На сегодняшний день комплексные диагностические обследования широко задействуются для оценки техсостояния электрических устройств и электросетей, определения характера и уровня развития дефектов систем и узлов этих электрических устройств. Такая диагностика позволяет не только выявить развивающиеся неполадки, оценить уровень их опасности, но и обосновать необходимость, объем и сроки проведения капитальных ремонтов. Одной из проблем, связанных с благонадежностью и развитием электросетей, является надежность работы силовых трансформаторов. Силовой трансформатор – это электрическое устройство, предназначенное для преобразования входящего переменного тока в постоянный на выходе. Принцип работы электроприбора основан на эффекте магнитной индукции, образующемся в обмотках, в результате которого необходимые параметры тока увеличиваются или уменьшаются в соответствии с характеристиками устройства. Конструкция силового трансформатора, главным образом, состоит из сердечника с двумя обмотками, изготовленный из электротехнической стали (см. Рисунок 1).
1 – первичная обмотка, 2 – вторичная обмотка, 3 – сердечник магнитопровода, 4 – ярмо магнитопровода
Рисунок 1. Устройство силового трансформатора
Зачастую, это тонкие листы ферромагнитного материала, которые укладываются таким образом, чтобы форма стержней под обмотками в сечении была кругообразной. Для повышения КПД электроустройства и снижения потерь, такие листы перекрывают стыки между отдельно взятыми пластинками. Обмотка силового трансформатора изготавливается, главным образом, из медного провода с круглым сечением. Отдельно взятый виток изолирован как от магнитопровода, так и от близлежащих витков. Для циркулирования системы охлаждения, между обмотками и отдельно взятыми ее слоями рассчитаны технические пустоты. Силовой трансформатор имеет как минимум две обмотки: первичную (на нее подается переменный ток) и вторичную (ток снимается после повышения или понижения его напряжения)[1].
Преобладающее количество силовых трансформаторов энергосистем Казахстана было введено в эксплуатацию в конце 90-х годов XX вв. На сегодняшний день накоплен огромный опыт эксплуатирования, позволяющий проанализировать и предоставить рекомендации по повышению благонадежности функционирования силовых трансформаторов, что и является целью данной статьи.
Силовой трансформатор является в электросистеме одним из наиважнейших элементов, специфицирующих высоконадежность энергоснабжения. Его способность переносить надлежащую нагрузку находится в зависимости от техсостояния отдельных узлов.
Отклонение в работе крупного силового трансформатора может привести к сбою в электросистеме с крупномасштабными последствиями. На сегодняшний день положение в казахстанской энергетике обуславливается некоторыми особенностями, разъясняющими обостренное внимание к высоконадежности работы оборудования электросистем, и в том числе силовых трансформаторов[2].
Обеспечение высоконадёжной, безаварийной работы силовых трансформаторов целесообразно, в значительной мере, во избежание аварийных ситуаций, таких как, пожары из-за серьезных неисправностей трансформатора или течи масла. На функционирование силового трансформатора оказывают влияние, как непредусмотренные режимы работы электросистемы, так и сильные внешние воздействия (тепловое воздействие перегрузок, солнечная радиация, коммутационные и грозовые перенапряжения, качество тока сети, повышение рабочего напряжения).
На сегодняшний день в соответствии с действующими ГОСТ для силовых трансформаторов, введенных в эксплуатацию до 1 января 2009 г., установлен срок службы не менее 30 лет, для силовых трансформаторов, введенных в эксплуатацию после 1 января 2009 г., — не менее 35 лет[3].
Наиважнейшим вопросом для определения степени необходимости и обоснованности последующего эксплуатирования силового трансформатора или согласования решения о выводе его из эксплуатирования и переустановке является определение техсостояния с оценкой предаварийного состояния, которая должна брать за основу взаимосоответствующие критерии.
Базисные элементы силового трансформатора, предопределяющие его предаварийное состояние, — обмотки и магнитопровод. Второстепенные элементы: клеммы и вводы, стабилизирующая система, переключатели ответвлений, система охлаждения масла, фильтры, двигатели маслонасосов и др. при обнаружении дефектов должны подлежать переустановке или замене, без замены самого трансформатора[4].
Жизненный процесс силового трансформатора представляет из себя ряд систематичных и коррелирующихся временных этапов: разрабатывание, проектировка, конструирование, транспортирование, электромонтаж, эксплуатирование и утилизация. Несомненно, что возникновение дефектов возможно на каждом из этапов. Говоря к примеру, на стадии разрабатывания могут быть допущены просчеты каких-либо особенностей эксплуатирования (глинистые грунты с повышенным содержанием минеральных солей, предполагающие повышенную частоту грозовых разрядов), инженерные просчеты, общепроизводственные дефекты и т. д[5].
Анализ вывода из строя силовых трансформаторов, эксплуатируемых на предприятиях электросетей, раскрывает, что основными причинами технических сбоев являются течи и упуск масла из трансформатора из-за нарушения сварных соединений и резиновых уплотнений, недостаточная стойкость при коротком замыкании, пробой и износ изоляции обмоток, нарушения в работе регулирования под нагрузкой.
Разнообразность дефектов, которые обнаруживаются в силовом трансформаторе, не обходится без большого числа методов контроля их техсостояния. Контролирование во время работы без отсоединения от сети раскрывает ряд непромедлительных дефектов, особенно если оно ведется безостановочно. Такое контролирование позволяет поддерживать высоконадежность эксплуатирования и избежать непредвиденных выходов из строя с непоправимыми последствиями.
Разумеется, для обнаружения многих дефектов нередко требуется специальная и дорогостоящая аппаратура, но все же расходы на нее всегда окупаются эффективным контролированием техсостояния силового трансформатора.
Регулярные внешние техосмотры силовых трансформаторов проводятся для благовременного выявления и устранения поврежденностей, которые могут привести к существенным ущербам. При внешнем техосмотре проводят: осмотр состояния ошиновки и электрокабелей, внешнего состояния бака, отсутствия маслотечи; уровня, температуры и цвета масла в расширителе, состояние заземлителей, отсутствие трещин и сколов на изоляторах выводов, наклон крышки трансформатора и масляного компрессора. Крышка силового трансформатора должна иметь наклон по направлению к газовому датчику-реле не менее 1,0–1,5 % (см. Рисунок 2), а масляный компрессор от силового трансформатора к расширителю – не менее 3 %.
Б – бак, РГ – газовое реле, Р – рейка, У – уровень
Рисунок 2. Проверка установки силового трансформатора
Наклон крышки силового трансформатора устанавливают с помощью рейки и измерительных инструментов. Рейка одним концом упирается на край крышки у входа масляного компрессора, а другим концом с помощью прокладок поднимается до горизонтального положения, сверяемый уровнем. Наклон крышки в процентах рассчитывается по формуле:
где l – длина рейки, см;
h – высота прокладок, см.
Так как большинство вариаций исполнения силовых трансформаторов имеют большую массу, на место монтажа их доставляют на спецтранспортных платформах уже в собранном готовом к подключению виде.
Силовые трансформаторы монтируются на специальной площадке, либо в предназначенном для этого помещении. При массе силового трансформатора до 2 тонн монтаж производится на фундамент, а корпус непременно заземляют.
Перед установкой силовой трансформатор подвергают контрольным испытаниям, в ходе которых вычисляется коэффициент трансформации, тестируется качество всех подключений, испытывается изоляция повышенным напряжением, проводится контроль качества масла.
Перед монтажом трансформатор, как правило, тщательно осматривают. В первую очередь, нужно обратить особое внимание на наличие маслотечи, произвести контроль техсостояния изоляторов, соединений контактов.
После ввода в эксплуатирование нужно периодично проводить измерение температуры нагрева специальными стеклянными термометрами. Температура должна быть не более 90 градусов.
Более того, для предотвращения ЧС при эксплуатировании силового трансформатора нужно периодично производить замеры нагрузки. Это позволяет собрать информацию о перекосах фаз, искажающих напряжение питания. Техосмотр силового трансформатора проводится 2 раза в год. Периоды техосмотра могут изменяться в зависимости от техсостояния устройства.
Система мероприятий по оценке техсостояния силового трансформатора и определения его функциональности включает безостановочный и периодичный контроль диагностических показателей и обстоятельные обследования в отключенном состоянии.
Оптимальный объем диагностики и комплекс утвержденных методов контролирования техсостояния силового трансформатора зависят как от ответственности объекта контроля, важности данного трансформатора для функционирования электросети или электростанции в целом, так и от возможностей организации-заказчика, проводящей диагностику. Преимущественными возможностями пользуются высокоспециализированные организации, имеющие национальный или региональный охват.
Наиболее прогрессирующий подход к оценке техсостояния силовых трансформаторов, отталкивающийся от концепции стратегии бережности, отражен в комплексе Универсальной электротехнической лаборатории «АНГСТРЕМ-3» (г. Петропавловск) [6].
Основой этой комплексной методики определения техсостояния силовых трансформаторов послужили принципы моделей вероятностных дефектов.
Обычно не прибегают к сравнению измеренных показателей с результатами предыдущих или исходных измерений, а оценивается техсостояние трансформатора в настоящий момент. При помощи этой методики реализуется переход от диагностического обслуживания к системам технического обслуживания силовых трансформаторов по фактичному техсостоянию и по обоснованной высоконадежности.
Методика допускает возможность широкого внедрения различных видов непрерывного контролирования:
- газообразных веществ, выделяющихся в масле (с утвержденной системой обработки результатов анализа);
- относительного влагосодержания масла (с утвержденной системой);
- частичных разрядов (электродатчиками, с оценкой опасности сбоя);
- диэлектрометрических характеристик вводов высокого напряжения;
- акустических спектров (определение распрессовки электрообмоток и магнитопровода);
- характеристик спецустройства регулирования напряжения под нагрузкой (электропотребление привода, момент сопротивления на валу, виброакустические показатели).
Анализ опыта эксплуатирования и дефектности силовых трансформаторов, применяемых на электростанциях и подстанциях, раскрывает, что для достижения практических результатов необходимо периодически проводить комплекс общетеоретических и лабораторных исследований, а также разработать методы и критерии. Каждый существующий метод имеет свои преимущества и недостатки, однако при правильном соблюдении диагностической работы, результаты сходятся, находя дефекты и их вероятные источники.
Библиографический список
- Оценка предельного состояния силовых трансформаторов и автотрансформаторов / М. Ю. Львов, К. М. Антипов, Ю. Н. Львов и др. // Электрические станции. 2008. № 1.
- Надёжность работы силовых трансформаторов предприятий АПК и сельских потребителей / Сартисон А.А., Сартисон А.Х., Юлдашев З.Ш. // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 11-4. – С. 609-611.
- Давиденко И. В. Оценка технического состояния силовых трансформаторов по результатам традиционных испытаний и измерений : учебно-методическое пособие / И. В. Давиденко; М-во образования и науки Российской Федерации, Уральский федеральный университет. — Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2015. — 96 с. — ISBN 978-5-321-02466-9.
- Алексеев, Б. А. Системы непрерывного контроля состояния крупных силовых трансформаторов / Б. А. Алексеев // Электр. станции. — 2000. — № 8. — С. 62–70.
- Русов В. А. Системы диагностического мониторинга силовых трансформаторов / В. А. Русов // Электро. — 2009. — № 6. — С. 35–37.
- РД 16 363–87. Трансформаторы силовые: Транспортирование, разгрузка, хранение, монтаж и ввод в эксплуатацию. URL: http://transform.ru/sst/$rd/16.363–87.htm (дата обращения: 24.06.2021).
- Комплексная передвижная электролаборатория ЭТЛ «АНГСТРЕМ-3». URL: https://angstrem.tech/elektrolaboratorii/universalnaya-ehlektrotekhnicheskaya-laboratoriya-angstrem-3/ (дата обращения: 25.06.2021)
Количество просмотров публикации: Please wait