трансформатора. Внутренние повреждения в трансформаторе;
- средства и методы мониторинга и диагностики: проверка работы системы охлаждения; проверка нагрузки и соответствия температуры масла данной нагрузке; метод ИК; обследование активной части; хроматогра-фический анализ.
2) ухудшение качества масла:
2.1) причины: внутренние повреждения, сопровождающиеся крекинг-процессом, когда газообразные продукты разложения масла растворяются в остальном масле, в результате чего понижается температура вспышки масла. Сопровождаемые разложением масла дугой - выделяемые при этом газы горючи и содержат водород и метан;
- средства и методы мониторинга и диагностики: хроматографиче-ский анализ; обследование активной части;
2.2) признаки: работа газовой защиты на сигнал;
- причины: попадание воздуха в реле. Медленное понижение уровня масла;
- средства и методы мониторинга и диагностики: анализ газов на количество, цвет, запах, горючесть. Если газ без цвета, запаха и не горит, значит в реле попал воздух; если газ горит — имеется внутреннее повреждение в трансформаторе, по количеству газа судят о размере повреждения;
2.3) признаки: работа газовой защиты на отключение;
- причины: внутренние повреждения, сопровождаемые крекинг-процессом. Короткое замыкание, вызвавшее толчок масла через газовое реле. Резкое понижение уровня масла. Внутренние повреждения, сопровождаемые сильным выделением горючих газов;
- средства и методы мониторинга и диагностики: цвет газа показывает характер повреждения (бело-серый — бумага и электрокартон, желтый — дерево, черный — масло); анализ масла; внешний осмотр и выяснение причины снижения уровня масла.
К наиболее опасным и тяжелым последствиям для силового трансформатора приводят повреждения обмоток и их изоляции. Как указано выше, причины данных видов повреждений очень многообразны, а обнаружить их достаточно проблематично, то выявление данных дефектов является очень важной задачей и ее решению уделяется значительное внимание во всем мире.
Достаточное сильное влияние на срок службы силового трансформатора оказывает вспомогательное оборудование. Например, нарушения в работе в системе охлаждения маслонасоса (тип Ц, ДЦ, НЦ, НДЦ) приводят к тому, что металлические частицы и другие нежелательные вещества попадают в трансформаторное масло, что впоследствии вызывает сильные повреждения и аварии. В трансформаторное масло попадает влага при повреждениях уплотнений. Некорректная работа маслоуказателя ведет к неправильной оценке уровня масла, следовательно, происходит снижение или превышение уровня масла относительно нормы. Это также ведет к авариям.
Оценка повреждений силовых трансформаторов показывает, что разрушения развиваются постепенно. Отсюда можно сделать вывод, что если эффективно организовать систему мониторинга и диагностики сило-
вого трансформатора, то повреждения можно будет выявить с момента их зарождений и не допустить момента, когда покупка нового трансформатора будет выгодней ремонта существующего. Это позволит в нужный момент вывести трансформатор в ремонт (причем это можно будет делать не в экстренном порядке), предотвратить аварию и обеспечить потребителей электроэнергией, уменьшить затраченное время на работы, снизить прямые (ремонт) и косвенные (ликвидация последствий отключения) расходы.
Список литературы
1. Диагностика трансформаторов и реакторов (программы, методики, оборудование). М.: ОАО «Электрозавод», 2002.
2. Диагностика электрооборудования // Главный энергетик. 2004.
№ 1.
3. Иванова Е. И., Осотов В.Н. Об оценке состояния электрооборудования с большим сроком службы // Энергетик. № 3. 2009. С.37-39.
4. Киреева Э. Диагностика силовых трансформаторов // Электрооборудование, 2008, № 9. С. 59-64.
K.A. Andreev
TECHNICAL DECISIONS OF DIAGNOSTICS OF POWER TRANSFORMERS Technical decisions is brought of monitoring and diagnostics of power transformers. Signs damages, reasons of transformers, and similarly existent facilities of their diagnostics, are brought.
Key words: transformer, diagnostic, monitoring.
Получено 24.12.11
