Асинхронные тахогенераторы, как и тахогенераторы постоянного тока, используются для измерения скорости вращения валов, а также для вырабатывания ускоряющих или замедляющих сигналов в автоматических устройствах
Характеристика повреждения трансформаторов. Методы испытания трансформаторов
Силовые трансформаторы являются одним из наиболее массовых и значимых элементов энергосистем. Так, в 1999 г. только в ЕЭС России было в эксплуатации в сетях 110 - 750 кВ силовых трансформаторов и автотрансформаторов общей мощностью Sт.уст. = 567 569 МВ-А при установленной мощности генераторов Pг.уст.= 194 000 МВт. При этом коэффициент соотношения установленных мощностей трансформаторов и генераторов составил: Kт.г. = 2,92. При учете установленной мощности всех силовых трансформаторов, включая трансформаторы напряжением менее 110 кВ, Кт.г. существенно больше и достигает 6-6,5.
Естественно, что надежность работы сетей, электростанций и энергосистем в значительной степени зависит от надежности работы трансформаторов, тем более, что значительная часть трансформаторов отработала определенный стандартом минимальный срок службы - 25 лет [I], а техническое перевооружение трансформаторов в силу сложившихся условий идет крайне медленно: в 1993 г. оно составило 1,1%, а в 1999 г. - всего только 0,5%.
Для анализа надежности работы трансформаторов в первую очередь необходима представительная выборка эксплуатационных данных, а также следующая информация:
· распределение повреждений по основным узлам трансформаторов разных классов напряжений;
· характеристики тяжести повреждений;
· роль коротких замыканий;
· частота повреждений в зависимости от срока службы трансформаторов;
· причины и последствия повреждений;
· данные об отклонениях от требований нормативно-технических документов, инструкций заводов-изготовителей, противоаварийных и эксплуатационных циркуляров, руководящих и распорядительных документов РАО "ЕЭС России" [2].
За период с января 1997 по ноябрь 2000 г. было проанализировано в общей сложности по актам, поступившим в Департамент генеральной инспекции по эксплуатации электрических станций и сетей РАО "ЕЭС России", 712 отказов и технических нарушений силовых трансформаторов напряжением 35 - 750 кВ.
В табл. 1 приведено распределение повреждений силовых трансформаторов по узлам и классам напряжений, при этом их число составило: 29% для 35 кВ; 47% для 110 кВ; 19% для 220 кВ; 2% для 330 кВ; 3% для 500 кВ; 0% для 750 кВ.
Как следует из табл. 1, наибольшую повреждаемость имеют: высоковольтные вводы - 22%, обмотки - 16%, устройства РПН - 13,5%. Значительная доля отказов приходится на течи (11%) и упуск трансформаторного масла (23%).
Таблица 1
Распределение повреждений силовых трансформаторов по узлам и классам напряжений за период январь 1997 г. - ноябрь 2000 г.
| Узел | Класс напряжения, кВ | |||||||||||||
| 35 | 110 | 220 | 330 | 500 | 750 | Всего | ||||||||
| Число | % | Число | % | Число | % | Число | % | Число | % | Число | % | Число | % | |
| Обмотки | 61 | 30 | 43 | 13 | 10 | 7 | 1 | 8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 115 | 16 |
| Магнитопровод | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 1,5 | 1 | 8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 | 0,5 |
| Система охлаждения | 7 | 3 | 16 | 5 | 8 | 6 | 2 | 15 | 3 | 14 | 0 | 0 | 36 | 5 |
| РПН | 4 | 2 | 61 | 18 | 26 | 19 | 1 | 8 | 5 | 24 | 0 | 0 | 97 | 13,5 |
| Вводы | 27 | 13 | 77 | 23 | 44 | 32 | 3 | 23 | 7 | 34 | 0 | 0 | 158 | 22 |
| Течь масла | 15 | 7 | 35 | 10 | 21 | 15 | 3 | 23 | 4 | 19 | 0 | 0 | 78 | 11 |
| Упуск масла | 59 | 30 | 75 | 22 | 24 | 18,5 | 2 | 15 | 2 | 9 | 0 | 0 | 162 | 23 |
| Вандализм | 31 | 15 | 31 | 9 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 63 | 9 |
| Итого | 204 | 100 | 338 | 100 | 136 | 100 | 13 | 100 | 21 | 100 | 0 | 0 | 712 | 100 |
В табл. 2 приведено распределение повреждений силовых трансформаторов по узлам, для которых в актах указана продолжительность их эксплуатации. Как видно из табл. 2, повреждения обмоток имеют место у трансформаторов с любыми сроками эксплуатации, для РПН наибольшее число повреждений у трансформаторов со сроками эксплуатации 10-30 лет, для высоковольтных вводов - после 10 лет эксплуатации. Однако имеющиеся данные не позволяют сделать оценку зависимости повреждаемости трансформаторов от срока эксплуатации, так как для этого необходимо учитывать число эксплуатируемых трансформаторов в каждом диапазоне времени службы.
Наиболее тяжелым повреждением трансформатора является внутреннее короткое замыкание (КЗ). Как показал анализ, повреждения, вызванные внутренними КЗ, имели место при повреждениях обмоток в 80% случаев общего числа повреждении обмоток, при повреждениях высоковольтных вводов - 89%, при повреждениях РПИ -25% и при повреждениях прочих узлов - 36% соответственно, включая ошибки при монтаже, ремонте и эксплуатации.
При обработке данных актов выявлен ряд случаев неправильного применения [3] в части требований к составлению актов расследования технологических нарушений в работе электростанций, сетей и энергосистем. Составители актов не всегда выполняют при их заполнении требования всех пунктов. Так, за период 1997-1998 гг. 23,4% актов были оформлены не полностью. В 2000 г. доля не полностью оформленных актов сократилась до 10,4%. В частности, в ряде случаев отсутствуют данные о недоотпуске, недовыработке энергии и экономическом ущербе от последствий отказа, как того требует [4].
Основные повреждения трансформаторов и высоковольтных вводов с указанием причин их возникновения, характером и последствиями их развития приведены в табл. 3.
Анализ повреждений трансформаторов с внутренними короткими замыканиями по периодам, указанным в [1] (первый - в течение первых 12 лет эксплуатации до первого капитального ремонта, второй - за полный нормированный срок службы не менее 25 лет, третий - за срок службы более 25 дет), представлен далее.
За период эксплуатации до 12 лет имели место следующие виды повреждений:
· внутренние повреждения трансформаторов из-за длительного неотключения при сквозных КЗ на стороне 10 кВ;
· повреждения обмоток высшего напряжения из-за возникновения виткового замыкания;
· повреждения негерметичных вводов, длительно хранившихся на складе до установки в трансформатор;
· перекрытия масляного канала герметичных вводов по внутренней поверхности нижней фарфоровой покрышки;
· нарушения целостности контактной системы и токоограничивающих сопротивлений контактора РПН, приведшие к образованию электрической дуги и выбросу масла.
За период 12-25 лет эксплуатации имели место следующие повреждения:
· повреждения обмоток низшего напряжения при резко переменных нагрузках дуговых электрических печей завода;
· повреждения из-за увлажнения и загрязнения изоляции обмоток;
· увлажнения бакелитовой изоляции контактора РПН;
· повреждения негерметичных вводов из-за увлажнения и загрязнения внутренней изоляции;
· перекрытие, масляного канала герметичных вводов по внутренней поверхности нижней фарфоровой покрышки.
Таблица 2
Распределение повреждений силовых трансформаторов по узлам с указанием продолжительности их эксплуатации за период январь 1997 г. - ноябрь 2000 г.
| Узел | Число повреждений по продолжительности эксплуатации | Всего | ||||
| 10 лет | 10-20 лет | 20-30 лет | 30-40 лет | более 40 лет | ||
| Обмотки | 23 | 25 | 23 | 28 | 12 | 111 |
| Магнитопровод | 6 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| Система охлаждения | 2 | 14 | 13 | 1 | 0 | 30 |
| РПН | 12 | 28 | 21 | 10 | 0 | 71 |
| Вводы | 15 | 37 | 38 | 31 | 9 | 130 |
| Течь масла | 12 | 16 | 19 | 11 | 3 | 61 |
| Упуск масла | 12 | 22 | 22 | 14 | 5 | 75 |
| Вандализм | 3 | 6 | 10 | 1 | 1 | 21 |
| Итого | 79 | 148 | 147 | 96 | 30 | 500 |
Т а б л и ц а 3
Основные повреждения трансформаторов высоковольтных вводов
| Узел | Повреждение | Причина возникновения повреждения | Характер и последствия развития повреждения |
| Обмотка | Выгорание витковой изоляции и витков обмотки | Длительное неотключение сквозного тока КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора | Выгорание витковой изоляции и витков, разложение масла, расплавление и разбрызгивание меди и разрушение изоляции |
| Деформации обмотки | Недостаточная электрическая стойкость обмоток | Повреждение изоляции вследствие деформации обмоток с возможным повреждением трансформатора | |
| Увлажнение и загрязнение изоляции обмоток | Нарушение герметичности трансформатора к токам КЗ | Снижение электрической прочности маслобарьерной изоляции и пробой первого масляного канала, что может вызвать:- развитие "ползущего разряда"- ионизационный пробой витковой изоляции за счет вытеснения масла водяным паром из капилляров изоляции- повреждение трансформатора | |
| Износ изоляции обмоток | Снижение механической стойкости изоляции обмоток | Разрушение изоляции обмоток с последующим возникновением виткового замыкания или замыкания на другую обмотку при умеренном сквозном токе КЗ с внутренним повреждением трансформатора | |
| Дефект изготовления грозоупорной обмотки | Касание петель грозоупорных обмотокразделяющей перегородки | В условиях вибрации трансформатора ведет к истиранию изоляции петель и развитию пробоя | |
| Магнитопровод | Перегрев магнитопровода | Образование короткозамкнутого контура в магнитопроводе | Оплавление стали магнитопровода, пожар в железе, разложение масла |
| Система охлаждения | Нарушение охлаждения трансформатора | Повреждение маслонасосов | Нарушение охлаждения трансформатора и загрязнение механическими примесями |
| Засорение труб охладителей | Перегрев трансформатора | ||
| Переключатели ответвлений РПН | Нарушение контактов в РПН | Искрение, перегрев, оплавление и выгорание контактов. Подгар токоограничивающих сопротивлений | Неработоспособность РПН |
| Нарушение перегородки, изолирующей бак расширителя МЧН от бака трансформатора | Дефект изготовления | Загрязнение масла трансформатора, снижение его электрической прочности, усложнение диагностики трансформатора | |
| Механическая неисправность ГОН | Износ элементов кинематической схемы | Обгорание контактов переключателей | |
| Нарушение герметичности бака контактора | Увлажнение бакелитового цилиндра контактора | Внутреннее дуговое КЗ по увлажненным расслоениям бакелитовой изоляции бака РПН | |
| Прочие узлы | Нарушение герметичности | Подсос воздуха через сальники задвижек. Нарушение герметичности гибкой оболочки расширителя, неисправность воздухоосушителя | Проникновение атмосферной влаги и воздуха, ослабление электрической прочности изоляции |
| Нарушение контактных соединений отводов, демпферов и др. | Дефект монтажа и наладки | Перегрев контактов, загрязнение контактов продуктами разложения изоляции и масла | |
| Течь масла через резиновые прокладки в месте соединений бака с выхлопной трубой, из-под разъема крепления ввода | Дефекты монтажа, ремонтам эксплуатации | Упуск масла из трансформатора | |
| Высоковольтные негерметичные вводы | Увлажнение и загрязнение изоляции негерметичных вводов | Проникновение атмосферной влаги во ввод, образование примесей в масле ввода | Создает условия для развития теплового и электрического пробоя изоляции ввода |
| Высоковольтные герметичные вводы | Отложение осадка (продуктов окисления масла или вымывания из конструктивных материалов) на внутренней поверхности фарфора и на поверхности внутренней изоляции | Осадок адсорбирует влагу и загрязнения, в том числе металлосодержащие | Приводит к возникновению проводящих дорожек, развитию разрядов и пробою масляного канала ввода |
| Коллоидное старение масла | В результате окислительных процессов и взаимодействия масла с конструктивными материалами, в первую очередь, с медесодержащими и железосодержащими, происходит образование и рост коллоидных частиц | Приводит к снижению электрической прочности масляного канала ввода | |
| Течь масла из вводов через нижние резиновые прокладки, из-за нарушения верхнего уплотняющего узла, через резиновые уплотнения измерительного вывода | Дефекты монтажа, ремонта и эксплуатации | Ведет к снижению давления масла, нарушению герметичности, попаданию влаги и воздуха во ввод. Вызывает снижение электрической прочности изоляции | |
| Повышение давления во вводах | Вызывается потерей герметичности сильфонов и, как следствие, недостаточной температурной компенсацией имеющегося объема масла, а также появлением источника интенсивного газообразования или нарушением связи между вводом и выносным баком давления | Снижение электрической прочности внутренней изоляции ввода |
За период после 25 лет эксплуатации имели место повреждения: