Эксплуатация городской сети - Неисправности трансформаторов

Персонал, заметив какую-либо неисправность в работе трансформатора (например, течь масла, температуру масла, превышающую 95° С, наличие трещин или скользящих разрядов по поверхности изоляторов, изменение нормального цвета контактов на выводах трансформатора, ненормальный шум и т. п.), обязан немедленно поставить об этом в известность ответственного за эксплуатацию, который должен принять все меры к устранению неисправностей и сделать об этом запись в журнале дефектов. Если обнаруженные неисправности не могут быть устранены без отключения трансформатора, то решение об оставлении трансформатора в работе или о выводе его в ремонт и замене резервным принимается в зависимости от местных условий.
Вообще трансформатор является весьма надежным электрическим аппаратом. Поврежденные трансформаторы за год исчисляются сотыми долями процента от общего числа установленных, и все же повреждения имеют место. Наиболее уязвимым элементом являются обмотки трансформаторов, которые составляют 70% всех случаев повреждений; примерно 15% повреждений происходит с вводами трансформаторов; около 8% падает на переключатели напряжения.
Основными видами повреждений обмоток являются витковые замыкания и замыкания на корпус (пробои изоляции).
Витковое замыкание происходит, главным образом, из-за естественного старения и износа изоляции, а также вследствие перегрузки трансформаторов или же механического повреждения изоляции при сквозных к. з.
Изоляция трансформаторов, имеющая вообще высокую электрическую прочность, сравнительно быстро разрушается, если трансформатор работает при температуре меди обмоток около 105° С. При длительных перегрузках подобная и более высокая температура будет иметь место даже при сравнительно низкой температуре окружающего воздуха. Такие перегрузки весьма характерны для трансформаторов городских сетей, в результате чего возникает разрушение изоляции и витковое замыкание.
При большем сроке работы (25 лет и более) происходит естественное старение изоляции обмоток, нарушение ее механической прочности и, как следствие, витковое замыкание. Витковое замыкание возникает также при таком понижении уровня масла в трансформаторе, когда обмотки его обнажаются. Наконец, оно происходит при сквозных к. з., когда вследствие динамических усилий имеет место деформация обмоток (сдвиг в осевом направлении) с механическим нарушением изоляции. Обычно это вызывает одновременно и замыкание обмотки на корпус.
При витковом замыкании в короткозамкнутых витках протекают токи больше номинального, однако ток трансформатора при этом возрастает в небольшой степени. В эксплуатации нередки случаи длительной работы сетевых трансформаторов небольшой мощности с неполным витковым замыканием. Признаками его являются: ненормальный нагрев, иногда с характерным бульканьем масла, некоторое увеличение тока на стороне питания, а также разница сопротивлений отдельных фаз обмоток трансформатора. Проверкой изоляции мегомметром витковое замыкание обнаружить нельзя.
Замыкание на корпус происходит вследствие старения изоляции, увлажнения масла и понижения его уровня, при грозовых и коммутационных перенапряжениях, а также при деформации обмоток от протекания сверхтоков при сквозных к. з. Наличие пробоя на корпус в большинстве случаев обнаруживается испытанием изоляции мегомметром, но иногда приходится прибегать к испытанию изоляции повышенным напряжением.
Междуфазовое к. з. обмоток трансформатора является сравнительно редким видом повреждения, и происходит вследствие тех же причин, что и замыкание на корпус. Междуфазовое к. з. обычно сопровождается выбросом масла. Наличие повреждения можно определить при помощи мегомметра.
Обрыв в цепи обмоток трансформатора может произойти вследствие отгорания отводов (выводных концов) в результате либо электродинамических усилий при к. з., либо небрежного выполнения соединений. При обрыве цепи появляется дуга, которая ведет к порче масла и может также вызвать к. з. между фазами или на корпус. Обрыв цепи обнаруживается мегомметром. При соединении обмоток треугольником обрыв внутри треугольника обнаружить мегомметром нельзя. В этом случае следует измерить сопротивление обмоток между линейными проводами. При наличии полного обрыва внутри треугольника два замера равны друг другу и сопротивлению фазы, а третий (на фазе, где имеется обрыв) равен двойному сопротивлению фазы. При неполном обрыве два замера равны друг другу, а третий (не поврежденный) больше первых двух.
Повреждения трансформаторной стали сравнительно редки. Наиболее серьезным из них является так называемый «пожар стали». Это такое повреждение стали сердечника, при котором из-за нарушения изоляции между отдельными листами или стягивающими их болтами возникают сильные местные нагревы стали вихревыми токами. При повреждении изоляции стяжного болта и его заземления только с одной стороны сердечника — непосредственного пожара еще не возникает, но возникает опасность его появления. При появлении второго заземления у этого же или другого болта — образуется короткозамкнутый контур, в котором циркулируют значительные токи, влекущие за собой чрезмерный нагрев болта, разрушение его изоляции и повреждение (выгорание) стали сердечника.
Подобный же короткозамкнутый контур может возникнуть в результате неправильного выполнения заземления стали сердечника трансформатора, а именно: когда заземление магнитопровода на ярмовые балки выполнено с двух сторон —со стороны обмоток как ВН, так и НН. В масляных трансформаторах «пожар стали» может произойти в результате повреждения или полного отсутствия изоляционных прокладок между ярмом и стержнями магнитопровода. При небольшом местном нагреве магнитопровода общего повышения температуры не наблюдается.
При местном нагреве происходит так называемый крекинг- процесс. Тяжелые продукты разложения масла оседают вблизи нагретого места, а легкие растворяются в масле и понижают температуру его вспышки. Последнее является наиболее характерным признаком наличия крекинг-процесса внутри трансформатора; при этом масло приобретает специфический резкий запах, цвет его темнеет.
Повреждения вводов трансформаторов носят характер пробоя их на корпус или перекрытие между фазами. Причинами пробоя вводов на корпус могут быть: наличие необнаруженных трещин, понижение уровня масла при одновременном загрязнении внутренней поверхности изоляторов, попадание на трансформатор птиц и животных. Эти причины могут вызвать также и междуфазовое перекрытие вводов. Довольно распространенным видом неисправности вводов является течь масла.
Повреждением переключателей напряжения является преимущественно оплавление или полное выгорание контактных поверхностей. Причина этого повреждения — неудовлетворительная конструкция, не обеспечивающая достаточно сильного нажатия подвижных контактов на неподвижные, а также недостаточная площадь контактной поверхности. Повреждения переключателей обычно происходят при близких к. з. от термического действия сверхтоков. Их можно обнаружить измерениями при помощи мегомметра (в случае обрыва) или измерением сопротивления обмоток на всех ответвлениях.