Повреждение изоляции трансформаторов
Главная изоляция часто повреждается из-за нарушения ее электрической прочности при увлажнении, а также при наличии мелких изъянов. В трансформаторах 220 кВ и выше повреждения связывают с появлением так называемого "ползущего разряда", представляющего собой постепенное разрушение изоляции местными разрядами, распространяющимися по поверхности диэлектрика под действием рабочего напряжения. На поверхности изоляции появляется сетка токопроводящих каналов, 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 или полного перекрытия масляных каналов.
Механические повреждения витковой изоляции нередко происходят при коротких замыканиях во внешней электрической сети и недостаточной электродинамической стойкости трансформаторов, что является результатом ослабления усилий запрессовки обмоток.
Повреждения магнитопроводов трансформаторов
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.
Повреждения переключающих устройств трансформаторов
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 отводов от 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 вводов трансформатора
Повреждения вводов 110 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 повреждения
Защита трансформаторов от внутренних повреждений осуществляется устройствами релейной защиты. Основными быстродействующими защитами являются дифференциальная токовая зашита от всех видов коротких замыканий 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 короткого замыкания.
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.
А вот 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.
Отбор пробы масла 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. 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 ТИПОВАЯ НУМЕНКЛАТУРА РЕМОНТНЫХ РАБОТ ПРИ ТЕКУЩЕМ РЕМОНТЕ.
В объем текущего ремонта входят работы, выполняемые при ТО и, кроме того:
-для реакторов токоограничивающих: ремонт бетонных колонок, крепежных болтов и контактных зажимов, измерение сопротивления изоляции витков относительно болтов крепления, при необходимости – замена опорных изоляторов, восстановление лакового покрытия и ремонт изоляции витков;
- для масляных выключателей, выключателей нагрузки, разъединителей, заземляющих ножей, короткозамыкателей, отделителей и их приборов: разборка аппарата, ремонт или замена подвижных контактов, осей, шарниров, измерение и регулировка хода подвижной части, вжима (хода) контактов, одновременности замыкания и размыкания контактов, проверка и регулировка механизма свободного расцепления, измерение и регулировка расстояния между бойком и рычагом отключающего устройства, ремонт приводов и приводных механизмов, тяг и рычагов, замена дефектных изоляторов, замена масла (при необходимости), смазка трущихся частей привода и приводного механизма, проверка и ремонт сигнализации и блокировок, проверка и замена трансформаторов тока, измерение сопротивления постоянному току, проверка состояния контактов, шунтирующих сопротивлений дугогасительньгх устройств, обмоток включающих и отключающих катушек, испытание повышенным напряжением основной изоляции и изоляции вторичных цепей в соответствии с требованиями ПТЭ и ППБ;
-для трансформаторов тока и напряжения: чистка изоляторов, проверка и ремонт присоединений шин первичной и проводов (кабелей) вторичной цепи, проверка заземляющих болтов и шунтирующих перемычек, измерение сопротивления изоляции первичных и вторичных обмоток, угла диэлектрических потерь, испытание вводов, испытание электрической прочности изоляции первичных и вторичных обмоток, а также изоляции доступных стяжных болтов в соответствии с нормами испытания электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей;
-для трубчатых и вентильных разрядников: проверка состояния поверхности разрядника и расположения зон выхлопа, измерение внутреннего диаметра, внутреннего и внешнего искровых промежутков трубчатых разрядников, измерение сопротивления элемента вентильного разрядника, тока проводимости и пробивных напряжений;
-для предохранителей: проверка целостности, соответствия схемам, действующим нагрузкам и нормам, замена плавких вставок и токоограничивающих сопротивлений (при необходимости), проверка и регулировка плотности вжима контактной части;
-для селеновых и купроксных выпрямителей: разборка и частичная замена шайб, ремонт транформаторов и реостата, смена масла, проверка работы реле и испытание выпрямителя;
-для силовых полупроводниковых преобразователей: частичная разборка и контроль состояния блоков тиристоров, дросселей, реакторов, стабилизаторов, диодов, вентилей, состояния паек и затяжки резьбовых соединений, проверка вставок предохранителей, очистка аппаратуры и блоков полупроводниковых приборов от пыли, протирка керамических корпусов тиристоров, выпрямителей и инверторов спиртом из расчета 10–12 г на один тиристор, проверка состояния системы охлаждения и срабатывания всех термоконтакторов путем местного нагрева. После окончания ремонта проводятся испытания электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей, утвержденные Федеральным надзором;
-для ртутных преобразователей: проверка системы предварительного разряжения с переборкой масляного насоса, переборка ртутного насоса с очисткой ртути, проверка предела откачки масляного и ртутного насосов и натекания системы предварительного разряжения, чистка смотрового стекла насоса, прочистка патрубков и шлангов охлаждения корпусов преобразователя и ртутных насосов, переборка компрессорного манометра с очисткой ртути, сменой и ремонтом неисправных частей.
5 ТИПОВАЯ НУМЕНКЛАТУРА РЕМОНТНЫХ РАБОТ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ.
При капитальном ремонте выполняются в полном объеме работы текущего ремонта и, кроме того, по отдельным аппаратам выполняются след. работы:
-для реакторов токоограничивающих: замена отдельных бетонных колонок и витков, крепежных болтов и зажимов, покрытие реактора лаком;
-для масляных выключателей, выключателей нагрузки, разъединителей, отделителей, короткозамыкателей, заземляющих ножей: полная разборка всех узлов, ремонт арматуры и чистка бака, ремонт или замена подвижных и неподвижных контактов и приводного механизма, проверка правильности включения ножей и очистка их от нагара и наплывов, испытание отдельных узлов и деталей на электрическую прочность, полная разборка и капитальный ремонт приводов и приводных механизмов с заменой изношенных деталей;
для трансформаторов тока и напряжения: проверка и промывка маслом магнитопровода и обмоток, их замена при необходимости; смена масла, проведение полного комплекса испытаний в объеме, предусмотренном ПТЭ и ППБ;
для трубчатых и вентильных разрядников: проведение комплекса испытаний, предусмотренных ПТЭ и ППБ;
для селеновых и купроксных выпрямителей: полная разборка выпрямителей, смена шайб или целых столбиков, перемотка трансформатора (при необходимости), ремонт или замена пускорегулируюшей аппаратуры, смена масла;
для силовых полупроводниковых преобразователей: перемонтаж всех силовых полупроводниковых схем выпрямителя и инвертора, замена дефектных полупроводниковых приборов, ремонт пусковой и защитной аппаратуры, трансформаторов и измерительных приборов. Ремонт вентилятора, теплообменника и промывка системы охлаждения с продувкой сжатым воздухом, проверка цепей блокировки, настройка блока автоматического регулирования. После ремонта производятся полная проверка схемы преобразователя в объеме, предусмотренном заводом-изготовителем, и испытание изоляции всей электрической схемы испытательным напряжением в соответствии с табл. 10.1;
для ртутных преобразователей: ремонт отдельных ртутных вентилей с заменой сеток, анодов возбуждения и зажигания, изоляторов анода и катода и других вышедших из строя деталей, капитальный ремонт вакуумной и охлаждающей систем.ммдддддддддддддддддддооооооооооооооооооосистем.
Вакуумные ртутные преобразователи разборного типа при капитальном ремонте вскрывать не рекомендуется, за исключением случаев, когда за полгода до срока капитального ремонта число обратных зажиганий было более десяти.жжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжжж десят.
Ртутный преобразователь, в котором вскрывали внутренние части, должен после ремонта пройти формовку током нагрузки. Формовка проводится по специальной инструкции завода-изготовителя. Преобразователь считается отформованным, если при нагрузке, на 25 % превышающей номинальную, вакуум не ухудшается более чем на 1 мкм в течениел15лминут.
Таблицал1
Испытательное напряжение промышленной частоты для изоляции полупроводниковых преобразователей
Примечание. Up – действующие значения напряжения проверяемой цепи.
После капитального ремонта все перечисленные электроаппараты подвергаются испытанию в полном объеме, предусмотренном нормами испытания электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей.
6 ИСПЫТАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПОСЛЕ КАПТАЛЬНОГО РЕМОНТА.
После завершения ремонтных работ трансформатор подвергается испытаниям в целях проверки качества и отсутствия дефектов, а также проверки характеристик трансформатора на соответствие требованиям стандартов, технических условий или других регламентирующих документов. Программа испытаний после капитального ремонта с разборкой активной части трансформатора в соответствии с ПЭЭП содержит 19 пунктов, в том числе: определение условий включения; измерение сопротивления изоляции; измерение тангенса угла диэлектрических потерь; определение емкостных характеристик; испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты; измерение сопротивления обмоток постоянному току; проверка коэффициента трансформации и группы соединения обмоток; измерение тока и потерь холостого хода; проверка работы переключающего устройства; проверка работы устройства переключения ответвлений; испытания бака на прочность; проверка устройств охлаждения и состояния индикаторного силикагеля; испытание трансформаторного масла из трансформатора; испытание включением толчком на номинальное напряжение; испытание вводов и встроенных трансформаторов тока.
При измерении электрического сопротивления обмоток постоянному току различие сопротивлений на одноименных ответвлениях разных фаз не должно превышать 2 %. Проверка работы переключающего устройства проводится согласно инструкции завода-изготовителя.
Трансформаторное масло подвергают испытанию на электрическую прочность (на пробой), на диэлектрические потери (tgδ) и на химический анализ. Для эксплуатационного масла tg δ должен быть не более 7 % при 70 °С (для свежего сухого масла tgδ < 1,5...2,5 %). Химический анализ масла заключается в определении содержания механических примесей, кислотного числа и содержания водорастворимых кислот и щелочей.
Температура вспышки паров масла может снижаться не более чем на 5 С от первоначальной (135 °С). Масло трансформаторов с азотной или пленочной защитой проверяют на влаго- и газосодержание, которые должны соответствовать заводским нормам.
Испытание изоляции обмотки ВН приложенным напряжением:
1 — регулировочный трансформатор, 2 — вольтметр; 3 — амперметр; 4 — испытательный трансформатор
Испытание электрической прочности изоляции включает: определение пробивного напряжения масла или другого жидкого диэлектрика, которым заполнен трансформатор; испытание изоляции обмоток напряжением 35 кВ и ниже вместе с вводами повышенным напряжением промышленной частоты, приложенным от внешнего источника (в течение 1 мин); испытание изоляции доступных для испытания стяжных шпилек, прессующих колец и ярмовых балок напряжением 1 к В промышленной частоты (в течение 1 мин).
Испытательные напряжения превышают номинальные и зависят от условий эксплуатации. Трансформаторы, предназначенные для эксплуатации в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений при обычных мерах грозозащиты, испытывают по нормам для нормальной изоляции, а трансформаторы, предназначенные для эксплуатации в электроустановках, не подверженных воздействию грозовых перенапряжений, или при специальных мерах грозозащиты — по нормам для облегченной изоляции. Изоляция трансформатора до проведения испытаний подвергается обработке в соответствии с установленным технологическим процессом.
При испытании изоляции напряжением промышленной частоты, приложенным от внешнего источника, проверяется электрическая прочность главной изоляции (каждой обмотки по отношению к другим обмоткам, включая отводы и выводы, а также по отношению к баку и другим заземленным частям трансформатора).
Изоляцию каждой обмотки испытывают поочередно. Испытания проводят по схеме, показанной на рис. При этом испытательное напряжение прикладывается между испытываемой обмоткой, замкнутой накоротко, и заземленным баком. Остальные вводы других обмоток соединяют между собой и заземляют вместе с баком и магнитной системой. Напряжение к первичной обмотке повышающего трансформатора подводят от генератора переменного тока с регулируемым возбуждением или от регулировочного автотрансформатора. Испытательное напряжение поднимают плавно и выдерживают в течение 1 мин. Возрастание силы тока и снижение напряжения, фиксируемое приборами, обычно указывают на наличие дефекта в изоляции испытательного трансформатора. Повреждение в трансформаторе также проявляется в виде потрескивания и разрядов.
Трансформатор считают выдержавшим испытания, если в процессе испытания не наблюдалось полного разряда (по звуку), разряда на защитном шаровом промежутке, выделения газа и дыма или изменения показания приборов. Если при испытании отмечены разряды в баке, сопровождающиеся изменением режима в испытательной установке или появлением дыма, активная часть подлежит осмотру, а при необходимости — разборке для выяснения и устранения причины разрядов или пробоя.
Продольная изоляция обмотки (изоляция между витками, катушками, слоями, фазами) испытывается повышенным напряжением, индуктированным в самом трансформаторе. Испытания проводят путем приложения к одной из обмоток двойного номинального напряжения этой обмотки при повышенной частоте (но не более 400 Гц). Повышение частоты необходимо во избежание чрезмерного увеличения индукции и намагничивающего тока. Испытания проводят по схеме опыта холостого хода напряжением частоты не менее Uном и продолжительностью I мин (при более высоких частотах продолжительность испытания уменьшается, но не должна быть менее 15 с).
Устройство для обнаружения короткозамкнутого витка:
а — общий вид; 6 — принципиальная схема: I — указательный прибор; 2 — защитный кожух; 3 — катушка; 4 — сердечник
Основным дефектом, который выявляется при таком испытании, является замыкание между витками или слоями обмотки, а также между отводами. Если имеются признаки дефекта, то важно до разборки трансформатора измерениями токов и напряжений по фазам установить дефектную фазу. Затем эта фаза подвергается тщательному осмотру. Дефектное место обмотки можно определить индукционным методом или измерением электрического сопротивления.
Индукционный метод нахождения короткозамкнутого витка основан на наличии электромагнитного поля вокруг короткозамкнутого витка, созданного в нем индуктированным током короткого замыкания. Поле вокруг остальных витков отсутствует. Наличие и положение короткозамкнутого витка обнаруживают особой катушкой, называемой искателем, к которой подключен чувствительный прибор.
Измерение сопротивления изоляции обмоток:
1 — мегомметр; 2 — вводы ВН; 3 вводы HH; 4 — бак трансформатора
Измерительный аппарат состоит из искателя и указателя. Искатель представляет собой многовитковую катушку, насаженную на магнитопровод, состоящий из нескольких пластин электротехнической стали, и присоединенного к ней указательного прибора.
Напряжение в проверяемой обмотке индуктируется «питателем», который выполняется аналогично представленному на рис. искателю, или представляет собой длинный стержень с намотанными по всей длине витками. Обмотка питателя подключается к сети напряжением 36, 127 или 220 В, Если проверяемая обмотка насажена на стержень магнитной системы, возбуждение осуществляется обычным путем (при подаче небольшого напряжения, безопасного для персонала). Перемещая искатель сначала вдоль обмотки, а затем в радиальном направлении, устанавливают место замыкания по наибольшему показанию прибора.
Оценка состояния изоляции производится на основании указанного комплекса испытаний. Допустимые значения изоляционных характеристик для трансформаторов классов напряжения до 35 кВ и номинальной мощностью до 10 МВ-А.
Измерение сопротивления изоляции обмоток производится при температуре не ниже 10 С мегомметром класса 1 000 В в трансформаторах класса напряжения до 35 кВ и мощностью до 16 мВ • А и класса 2500 В с пределами измерения 0... 10000 МОм — во всех остальных случаях. При этом за температуру изоляции в масляных трансформаторах принимают температуру масла в верхних слоях, в сухих — температуру окружающего воздуха.
7 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИСПЫТАНИЯМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ.
- Испытания электрооборудования должны производиться с соблюдением требований правил техники безопасности.
Измерение изоляционных характеристик электрооборудования под рабочим напряжением разрешается осуществлять при условии использования устройств, обеспечивающих безопасность работ и защиту нормально заземляемого низко потенциального вывода контролируемого объекта от появления на нем опасного напряжения при нарушении связи с землей.
- Электрические испытания изоляции электрооборудования и отбор пробы трансформаторного масла для испытаний необходимо проводить при температуре изоляции не ниже 5 °С, кроме оговоренных в Нормах случаев, когда измерения следует проводить при более высокой температуре. В отдельных случаях (например, при приемо-сдаточных испытаниях) по решению технического руководителя энергопредприятия измерения тангенса угла диэлектрических потерь, сопротивления изоляции и другие измерения на электрооборудовании на напряжение до 35 кВ включительно могут проводиться при более низкой температуре. Измерения электрических характеристик изоляции, произведенные при отрицательных температурах, должны быть повторены в возможно более короткие сроки при температуре изоляции не ниже 5 °С.
- Сравнение характеристик изоляции должно производиться при одной и той же температуре изоляции или близких ее значениях (расхождение - не более 5 °С). Если это невозможно, должен применяться температурный перерасчет в соответствии с инструкциями по эксплуатации конкретных видов электрооборудования.
При измерении сопротивления изоляции отсчет показаний мегаомметра производится через 60 с после начала измерений. Если в соответствии с Нормами требуется определение коэффициента абсорбции (R 60 " /R 15 " ),отсчет производится дважды: через 15 и 60 с после начала измерений.
- Испытанию повышенным напряжением должны предшествовать тщательный осмотр и оценка состояния изоляции другими методами.
Перед проведением испытаний изоляции электрооборудования (за исключением вращающихся машин, находящихся в эксплуатации) наружная поверхность изоляции должна быть очищена от пыли и грязи, кроме тех случаев, когда испытания проводятся методом, не требующим отключения электрооборудования.
- Испытание изоляции обмоток вращающихся машин, трансформаторов и реакторов повышенным приложенным напряжением частоты 50 Гц должно производиться поочередно для каждой электрически независимой цепи или параллельной ветви (в последнем случае при наличии полной изоляции между ветвями). При этом вывод испытательного устройства, который будет находиться под напряжением, соединяется с выводом испытуемой обмотки, а другой - с заземленным корпусом испытуемого электрооборудования, с которым на все время испытаний данной обмотки электрически соединяются все другие обмотки.
Обмотки, соединенные между собой наглухо и не имеющие выведенных обоих концов каждой фазы или ветви, должны испытываться относительно корпуса без их разъединения.
- При испытаниях электрооборудования повышенным напряжением частоты 50 Гц, а также при измерении и тока и потерь холостого хода силовых и измерительных трансформаторов рекомендуется использовать линейное напряжение питающей сети.
- Испытательное напряжение должно подниматься плавно со скоростью, допускающей визуальный контроль по измерительным приборам, и по достижении установленного значения поддерживаться неизменным в течение всего времени испытания. После требуемой выдержки напряжение плавно снижается до значения не более одной трети испытательного и отключается.
-Под продолжительностью испытания подразумевается время приложения полного испытательного напряжения, установленного нормами.