Особенности ремонта силовых трансформаторов с выработанным ресурсом

В настоящее время в России значительная часть силовых трансформаторов 110 кВ и выше отработала нормативный срок службы 25 лет. В эксплуатации находятся устройства, которым 40, 50, и даже 60 лет. По всей видимости, в ближайшие годы произвести замену большинства из них не удастся. Поэтому контроль эксплуатационной надежности исчерпавших свой ресурс трансформаторов приобретает особую актуальность.

Вместе с тем необоснованное решение о проведении капитального ремонта, его объеме и технологии в лучшем случае приводит к неоправданным затратам, а в худшем — к снижению надежности, отказам, и в конечном итоге — к значительным материальным потерям.

Во время ревизии активной части происходит соприкосновение масла и твердой изоляции с неосушенным воздухом. В результате возможно снижение изоляционных характеристик. Кроме того, при нарушении технологии существует опасность образования газовых пузырей при заливе масла в бак трансформатора и, следовательно, опасность перекрытия изоляции при включении трансформатора. При ремонте возможно случайное повреждение отдельных элементов (особенно при подъеме и установке колокола), загрязнение активной части, а также попадание посторонних предметов в бак. При сушке активной части может произойти ускоренное старение бумажной изоляции.

Поэтому очень важно основательное обоснование необходимости и правильный выбор технологии проведения ремонта, особенно трансформаторов с длительным сроком службы.

В настоящее время ремонты трансформаторов проводятся со сменой и без смены обмоток. Ремонты со сменой обмоток обычно осуществляются на специализированных ремонтных предприятиях или заводах-изготовителях. Стоимость такого ремонта соизмерима со стоимостью нового устройства. Как правило, такой ремонт экономически оправдан для не старых трансформаторов после аварийных повреждений.

Ремонты без смены обмоток обычно проводятся на территории эксплуатационного предприятия: на монтажной площадке или непосредственно на месте установки трансформатора. При ремонтах используются четыре технологических варианта обработки твердой изоляции:

В процессе эксплуатации трансформаторов развиваются различные дефекты. Происходит старение бумажно-масляной изоляции, которое сопровождается ее увлажнением, зашламлением, деструкцией и, как следствие, снижением изоляционных характеристик.

В трансформаторах с принудительной циркуляцией масла встречаются загрязнения активной части стальной стружкой, краской, вызванные дефектами системы охлаждения, силикагелем и его пылью. Бывают загрязнения фарфоровой крошкой, осколками стекла (например, после разрушения ввода или предохранительной мембраны) и другими продуктами.

Характерными дефектами трансформаторов являются короткозамкнутые контуры для токов, обусловленных потоками рассеяния, а иногда и основного потока (вызванные потерей изоляции отдельных элементов магнитной системы). Такие дефекты сопровождаются повышенными нагревами и часто электрическими, в том числе дуговыми, разрядами. В последнем случае происходит зашламление активной части углеродом. Кроме того, в трансформаторах развиваются деструкция резиновых уплотнений, различные дефекты оборудования системы охлаждения, регулирования напряжения, вводов и т. д.

Указанные дефекты и в значительной степени их последствия могут быть устранены при ремонте без смены обмоток.

Если в трансформаторах развиваются деформации обмоток, дефекты изоляции обмоток, вызванные перегревами при коротких замыканиях, повреждения твердой изоляции в результате дуговых, а иногда и частичных разрядов, необходимо проведение ремонта с расшихтовкой магнитопровода и сменой обмоток. При значительном развитии повреждений ремонт трансформатора экономически неоправдан или технически невозможен.

Ремонт трансформатора без смены обмоток включает в себя следующие основные этапы:

1. Комплексное диагностическое обследование трансформатора.

На основании анализа результатов обследования дается оценка состояния всех узлов устройства, проводится техническое обоснование необходимости капитального ремонта, определяются объем и технология работ.

2. Разработка программы ремонта, конструкторской документации (при проведении реконструкции отдельных узлов), плана производства работ и других документов. Поставка необходимых комплектующих и расходных материалов.

3. Развертывание мобильной физико-химической лаборатории, а в случае необходимости – электротехнической лаборатории вблизи ремонтной площадки.

Доставка и установка технологического оборудования для проведения такелажных работ, обработки масла и сорбентов, сушки активной части (электролебедки, блоков, гидравлических и реечных домкратов, толкателей, строп, дегазационной установки, маслоподогревателя и т. д.).

4. Проведение предремонтных, а также послеремонтных электрических испытаний трансформатора и физико-химических анализов масла (изоляционных характеристик обмоток и вводов, потерь холостого хода на пониженном напряжении, сопротивлений короткому замыканию, сопротивлений обмоток постоянному току, а также пробивного напряжения, содержания механических примесей, газосодержания масла, влагосодержания изоляционного картона и масла и других параметров).

5. Осмотр активной части, проверка контура заземления, измерение изоляции доступных стяжных шпилек, бондажей, прессующих колец и т. д.

6. Устранение выявленных в активной части дефектов, проведение других работ по типовой номенклатуре.

Например, в результате незначительных смещений магнитопровода и зашламления активной части трансформатора ТДЦ 400000/220 произошло снижение сопротивления ярмовой балки относительно корпуса. После очистки зазора от шламов и загрязнений, а также установки дополнительной картонной изоляции направляющего шипа был восстановлен необходимый уровень изоляции.

Следует отметить, что усилия прессовки обмоток трансформаторов с длительным сроком службы принимаются равными не более 0,7 заводских значений. Более высокие уровни прессовки могут привести к повреждению бумажной изоляции (потерявшей механическую прочность и эластичность).

7. Реконструкция отдельных узлов трансформатора проводится, например, при замене системы защиты масла от увлажнения и установке пленочной защиты, а также вводов, имеющих разные габариты, и в других случаях.

8. Подготовка масел и сорбентов является одним из важнейших компонентов качества проведения ремонтов и дальнейшей надежной эксплуатации оборудования.

Обработка эксплуатационных масел включает сушку, очистку, дегазацию, регенерацию на силикагеле или других объектах, а также ввод необходимого количества антиокислительной присадки. Предварительно, до начала ремонта, проводятся лабораторные испытания масла на стабильность против окисления до и после регенерации, а также после введения в масло антиокислительной присадки. Результаты этих работ позволяют оценить техническую возможность и экономическую целесообразность обработки масла, а также ориентировочно – остаточный ресурс масла.

Если масло проработало длительный срок, требуются большие затраты для улучшения его изоляционных характеристик. Поэтому оправданной может оказаться замена масла.

Вместе с тем многие трансформаторы, изготовленные в России в конце сороковых – начале шестидесятых годов прошлого столетия, залиты высококачественным маслом марки ТК, которое сохраняет свои высокие диэлектрические свойства даже при продолжительной эксплуатации более 40–50 лет. После обработки, в том числе регенерации на силикагеле, диэлектрические параметры масла не уступают показателям новых масел.

9. На заключительном этапе ремонта, как правило, проводится сушка изоляции активной части. Для трансформаторов со значительным сроком службы, а также имеющих увлажнение и зашламление изоляции, обычно используется метод разбрызгивания масла при вакуумировании.

Следует отметить, что практически все методы сушки твердой изоляции связаны с влиянием повышенных температур, а при вакуумировании, кроме того, макромеханическими воздействиями на целлюлозу при удалении влаги. В результате этого процесса наблюдается ускоренное старение бумажной изоляции и, как следствие, снижение степени ее полимеризации (на 50–250 ед.).

Для каждого трансформатора индивидуально, исходя из состояния бумажной изоляции, выбирается продолжительность экспозиций периодического обмыва (прогрева) и вакуумирования. В процессе работыпостоянно контролируются влагосодержание, состав и характер механических примесей, тангенс угла диэлектрических потерь и другие параметры промывочного масла, а также сопротивления твердой изоляции. В зависимости от контролируемых параметров корректируется температура промывочного масла, давление (уровень вакуума в баке), а так же схема промывки, продолжительность отдельных этапов. Это позволяет успешно решать три задачи:

По такой технологии проводились ремонты трансформаторов напряжением 110–500 кВ со сроком эксплуатации от 20 до 54 лет. В результате удавалось значительно повысить сопротивление изоляции обмоток, снизить тангенс угла диэлектрических потерь, сохранить, а в ряде случаев повысить прочность и степень полимеризации бумаги.

Исследования образцов изоляции показывают усиление внутренних и внешних водородных связей в макромолекулах целлюлозы и совершенствование кристаллической решетки. В некоторых случаях происходит значительное (более 20%) увеличение кристалличности целлюлозы образцов твердой изоляции после ремонта.

Произведенные ремонты показывают значительную эффективность новой технологии. Например, у трансформатора ТДГ-40500/110, проработавшего 44 года, удалось снизить тангенс угла диэлектрических потерь обмоток в 1,5–2 раза, а сопротивление изоляции повысить в 2,5–7 раз по сравнению с предремонтными значениями.

Источник: Журнал «Рынок Электротехники», № 1, 2006 г.