Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Исследование старения и срока службы внутренней изоляции ВН

Длительные эксплуатационные испытания новой серии трансформаторов 35кВ - Исследование старения и срока службы внутренней изоляции ВН

Оглавление
Исследование старения и срока службы внутренней изоляции ВН
Закономерности старения изоляции и оценка срока службы силовых конденсаторов
Оценка срока службы силовых конденсаторов по данным испытаний
Длительные испытания конденсаторов демпфирующих цепей постоянного тока
Исследование старения маслоналолненного кабеля 110 кВ с уменьшенной толщиной изоляции
Исследование старения маслобарьерной изоляции силовых трансформаторов ВН
Длительные эксплуатационные испытания новой серии трансформаторов 35кВ
Взаимосвязь характеристик трансформаторного масла в процессе старения
Длительные высоковольтные испытания эпоксидных опорных изоляторов
Определение физико-механических характеристик компаунда и расчет прочности эпоксидных изоляторов для КРУЭ
Резонансная трансформаторная схема для испытаний изоляции КРУЭ
Закономерности старения изоляции эластонит
Исследование эскапоно-поликасиновой изоляции в малогабаритных генераторных токопроводах
Рефераты статей

Статья представлена 30.08.84.
УДК 621.314.212:621.317.2
А. Г. Левит, О. Н. Гречко, И. М. Сафронова, Т. Я. Харина, И. П. Щипунова (НИИПТ), М. А. Басс, Н. JL Заболотный (ВИТ)
ДЛИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ НОВОЙ СЕРИИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 35 кВ
Разработанная Всесоюзным институтом трансформаторостроения новая серия двухобмоточных силовых трансформаторов 35 кВ общего назначения с регулированием напряжения обмотки ВН при отключенном от сети трансформаторе - ПБВ или под нагрузкой - РПН отличается от ныне выпускаемой серии аналогичных трансформаторов сниженными на 15-25% потерями холостого хода и на 20-30% общей массой. Эти показатели достигнуты за счет осуществления ряда конструктивных и технологических усовершенствований.
Направление и большой объем модернизации трансформаторов вызвали необходимость в проведении специальных исследований и испытаний изоляции как на моделях, так и на установочной партии трансформаторов новой серии. В частности, опытная эксплуатация шести новых трансформаторов типа ТМ-1600/35-80У1 была организована как длительные эксплуатационные испытания на специально созданном в НИИПТ сетевом стенде длительных испытаний силовых трансформаторов под нагрузкой.

стенд
Рис. 1. Общий вид стенда
На стенде (рис. 1) обмотки низкого напряжения (НН) испытуемых трансформаторов получают питание от сети 10 кВ, а ток в обмотках высокого напряжения (ВН) возбуждается методом взаимной нагрузки по ГОСТ 3484-77. В этом случае в обмотке ВН может быть получен наибольший ток

где / — ток обмотки ВН; /ном — номинальный ток обмотки ВН; AU— односторонний диапазон регулирования напряжения, % (ПБВ или РПН); UKi и 1/к2 - напряжения короткого замыкания трансформаторов, включенных по схеме взаимной нагрузки, %. Для трансформаторов ТМ-1600/35 расчетный ток нагрузки обмотки ВН равен 77% (ДU = 5%, 1/к.ном = 6,5%), а фактически полученный - 75%/ном. Следует отметить, что по эксплуатационным данным средняя нагрузка подобных трансформаторов достигает 57% номинальной. Измерительные устройства стенда обеспечивают измерение и непрерывную запись напряжений трех фаз и токов двух фаз каждой пары трансформаторов на сторонах 10 и 35 кВ, а также температуры верхних слоев масла в каждом трансформаторе (для этого в стакан с датчиком термосигнализатора установлена термопара, работающая с электронным потенциометром). Стенд размещен в неотапливаемом помещении. Перед установкой на стенд на (трансформаторы были смонтированы все их элементы, за исключением термосифонных фильтров (с целью утяжеления условий испытаний), радиаторы заполнены маслом и добавлено масло в расширитель. Масло, поставленное заводом- изготовителем трансформаторов, запивалось при температуре 15°С, при этом с целью воспроизвести возможные неблагоприятные монтажные или ремонтные условия оно не подогревалось и не дегазировалось. Перед включением на трансформаторах были измерены коэффициенты трансформации, сопротивления обмоток постоянному току, тангенс угла потерь изоляции tg δ 10 (по схемам ”ВН-НН+бак” и ”НН—ВН+бак”), а также выполнены анализы проб масла из баков.
Во время длительных испытаний на трансформаторах периодически измерялись характеристики изоляции трансформаторов - RtB„ IRIS« , tg δ „з, С3/С„ промежутков ”ВН—НН+бак” и ”НН-ВН+бак”. Кроме того, контролировалось состояние масла по следующим характеристикам: пробивное напряжение в стандартном разряднике f/np, tg δ при 20 °С и 70 °С, кислотное число Кч, влагосодержание W, температура вспышки, содержание газов, растворенных в масле (хроматографический анализ), показатель полярности Де, поверхностное натяжение о, относительное свегопропускание S [1, 2].
Характеристики изоляции
Рис. 2. Характеристики изоляции промежутка ”ВН-НН+бак и масла:
/ и I' — отношение R60„ /R15 „ соответственно для режимов Θ = 45 ± 9°С и Θ = = 77 ± 10°С; 2 и 2 — tg δ из для тех же режимов; 3 я 3 — влагосодержание масла Wдля тех же режимов

Далее приводятся результаты испытаний трансформаторов в течение 15 месяцев по следующему графику: 6 месяцев - режим нагрузки, 2 месяца - хранение в отключенном состоянии (режим холодного резерва), 7 месяцев - режим нагрузки. В течение первых шести, а также с 9-го по 12-й месяц все 6 трансформаторов испытывались в режиме, средние значения параметров которого приведены ниже:
Линейное напряжение U, кВ
ВН.................................................................................................. 35
НН.................................................................................................. 10
Ток в обмотке ВН /, А.............................................. 19,8
Температура Θ, °С
верхних слоев масла.................................................................. 45 ±9
воздуха.......................................................................................... 15
В этот период средняя для шести трансформаторов температура верхних слоев масла изменялась в пределах 45±9 °С (при температуре окружающего воздуха 3-25 °С).
После 12 месяцев испытаний 2 трансформатора были подвергнуты импульсным испытаниям (в объеме типовых) по ГОСТ 1516.1-76 и успешно выдержали их;
1 трансформатора продолжали испытываться в прежнем режиме, а на двух остальных трансформаторах испытания были также продолжены, но с целью создания режима тепловой перегрузки на каждом из них были отключены два из трех радиаторов. Что привело к заметному повышению температуры верхних слоев масла: среднее значение этой температуры в течение трех месяцев составило 77±10°С при колебаниях температуры окружающего воздуха от 15 до 27 °С.
Изменения основных характеристик изоляции промежутка ”ВН-НН+бак” (для промежутка ”НН-ВН+бак” они подобны), а также влагосодержания масла W в процессе испытаний показаны на рис. 2, а изменения характеристик масла - на рис. 3. Значения tg'fiH3 приведены к 15 °С по методике [3], а значения R60/R15 - также к 15 °С по формуле

где Θ0 - температура приведения (базисная), Θ - температура измерения, К =
Рис. 3. Характеристики масла: а) 1 и 1 — пробивное напряжение в стандартном разряднике Unp соответственно для режимов Θ=45±9°С и Θ = = 77 ± 10°С; 2 и 2' — относительное светопропускание S в тех же режимах; 3 и 3' — поверхностное натяжение а в тех же режимах; 4 и4’- tg δ 70ос в тех же режимах; б) 5 и 5' - концентрация СО, в тех же режимах = /(Θ-Θ„) - температурный коэффициент, равный Кг при Θ > Θ0 и 1/Кг при Θ < Θ„; величина К2 определяется по табл. П3.6 [3]. В основу формулы положено допущение о независимости абсорбционной составляющей тока/,,» от температуры.

Такая характеристика изоляции, как С,/С50, во время испытаний изменялась незначительно (в пределах от 1,01 до 1,03). Также практически не изменялся ряд стандартных (tg δ при 20 сС, Кч, температура вспышки) и нестандартных (Де) характеристик масла. При этом все стандартные характеристики масла, в том числе показанные на рис. 2 и 3, оставались в пределах эксплуатационных норм.
Сопоставление начальных и конечных значений tg δ Ш и R№.,/Rts„ показывает, что их отличия незначительны. Изменения же этих величин в ходе испытаний связаны с процессами влагообмена в системе ’’электрокартон и бумага - масло - атмосферный воздух”. В течение первых трех месяцев происходит подсушка изоляции, затем (в осенне-зимний сезон) твердая изоляция снова несколько увлажняется, а в течение 7-го и 8-го месяцев (режим холодного резерва) процесс увлажнения идет более интенсивно. При этом влага из атмосферы через масло, а также влага из масла переходит в твердую изоляцию. На следующем этапе испытаний под нагрузкой снова повторяется процесс подсушки с переходом влаги в масло и в атмосферу. Эти соображения о процессе влагообмена хорошо согласуются с характером изменения влагосодержания масла W (см. рис. 2). Другие характеристики масла, в частности, среднее значение пробивного напряжения t/np (для шести трансформаторов) в первые 3 месяца испытаний повысилось с 54 кВ до 62 кВ и стабилизировалось на этом уровне, не изменившись в режиме холодного резерва (t/np до и после этого режима - 61 кВ и 61,5 кВ). Непрерывно снижалось относительное светопропускание S; в первые 3 месяца несколько снизился tg δ 70 ос, после чего он монотонно возрастал. Кроме СО,, в масле не было обнаружено других газов, образующихся в трансформаторах при наличии в них каких-либо дефектов. В течение первых шести месяцев средняя концентрация СО, выросла от 0,05 до 0,18% объемных; она не изменилась после режима холодного резерва, оставаясь в течение 12 месяцев испытаний намного ниже нормы для трансформаторов с открытым дыханием.
При переходе от режима с Θ = 45 ± 9 °с к режиму с Θ = 77 ±10 °С можно ожидать (в соответствии с 6-градусным законом удвоения скорости теплового старения) 40-кратного увеличения скорости этого процесса. Сравнение характеристик двух пар трансформаторов, испытываемых в течение трех месяцев в двух тепловых режимах, показывает, что tg δ 10 у них мало отличается, а различие Rf0i, //R15» между ними более заметно, причем процесс увлажнения твердой изоляции при переходе к осенне-зимнему периоду у перегруженных трансформаторов задерживается.

Существенно повлияло изменение теплового режима почти на все характеристики масла (таблица). Так, влагосодержание масла перегруженных трансформаторов превысило максимальные значения, встречавшиеся за время испытаний всех трансформаторов при в = 45 ±9 °С; это связано с переходом влаги в масло из усиленно подсыхающей изоляции обмоток и согласуется с результатами измерения /Л15» и tg δ И3. Стало заметно снижаться поверхностное натяжение о, существенно увеличилась скорость снижения относительного светопропускания S. Наиболее сильно изменилась концентрация СО, в масле, что связано с интенсификацией процесса теплового старения целлюлозных материалов [2]. При этом скорость изменения концентрации СО, за три месяца увеличилась в 40 раз по сравнению с трансформаторами, работающими в испытательном режиме 45 ±9 °С. Процессы теплового старения и изменения концентрации СО, взаимосвязаны; изучение этих связей может быть дополнительные диагностические критерии для оценки степени теплового старения изоляции и ресурса трансформатора по нагрузочной способности.
Эксплуатационные испытания трансформаторов в режиме среднестатистической нагрузки в течение года очень мало изменили характеристики масла, при этом как характеристики масла, так и характеристики изоляции трансформаторов остались значительно лучше нормируемых в эксплуатации [3]. Опытная наработка в различных режимах (шесть трансформаторо-лет) дает основание считать, что конструкция трансформаторов новой серии и технология их изготовления при надлежащем качестве материалов могут обеспечить их надежную эксплуатацию.
В полученных результатах обращает на себя внимание различная чувствительность методов промышленного контроля состояния изоляции. Следует отметить, что, как видно на рис. 2, отношение R60» /R15„ достаточно четко реагирует на процессы перераспределения влаги в трансформаторах с открытым дыханием; подобную информацию дает tg δ И3. А отношения С,/С50 не дали практически никакой информации. По данным настоящих испытаний, а также по данным [1, 2], к числу информативных характеристик масла можно отнести состав и содержание газов, растворенных в масле, поверхностное натяжение, влагосодержание, светопропускание, хотя некоторый объем полезной информации содержится и в других контролируемых характеристиках масла.

Выводы. 1. Длительные испытания новой серии силовых трансформаторов ТМ-1600/35-80У1 показали, что их конструкция и технология производства обеспечивают, при надлежащем качестве изготовления, их надежную эксплуатацию.
2. Опытную эксплуатацию установочных партий новых серий силовых трансформаторов классов напряжения 110 кВ включительно целесообразно заменять
длительными испытаниями на специальных стендах, на которых могут быть созданы условия работы трансформаторов, достаточно близкие к условиям реальной эксплуатации, и одновременно обеспечен регулярный контроль режима работы и текущего состояния трансформаторов.
3. Широко применяемые в эксплуатационной практике методы контроля состояния маслобарьерной изоляции силовых трансформаторов обладают разной чувствительностью по отношению к процессам, происходящим в этой изоляции. Результаты длительных испытаний показали, что в условиях нормальных (неаварийных) режимов наиболее эффективную информацию о состоянии изоляции в эксплуатации дают регулярные измерения отношения R60„ /R15» , тангенса угла диэлектрических потерь и таких характеристик масла, как влагосодержание, поверхностное натяжение и состав и содержание газов, растворенных в масле.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Гречко О. Н., Горчакова Л. А. Взаимосвязь характеристик трансформаторного масла в процессе эксплуатационного старения (см. настоящий сборник).
  2. Исследование старения маслобарьерной изоляции силовых трансформаторов / О. Н. Гречко, А. Г. Левит, Ю. Н. Калентьев, Г. С. Кучинский, Е. И. Миронова (см. настоящий сборник).
  3. Нормы испытаний электрооборудования. М.: Атом из дат, 1978.


 
« Исследование коммутационного ресурса вакуумных дугогасительных камер   Исследование электрической прочности высоковольтных вакуумных дугогасительных камер »
электрические сети