Эксплуатация переключающих устройств трансформаторов

В эксплуатации переключающие устройства силовых трансформаторов должны надежно работать в течение всего срока службы. Это обеспечивается соблюдением режимов нагрузки, а также условий, гарантирующих изоляционные характеристики и качество масла в контакторах переключающих устройств.
В нормальных условиях эксплуатации переключающие устройства управляются автоматически. Действие переключателей ответвлений обмоток устройств контролируется счетчиком числа операций в приводе.
Переключающие устройства типа РПН разрешается включать в работу при температуре верхних слоев масла в контакторах минус 20 °С и выше, а выносные переключающие устройства с контактором на опорном изоляторе вне бака силового трансформатора и оборудованного искусственным подогревом — при температуре окружающей среды минус 45 °С и выше. Эксплуатация устройств переключения ответвлений обмоток ведется согласно требованиям инструкции на конкретное устройство завода-изготовителя.
Правильно отрегулированное и налаженное переключающее устройство не нуждается в ежедневном техническом обслуживании. Только по истечении определенного инструкцией по эксплуатации срока работы, количества произведенных переключений следует проверять изоляционные характеристики залитого в контакторы масла, герметичность устройств переключения ответвления, замену контактов, имеющих дефекты. Проверку герметичности и замену контактов производят обычно при плановых отключениях силового трансформатора, текущем или капитальном ремонте.
Правильная эксплуатация переключающих устройств предусматривает обязательный запрет работы по переключению ответвлений обмоток трансформатора при температуре верхних слоев масла в контакторах ниже минус 25 °С; при срабатывании защитного реле или предохранительной мембраны; работу быстродействующих устройств в промежуточном положении (положение «мост»). В процессе обслуживания переключающих устройств надо следить за уровнем масла в расширителе РПН, который должен соответствовать температуре масла в контакторах; за состоянием силикагеля в воздухоосушителе расширителя (цвет силикагеля должен быть синим, а уровень масла в масляном затворе — нормальным); за работой счетчика переключений (1 раз в месяц снимать показания); за соответствием показаний положения переключающего устройства в приводе и на щите управления. Для очистки контактной системы от шлама и окислов на всех типах переключающих устройств обязательно производят прогонку механизма переключения по всему диапазону с I -го по n-е положение и обратно по 10 раз в каждую сторону не реже чем через каждые 6 мес. Для четкой и надежной работы механизмов через каждые 6 мес производят смазывание незамерзающей   тугоплавкой смазкой трущихся деталей и шарнирных соединений передачи.
В период плановых отключений силового трансформатора производят проверку РПН и его текущий ремонт.  Текущий ремонт включает осмотр переключающего устройства без какого-либо его вскрытия; устранение всех замечаний, выявленных за период между плановыми отключениями; проверку газоотводной системы корпуса контакторов и обязательное прокручивание РПН на всем диапазоне переключения ответвлений для механической очистки контактной системы избиратели и особенно предызбирателя, так как именно предызбиратель в процессе эксплуатации РПН может длительное время не участвовать в регулировании напряжения (по условиям режима), а образование шлама в неподвижных контактах происходит более интенсивно, чем в работающих контактах. Во время планового отключения рекомендуется также проверить работу контактора фиксацией угла срабатывания по щелчку (на слух): угол срабатывания не должен отличаться от паспортных данных на значение больше допускаемого заводской инструкцией или быть в допустимых паспортными данными пределах.

Рис. 1. Схема замены масла в контакторе:
I. 2 —краны; 3 — пробка; 4 — расширитель контактора; 5 — защитное реле; 6 — газовое реле трансформатора; 7 — сифонное устройство

Через каждые 5000 переключений независимо от срока работы РПН, но не реже 1 раза в год из корпуса контакторов берется проба масла и проверяется на влагосодержание и электрическую прочность в стандартном пробойнике при расстоянии между электродами 2,5 мм. Влагосодержание пробы масла должно быть не более 25 г/т, а пробивное напряжение не менее: 30 кВ для РПН клас са изоляции 35 кВ, 35 кВ для РПН класса изоляции 100 кВ и 40 кВ для РПН класса изоляции 220 кВ. Если масло не удовлетворяет одному из этих требований, оно подлежит замене. После замены масла снова берется проба масла: влагосодержание заливаемого масла должно быть не более 10 г/т. Замена масла у встроенных в трансформатор устройств производится по схеме, приведенной на рис. 1. Открывают кран 2 для слива масла из корпуса контактора и после начала слива закрывают кран 1 между расширителем и баком контактора, при этом пробка 3 для выпуска воздуха из корпуса контактора должна быть открыта. После слива масла выемная часть и корпус контактора промываются струей горячего масла (50—60°С и электрическая прочность 50 кВ) для удаления продуктов разложения масла в процессе работы контактов контактора, после чего контактор заполняется свежим маслом из расширителя. Во время ремонтных работ производят смазывание подшипников механизма переключения.
Если при вскрытии контакторов обнаружены раковины, поджоги на контактных поверхностях контактов, контакты подлежат замене. Контакты заменяются всегда в тех случаях, когда число переключений превышает допустимое значение, а также при уменьшении зазора между главными контактами до 1 мм (при включенных вспомогательных контактах). Зачистка контактных поверхностей не допускается.
Замена контактов требует свободного доступа ко всему контактору. Непосредственная замена контактов технологически проста. Если меняется только металлокерамическая часть контактов, то для этого достаточно освободить крепящие эти части винты и после замены металлокерамики и установки ее на место закрепить их вновь.
После смены контактов обеспечивают плотность их прилегания, при этом щуп 0,05 мм не должен проходить между замкнутыми контактами, и проверяют зазор между главными контактами в момент соприкосновения дугогасительных контактов. Этот зазор должен быть 3 мм. Для установки и измерения этого зазора контактор извлекается из корпуса и механизм выводится из положения «замка». Производят очистку механизма контактора и делителей тока (если они есть) от грязи и масла, после чего в момент касания вспомогательных контактов, между главными контактами вставляют щуп 3 мм. Щуп при этом должен проходить между главными контактами, а не быть зажатым между ними.

Рис. 2. Схема контактов рычажного контактора:
1 — главные контакты; 2 — вспомогательные контакты; 3 — дугогасительные контакты

В таком положении закрепляют контакты и снова проверяют зазоры между контактами. В замкнутом плече контактора типа КНОА ход главных контактов должен быть 2±0,2 мм, а дугогасительных 12±0,4 мм; в разомкнутом плече контактора расстояния между дугогасительными контактами должны быть 67±2 мм, между вспомогательными контактами 70±2 мм, между главными контактами 45±  мм (рис. 2).
По окончании регулировки проверяют контактное давление контактов контактора: у главных контактов оно должно быть в пределах 200—240 Н (20—24 кгс), вспомогательных контактов—180—220 Н (18—22 кгс) и дугогасительных контактов—80—100 Н (8—10 кгс).
После сборки контактора следует убедиться, что замкнуто плечо контактора, соответствующее положению привода. Проверяют исправность токоограничивающих резисторов, не отсоединяя их от механизма контактора. Измеряют омметром значение их сопротивления, для чего на момент измерения размыкают дугогасительные контакты или устанавливают между ними прокладку. После измерения прокладки убирают. Измеренное значение сопротивления токоограничивающих резисторов должно соответствовать паспортным данным с точностью ±5 %. При отсутствии этих данных сравнивают полученные значения с ранее измеренными. У секторных (роторных) контакторов замену контактов на месте не производят, так как это технологически сложно, а меняют весь контактор.
По окончании ремонтных работ устанавливают контактор на место и проверяют работу механизма контактора путем прокручивания привода при помощи рукоятки на всем диапазоне регулирования. После любого ремонта со вскрытием контактора, убедившись в четкой работе механизма, производят проверку регулирующего устройства в полном объеме, т. е. снимают круговую диаграмму и осциллографируют работу контакторного моста. Снятием круговой диаграммы проверяется правильность сочленения контактора с избирателем, а осциллографированием устанавливается соответствие очередности работы контактов контактора.
Круговую диаграмму проще снимать до заливки контактора маслом, так как можно присоединиться изолирующими проводниками непосредственно к выводам токоограничивающих резисторов, собрать схему согласно рис. Для осциллографирования также можно собрать схему до заливки контактора маслом, но само осциллографирование следует произвести после заливки контактора маслом.
Для сборки схем на установленном в трансформатор контакторе используют контактные щупы. Длина контактных щупов должна быть не менее высоты корпуса контактора, для конкретного устройства РПН различна и зависит от класса напряжения устройства переключения:
Класс напряжения устройства, кВ .... 33 110 220 330
Длина щупа, мм, для контакторов:
с одним механизмом        1000  750 1150 1500
с двумя механизмами      850 1000 1400 1900
Оконечность щупа может быть различной. Для устройств типа РНОА с одним механизмом контактора его I на конце закругляют радиусом 1 мм, а для устройств с двумя механизмами контактора щуп оканчинается цилиндрическим штырьком длиною около 70 мм и диаметром 2—3 мм.  

Рис. 3. Зависимость сопротивления постоянному току по положениям переключателя PC (а) и РСГ (б)
Такая конструкция обеспечивает в каждом конкретном устройстве надежный контакт с втычным контактом контактора.
При измерении сопротивления обмоток постоянному току во время эксплуатации учитывают, что в заводских протоколах значения сопротивлений приводятся обычно не для всех положений избирателя, а только для положений избирателя, соответствующих регулированию напряжения в одну сторону (понижения или повышения), исходя из фактора повторения их значений при изменении направления регулирования. Так, для переключающего устройства на 19 положений (±9) значения сопротивлений приводятся для 11 положений избирателя (с 1-го по 11-е, где 10-е положение — среднее), исходя из V-образного изменения значений сопротивлений (рис. 3,а).
Вместе с тем у переключающих устройств с грубой ступенью регулирования, например РС-4-400-35-10 19 1Г, схема регулирования такова, что изменение сопротивления согласно кривой рис. 3, а имеет место только до 11-го положения переключателя, а далее, начиная с 12-го и до 19-го положения, значения сопротивлений уменьшаются (рис. 3,6). Это в заводском протоколе не отражено, поэтому в случае, когда измеренные значения сопротивлений обмоток постоянному току отличаются от заводских данных, следует разобраться в полученных результатах измерений и только после этого давать заключение о пригодности переключающего устройства.
При ревизии и ремонте силового трансформатора обращают внимание на надежность крепления токоограничивающего реактора. В эксплуатации наблюдались случаи обрыва токоведущих отводов реактора из-за больших вибраций реактора, особенно при длительном использовании схемы «моста». При ремонтных работах для выявления степени вибрации реактора рекомендуется подключить к его выводам напряжение, по значению равное напряжению ступени регулирования, и уменьшить выявившуюся вибрацию путем подтягивания крепления реактора на трансформаторе и самого сердечника реактора.
На одной из подстанций через 3 года после ввода в эксплуатацию отключился трансформатор от срабатывания струйного реле типа RS-1000. При осмотре было обнаружено, что пружина, удерживающая клапан в двух крайних положениях, выпала из пазов, в которых была закреплена. Проверка реле в лаборатории граммометром показала, что срабатывание клапана происходило при усилии 95 г вместо 130 г по норме; кнопки возврата клапана в исходное положение после работы реле не действовали из-за увеличения их хода, так как переключающая планка оказалась погнутой; пружина, фиксирующая клапан в крайних положениях, была слабо закреплена в своих пазах, что увеличило зазоры между упорами и пружиной. В результате от вибрации или случайного даже нерезкого толчка клапан мог отклониться в сторону отключения, закрыв нормально открытый контакт. Это указывает на необходимость при проверке реле перед установкой в лабораторных условиях производить тщательную механическую ревизию. Кроме того, в процессе эксплуатации (при осмотре, останове трансформатора, текущих ремонтах) следует проверять действия защитных реле переключающих устройств при помощи контрольных кнопок и в случае обнаружения каких-либо неисправностей в его действии и невозможности устранить неполадки в реле без его демонтажа произвести его замену.
Отключение силового трансформатора от струйного реле защиты контактора во время переключения ответвлений обмоток может произойти из-за увеличения времени переключения, выхода механизма контактора из «замка», перегрева токоограничивающих резисторов, а также отсутствия воздушной подушки под крышкой контактора. При отсутствии воздушной подушки открывают пробку для выпуска воздуха и через сифонное устройство сливают масло до уровня пробки (во время этой операции кран между расширителем и баком контактора должен быть закрыт), после слива масла закрывают I пробку для выпуска воздуха и открывают кран между расширителем и контактором. При нарушении нормальной работы контактора следует обратиться за консультацией на завод-изготовитель силового трансформатора и, получив рекомендации, приступать к устранению неполадок в работе контактора.
Опыт эксплуатации переключающих устройств показал, что в то время как приводы устройств реакторного типа оказались вполне надежными, хотя и они иногда отказывают в электрической схеме, приводные механизмы быстродействующих переключающих устройств довольно часто являются причиной неправильного действия их.
В результате длительной эксплуатации переключателей возможны случаи застревания привода в промежуточном положении, и переключающее устройство оказывается в положении «моста». Это не является для реакторных устройств дефектом, так как они допускают длительную работу устройства в этом положении. По замкнутой на токоограничивающий реактор секции регулировочной обмотки проходит ток, направление которого зависит от назначения трансформатора повышать или понижать регулируемое напряжение. В секциях токоограничивающего реактора проходят токи различного значения в зависимости от того, складываются или вычитаются токи нагрузки с циркулирующим током, значение которого определяется значениями напряжения ступени регулирования и общего сопротивления реактора. Этим объясняется наблюдающийся в эксплуатации различный износ контактов в ветвях контактора и необходимость ревизии дугогасительных контактов.
У быстродействующих устройств работа в положении «мост» не допускается сверх нормативного времени, измеряемого несколькими миллисекундами. Поэтому при остановке привода в промежуточном положении или при отказе механизма доводки устройства до нормального положения необходимо принять срочные меры для ликвидации аварийной ситуации. В случае исчезновения напряжения в цепях питания необходимо быстро восстановить подачу напряжения, при этом устройства РПН с приводами ПДП-4у или МЗ-4 автоматически будут доведены до нормального положения, а для устройств с приводом ЕМ-1 доводка до нормального положения осуществляется повторной подачей команды от ключа или кнопки управления; при коротком замыкании в цепях управления или повреждении кинематической схемы следует снять напряжение с привода и устранить неисправность.
Если приводные механизмы при всех видах управления не запускаются, надо отрегулировать контакты ручной блокировки на замыкание при снятой рукоятке и на размыкание при установленной рукоятке, проверить отсутствие обрыва в цепях управления, наличие напряжения на всех фазах, а также исправность электродвигателя.
Непрерывное переключение при кратковременной подаче команды или длительной команде и местном управлении требует регулировки переключателей, а может, и ревизии самого контактора быстродействующих устройств и схемы управления. Прекращение движения механизмов после подачи команды на переключение указывает на неправильное чередование фаз питания электродвигателя или недостаточность длительности команды для приводов типа МЗ-4. Неисправности следует устранить.
В процессе эксплуатации приводных механизмов может наблюдаться выход из строя конечных выключателей, короткое замыкание в их цепях. В этом случае необходимо произвести ревизию конечных выключателей, а в схеме устранить причину возникновения короткого замыкания. Появление в процессе работы переключающих устройств нехарактерных скрежета и шумов в шкафах приводных механизмов требует производства внеочередного осмотра привода, ревизии контакторов управления, смены смазки в редукторах, проверки и устранения течи масла в приводном механизме.
Для устранения изложенных недостатков в работе приводов быстродействующих переключающих устройств в энергосистемах заменяют контроллеры механизмов на путевые выключатели или микровыключатели с достаточной мощностью контактов. Кроме того, изменяют схемы управления приводными механизмами. Так, в Белорусэнерго на ряде подстанций изменена схема на пофазное управление РПН автотрансформаторов.  Предложенная схема проста в эксплуатации, и в этом ее достоинство. Управление приводами трех фаз, контроль на основных этапах процесса переключения РПН, защита от рассогласования контролем тока нулевой последовательности автотрансформатора — все это предусмотрено одной общей схемой. Основное оборудование привода вынесено на релейный щит, что повысило надежность
действия оборудования и облегчило его эксплуатацию. В шкафах приводов оставлены лишь по одному пускателю, кулачковые элементы, сигнальные лампы и сельсин-датчик. Схема питания электродвигателя имеет индивидуальные и общий пускатели, подключаемые через автоматический выключатель с дистанционным расцепителем. Схема обеспечивает выявление неисправности и отключение напряжения питания в течение одного цикла переключения (10—12 с).
Таблнца 4

Примечание. При отсутствии нарушений в работе переключающих устройств вскрывать контакторы даже после истечения гарантийного срока не следует, объем работ по проверке переключающих устройств и их приводных механизмов определяется как для устройств без проведения ревизии или ремонта. После замены контактов наладочные работы проводятся в полном объеме.

Запуск двигателей производится одновременно, а останов каждого в отдельности и независимо друг от друга. Это исключает расхождение приводов в разные стороны.
Для более надежной работы РПН предложенная схема предусматривает питание управления и блока автоматического регулирования в обязательном порядке от разных фаз напряжением 220 В.
Внедрение схемы на подстанциях 330 кВ в Белглавэнерго сократило ложные отключения силовых автотрансформаторов, ликвидировало рассогласование РПН более чем на одно положение. Подробно схема управления РПН автотрансформаторов рассмотрена в Якобсон И. А. Испытания переключающих устройств силовых трансформаторов. — Москва: Энергия.

В табл. 4 приведен перечень работ по наладке переключающих устройств силовых трансформаторов, в приложениях — рекомендуемые формы протоколов проверки переключающих устройств и перечень приборов и приспособлений для их наладки.