Диагностика механического состояния обмоток силового трансформатора
Значительная часть электрического оборудования станций, подстанций, системы передачи и распределения электроэнергии выработала свой ресурс, но продолжает эксплуатироваться, так как на его замену требуются большие финансовые средства, поскольку оценка фактического состояния силового электрооборудования по результатам диагностических измерений - сложная и актуальная задача [1]. В связи с этим с каждым годом возрастают затраты на проведение комплексных обследований и диагностики.
По данным департамента генеральной инспекции по эксплуатации электрических станций и сетей РАО «ЕЭС России», для силовых трансформаторов (СТ) и автотрансформаторов напряжением 110-500 кВ мощностью 63 MBA и более, эксплуатируемых в электрических сетях России, около 30% общего числа технологических нарушений, связанных с отключением оборудования от действия устройств защиты или персоналом по аварийной заявке, сопровождалось возникновением внутренних коротких замыканий (КЗ). Основные причины: износ и пробой изоляции обмоток, недостаточная электродинамическая стойкость обмоток при КЗ, пробой внутренней изоляции высоковольтных вводов, повреждения устройств РПН [1].
Опыт испытаний силовых трансформаторов на стойкость при КЗ и анализ повреждений трансформаторов в эксплуатации показывают, что для трансформаторов мощностью выше 10 MBA основной вид повреждений при КЗ - потеря радиальной устойчивости обмоток, подверженных воздействию радиальных сжимающих сил, то есть появление волнообразной деформации по всей высоте обмотки. При мощности более 100 MBA этот вид повреждений при КЗ преобладает над всеми остальными [5].
Метод НВИ не получил широкого применения из-за отсутствия базы данных нормограмм НВИ силовых трансформаторов. Ведь для получения результата необходимо нормограмму НВИ, полученную при проверке, сравнить с базовой. И при установлении предположительного повреждения по результатам НВИ следует использовать накопленный в эксплуатации опыт дефектографирования и каталог повреждений силовых трансформаторов, составленный по результатам испытаний на стойкость токам КЗ.
Метод НВИ необходимо применять вместе с измерением комплексного сопротивления КЗ трансформатора, что может быть достаточно эффективным при постановке диагноза повреждения. Следует оценивать и учитывать опасность всех уже происшедших случаев внеплановых отключений. При необходимости следует проводить НВИдиагностику в целях обнаружения остаточных деформаций после протекания сквозных токов КЗ через их обмотки. После такого комплексного обследования должно быть выполнено прогнозирование возможности дальнейшей эксплуатации трансформатора. Если его оставляют в работе, необходимо установить периодичность повторных измерений.
Трансформаторы с дефектами в активной части можно нормально эксплуатировать еще в течение многих лет, хотя в месте дефекта будет происходить нагрев, рост уровня частичных разрядов (ЧР) в изоляции и, как следствие, ухудшение результатов диагностических измерений и анализов. В дальнейшие годы эксплуатации, а также в случае сквозного тока КЗ вероятен аварийный выход из строя трансформатора с тяжелыми последствиями.
Необходимо создание устройства диагностики механических деформаций обмоток силовых трансформаторов под нагрузкой (то есть непрерывного выявления), так как возникающие деформации, при протекании по ним сквозных токов КЗ, не всегда сразу приводят к витковым замыканиям, то есть не вызывают срабатывания защит.
Трансформатор с деформированными обмотками может еще некоторое время находиться в работе, но несвоевременный вывод такого трансформатора в ремонт, как правило, приводит к дальнейшему развитию деформаций и витковым замыканиям даже без КЗ, которые вынуждают утилизировать трансформатор. Своевременное обнаружение деформаций дает возможность вывести трансформатор в ремонт с заменой поврежденных узлов и максимально использовать неповрежденные [4].
Выводы:
1. Установлены две основные причины повреждаемости - недостаточная стойкость обмоток при КЗ и пробой внутренней изоляции.
2. На заводах-изготовителях необходимо проводить пофазное измерение Zk, так как в настоящее время в заводском паспорте указывают лишь одно усредненное по фазам значение Uк.
3. Заводской паспорт трансформатора помимо стандартных характеристик должен содержать нормограммы НВИ.
4. При установлении предположительного повреждения по результатам НВИ необходимо использовать накопленный в эксплуатации опыт дефектографирования и каталог повреждений силовых трансформаторов, составленный по результатам испытаний на стойкость токам КЗ.
5. Необходимо создать устройство контроля Zk под рабочим напряжением для своевременного вывода в ремонт силового трансформатора при деформации обмоток.
Литература:
1. Устройство для диагностики под нагрузкой радиальных механических деформаций мощных двухобмоточных трансформаторов / Абрамцева Н. Н., Горшунов В. Ю., Григорьева Е. Г., Малиновский В. Н., Антипов Г. В. // Электрические станции. - 1996. - № 11. С. 63-65.
2. РД 34.45-51.30097 (с изм. 1,2 2000). Объем и нормы испытаний электрооборудования. - М.: ЭНАС, 2000.
3. Применение метода низковольтных импульсов для диагностики состояния силовых трансформаторов / Хренников А. Ю., Передельский В. А., Сафонов А. А., Якимов В. А. // Энергетик. - 2005. - № 9. С. 11-14.
4. Оценка механического состояния обмоток крупных трансформаторов без их разборки / Осотов В. Н., Рущинский В. Н., Рущинский В. В., Смыслов В. П., Ульянов А. М. //Электрические станции. - 2003. - № 6. - С. 51-57.
5. Анализ повреждаемости обмоток силовых трансформаторов при коротких замыканиях / Хренников А. Ю., Рубцов А. В., Передельский В. А., Сафонов А. А., Якимов В. А. // Энергетик. - 2005. - № 11. - С. 8-10.