Возможные отказы в работе трансформаторов

1. Цель работы

Приобретение навыков по определению неполадок в трансформаторе.

2. Программа работы

1. Изучить виды неполадок в трансформаторе

2. Изучить контроль за состоянием трансформаторов и обнаружение возникающих в них повреждений по анализу газов, растворенных в масле.

3. Краткие теоретические сведения

Во время эксплуатации не исключено возникновение различного рода дефектов и неполадок трансформаторов, в разной степени отражающихся на их работе. С одними неполадками трансформаторы могут длительно оставаться в работе, при других необходим немедленный вывод их из работы. В каждом случае возможность дальнейшей работы определяется характером повреждения. Неоперативность персонала, несвоевременное принятие мер, направленных на устранение порой незначительных дефектов, приводят к аварийным отключениям трансформаторов.

Причины повреждений заключаются в неудовлетворительных условиях эксплуатации, некачественном ремонте и монтаже трансформаторов. Немалую роль играют дефекты отдельных элементов конструкции современных трансформаторов, применение недостаточно высокого качества изоляционных материалов.

Типичными являются повреждения изоляции, магнитопроводов, переключающих устройств, отводов, маслонаполненных и фарфоровых вводов.

Повреждение изоляции. Главная изоляция часто повреждается из-за нарушения ее электрической прочности при увлажнении, а также при наличия мелких изъянов. В трансформатор 110 кВ повреждения связывают с появлением так называемом «ползущего разряда» представляющего собой постепенное разрушение изоляции местными разрядами, распространяющимися по поверхности диэлектрика под действием рабочего напряжения. На поверхности изоляции появляется сетка токопроводящих каналом. При этом сокращается расчетный изоляционный промежуток, что и ведет к пробою изоляции с образованием мощной дуги внутри бака.

К интенсивному тепловому износу витковой изоляции приводит набухание дополнительной изоляции катушек и связанное с этим прекращение циркуляции масла из-за частичного илиполного перекрытия масляных каналов.

Механические повреждения витковой изоляции нередко происходят при КЗ во внешней электрической сети и недостаточной электродинамической стойкости трансформаторов, что является результатом ослабления усилий запрессовки обмоток.

Магнитопроводы повреждаются из-за перегрева вследствие разрушения лаковой пленки между листами и спекания листов стали, при нарушении изоляции прессующих шпилек, при возникновении короткозамкнутых контуров, когда отдельные элементы магнитопровода оказываются замкнутыми между собой и на бак.

Повреждение переключающих устройств ПБВ происходит при нарушении контакта между подвижными контактными кольцами и неподвижными токоведущими стержнями. Ухудшение контакта происходит при снижении контактного давления и образовании оксидной пленки на контактных поверхностях.

Переключающие устройства РПН являются достаточно сложными устройствами, требующими тщательной наладки, проверки и проведения специальных испытаний. Причинами повреждения РПН являются нарушения в работе контакторов и переключателей, подгары контактов контакторных устройств, заклинивания механизмов контакторов, утрата механической прочности стальными деталями и бумажно-бакелитовым валом. Повторяются аварии, связанные с повреждением регулировочной обмотки в результате перекрытия внешнего промежутка защитного разрядника.

Повреждения отводовот обмоток к переключающим устройствам и вводам вызываются главным образом неудовлетворительным состоянием паек контактных соединений, а также приближением гибких отводов к стенкам баков, загрязнением масла проводящими механическими примесями, в том числе оксидами и частицами металла из систем охлаждения.

Повреждения вводов110 кВ и выше связаны в основном с увлажнением бумажной основы. Попадание влаги внутрь вводов возможно при некачественном выполнении уплотнений, при доливке вводов трансформаторным маслом с пониженной диэлектрической прочностью. Заметим, что повреждения вводов, как правило, сопровождаются пожарами трансформаторов, приносящими значительный ущерб.

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

Защита трансформаторов от внутренних поврежденийосуществляется устройствами релейной защиты. Основными быстродействующими защитами являются дифференциальная токовая защита от всех видов КЗ в обмотках и на выводах трансформатора, газовая защита от замыканий, происходящих внутри бака трансформатора и сопровождающихся выделением газа и от понижения уровня масла, токовая отсечка без выдержки времени от повреждений в трансформаторе, сопровождающихся прохождением сравнительно больших токов КЗ.

Все защиты от внутренних повреждений действуют на отключение всех выключателей трансформатора, а на подстанциях, выполненных по упрощенным схемам (без выключателей со стороны ВН), — на включение короткозамыкателя или на отключение выключателя питающей линии.

Контроль за состоянием трансформаторов и обнаружение возникающих в них повреждений по анализу газов, растворенных в масле. Для обнаружения повреждений трансформаторов на возможно более ранних стадиях их возникновения, когда выделение газа может быть еще очень слабым, в эксплуатационной практике широко пользуются методом хроматографического анализа газов, растворенных в масле.

Дело в том, что при развивающихся повреждениях трансформаторов, вызываемых высокотемпературным нагревом, происходит разложение масла и твердой изоляции с образованием легких углеводородов и газов (вполне определенного состава и концентрации), которые растворяются в масле и накапливаются в газовом реле трансформатора. Период накопления газа в реле может быть достаточно длительным, а скопившийся в нем газ может существенно отличаться от состава газа, отобранного вблизи места его выделения. Поэтому диагностика повреждения на основе анализа газа, отобранного из реле, является затрудненной и может быть даже запоздалой.

Анализ пробы газа, растворенного в масле, помимо более точной диагностики повреждения дает возможность наблюдения за его развитием до срабатывания газового реле. И даже в случае крупных повреждений, когда газовая защита срабатывает на отключение трансформатора, сравнение составов газа, взятого из реле и растворенного в масле, может быть полезным для более правильной оценки серьезности повреждения.

Установлены состав и предельные концентрации газов, растворенных в масле, исправных трансформаторов и при характерных видах повреждений. Так, например, при разложении масла под действием электрической дуги (перекрытие в переключателе) выделяется преимущественно водород. Из непредельных углеводородов преобладает ацетилен, который в данном случае является характерным газом. Оксид и двуоксид углерода присутствуют в незначительных количествах.

1 - зажим; 2 - резиновый шланг; 3 -шприц; 4 — кран; 5 — бак трансформатора

Рисунок 6.1.Отбор проб масла из трансформатора с помощью шприца:

Газ, выделяющийся при разложении масла и твердой изоляции (междувитковое замыкание в обмотке), отличается от газа, образующегося при разложении только масла, заметным содержанием оксида и диоксида углерода

В целях более ранней диагностики повреждений из трансформаторов периодически (2 раза в год) отбирают пробы масла для хроматографического анализа газов, растворенных в масле, при этом для отбора проб масла пользуются медицинскими шприцами (рис. 6.1). Отбор пробы производится следующим образом: очищают от загрязнений патрубок крана, предназначенный для отбора пробы; на патрубок надевают резиновый шланг. Открывают кран и шланг промывают 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 затем 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.

Анализ проводится в лабораторных условиях с применением хроматографа ЛХМ-8МД. Результаты анализа сопоставляются с обобщенными данными состава и концентрации газа, выделяющегося при различных видах повреждений трансформаторов, и выдается заключение об исправности трансформатора или его повреждении и степени опасности этого повреждения.

По составу растворенных в масле газов возможно определение перегрева токопроводящих соединений и элементов конструкции остова трансформатора, частичных электрических разрядов в масле, перегрева и старения твердой изоляции трансформатора.

4. Порядок выполнения работы

1. Пояснить причины повреждения изоляции

2. Рассмотреть виды защит трансформаторов

3. Рассмотреть виды отбора масла из трансформатора

Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объяснить процесс повреждения изоляции.

2. Причина повреждения магнитопровода.

3. Повреждения отводов, повреждения вводов.

4. Защита трансформаторов.

5. Контроль за состоянием трансформаторов и обнаружение возникающих в них повреждений по анализу газов, растворенных в масле.

6. Объяснить процесс отбора масла из трансформатора с помощью шприца.

Лабораторная работа №7

Приводы выключателей.

1. Цель работы

Изучение конструкции различных видов приводов выключателей

2. Программа работы

1. Изучить назначение, конструкцию и виды приводов выключателей

2. Изучить принцип работы приводов выключателей

3. Краткие теоретические сведения

Приводы служат для включения и отключения масляных выключателей за счет энергии, поступающей в них от внешнего источника. По виду используемой энергий они могут быть электромагнитными, пневматическими и пружинными. По способу включения и отключения выключателей приводы подразделяют на полуавтоматические, осуществляющие включение выключателя с помощью приложения мускульной силы, а отключение как дистанционно от ключа (устройства релейной защиты), так и вручную, и автоматические, осуществляющие включение и отключение выключателя дистанционно (от релейной защиты), а также отключение вручную.

Основными частями привода являются:

силовое устройство, служащее для преобразования подведенной к приводу энергии в механическую;

операционный и передаточный механизмы, служащие для передачи движения от силового устройства к механизму выключателя и для удержания его во включенном положении;

отключающее устройство.

Электромагнитные приводы постоянного тока применяются для управления всеми типами масляных выключателей напряжением 110 кВ. Привод представляет собой корпус с электромагнитом включения и операционным механизмом. В корпусе размещены также электромагнит отключения, контакты вспомогательных цепей, механизм ручного отключения и в ряде случаев механический указатель положения выключателя, жестко связанный с его валом.

1 - шток с пружиной; 2 - сердечник; 3 - обмотка электромагнита включения; 4 - удерживающий рычаг; 5 - ролик; 6, 8 - контакторы вспомогательных цепей; 7 - вал привода; 9 - рычаги механизма свободного расцепления; 10 - защелка; 11 - рычаг ручного отключения; 12 - электромагнит отключения; 13 - сборка зажимов; 14 -корпус привода.

Рис.7.1.Привод электромагнитный для маломасляных выключателей

На рис. 7.1 показан привод для маломасляного выключателя. Силовое устройство - электромагнит включения — представляет собой магнитопровод с обмоткой 3 и сердечником 2 со штоком 1. Тяговое усилие необходимое, для включения выключателя, создается сердечником 2, который втягивается электромагнитом при прохождении, по его обмотке тока. Усилие передается выключателю системой рычагов операционного и передаточного механизмов.

После завершения операции включения выключателя цепь электромагнита автоматически разрывается и сердечник под действием силы тяжести (и пружины) опускается вниз.

Для отключения выключателя в обмотку электромагнита отключения подается оперативный ток. Сердечник втягивается электромагнитом, и его боек ударяет в одно из звеньев механизма свободного расцепления 9. Звенья механизма свободного расцепления складываются, вал выключателя поворачивается под действием встроенных отключающих пружин - происходит отключение выключателя.

Остановимся более подробно на некоторых элементах электромагнитного привода, с которыми, часто сталкивается оперативный персонал в своей практической деятельности. К таким элементам относятся запирающий механизм, отключающее устройство и механизм свободного расцепления.

Рис. 7.2.Запирающий механизм.

Запирающий механизм необходим для удержания выключателя во включенном положении. Простейшая конструкция запирающего механизма приведена на рис. 7.2. Удерживающее (запирающее) звено 1 с роликом 2 прижимается защелкой 3 вращающим моментом М. Для расцепления механизма, т.е. для поворота звена 1 в направлении, указанном стрелкой М, надо защелку 3 повернуть против вращения часовой стрелки. Такой поворот выполняется электромагнитом отключения 4 или вручную, воздействием на рычаг отключения.

Для надежной работы запирающего механизма, трущиеся поверхности ролика и защелки подвергаются шлифовке, они должны содержаться в чистоте и регулярно смазываться незамерзающей смазкой.

Отключающее устройство состоит из электромагнита и перемещающегося внутри обмотки ферромагнитного сердечника со штоком. При подаче напряжения наобмотку электромагнита(ключом идеи от реле) его сердечник втягивается и, ударяя по "хвосту" защелки, расцепляет запирающий механизм привода. Основные требования, которые могут быть предъявлены к электромагнитным механизмам отключения, - это быстродействие и постоянство динамических характеристик независимо от колебаний: (в допустимых пределах) напряжения источника питания и температуры окружающей среды. Для этого должно быть обеспечено свободное (без "заеданий") перемещение сердечника электромагнита на всем его пути, отрегулирован запас хода сердечника, проверена надежная работа электромагнитного механизма отключения при отклонениях напряжения от номинального на его выводах.

Механизм свободного расцепления - система складывающихся рычагов в приводе - является связующим звеном между силовым устройством и передаточным механизмом. Он разобщает силовое устройство с передаточным механизмом для последующего отключения выключателя в любой момент времени независимо от того, продолжает или нет действовать сила, осуществляющая включение. Необходимость такого механизма связана с требованием немедленного отключения выключателя действием релейной защиты в случае включения его на устраненное КЗ.

Рис. 7.3.Схема управления выключателем с электромагнитным приводом

На рис. 7.3 показана принципиальная схема дистанционного управления масляным выключателем с электромагнитным приводом. Схема соответствует отключенному положению масляного выключателя.

Включение выключателя осуществляется поворотом рукоятки ключа SAна 45° но часовой стрелке, при этом замыкаются контакты 1—3 в цепи реле команды "включить" КСС. Это реле замыкает контакты КСС.1в цепи питания контактора КМ. Контактор срабатывает и замыкает цепь электромагнита включения УАС- выключатель включается, ключ SA возвращается в нейтральное положение. Aналогично включается выключатель и при действии устройства автоматики, где команда на включение подается реле.

Отключение выключателя осуществляется поворотом ключа на 45° против вращения часовой стрелки, при этом создается цепь питания реле команды "отключить" КСТ. Реле замыкает контакты КСТ.1, в результате чего через замкнутые вспомогательные контакты привода выключателя АкВ.1подается напряжение на электромагнит отключения YAT - выключатель отключается, ключ SA возвращается в нейтральное положение.

Срабатывание устройства релейной защиты также приводит к отключению выключателя, так как контакты выходного, реле защиты включены параллельно контактам реле KCТ.

Заметим, что реальные схемы управления выключателями выглядят более сложными; они содержат цепиблокировок и сигнальные цепи.

Важнейшей блокировкой является блокировки против повторения операций включения и отключения, когда предпринимается попытка включения выключателя после его автоматического отключения М неустранёное КЗ. В этом случае команда на включение поданная ключом, сможет затянуться, а выключатель тем временем отключится релейной защитой. Такое состояние схемы управления приводит к повторному включению выключателя. Блокировка запрещает в данном случае повторные включения.

Схемы управления обычно дополняются устройствами сигнализации в виде сигнальных ламп, показывающих включен или отключен выключатель после снятия соответствующей команды. В схемах предусматривается световая и звуковая сигнализация о несоответствии положения выключателя его ключа управления (например в случае автоматического отключения выключатся; релейной защитой), а также сигнализация контроля цепей включения и отключений выключателя.

В электрических схемах управления и сигнализации выключателей всегда имеются контакты, коммутирующие вспомогательные цепи; электромагнитов включения и отключения, сигнальных ламп и другие цепипостоянного тока. Контакты управляются с помощью кинематических передач между валом привода и валом контактора. Скорость срабатывания контактов определяется технологической необходимостью: есть контактные пары, которые должны быстро размыкаться (или замыкаться) в конце выполнения операции или даже после её завершения; имеются контакты, скорость срабатывания которых зависит от скорости движения перемещающихся частей, и т.д. Конструкции контактов весьма разнообразны, в отечественных приводах используются наборные контакты типа КСА (контакты сигнальные Аксентона). В эксплуатации необходимо следить за состоянием контакторов, нарушение в работе которых может привести к отказу в работе привода.

Схемы управления и сигнализации применяются на подстанциях в различных вариантах в зависимости от типа выключателя и его привода, использования устройств телемеханики и других условий.

1 - подача сжатого воздуха; 2.. - цилиндр; 3 - поршень; 4 - пружина; 5 - шток Рис. 7.4.Принципиальная схема поршневого пневматического блока одностороннего действия.

Рис. 7.5.Пневматический привод типа ШПВ – 46П для масляного выключателя с большим объемом масла типа У-220

Пневматические приводы применяются для управления масляными выключателями серий У, С и др. Источником энергии для них является сжатый воздух. В качестве силовых элементов используются поршневые пневматические блоки одностороннего действия (рис. 7.4), в которых сжатый воздух при работе Привода подается с одной стороны поршня 5, а обратный ход поршня осуществляется действием пружины 4., Кинематическая схема пневматического привода подобна схеме электромагнитного привода.

На рис. 7.5 показан пневматический привод типа ШПВ-46П для масляного выключателя У-220,.созданный на базе электромагнитного привода. В нем вместо Электромагнита включения установлен пневматический блок, который состоит из рабочего цилиндра 4, дутьевого клапана 5, патрубка 6, соединяющего дутьевой клапан с_; воздухосборником сжатого воздуха 1, устройства, ручного отключений 3, электроподогревателя 7, включаемого при низких температурах наружного воздуха. К воздухосборнику присоединен контактный манометр 2, контролирующий давление сжатого воздуха. Привод рассчитан на номинальное давление сжатого воздуха 2 МПа. Объем воздуха в воздухосборнике достаточен для осуществления цикла АПВ.

Привод крепится на баке выключателя и соединяется тягой с механизмом полюса выключателя. Каждый полюс имеет самостоятельную схему управлений, обеспечивающую дистанционное трехполосное и пофазное управление выключателем.

Пружинные приводы предназначаются для маломасляных выключателей 6-10 кВ. Источником энергии в приводах служат мощные предварительно заведенные рабочие пружины. Завод пружины обычно осуществляется с помощью электродвигателя, соединенного с редуктором, но возможен и ручной завод съемным рычагом. Время завода пружин для разных типов приводов составляет от нескольких секунд до десятков секунд.

Операция включения выключателя, выполняемая за счет потенциальной энергии рабочих пружин, может происходить лишь после их полного завода, что контролируется специальной блокировкой и сигнализируется указателем готовности привода к работе. В пружинных приводах ППМ-10, ПП-67 рабочие пружины должны заводиться перед каждой операцией включения. Завод рабочих пружин возможен как при отключенном, так и при включенном выключателе — в последнем случае для осуществления электрического АПВ.

4. Порядок выполнения работы

1. Рассмотреть принцип действия приводов выключателей

2. Определить различия между видами приводов

Выводы

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Для чего служат приводы выключателей.

2. Основные части приводы выключателя.

3. Электромагнитные приводы.

4. Запирающий механизм в приводе.

5. Отключающее устройство привода.

6. Механизм расцепления.

7. Пневматические приводы.

8. Пружинные приводы.

9. Классификация приводов

10. Основные требования, предъявляемые к электромагнитным механизмам отключения

Лабораторная работа №8

Выключатели масленые.

1. Цель работы