Повреждения при работе трансформаторов

 

В процессе эксплуатации могут возникнуть неполадки в работе трансформаторов, с одними из которых трансформаторы могут длительно оставаться в работе, а при других требуется немедленный вывод их из работы.

Причинами повреждений могут быть неудовлетворительные условия и уровень эксплуатации трансформаторов, их некачественный монтаж и ремонт, износ и старение изоляционных материалов и т. д.

Наиболее типичными повреждениями являются: повреждения изоляции, магнитопроводов, переключающих устройств, отводов от обмоток к переключающим устройствам и вводам, вводов.

Рассмотрим характер и причины возникновения указанных повреждений.

Повреждения изоляции. Причиной повреждения изоляции является, как правило, нарушение ее электрической прочности при увлажнении или при наличии незначительных изъянов. В трансформаторах 220 кВ и выше повреждения возникают вследствие появления так называемого «ползущего разряда», представляющего собой постепенное разрушение изоляции местными разрядами, распространяющимися по поверхности диэлектрика под действием рабочего напряжения. Вследствие этого на поверхности изоляции возникает сетка токопроводящих каналов, что приводит к сокращению изоляционного промежутка и ведет к пробою изоляции с образованием внутри бака интенсивной дуги.

К форсированному тепловому износу витковой изоляции приводит набухание дополнительной изоляции катушек, следствием чего может являться прекращение подачи масла из-за перекрытия масляных каналов.

Механические повреждения витковой изоляции, как правило, происходят при КЗ в сети и недостаточной электродинамической стойкости трансформаторов из-за ослабления усилий запрессовки обмоток.

Повреждения магнитопроводов. Магнитопроводы повреждаются по причине перегрева вследствие разрушения лаковой пленки между листами и спекания листов стали при нарушении изоляции прессующих шпилек, а также при возникновении короткозамкнутых контуров, когда отдельные элементы магнитопровода замыкаются между собой и на бак.

Повреждение переключающих устройств. Повреждения переключающих устройств ПБВ чаще всего происходят из-за нарушения контакта между подвижными контактными кольцами и неподвижными токоведущими стержнями. Ухудшение контакта, в свою очередь, происходит при снижении контактного давления и образования оксидной пленки на контактных поверхностях.

Переключающие устройства РПН являются сложными и требуют тщательной проверки, наладки и проведения контрольных испытаний.

Причинами повреждения РПН являются нарушения в работе контакторов и переключателей, подгорание контактов контакторных устройств, заклинивание механизмов контакторов, потеря механической прочности стальными деталями и бумажно-бакелитовым валом, перекрытие внешнего промежутка защитного разрядника.

Повреждения отводов. Повреждения отводов от обмоток к переключающим устройствам и вводам в основном возникают из-за неудовлетворительного состояния паек контактных соединений, а также из-за приближения гибких отводов к стенкам баков, загрязнения масла механическими примесями, в том числе оксидами и частицами металла из систем охлаждения.

Повреждения вводов. Повреждения вводов 110 кВ и выше связаны, как правило, с увлажнением бумажной основы. Попадание влаги внутрь вводов может иметь место при некачественных уплотнениях или при доливке вводов трансформаторным маслом с пониженной диэлектрической плотностью.

Как правило, причиной повреждения фарфоровых вводов является нагрев контактов в резьбовых соединениях составных токоведущих шпилек или в месте подсоединения наружных шин.

Контроль за состоянием трансформаторов и обнаружение возникающих неисправностей, как правило, осуществляется по анализу газов, растворенных в масле.

Для обнаружения повреждений на ранних стадиях их возникновения, когда выделение газов сравнительно слабое, на практике широко применяют метод хроматографического анализа газов, растворенных в масле.

При повреждениях трансформаторов из-за высокотемпературных нагревов происходит разложение масла и твердой изоляции с последующим образованием легких углеводородов и газов, которые растворяются в масле и накапливаются в газовом реле трансформатора. Период накопления таких газов может быть длительным, а скопившийся газ может существенно отличаться от состава газа, отобранного вблизи места его выделения. Все это затрудняет диагностику повреждения на основе анализа газа, которая может оказаться по этой причине запоздалой.

В масляных трансформаторах могут возникать частичные разряды при наличии микропузырьков воздуха, например, в бумажно-масляной изоляции. Однако такое явление исключительно редко встречается на практике благодаря технологии вакуумирования при заливке масла.

Анализ пробы газа, растворенного в масле, кроме точной диагностики повреждения дает возможность наблюдения за его развитием до срабатывания газового реле, что может оказаться полезным для более правильной оценки характера и последствий повреждения.

В целях более ранней диагностики повреждений из трансформаторов 2 раза в год отбирают пробы масла для хроматографического анализа газов, растворенных в масле.

Отбор пробы производится в следующей последовательности:

очищают от загрязнений патрубок крана, предназначенный для отбора пробы;

надевают на патрубок резиновый шланг;

открывают кран и промывают шланг маслом из трансформатора;

конец шланга поднимают вверх для удаления пузырьков воздуха;

на конце шланга устанавливают зажим;

иглу шприца вкалывают в стенку шланга;

забирают масло в шприц и сливают масло через иглу для промывки шприца;

повторяют операцию заполнения шприца маслом;

заполненный маслом шприц вкалывают иглой в резиновую пробку и в таком виде отправляют в лабораторию.

В лаборатории проводится анализ масла с применением хроматографа ЛХМ-8МД. Результаты анализа сравниваются с обобщенными данными состава и концентрации газа, выделяющегося при различных видах повреждений трансформаторов. После этого выдается заключение об исправности трансформатора или повреждении и степени его опасности.

По составу растворенных в масле газов можно определить степень перегрева токопроводящих соединений и элементов конструкции трансформатора, частичных электрических разрядов в масле, перегрева и старения твердой изоляции трансформатора.

Из всего сказанного следует, что правильный выбор конструкции и параметров силовых трансформаторов для тех или иных ПС должен быть сделан еще на стадии проектирования с учетом того, что разные условия эксплуатации требуют разных конструктивных решений; следует поддерживать эти параметры в процессе эксплуатации с соблюдением приведенных выше указаний и рекомендаций и сохранять их за счет надлежащего качества ремонта.

При аварии на трансформаторах используют специальные защиты. Например, на рис. 2.4 показана одна из таких защит с использованием короткозамыкателей.

 

При аварии на трансформаторе одного из присоединений (Т1) установленная на нем защита подаст напряжение на катушку включения соответствующего короткозамыкателя SC1. Короткозамыкатель замкнет свои контакты, создав искусственное замыкание на землю. На это замыкание среагирует защита магистральной ЛЭП, в зоне действия которой находится ПС, и с помощью головного выключателя Q отключит всю подстанцию. Через небольшой промежуток времени сработает автоматическое повторное включение (АПВ) и включит головной выключатель. В бестоковую паузу сработает отделитель поврежденного трансформатора Е1 и отключит его от сети. Таким образом, не используя отдельный выключатель на каждое присоединение, возможно отключить поврежденный участок, сохранив ПС в работе.